仿真技術在機械設計與制造中的應用研究

潘康

摘 要 我國科學技術突飛猛進，迅速發展，在不斷創新和研究中，各項科學技術日益完善，機械設計與制造領域也逐漸發展成型，而仿真技術逐漸成為現在機械設計制造領域中關注度高、研究熱門的話題，它綜合多學科技術領域理論，再加上現在計算機技術的快速進步，可看出仿真技術在未來機械制造業中具有廣闊的應用前景，因此，對仿真技術領域進行探索研究具有十分重要的意義。

關鍵詞 仿真技術；機械設計；機械制造；應用研究

前言

為實現工業制造的強國夢想，我國提出了“中國制造2025”的發展規劃，大力推進信息化技術與工業現代化相關技術的進一步融合，同時積極加強電子、控制相關技術與機械制造技術的結合。隨著我國工業技術迅猛發展，產品日新月異，產品性能成為工業產品在國際市場上進行有利競爭的關鍵。總而言之，集機械制造技術與電子、自動化控制技術于一體的機電一體化技術在工業和機械制造中的應用范圍越來越廣。同時，仿真技術在工業設備及機械設計制造中的應用成為必然。

1 仿真技術在機械設計制造中的重要性

機械設計與制造業對于推動我國經濟實力和提升綜合國力發揮重要作用，尤其是先進技術和智能制造業的發展對經濟建設更是起著較大的推動作用。在當今社會，時代的快速發展勢必帶動先進技術、先進工藝的革新與之相適應，全球化競爭日益加劇，對產品的需求也逐漸提高，人們的消費觀念便朝著形式多樣化、功能齊全化、產品個性化發展。仿真技術指的是開發者借助計算機為輔助工具，采用合適的仿真軟件進行建模，設置產品相關參數，調試產品加工工藝路線，并根據信息反饋數據對產品的重要參數進行綜合分析，反復模擬仿真，得出產品最佳的參數和加工工藝，即設計方案。借助現代化的仿真技術和先進的計算機技術相結合的方法進行新產品的開發和研制，相比傳統方法而言，可實時監控，實時調整相關參數和工藝路線，操作方法靈活，提高生產安全系數，降低生產成本，縮短產品研發、實物加工試制時間，降低產品試制帶來的不必要損失，從而實現產品效益最大化。通過仿真技術的假設性試驗，獲得最佳設計方案，既提高產品質量，又節約研發成本和加工成本，這對機械行業，尤其是高精尖產品的發展起著積極的推動作用[1]。

2 仿真技術在機械設計制造中的應用

2.1 提高齒輪設計的質量

在齒輪的設計與制造過程中，應用仿真技術進行模擬和仿真，可有效提高齒輪設計的質量。在機械制造業當中，齒輪扮演者重要角色，相應的對其設計與加工的精度要求也就越高，故在機械設計與制造過程中，要充分利用仿真技術。一般而言，設計研發者會借助計算機輔助工具對齒輪進行設計，而仿真軟件對研究工作起到強大的輔助作用。除此之外，在設計加工齒輪泵時，也需要充分的使用仿真技術，對模型進行模擬，通過實時檢測、實驗，確定較好工藝流程和設計方案，解決實際生產中的棘手問題。從而提高齒輪或者齒輪泵等重要零部件的質量。

2.2 數控加工中的仿真應用

在數控加工中，重點是如何編制較優的工藝路線，如何選擇刀具和加工參數在整個工藝過程中至關重要。即使路線相同，而不同的加工刀具與參數對提高工作效率和改善零部件質量都有很大的影響。對于復雜零件的外輪廓加工和腔體的加工，或者五軸機床上零件的加工，選擇合適的刀具都是整個零件加工工藝的難點，對整體的加工工藝有著很重要的影響。當前階段虛擬加工技術被廣泛應用，可以完成驗證數控代碼，同時還可以對整個工藝路線的合理性、正確性進行驗證，但是，刀具和參數的選擇只能做定性分析，加之其他軟件的配合即可完成定量分析，例如Vericut軟件，既可以進行自動化的對比，又可以在零件加工過程中讓工作人員快速、準確地選擇刀具。同時，又具備檢驗實際條件的功能，從而發現問題，進一步優化設計加工方案。在機械設計制造過程中，合理運用仿真技術實現過程實現仿真模擬，可減短實際加工中工藝程序的調控耗時，大大降低設備損耗率。目前，很多大型設備的零部件十分復雜，在設計與制造時，可采用先進的仿真技術，反復調試工藝參數，大大降低出錯概率，提高加工人員安全系數，進而提高生產效率和經濟效益，加快制造業的穩步發展。

2.3 機械產品開發設計應用

計算機輔助設計可大大簡化復雜工程計算分析工作量，降低反復試驗所需的時間消耗，提高工作效率，使設計和加工周期更短、更精確，尤其是在新產品研發階段，發揮了不可估量的作用。機械產品開發的基本過程是概念設計→初步設計→詳細設計→試驗→修正設計→再試驗，經過反復的優化與修正，以滿足實際需求。在各個設計與檢驗環節中，仿真技術極為關鍵與重要，既節約材料，又降低產品加工時長，從而使利益最大化。在對機械設備的動力學模型分析中引入計算機仿真技術，可使產品獲得較高的強度和剛度，以及最佳的參數和參數區域，進而降低機械面臨的疲勞失效風險，以便設備正常順利運行[2]。

3 仿真技術在機械設計制造中的發展方向

3.1 仿真過程逐漸精確化

隨著國內外仿真技術的快速發展，在數控加工模擬仿真過程中，實時調整相關參數和影響產品加工的因素，通過反饋系統使加工參數實現最優化、精確化。

3.2 仿真過程日益智能化

機器人逐漸被越來越多的行業應用，人工智能和云計算也在飛速發展，這勢必要求仿真系統走向智能化，以滿足其他高科技行業發展的需求和應用，實現仿真技術與其他計算機無障礙交換和共享數據，從而實現遠程控制的目的。

3.3 應用領域逐步擴大化

各行各業，尤其是重要的制造領域，比如，航空航天事業、國防相關設備等等領域，設計制造成本極高，為最大程度減少損失，模擬仿真技術發揮極其重要的作用，通過設計、模擬、修正、制造等流程，使產品工藝最優化，其他領域亦是如此。

4 結束語

為實現由“制造大國”轉向“制造強國”中國夢，在機械制造業，尤其是先進制造業，勢必引入新技術、新工藝，而仿真技術的應運而生極大地促進了機械制造業的發展和進步。仿真技術在機械設計與制造過程中的運用，使機械設計與制造業耗時短、耗料低、效率高，為我國的機械制造領域的發展做出較大貢獻，為我國快速邁向制造強國奠定了堅實的基礎。

參考文獻

[1] 馬明芳.仿真技術在機械制造過程中的發展與研究[J].機械技術，2016，（8）：47-49.

[2] 李昊.仿真技術在機械設計制造過程中的應用前景研究[J].建筑技術開發，2017，（13）：213-214.