ZH1105柴油機(jī)氣缸體三面粗鏜組合機(jī)床設(shè)計(jì)(后主軸箱設(shè)計(jì))帶CAD圖,ZH1105,柴油機(jī),缸體,三面粗鏜,組合,機(jī)床,設(shè)計(jì),后主,軸箱,CAD 組合機(jī)床模塊化設(shè)計(jì) !# 系統(tǒng)河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院（洛陽河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院（洛陽!#$%!#$%）李春梅崔鳳奎）李春梅崔鳳奎一、組合機(jī)床 !# 系統(tǒng)總體模塊化設(shè)計(jì)過程組合機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)就是根據(jù)用戶的需求，在功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出性能、結(jié)構(gòu)各異而功能相同的一系列可互換功能性單元和一些專用、獨(dú)立部件，然后將其組合成單臺機(jī)床或者柔性加工單元。利用模塊化設(shè)計(jì)的方法，建立組合機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)!#系統(tǒng)分為如下幾個(gè)步驟：（$）組合機(jī)床功能分析首先需要進(jìn)行市場調(diào)查，分析用戶需要，根據(jù)組合機(jī)床的加工要求，總結(jié)出組合機(jī)床應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能，建立起組合機(jī)床的總體功能模型，并且將機(jī)床的功能分解為不同級別、不同層次的子功能。（%）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在組合機(jī)床功能模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)映射。根據(jù)組合機(jī)床的功能層次，尋求實(shí)現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)載體，產(chǎn)生機(jī)床結(jié)構(gòu)布局方案，同時(shí)進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)、外形尺寸的初步規(guī)劃。進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該合理地劃分結(jié)構(gòu)模塊。每一個(gè)模塊都應(yīng)該具有獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，對應(yīng)一定的功能。（&）詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用三維造型工具，將結(jié)構(gòu)概念模型細(xì)化，確定機(jī)床每一層模塊部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，對模塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化詳細(xì)設(shè)計(jì)。針對組合機(jī)床的每一層模塊都建立相應(yīng)的全參數(shù)化控制三維模型庫，用戶在這個(gè)庫中調(diào)用需要模塊的三維模型進(jìn)行裝配。（）建立 !#系統(tǒng)主控界面和數(shù)據(jù)庫等除了建立各級模塊的相應(yīng)三維模型庫之外，本 !# 系統(tǒng)還要建立存放設(shè)計(jì)過程中所需要數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，以及設(shè)計(jì)過程!中的數(shù)據(jù)處理和分析程序。在三維模型庫、數(shù)據(jù)庫和$(機(jī)械工人為制造業(yè)創(chuàng)造價(jià)值機(jī)械工人冷加工$%&年第期!#$!%$!& 應(yīng)用!#$%&$() (* +!, - +!. - +!/程序庫之上，需要建立一個(gè)友好的人機(jī)交互界面。用戶通過這個(gè)主控界面和模塊造型庫進(jìn)行交互，在系統(tǒng)引導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)過程中的模塊選擇、模塊調(diào)用、模塊組合和設(shè)計(jì)計(jì)算等過程。組合機(jī)床 !# 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，模塊化設(shè)計(jì)的思想貫穿始終。其中最重要的一步就是根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)理論，在設(shè)計(jì)模塊的基礎(chǔ)上建立組合機(jī)床產(chǎn)品模板庫。模塊的設(shè)計(jì)分為模塊的劃分和模塊綜合兩部分。本系統(tǒng)主要在功能分析的基礎(chǔ)上劃分各級模塊，采用面向裝配的原則來設(shè)計(jì)模塊的接口，實(shí)現(xiàn)模塊綜合的柔性和多樣性。! 在功能分析的基礎(chǔ)上劃分組合機(jī)床的各級模塊模塊的劃分是一個(gè)復(fù)雜的分析過程：模塊劃分太細(xì)，雖然可以組成較多的變型產(chǎn)品，但是模塊的綜合較為困難；模塊劃分過粗，模塊的綜合性較好，但是導(dǎo)致產(chǎn)品性能上的不合理，柔性太差。因此在劃分組合機(jī)床模塊的時(shí)候，需要綜合考慮各方面的因素。組合機(jī)床具有明顯的分級特性，因此我們按照分級劃分的原則，從粗到細(xì)劃分了不同級別、不同層次的模塊，每一級的模塊都可以劃分為更小的模塊。這樣用戶可以根據(jù)自己的需要選擇合適級別的模塊來進(jìn)行設(shè)計(jì)。模塊的分級劃分建立在功能分析的基礎(chǔ)上。每一級的模塊都對應(yīng)一定的功能，具有獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。首先進(jìn)行功能分析市場需求，將用戶需求轉(zhuǎn)化為機(jī)床的功能需求，然后分析組合機(jī)床的功能。建立組合機(jī)床總體的功能模型，并且將機(jī)床的功能分解為不同級別、不同層次的子功能。根據(jù)組合機(jī)床的整機(jī)功能，首先建立機(jī)床的總體功能模型，抽象出組合機(jī)床的總功能。組合機(jī)床整機(jī)的功能反映在它所完成的加工工藝內(nèi)容上。組合機(jī)床整機(jī)可以完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、切槽、切削內(nèi)外螺紋、車削、銑削、磨削、滾壓以及沖壓、焊接、熱處理、裝配、自動測量等工序，可以實(shí)現(xiàn)單面鉆孔、雙面鉆孔、三面鉆孔等加工內(nèi)容。因此在整機(jī)層次上，可以劃分實(shí)現(xiàn)不同加工工藝內(nèi)容的整機(jī)模塊，例如單面鉆孔組合機(jī)床模塊、單面銑削組合機(jī)床模塊、雙面鉆組合機(jī)床模塊等。在整機(jī)功能之下，我們對組合機(jī)床的功能進(jìn)行進(jìn)一步劃分。為了實(shí)現(xiàn)加工內(nèi)容，組合機(jī)床需要對工件進(jìn)行裝夾、切削加工，加工過程中需要對工件冷卻、照明等。對應(yīng)于實(shí)現(xiàn)這些功能，組合機(jī)床可以分解為下面幾部分：實(shí)現(xiàn)某種加工工藝內(nèi)容的加工單元、工件裝夾單元、控制單元、照明、冷卻等輔助部分。例如一臺三面鉆單工位組合機(jī)床，可以將其分解為三個(gè)進(jìn)行鉆削加工的加工單元、工件裝夾單元、冷卻與潤滑裝置、機(jī)械扳手等。因此，這一層上可以劃分為加工單元、裝夾單元、控制單元等模塊，如鉆削加工單元模塊、銑削加工單元模塊等。對組合機(jī)床部件功能還可以做進(jìn)一步細(xì)化。例如，對一個(gè)加工單元，要實(shí)現(xiàn)刀具的切削主運(yùn)動、刀具的進(jìn)給運(yùn)動；對工件裝夾單元，要實(shí)現(xiàn)工件的裝夾、工件的進(jìn)給等功能。與這些功能對應(yīng)，可以把組合機(jī)床部件模塊分為動力部件模塊、輸送部件模塊、支撐部件模塊、控制部件模塊、輔助部件模塊等。例如鉆削頭模塊、液壓滑動模塊等。# 按照面向裝配設(shè)計(jì)的原則設(shè)計(jì)模塊接口面向裝配設(shè)計(jì)是指在概念設(shè)計(jì)階段就考慮裝配中可能存在的問題，以確保零件快速有效地進(jìn)行裝配，從而支持自頂向下的設(shè)計(jì)過程。模塊的劃分和設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循面向裝配設(shè)計(jì)的原則，需要解決的一個(gè)主要問題就是模塊應(yīng)該具有易于裝配的互換性接口，以保證模塊組合的快速準(zhǔn)確。模塊接口是有著相互結(jié)合關(guān)系的模塊在結(jié)合部分存在的具有一定幾何形狀、尺寸和精度的邊界結(jié)合表面。模塊接口模型包括：接口形狀、接口方位、接口功能。模塊接口的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮接口的的統(tǒng)一性，即具有相同功能的模塊接口應(yīng)該采用相同的接口幾何形狀，接口方位應(yīng)該一致，模塊接口材料、幾何尺寸的精度、表面粗糙度應(yīng)該盡可能統(tǒng)一。為了保證模塊之間可以實(shí)現(xiàn)良好的互換性，接口的系列化是重要的途徑。在模塊接口系列化的基礎(chǔ)上，對于同一系列的接口，提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口幾何尺寸系列數(shù)系。二、系統(tǒng)的模塊化三維造型模板庫本系統(tǒng)是以三維設(shè)計(jì)軟件 $%&()*+&,-（簡稱 $.）作為開發(fā)平臺，采用 $./0123 14 開發(fā)接口，5&-6)7 ! 88 編譯環(huán)境，開發(fā)出組合機(jī)床 !# 系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括組合機(jī)床加工示意圖設(shè)計(jì)模塊、切削用量計(jì)算模塊、主軸箱設(shè)計(jì)模塊和組合機(jī)床各級模塊裝配模型模板庫。利用 $. $4-9:7;( 開發(fā)出與 $.風(fēng)格完全一致的用戶界面，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理設(shè)計(jì)計(jì)算和模板庫中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)的原則，將概念模型細(xì)化為=機(jī)械工人!為制造業(yè)創(chuàng)造價(jià)值#$%年第&期機(jī)械工人!冷加工!#$%&$() (* +!, - +!. - +!/!#$!%$!& 應(yīng)用!具體的三維裝配模型。系統(tǒng)的裝配模型模板庫是根據(jù)上述模塊的劃分而設(shè)定的。系統(tǒng)采用了三維參數(shù)化造型技術(shù)，為每一級模塊都建立對應(yīng)的三維模型。在設(shè)計(jì)模塊的三維造型模板庫的時(shí)候，遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則，系統(tǒng)具有下面的特點(diǎn)：! 采用參數(shù)化三維造型技術(shù)建立模塊庫參數(shù)化建模采用尺寸驅(qū)動技術(shù)，以約束造型為核心。三維模型通過參數(shù)來控制?？刂迫S模型的參數(shù)分為三種：（!）控制零件輪廓尺寸的參數(shù)對于通用件和標(biāo)準(zhǔn)件，零件的輪廓尺寸分為主要輪廓尺寸和次要輪廓尺寸。主要輪廓尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，次要輪廓尺寸與主要輪廓尺寸有確定的約束關(guān)系。主要輪廓尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫中，用戶從界面輸入所選標(biāo)準(zhǔn)件或者通用件的型號，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫中得到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)主要輪廓尺寸計(jì)算出次要輪廓尺寸，賦予三維模型并對模型進(jìn)行更新。例如，組合機(jī)床中的立柱是通用件，它的外形尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。在本系統(tǒng)中，將立柱的名義尺寸設(shè)為主參數(shù)，用戶只需輸入立柱的名義尺寸，系統(tǒng)以這個(gè)數(shù)據(jù)為查詢參數(shù)，向數(shù)據(jù)庫中查得立柱的底長、高度等參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)中設(shè)定的一定尺寸關(guān)系計(jì)算出所有控制參數(shù)，賦予三維模型并更新。（）裝配約束參數(shù)零件進(jìn)行裝配時(shí)，與其他部件間形成一定的裝配約束關(guān)系，并可由裝配參數(shù)控制。裝配約束包括配合、對齊、平行、垂直等。（#）接口參數(shù)控制模塊之間接口的形狀、方位關(guān)系等參數(shù)。對于通用件和標(biāo)準(zhǔn)件，接口參數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，相應(yīng)數(shù)據(jù)可以由數(shù)據(jù)庫中自動獲取。對于非通用件模塊的接口設(shè)計(jì)，為了保證模塊的互換性，也實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化系列化設(shè)計(jì)。例如主軸箱，因?yàn)榕c動力箱存在固定的裝配關(guān)系，因此主軸箱的接口設(shè)計(jì)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。用戶通過輸入模塊主參數(shù)，直接或者間接地控制模型參數(shù)，更新三維模型，生成需要的零部件。# 遵循面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊時(shí)，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則。對于每一個(gè)模塊而言，包括兩方面的信息，一方面是模塊的內(nèi)部信息，包括模塊功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸等；另一方面是模塊的外部信息，即接口信息，包括形狀、方位、結(jié)合面屬性等信息。系統(tǒng)將模塊內(nèi)部信息全部封裝，內(nèi)部信息對用戶是一個(gè)黑箱，用戶只需關(guān)心接口信息。例如，用戶選擇一個(gè)鉆削加工單元時(shí)，只需輸入鉆削頭名義尺寸，選擇滑臺類型，鉆削加工單元模塊內(nèi)部的信息由系統(tǒng)在后臺處理，如鉆削頭尺寸，相應(yīng)滑臺和側(cè)底座尺寸，鉆削頭、滑臺、側(cè)底座之間的裝配約束、接口尺寸都由系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫查詢并賦予三維模型并更新模型。$ 利用 %&(技術(shù)控制模塊內(nèi)部裝配結(jié)構(gòu)在模塊的設(shè)計(jì)中，功能設(shè)計(jì)映射為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以裝配模型作為表達(dá)設(shè)計(jì)功能的全局結(jié)構(gòu)。裝配模型由部件結(jié)構(gòu)、部件之間的裝配關(guān)系和裝配約束組成，需要考慮部件之間功能結(jié)構(gòu)上的關(guān)系以及零部件之間的裝配順序、裝配方向等。組合機(jī)床設(shè)計(jì)模塊對應(yīng)的各級裝配模型，不僅包括部件結(jié)構(gòu)，還包括部件之間的裝配關(guān)系和裝配約束。在$%中，部件之間的裝配約束可以由三種方法實(shí)現(xiàn)：尺寸驅(qū)動、約束驅(qū)動和 &()全相關(guān)設(shè)計(jì)。尺寸約束可以用來控制部件間的尺寸相關(guān)，約束驅(qū)動用來建立裝配體中零部件之間在空間位置上的連接關(guān)系。&()（&*+,-./ 0,123+,.41 (+05+601 )37.3112.37）技術(shù)是 $% 實(shí)現(xiàn)全相關(guān)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，支持從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)中，使用 &()技術(shù)將模塊按設(shè)計(jì)規(guī)則形成一個(gè)控制結(jié)構(gòu)，在其中定義所需要的幾何信息和參數(shù)，使組合機(jī)床各級模板裝配模型中的子模塊之間的幾何特征都是整體相關(guān)。三、結(jié)論作者在模塊化設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，在三維設(shè)計(jì)軟件$%平臺上進(jìn)行二次開發(fā)，建立了組合機(jī)床 89 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)提供了組合機(jī)床各級模塊的參數(shù)化三維模型模板庫，在每個(gè)層次級別上都建立了系列的模塊模板庫，支持產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)。用戶可以根據(jù)自己的需要，選擇合適的平臺模板來進(jìn)行組合機(jī)床設(shè)計(jì)，有效地提高了設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。本系統(tǒng)可以進(jìn)一步完善，為并行工程、智能化設(shè)計(jì)以及 89:8;:8!=!?）#機(jī)械工人!為制造業(yè)創(chuàng)造價(jià)值機(jī)械工人!冷加工#)*年第+期!#$!%$!& 應(yīng)用!#$%&$() (* +!, - +!. - +!/