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机床模块接口的系列化及其应用


机床模块接口的系列化及其应用
刘小鹏, 吴俊军, 周 济   摘要: 提出了模块接口的概念并介绍了它的特 性, 建立了机床模块接口的数据结构, 阐述了模块接 口系列化的原则, 从而制定出实施机床模块接口系 列化的策略。 在建立机床模块接口图样编码系统和 应用参数化绘图工具 PD T 的基础上, 开发了包容重 型数控镗床系列和重型数控立式车床系列的模块接 口参数化图库。 模块接口的系列化为模块化设计奠 定了基础; 模块接口的参数化图库为设计人员和用 户提供了快速、 方便的图形调用服务。 关键词: 机床设计; 模块化; 智能设计; 模块接口
Abstract: T he concep t, the cha racterist ics, and u la r design of m ach ine too ls a re p ropo sed in th is p les of the seria liza t ion of m odu le in terfaces, the st ra teg ies of design fo r the seria liza t ion of m odu le in terfaces a re p resen ted. A s a resu lt of the cod ing the da ta st ructu res of the m odu le in terface in m od 2

0 引言
互换性是模块化设计应遵循的原则。 为实现这 一原则, 对模块与模块之间的接口形状及其尺寸进 行系列化是必须的。 模块接口可以分为动态接口和 静态接口, 动态接口与静态接口可以由接口的形状 和尺寸表示, 进而对模块接口进行分类和系列化。 机床模块化设计包括机床模块创建和模块综合 两大过程。 模块综合主要体现在模块的选择与模块 的组合。 要保证模块综合的柔性和多样性, 就必须提 高模块的通用性和互换性, 达到使用尽可能少的模 块组合出尽可能多的变型产品的目的。 而采用系列 化的模块接口是提高模块通用性和互换性的重要途 径, 因此模块接口系列化是模块综合的前提, 是模块 化设计的基础。

m et ric d raw ing m angem en t system of m odu le in ter2 face fo r heavy du ty N C bo rer and heavy du ty N C vert ica l la the is im p lem en ted. T he seria liza t ion of m odu le in terfaces p rovides a so lid ba sis fo r the agem en t system of m odu le in terfaces a id s design 2 n ien t ly. t ion; in telligen t design; m odu le in terface ers u sers to a lloca te d raw ing gu ick ly and conve2
收稿日期: 2000- 02- 09 基金项目: 国家重点科技攻关项目 “重型机床模块化设计与制造 (85 - 719- 27) 的子课题

m odu la r design, and the p a ram et ric d raw ing m an 2

p ap er. T hen, ba sed on the d iscrip t ion of the p rinci2

1 模块接口分析
111 模块接口的概念及其特性

system of m odu le in terface d raw ing s and the app li2 ca t ion of p a ram et ric d raft ing too l ( PD T ) , the p a ra 2

基于机床模块接口系列化的科研, 经过抽象和 归纳, 本文提出模块接口的定义如下: 模块接口是有着相互结合关系的模块在结合部 位存在的具有一定几何形状、 尺寸和精度的边界结 合表面。 应当注意, 模块之间的边界结合表面是成对 出现的。 这种性质称为模块接口的对偶性。 成对的 边界结合表面就称为接口副。 在这一定义下, 每一模块的结合表面和结合要 素均须采用模块接口中集合的联接要素来描述, 并 通过这种描述测评模块综合的互换性程度和精确 度。 另一方面, 模块接口作为模块之间结合部位的边 界, 反映了模块内聚与耦合的程度, 表征了具有相互 结合关系的模块之间的功能分界。 这些恰是模块划 分的重要测评指标。 从模块接口集合的联接要素中归纳出模块接口 的特性如图 1 所示。
《机械与电子》 2000 ( 4)

?6?

Key words: m ach ine too l design; m odu la riza 2

中图分类号: TH 122 文献标识码: A 文章编号: 1001

2257 ( 2000) 04

0006

04

述, 而省略了对于模块接口方位、 功能、 制造信息的 描述。

2  机床模块接口系列化、 标准化的原

则与策略
  模块接口系列化的主要原则有两个, 即模块接 口几何形状的统一性原则和模块接口几何尺寸的优 选性原则。 此外, 还有模块接口材料尽量相同的原则 和模块接口几何尺寸的精度、 表面粗糙度等尽可能 统一的原则。 模块接口几何形状的统一性原则是指: 具有相 同功能的模块接口应采用相同的接口几何形状; 对 于同一系列的模块接口, 其几何形状也应相似, 不同 的仅仅是具体尺寸的差异。 例如: 在重型数控镗床系 列中, 立柱模块与主轴箱模块的接口、 滑座模块与床 身模块的接口, 其功能均为导向和支承。 因此这类接 口的结构应满足模块接口系列化的统一性原则, 均 采用相同的接口几何形状。 这样的处理便于采用相 同的工艺装备、 工艺标准、 检测手段和质量标准, 达 到模块化制造的目的。 模块接口的几何尺寸优选原则是指: 对于同一 系列的模块接口, 其几何尺寸的选定应满足优先数 系。 这样处理才能满足产品系列化的要求。 系统相似、 尺寸与性能参数皆成一定比例关系 的纵系列产品称为相似系列产品, 对于同一系列的 模块接口, 其几何形状应是相似或类似的, 不同的仅 仅是具体尺寸的差异。 因此, 同一系列的模块接口构 成了一个相似系列或者部分相似系列。 相似系列产品不是按单个产品设计, 而是在基 型产品的基础上通过相似理论利用相似比关系计算 出整个系列产品的尺寸和参数。 解决相似问题的关 键是找出相似系统各尺寸及参数的相似比。 机床产品系列属于部分相似产品系列的范畴。 部分相似产品系列是不完全符合几何相似的产品系 列, 各参数和尺寸根据使用或工艺要求可能有不同 的比例关系。 因此, 机床模块接口系列化设计策略的总体思 想是: 基于模块接口系列化的原则灵活运用相似系 列产品的基本相似理论, 设计出标准模块接口几何 结构和几何尺寸的系列原型, 然后, 再对系列原型进 行技术经济分析和设计修正。 该策略的控制结构如 图 3 所示。 ?7?

图 1 模块接口的特性

《机械与电子》 2000 ( 4)

112 机床模块接口的数据结构

在分析模块接口特性的基础上, 考虑机床模块 在其布置设计时的拓扑描述特点和约束满足要求, 本文建立了机床模块接口的数据结构, 这一数据结 构可以为模块装配顺序的自动生成 ( 即模块柔性装 配路线) 提供核心数据, 是模块综合的关键技术之 一。 图 2 为机床模块接口数据结构的示意图。 图中 仅对机床模块接口形状信息作了进一步的细节描

图 2 机床模块接口数据结构示意图

于机床的类、 型别代号来表示。 组、 ③表示模块接口接合面型式的代码。 我们规定: 动态模块接口, 双矩形静压导轨副; A
B C 面) 接合面; D

动态模块接口, 双矩形滚动导轨副; 静态模块接口, 矩形平面 ( 或类矩形平

静态模块接口, 矩形环形平面 ( 含半环 形, 多边环形平面) 接合面; 静态模块接口, 圆形平面 ( 含圆形平面) E 接合面;
F

动态模块接口, 圆形静压导轨副。 ④表示模块接口所属机床的规格代码。 我们规 镗轴直径 <110mm ; 镗轴直径 <130mm ; 镗轴直径 <160mm ; 镗轴直径 <200mm ; 镗轴直径 <250mm 。

定:
C
图 3 机床模块接口系列化设计策略的控制结构

D E F G

3 机床模块接口的编码与参数化绘图
为了在交互式绘图系统中装载机床模块接口的 图形, 给设计人员和用户提供快速、 方便的图形调用 服务, 我们采用了参数化绘图技术来成批处理机床 模块接口的图形, 并在此基础上创建了模块接口参 数化图库。 该图库包容了重型数控镗床系列和重型 数控立车系列的全部模块接口, 是模块结构设计的 重要内容, 也是 “重型机床模块化设计与制造” 软件 系统中的内容之一。 311 机床模块接口的图样编码 模块接口的编码是检索、 查询、 调用和管理图库
3. 1. 1 主码说明

⑤表示对偶模块所成接口副的代码, 由于接口是 成对出现的, 同一接口副在成副的两个模块上都形成 边界接合面。 我们规定: 第 7、 位写下的模块代码表示 8 接口副在该模块上的接口, 第 9 位为分隔符 ” 第 “ ; 10、 位写下的模块代码表示形成接口副的配对模 11 块。 例如:“13 11” 即表示立车横梁模块 ( 13) 与立柱 模块 ( 11) 接口副中立车横梁模块上的接口。 模块接口代码的实例: 数控单柱立车中立柱与横梁的模块接口代码

中模块接口图形时所使用的代码。 该代码既是图库 中的菜单图标名, 也是模块接口的 PD T 文本程序文 件名和其对应的数据文件名。 模块接口的编码由 11 位主码构成。 必要时, 主 码后面可接 2 位扩展码。 主码和扩展码均为定长码。 模块接口主码码位如图 4 所示。

数控镗床中主轴箱与主轴箱进给系统的模块接 口代码

图 4 机床模块接口的主码码位示意图

①表示接口代码。采用汉语拼音中接口 (J IEK 2 OU ) 的首位字母 J 表示。 ②表示机床类别、 组别和型别代码。 2、、 位 第 3 4 依次表示机床的类、 型别, 均采用国家标准中关 组、 ?8?

3. 1. 2 扩展码说明

当一对模块在给合时产生不同方向和位置的多个
《机械与电子》 2000 ( 4)

PD T 来进行的。 PD T 将参数化编程中的数据采集、

…… 3. 2. 3 建立数据库和图形生成 建立数据库的工作通过运行 PD T 来完成。 本模块 接口覆盖了 5 个不同类型和规格的数控镗床, 包括 和 T K6213、 T K6216、 T K6513B、 T K6516
《机械与电子》 2000 ( 4)

接口时, 为了表示不同的接口型式, 可在主码后加上扩 展码来加以区别。 扩展码用 1” 2” “ ,“ 等表示。 实例: J T 65CD 20 55 2 扩展码 312 模块接口的参数化绘图 模块接口的参数化绘图是通过参数化绘图工具 状态设置、 参数输入等融为一体, 可减少编程时的重 复劳动。 生成模块接口参数化图形的步骤为: a 1 建立具 有适应 PD T 格式的文本状态的程序文件; b1 建立 数据文件; c1 建立数据库、 图形生成。下面以主轴箱 镗轴进给系统模块接口为例来加以说明。 3. 2. 1 建立文本程序文件 nam e jt 62de39 35 镗轴进给系统模块接口 c: 主轴箱
, key“机床类型” typ e= T K6213

应用 PD T 来生成机床模块接口图形时, 本 T KA 6916。 模块接口只需编制一个文本程序文件, 而把五个不同 类型和规格的数据控镗床所对应的一系列数据编辑成 具有一定格式的数据文件并形成数据库文件。 数据库 文件记录了本模块 5 组系列化的数据信息。 上述文件的建立提供了 PD T 与交互式绘图系 统的接口。 所以, 数据库文件记录的图形信息一旦进 入交互式绘图系统就会生成相应的图形。 然后用生 成的图形来建立模块接口图形库。 机床模块接口参数化图库已在武汉重型机床厂 的重型数控立式车床系列和重型数控镗床系列中得 到应用。 该图库具有以下功能: 重型数控 a. 快速绘制重型数控立式车床系列、 镗床系列的机床模块接口图形、 机床装配图和整机 结构示意图; 机床再设计提供图形支持。 b. 为机床模块综合、 参考文献:
[ 1 ]  杜式藩 1 机床模块化设计 [C ]. 金属切削机床基础技术 [2 ]  黄纯颖 1 设计方法学 [M ]. 北京: 机械工业出版社,

3 key 为关键字, typ e 为关键字变量3 p rom p “T K 6213 T K6216……” t va r L 0= 775, L 1= 18, L 2= 60, ……; 3 va r 为 变量, L 0、 1 等为变量名3 L …… 变量, xx、 为中间变量名3 yy view fron t; 3 主视图3 line, 3, 5, 1,   0, zy,   L 0+ Z 3 L 7, zy; 3 画一条直线3 …… a rc, 1, 1, 3   zx, zy   d3 2, 0, 360; 3 画一 个圆3
end; (N 6) …… T K6213 775 18 60 198 198 80 85…… T K6216 775 18 60…… 3. 2. 2 建立数据文件 typ e ( cl0 ) L 0 (N 6 ) L 1 (N 6 ) L 2 (L 6 ) L 3 (N 6 ) L 4

tem va r xx = 140, yy = 140; 3 tem va r 为中间

 430064)

一种新型电焊防护帽在内蒙古赤峰市双马机械 电子有限公司研制成功。 该产品的防护目镜是由多 层防红光线、 紫外线和强光等特殊材料组成的光学 电子复合系统, 能在电弧光产生之前完成变光动作, 变光反应灵敏、 准确、 可靠, 在电弧光消失后立即恢 复透明状态, 彻底克服电弧强光如紫光线等对人体 的伤害, 全面保护焊工面部, 具有体积小、 重量轻、 戴 在头上感觉舒适、 轻便灵活等特点, 并为焊工解放了 一只持电焊帽的手, 增加焊接的平稳性, 提高了焊接 ( 徐 航) 质量, 同时提高了焊接的安全性。 ?9?

[ 3 ]  刘小鹏, 胡维刚, 刘珍莲, 等 1 参数化绘图工具 PD T 在

作者简介:

刘小鹏  (1946

光电双控自动变光电焊防护帽

总论, 19881
11 19921 13.

机 床模块化设计中的应用 [J ]. 机械与电子, 1996 ( 2 ) :

) , 男, 湖北工学院机械工程系。 副教授。( 武汉


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