模块化与可重构数控机床

模块化与可重构数控机床模块化设计的基本原理是将一种产品或系统分解成一些功能和结构独立的基本单元（模块），然后按用户需求组合，以满足不同的市场需求。产品模块化设计的思想和实践己有近百年的历史。1920年前后，就有人将模块化设计原理应用于机床设计中。直到20世纪50年代，欧美一些国家的学者正式提出“模块化设计”的概念，才真正把模块化设计提升到学术的高度来进行研究。模块是一组同时具有相同功能和结合要素，具有不同性能或用途甚至不同结构特征，但能互换的单元。模块化设计基于模块的思想，将一般产品设计任务转化为模块化产品方案。它包括两方面的内容：一是根据新的设计要求进行功能分析，合理创建一组模块，即模块创建；二是根据设计要求将一组已存在的特定模块组合成模块化产品方案，即模块综合。模块化设计是在对一定范围内的不同功能或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，构成不同的产品，满足市场的不同需求。针对机床产品，可以将模块化设计归纳为：根据用户的要求，在功能分析的基础上，设计出具有性能（或用途）、结构各异，而功能相同的一系列可以互换的功能单元，以及一些专用、独立部件，然后将其组配成单台机床或柔性加工单元（或系统）等。机床结构模块化设计在国外一些企业应用十分普遍，已使企业从产品设计、工艺到制造形成一整套模块化管理体系。德国BremerVulran集团的DorriesScharmann中型卧式加工中心的模块化设计表现十分突出。在一定条件下，它可以与其他公司共享机床模块，如该公司的一种创新高速卧式加工中心，可以把Dro叩&Rein的高速主轴和NC回转头与Scharmann的工作台和Wero刀库结合起来使用，而它的床身、立柱和导向系统则来自Ascherslebene.德国Sarmann公司生产的镗铣床，具有横系列和跨系列模块化设计的特点，其模块主要有四组：①数控系统;②刀库和换刀装置；③工作台；④立柱滑座。通过交换或增加数控系统、刀库和换刀装置、工作台等模块，可得到数控镗铣床和各种型式的镗铣加工中心等横系列产品；而选用不同的立柱滑座和相应的工作台模块，则可得到镗铣床和落地镗铣床这两类跨系列产品。法国的Huron公司生产的铣床，由五组模块组成：①不同性能和传动功率的滑枕式铣头；②不同功率和进给特性的进给箱;③不同长度和宽度的工作台；④与工作台尺寸相应的床身和升降台;⑤增加铣头高度的滑座垫块。通过这五组模块可以组成数百种规格的产品，提高了对用户的适应性。德国Wemer公司开发的模块化TC500，TC1000加工中心，配以各种交换工作台、拖板、运送机构、刀具和检测等模块，短短几年内为世界各地用户提供了70多条FMS及有关生产线。该公司能在很短时间内应标和报价，设计周期不超过一个月，均因为采用了先进的模块化设计技术。德国Index公司开发了RatioLine系列的模块化车铣复合加工中心。RatioLine系列车铣加工中心吸收较小型机床的许多特点，可与多种加工中心的参数相匹配。其中，6400机床具有17kW的铣削功率、两个可装32把刀的刀库，并可实现5轴加工。其一端是一台双轴的重型轴加工车床，有伺服控制的尾座和固定中心架及多刀转塔；另一端是结合了车床和5轴加工中心特征的、具有对置主轴的12轴机床，3个刀架（其中2个可以装独立铣削主轴），有2个刀库。可以作为两台独立的机床进行操作。6400机床采用大型“扭矩管状”床身，它有两种尺寸规格，分别满足车削长度1250mm和2000mm的要求。床身在全长上的管状横截面是不变的，从而便于在滑动导轨的两个不同座体上，进行多种模块的配置。上部导轨支承两个主要刀架；下部床体上安装第一主轴箱、对置主轴箱或尾座，以及一个下刀架及可能使用的固定中心架。6400机床可供使用的模块品种、数量较多，应根据需要进行配置。可重构制造系统与可重构机床（1）可重构制造系统随着科学技术的不断进步、产品供应市场的日益国际化和消费需求的日趋个性化、多样化，一种由客户订单驱动，以小批量、多品种、多功能、快速交货和短的产品市场寿命等为特征的顾客化大生产（MassCustomizedManufacturing），又称大批量定制生产的模式便应运而生，制造企业需要由面向产品的生产转向面向客户的生产，由卖方市场转向买方市场。传统制造系统显然不能适应这一形势的发展要求，需要发展一种能够通过产品结构调整和制造系统快