模块化设计在复合型机床设计中的应用.pdf
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1、技术前沿FORWARDTECHNOLOGY模块化设计在复合型机床设计中的应用文北京机科国创轻量化科学研究院有限公司侯明鹏一、引言随着工业技术的快速发展,数控机床已经从原有单功能型加工设备向多元化复合型加工设备转变。车铣镗磨多功能复合型机床是近年来机床设计制造的主流,主要分为:一、以中小型机床主机结构为基础,复合车铣镗磨多种加工类型的产品系列,此类产品的特点为加工效率高,配合自动送料机,可以实现黑灯工厂。二、以大型机床主机结构为基础,车铣镗磨齿轮加工兼备的复合型加工设备,此类设备结构复杂,部件多,复合性强,精度高,对设计制造都提出了很高的要求。国内外主流厂商均采用模块化设计理念,以满足大型复合机
2、床的设计制造要求二、模块化设计涵义模块化设计的涵义就是要划分并设计一系列的模块,通过模块的选择和组合构成不同的产品,满足市场的不同需求。所谓模块就是“一组具有同一功能和结合要素(指联接部位的形状、尺寸和联接件之间的配合参数等),而有不同用途(或性能)和不同结构且能互换的各个单元(零件、组件、部件或系统),或是能增加机床功能的单元”。模块化设计方法不仅仅局限于金属切削机床,还可以应用于砂型件切削和晶圆切割等新兴机械领域。选用不同的模块组合,可以组成不同要求的单台机床,还可以在进一步组合成生产线,例如龙门类机床可以组合回转工作台模块、车削头模块、立式磨头模块、滚齿头模块等实现车、磨、滚齿等多种加工
3、。三、模块化设计的特点模块化设计区别于传统设计主要在于其具有模块化结构和可重构能力,即能够通过对机床组成部件或模块的重组与更替,调整其加工功能和某些性能,及时、高效地满足被加工零件的各种变化需求,同时也为机床部件在其寿命周期内反复重用,最大限度地实现设备改造、更新的节约化、高效化提供了一条有效途径。机床模块化的本质是基于几何、物理的相似性,同时考虑了几何物理相似性的拓扑性,以及基于组合拓扑概念的广义相似性,而且引入了极为重要的模块特性一接口整合理念,以实现模块集成的“相乘效果”。设计目标是使机床作为一种制造资源在其整个寿命周期内的使用功能与性能的组合化、柔性化,设计制造绿色化、节约化。接口整合
4、理念的应用是为了使模块间更具互换性,因而要求模块与联接件之间的结构要素应有一致性。接口整合理念最易在机床横系列(同类产品)的变型品种中加以实现,但是对于全系列产品(不同规格产品、复合机床)方面,只要基本功能相同,运动参数和动力参数相当,也可以实现模块的接口整合,尤其是一些带有独立性的功能单元,如主轴系统或辅助系统的模块,更易于实现各模块间的接口整合。四、模块化设计关键技术1、模块的划分机床模块的划分是机床模块化设计的关键问题,对于大型常规金属切削机床(车、铣、磨、第0 6 期数控机床市场61F技术前沿ORWARDTECHNOLOGY镗、滚齿)及其他类似加工设备而言,模块可以划分为:常规机械模块
5、、通用智能模块、电气控制模块、辅助功能模块四大类。常规机械模块共分为12 大类,包含:床身及进给模块、直线运动工作台模块、滑座模块、立式回转运动工作台模块(转台或回转工作台)、卧式回转运动工作台模块(主轴箱及尾座)、立柱模块、横梁及进给系统模块、核心功能模块。核心功能模块包含溜板模块及进给系统模块、镗铣削模块、车削模块、磨削模块、滚齿加工模块。通用智能模块一般为目前较为先进的机器视觉、智能感应、机床工作状态监控等模块,此类模块一般选用专业厂家生产的成熟产品,结合数控系统模块共同使用。辅助模块一般为排屑器、自动上料机等成熟辅助设备,按需求选用即可。2、模块的设计方法常规机械模块是模块化设计的核心
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