实现模块化制造系统需要解决的技术问题之一是建立开放的机床模块标准，定义模块功能、尺寸、控制，解决模块的描述问题。本文针对立卧式加工中心系列化机床模块化设计、制造和管理的需求，提出了立卧式加工中心机床模块柔性编码系统，研究了加工中心机床模块计算机辅助编码方法、编码结构和编码规则的制定，以及模块组合的判别方法。
表1 加工中心机床模块编码的结构
| 码 段
| 序号
| 编码
| 码 位
|
| 模块规格系列码
| 01
| 1
| 模块系列码
|
| 02
| 0
| 模块规格码
|
| 03
| 4
|
| 04
| A
| 模块的版本代号
|
| 模块标识码
|
| -
|
|
| 05
| 3
| 模块结构类别码
|
| 06
| 1
|
| 07
| 1
| 模块结构及功能特性码
|
| 08
| 1
|
| 09
| P
| 模块精度代号
|
| 模块图样标识码
|
| -
|
|
| 10
| 7
| 图样类别码
|
| 11
| 0
| 图样序号码
|
| 12
| 1
|
| 模块接口特征码
|
| -
|
|
| 13
| 6
| 结合面方位码
|
| 14
| 5
| 结合面功能特性
|
| 15
| 2
|
| 16
| 1
| 结合面定位方式码
|
| 17
| 3
|
结合面尺寸
|
| 18
| 2
| 结合面精度
|
|
| -
|
1 模块编码结构
模块化必须以基型产品为基础，机床模块编码需要表达模块所属的基型产品，以及模块的类别、功能 、基本特征、图纸管理等。模块的编码结构如表1所示。
机床模块编码是按照成组技术中有关分类编码的方法，用分类编码规范模块之间发生几何、物理关系是所对应功能体（面）的结构形式，通过模块的设计编码，表达模块结构功能特性及在机床中的排列信息。利用编码对模块的功能、结构形式、力流等进行描述，以便用于模块的组合、机床的布置等方面。模块的特点之一是接口标准化，在总结各种模块的结合面信息的基础上，加以规范化，以模块的接口编码形式表示，便于计算机处理，同时为模块组合提供较为简单的判别标准。
本编码系统采用柔性编码结构，除了模块标识码 ，其余各码段根据实际需要灵活裁减使用。由于各个码段具有不同的码位数，仍然能够区分各个码位的含义。例如104A-3111P-701是由模块标识码和模块图样标识码组成模块的图样编码，311P-652132则是由模块标识码和模块接口特征码组成模块的设计编码。
2 模块编码规则
2.1 模块规格系列码
模块规格系列码描述模块主要应用的机床范围，用基型产品的规格系列表示。区分不同产品系列的码号由三部分组成，前部分为立卧之分，中间部分为规格之分，后部分为版本代号。
以卧式加工中心为基型(包括其变型的立式加工中心,如TH6340A、XHW736的系列产品)前部分为"1"，如1××。以立式加工中心为基型的变型产品，前部分为"2"如2××。
基型机床规格码描述了基型主参数大小。将同一功能的模块按其主参数由小到大排成系列，按系列的序号编码规格码以加工中心工作台尺寸的1/100表示，如TH6340工作台为100，则后部为04。以TH6340为基型的系列产品，其模块规格系列码为104。
模块的版本代号描述基型机床设计时间的先后顺序，用字母A-Z来表示。
2.2 模块标识码
模块标识码描述模块的类别、结构特征、性能参数等。模块的标识码是模块之间的唯一区别代码，它同时也表达了模块的功能。模块标识码在原部件号(模块类别码)的基础上增加结构特性码构成，用四位码表达各部件编码应结合工厂过去的管理习惯----工厂标准，同时也为了原有图纸改动量最小。如床身为 11组，TH6340A的床身为1131。
某些模块为了外扩或组成专业化供应方便起见可能有“分模块”分模块标识码描述模块可能具有的分模块，由模块标识码附加两位可选码位表达，尾位为9的分模块可跨模块使用。如床身组导轨分模块标识码为1101-39。
模块类别码表示模块所属分组类别,由两个码位组成.加工中心机床模块类别码及其含义如表2所示。
表2 立卧式加工中心机床模块类别码
| 编码
| 0
| 1
| 2
| 3
| 4
| 5
| 6
| 7
| 8
| 9
|
| 0
|
| 包装箱及附件
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1
|
| 床身
| 防护罩
|
| 滑板横滑座
|
| 底座
|
|
|
|
| 2
|
| 工作台
|
| 托盘交换站
| 数控转台
| 交换工
作台
|
|
|
|
|
| 3
|
| 立柱
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 4
|
| 主轴箱
|
|
|
| 主轴电机
|
|
|
|
|
| 5
|
| 刀库
| 机械手
|
|
|
|
|
|
|
|
| 6
|
| 液压系统
| 气动系统
| 冷却系统
| 润滑系统
|
排屑系统
|
|
|
|
|
| 7
|
| 三轴数控系统
| 电气柜
| 操纵箱
| 电气安装
|
伺服系统
|
|
|
|
|
| 8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 9
|
| 其它
| 刀具系统
| 工装卡具
| 辅助设备
| 传送
装置
| 易损配件
| 检测装置
| 对刀仪
|
|
表3 立柱类模块(31)结构功能特性参数
| 主功能
| 扩展功能
|
| 结构特性
| 规格参数
| 精度档次
|
| 立卧
| 导轨
| 滚珠丝杠
| 平衡油缸
| 控制
| 尺寸
| 功率扭矩
(N·m)
| 移动速度(v)
(m/min)
|
| 卧式
| 滑动导轨
| 普通
| 不带
| 半闭环
| 标准
|
| <12
| 普通精度
|
| 立式
| 滚动体导轨
| 大导程
| 带
|
| 加宽加高
| 10
| <24
| 精密级
|
| 立卧
| 直线电机
| 无丝杠
|
| 光栅尺闭环
|
| 12
| <40
| 高精密级
|
| 其他
|
|
|
|
|
| 14
| >40
|
|
表4 立柱类模块(31)结构特性编码及其功能定义
| 模块编码
| 模块功能定义与描述
|
| 3111
| 卧式滑动导轨式、移动速度<12m/min
|
| 3112
| 卧式滑动导轨式、移动速度<24m/min
|
| 3121
| 卧式滚动导轨式、移动速度<12m/min
|
| 3122
| 卧式滚动导轨式、移动速度<24m/min
|
| 3123
| 卧式滚动导轨式、大导程滚珠丝杠、移动速
度<40m/min
|
| 3131
| 卧式直线电机、移动速度>40m/min
|
| ...
| ...
|
结构特性码描述模块的主要结构特征，例如床身有普通床身、加长床身、T形床身等。模块按功能分段表示 ，即分为上位功能(主功能)和下位功能(扩展功能) 结构特性码用00-99数字来表示。立柱类模块(31)按功能划分的主要特性参数如表3所示，通过各个特性参数之间的合理组合来定义立柱类模块功能，并对其进行编码。立柱类模块结构特性码(部分)如表4所示。
2.3 模块图样标识码
表5 模块图样类别
| 编码
| 图样类别
|
| 0
| 装配件
|
| 1
| 铸铁件
|
| 2
| 钢件
|
| 3
| 铸钢
|
| 4
|
|
| 5
| 有色金属件(包括有色金属铸件、双金属套)
|
| 6
| 其他材料件卸的组合件(非金属材料)
|
| 7
| 铆焊组合件(不可拆卸的组合件)
|
| 8
|
|
| 9
|
|
模块图样标识码描述模块的图纸管理、制造特性，用于模块的装配图和机床零件的图纸管理 。由三位码构成，包括模块图样类别码和图样序号。零件号按厂标准，即原来零件号不变。模块图样类别码反映了图纸的工艺属性和零件的材料类别(表5)。图样序号两位为图纸的设计顺序号 。如铆焊组合件(不可拆卸的组合件)为701，702...；其分件号为701/1，701/2...。零件序号码按主要零件和附属零件的顺序来表达。模块的主要零件(序号为01)是指完成主要功能、结构独立、形式固定的零件。附属零件指与该模块主要零件具有一定固定连接关系的零件。模块(部件)的装配图为001，002，...，如1101-001，1101-002，...。
2.4 模块接口特征码
模块接口特征编码描述模块的结合面信息，包括结合面形状、形式、特性，即模块结合要素信息集合中的联接部位的形状功能信息。由若干段不定长扩展码构成。模块的结合面信息由功能体(面)特征码表示，由于各模块的功能体(面)的数目是不确定的，所以此段采用柔性编码，使模块编码的代码个数与模块的复杂程度一致。功能体(面)特征码应包括方位码(结合面所在方位)、接合面功能特性(即结合面形状和形式，如平面、导轨等)、尺寸、精度以及定位方式等信息，每个功能体 (面)特征码也由六位数码组成。
描述机床的接合面功能特性编码如表6。模块接合面定位方式、尺寸及精度编码如表7。
表6 接合面功能特性码
| 类别
| 编码
| 0
| 1
| 2
| 3
| width=45>4
| 5
| 6
| 7
| 8
| 9
|
| 回转类
| 0
| 传动
| 皮带轮
| 轴承
| 凸轮
| 轴
| 丝杠
|
|
|
|
|
| 1
| 啮合
| 直齿轮
| 斜齿轮
| 锥齿轮
| 蜗轮
|
|
|
|
|
|
| 2
| 包容
| 轴衬
| 套筒
| 活塞
| 导轨
|
|
|
|
|
|
| 3
| 连接
| 垫
| 螺纹
| 丝杠螺母
| 销
| 轴
| 钉
| 弹簧
| 法兰
|
|
| 4
| 其它
| 光柱
| 不规则柱
| 卡簧
|
|
|
|
|
|
|
| 非回转类
| 5
| 联结
| align=center>矩形面
| T型槽
| 连轴器
| 法兰盘
| 支架
| 键
| U形键
|
|
|
| 6
| 滑动
| 导轨
| 拨叉
| 滑动键
| 滚动体
|
|
|
|
|
|
| 7
| 包含
| 镶条
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 8
| 光面
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 9
| 其它
| 开关撞块
| 胶条
| 齿条
|
|
|
|
|
|
|
表7 模块接合面定位方式、尺寸及精度编码
| 编码
| 0
| 1
| 2
| 3
| 4
| 5
| 6
| 7
| 8
| 9
|
定位方式
尺寸
L×W(D)
精度
接口方位
|
|
一面两销
<100
>150
普通精度
前
| 三面定位
≥100-250
≤150
精密级
后
|
≥100-250
>150
混合级
右
|
≥250
≤150
左
|
≥250
>150
下
|
≤150
≤150
上
|
≤150
>150
辅1
|
>150
辅2
|
<100
≤150
高精度
辅3 |
模块的接口方位码表达联接面在模块上的位置，为机床组合提供合理性判别。方位码参照模块的局部坐标系表达(图1)模块的局部坐标系采用力流原则描述。方位码的描述规则如下
- 被描述的机床处于正常运行状态；
- 力流从切削点开始，到处于地基上的模块结束；
- 模块局部坐标系取力流的正向流动方向为x方向，yz方向依照右手坐标系确定。
3 模块组合编码
模块组合编码表达模块组合的各模块代号及其间的主次级别。模块组合编码可用来描述模块化组合加工中心机床的编码及其结构布局，以及模块化组合柔性生产线的编码和结构布局。模块组合编码原则为：先主后次，先外后内，按力流顺序分段加以说明。模块组合编码结构如图2。如1101-2131，表示工作台模块与床身模块之间的组合，工作台为基准模块。
利用模块编码,可按照一定的规则实施模块接口标准化的审查，主要包括以下内容：
(1)结合部位的联接件应尽量采用标准件或通用外购件。
(2)结合部位定位、联接，其形状、尺寸 、配合要考虑一致性且便于加工，以便于接口的统一。
(3)功能相同的一组模块，应具有相同的接口，以保证性能、用途、内部结构不同的各个模块在组合时具有互换性。
立卧式加工中心机床模块的连接关系用模块组合连接模式定义矩阵来表达。两模块能否结合可通过相应的接口属性来判别，即判别结合面同一属性的相似相容程度，计算出模块及其接口的结合度矩阵。三维概念设计将是今后企业产品开发的的重要手段。为此需要建立典型机床、常用模块、分模块和结构零件的三维参数化图库及其编码模型，为采用模块化设计开发新产品提供基础支持。TH6340卧式加工中心机床模块的编码描述如图3。
4 结束语
上述模块编码系统建立在机床厂多年从事加工中心生产管理实践的基础上，保持了与工厂现行码制的兼容性，不仅简单实用，而且具有良好的可扩充性，可以科学准确地对模块信息进行描述，能充分反映模块的基本特征，对于模块的管理、模块的选择、模块的组合都能起到很好的辅助作用。从而为以模块为基础进行制造和生产管理打下良好基础，为面向用户的箱体类零件柔性加工自动线快速响应设计中的设备描述提供了便利条件。
(源自： ) |
机械通会员 《中华机械》杂志