模块化数控机床概念设计（三）

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(3)映射III：机床布局原型结构→模块模型
根据模块创建的原则，为实现机床各模块间功能和结构的独立性，应将相互间关系紧密的结构特征聚集成同一模块。模型II中原型结构特征是面向功能的实现对实际结构的抽象，其模型包含了结构特征的功能、空间尺寸和装配关系等信息，其中的关系集合∪R可以作为结构相关性的衡量基础。
4 b* Z6 b. \. S! ]1 L8 D模型II中原型特征由特征单元集合构成，原型特征之间的关联通过它们包含的特征单元之间的关系REL实现。对不同类型的关系，根据模块创建原则赋以不同的值r代表不同的相关程度。对原型结构SPF1和SPF2之间的相关程度确定一个相关系数X1,2来表示，k表示关系的个数。
根据原型结构间的相关系数Xi,j，可建立相关矩阵X，Y为一对称矩阵，主对角线上的元素设为0，元素Xi,j两代表原型结构SPFi，SPFj之间的相关度，矩阵建立之后，采用一种聚簇收敛算法进行处理，得到的新矩阵X*表现为值较大的元素沿主对角线聚簇的状态。例如：关系矩阵X转化为X*：
X*中元素的值聚簇在主对角线周围，于是可以如上面的两个实线方框，将特征原型分为两组，构造两个模块M1，M2。方框所围住的子矩阵，构成模块内各结构的关系矩阵；虚线框内的元素，表示M1和M2之间的装配关系，虚线框围成的矩阵正标志着模块的接口。产生的机床模块方案，保证了模块内部结构间的紧密结合，同时使模块间的接口关系尽量简化。
5 系统开发及设计实例
2 M* F: P; P+ b/ H) z! {8 B7 v本文基于图1所示系统模型，以,MicroSoft Visule C++为开发工具，在Windows系统平台下，针对加工中心类数控机床开发了模块化结构概念设计系统，并通过三维CAD平台Autodesk Mechanical Desktop的二次开发接口ObjectArx及McadAPI，开发了从机床结构概念设计方案到模块结构实体创建的转换工具。系统运行的实例如：
基本设计要求信息为：(静柱式卧式加工中心)+(规格630×630mm)+工件最大高500mm)+(运动要求X：700；Y：700；Z：700；RZ：绕Z轴的回转运动)+(承受重载荷，快移速度为30～60m/min，要进行大功率、高速切削)；
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/ G( S+ C0 b+ p, z9 x! q! j通过功能分析及运动方案求解工具求得可行方案如图5a，根据第二种方案，映射机床布局方案如如5b，进一步，将机床结构划分为四个模块：床身模块，立柱模块、工作台模块和主轴单元模块，如图5c，机床方案的三维实体模型如图5d 所示。
8 p+ j" v; m( I1 n  a4 p! c) m文章关键词： 模块化数控机床概念设计