基于計算機仿真技術的機械設計制造研究

楊佳

摘 要：將計算機仿真技術應用到機械行業中能促進機械制造技術的不斷創新發展，也是機械制造行業未來的發展趨勢。在機械設計制造中應用計算機仿真技術表現出較強的分布性特征、集成化特征以及較廣的分布范圍。目前，計算機仿真技術被廣泛應用到機械產品結構設計、機械產品生產加工、機械產品復雜數據分析以及大中型機械產品設計中，確保了機械設計制造向更高的層次發展。

關鍵詞：計算機仿真技術;機械設計;機械產品

中圖分類號：TB486;TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）25-0070-03

Research on Mechanical Design and Manufacturing

Based on Computer Simulation Technology

YANG Jia

（Eastern Liaoning University，Dandong Liaoning 118003）

Abstract： Applying computer simulation technology to the machinery industry can promote the continuous innovation and development of machinery manufacturing technology， and it is also the future development trend of the machinery manufacturing industry. The application of computer simulation technology in mechanical design and manufacturing shows strong distribution characteristics， integration features and wide distribution range. At present， computer simulation technology is widely used in structural design of mechanical products， production and processing of mechanical products， and complex data analysis of mechanical products. As well as the design of medium and large-scale mechanical products， it has ensured that mechanical design and manufacturing will develop to a higher level.

Keywords： computer simulation technology;mechanical design;mechanical products

機械制造行業對促進我國經濟發展具有重要作用，機械制造產品已經運用到各行各業，從人們日常生活中使用的各種電器產品、外出時乘坐的各種交通工具，再到飛機、輪船以及導彈等都屬于機械產品。由此可見，機械行業的發展關系到我國社會的未來發展，與每個人都息息相關。傳統的機械設計工作主要通過人腦構思，然后再通過繪圖工具將想法轉化為圖紙，再根據圖紙將產品制造出來。這種工作方式對設計人員的技術能力要求較高、工作效率低且容易出錯。另外，這種方式只能將產品完全制作出來才能檢驗設計的正確性，不僅增加了制造成本，也浪費了大量的時間。隨著現代科學技術的發展，計算機繪圖得到了廣泛應用，其不僅能利用三維軟件將設備模型建立出來，還可以通過各種仿真軟件檢測設計的合理性，由此提高了產品的應用效果。另外，計算機仿真技術還可以實現不同區域設計人員共同參與同一產品設計，有效改善了機械設計制造行業的現狀。

1 機械設計制造中仿真技術的主要特征

1.1 分布性特征

將計算機技術與仿真軟件技術融合到一起，更加突出了機械制造行業中仿真技術的分布性特征。這是因為機械設計制造行業離不開仿真技術的應用，而計算機仿真技術實際上是基于虛擬網絡衍生出來的，這就使得技術設計人員能在不同的場所從事共同的產品設計，能對產品各個參數進行共同修改與設計，從而使計算機仿真技術表現出較強的分布性特征[1]。

1.2 適用范圍廣

計算機仿真技術的應用對促進機械設計行業的快速發展具有重要作用，從機械產品設計到最后的測試環節，仿真技術都能發揮非常大的功效。在機械產品設計階段，計算機仿真軟件能將設想轉化成三維模型，便于設計人員更直觀地查看到產品結構。在測試階段，計算機仿真技術能將測試數據導入軟件中，從而計算出產品的各項性能。在實際機械設計過程中，計算機仿真技術使用范圍較大，能模擬出機械產品結構的受力情況[2]。

1.3 集成化特征

集成化特征是機械設計制造中仿真技術最顯著的特征。通過計算機仿真技術的應用，能將機械設計制造中的產品開發過程與生產制造過程以虛擬的方式建設出來。此外，實現仿真技術的方式也較為多樣，因此計算機仿真技術也表現出較強的多樣性[3]。

2 計算機仿真技術在機械設計制造中的應用

2.1 在機械產品結構設計中的應用

機械產品是通過多個零部件或者子裝配體以焊接、螺栓固定等方式組合到一起的。要確保組裝出的產品符合使用要求，就必須要保證每個零部件設計的合理性以及加工的精確性[4]。目前，隨著計算機仿真技術的應用，機械工程師在產品設計過程中，會對產品進行建模，之后對模型進行模擬試驗，并根據試驗結果對其中的零部件進行優化與改進，然后對優化后的模型進行模擬試驗，通過多次試驗對比，從而選出最優的設計方案。在仿真過程中，可以借助SolidWorks、Pro/E以及UG等三維仿真軟件實現機械結構的動態展示。技術人員可以在計算機上對三維模型進行任意角度和方位轉動，也可以對模型細節部分進行放大處理，能清晰地觀看機械產品的內部構造。如果在動態展示中存在部件干涉情況，設計人員也能及時進行調整。這些三維軟件具有功能強大、操作簡單及使用便捷等優點，已經被廣泛應用到機械產品設計中[5]。圖1為使用SolidWorks三維軟件建立的機器臂模型。

2.2 在機械產品生產加工中的應用

將計算機仿真技術應用于機械產品加工，能為機械產品加工提供極大便利，為實際生產加工過程提供強大的保障。例如，在使用數控車床加工零件時，通過應用計算機仿真技術，可以建立出待加工零件的模型，再利用建好的三維模型轉化成圖紙或者數控程序，將程序導入數控車床中就可以進行零件加工[6]。另外，使用數控磨床進行產品磨削加工時，可以對計算機編程軟件生產的程序進行預演示，設計人員可以通過計算機觀看加工的具體步驟，并檢驗程序有無錯誤。再如，在使用數控銑床進行銑削加工時，根據產品圖紙創建三維零件模型，將建好的模型導入仿真軟件中，對銑削步驟以及原理進行檢驗。

2.3 在機械產品復雜數據分析中的應用

在進行機械產品設計時，先根據使用要求設計相應的產品結構，將設計好的零部件組裝成產品，再對產品進行試驗，通過試驗數據對產品進行優化與改進，這是每個機械產品開發的主要程序。通常情況下，機械產品內部構造復雜程度越高，開發周期就越長，給產品設計工作帶來極大困擾。計算機仿真技術的應用能有效改善這種問題。在機械結構設計過程中，會出現較多計算，有零件尺寸核算，也有部件受力情況計算。計算機輔助軟件可以代替人工快速完成計算，節省了大量的時間，同時也有效提高了運算準確性，大大地縮減了產品開發周期。此外，計算機仿真技術還可以對機械產品進行受力分析，清楚地展示產品部件的受力情況與形變尺寸，能確保產品設計的合理性與科學性[7]。圖2為使用三維軟件繪制的機械產品受力分析圖。

2.4 在大中型機械產品設計中的應用

在機械產品設計中，經常會遇見體積較大、內部結構較復雜的大中型機械產品。這類產品設計中包含了許許多多的零部件，在進行生產加工時也相當困難。當設計工程師在進行此類產品設計時，經常會出現零部件裝配問題，這主要是因為機械產品本身涵蓋的零部件較多，并且不能實現一次性裝配。這些問題的出現影響了大中型機械產品的使用穩定性，造成使用單位不能正常生產，進而給公司帶來損失。計算機仿真技術的應用，能在計算機上完成零件的仿真裝配，在裝配過程中及時發現零部件問題，并且能通過動態模擬的方式觀看設備運行情況，確保大中型設備的產品質量[8]。

3 結語

將計算機仿真技術應用到機械設計制造中具有非常重要的意義，能有效提高機械產品設計的效率與質量，縮減產品設計周期，降低產品設計中的成本，促進機械設計行業向信息化與智能化方向發展。

參考文獻：

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