[发明专利]基于模块化的机床设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床设计领域，具体涉及一种基于模块化的机床设计方法。

背景技术

面向大批量定制和大批量定制的设计技术是建立在模块化基础上的。产品的模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块。通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，通过对不同模块的组合实现了以有限资源生产出尽可能多的产品品种。产品模块化是企业产品资源重用的基础，也是实现产品配置设计和变型设计的关键。产品模块化综合考虑了产品对象，把产品按照功能分解成不同用途和性能的模块，并使模块的接口(结合要素、形状和尺寸等)标准化，选择不同的模块可以迅速组成满足各种要求的产品。模块化在电子设备，计算机、软件业、汽车制造、飞机制造等众多行业得到成功的应用并产生了巨大的经济价值。然而机床产品作为任何机械产品的生产母机，目前机床产品的设计仍然采用传统的设计方式，其设计时长往往需要3个月以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于模块化的机床设计方法，其能够根据客户需求来快速实现响应其需求的性能和规格产品，实现对机床的模块化设计。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

基于模块化的机床设计方法，包括如下步骤：

(1)按照功能、结构特点和加工装配条件，采用边介数搜索算法对给定机床进行模块划分，并据此建立功能模块库；

(1.1)给出给定机床内部所有零部件相互之间的装配约束关系式；

(1.2)根据给定机床的零部件数及上述零部件间的装配约束关系建立装配关系网络；

(1.3)计算给定机床零部件的装配关系网络中各条边的边介数；

(1.4)去掉网络中边介数最大的边，将网络分成若干子网络；

(1.5)对各个子网络重复计算边介数和去掉网络中边介数最大的边的过程，直到分解的所有子网络符合设定的模块划分粒度为止，此时所得子网络即为划分出的功能模块；

(1.6)根据划分出的功能模块建立功能模块库，该功能模块库记录有各个功能模块所包含的零部件；

(2)采用配套选择接口算法对功能模块间的接口进行标准化，并据此建立接口数据库；该接口数据库记录功能模块与其相关联功能模块之间相互配合关系及所有接口类型变化的可能性；

(3)建立各个功能模块内部的所有零部件的变型设计库；

(3.1)将所有零部件的各项参数进行分类，一类是固定不变的不变参数，一类是根据用户要求变化的基本参数，一类是随基本参数和/或接口类型改变而发生相应变化的导出参数；

(3.2)将各不变参数零部件的参数值进行存储；

(3.3)将各基本参数零部件的参数值预留，后续按用户要求人工输入；

(3.4)将各导出参数零部件随基本参数零部件变化的函数关系式进行存储；

(4)将上述功能模块库、接口数据库和变型设计库在软件环境下进行组合建模获得机床的三维模型。

所述步骤(4)之后还进一步包括对建模后的三维模型进行模拟仿真分析，以获得模拟仿真的结构应力、热应力、变形和模态值，并将上述各值与具体应用环境下获得的结构应力、热应力、变形和模态值进行比较；当模拟仿真的各参数值与具体应用环境下的各参数值相符时，将建立的三维模型输出；当模拟仿真的各参数值与具体应用环境下的各参数值不相符时，将不合格参数值导出作为后续变型设计库调整的依据。

当步骤(1.3)对无权无向无环网络进行边介数搜索时，其过程是采用循环与邻接表的数据结构将网络的所有结点及其对应的邻接点按顺序依次存入邻接表，然后从网络中任选一条边依次搜索所有包含该边的任意两点间的最短路径，并记录该边的边介数，如此循环，直到网络中所有边的边介数都求出来为止。

与现有技术相比，本发明在对企业某型成熟系列化机床销售数据和订单进行数据分析后，对未来产品的发展和客户的个性化需求进行了定位和预测。在此基础上，成功地实现了：1、按照功能、结构特点及加工装配等条件，进行了模块划分；2、通过自定义算法，合理地对模块间的接口进行了标准化；3、实现了模块的搜索以及变型设计技术下定制模块的快速生成；4、实现了模块在软件环境下的自动组合。通过模块化设计使得机床设计周期从3个月缩短到几个小时即可完成。

附图说明

图1为一种无权无向无环网络；

图2为边介数搜索流程图；

图3为基于复杂网络边介数集聚特性的模块划分框图；