仿真技術在機械設計制造過程中的應用探究

付華淼 董濤

【摘 要】仿真技術的日益成熟進步使得機械設計制造企業(yè)能夠研發(fā)出性能更為卓越的產(chǎn)品，仿真技術朝著智能化和數(shù)字化方向發(fā)展，也帶動機械設計制造行業(yè)朝著智能化和數(shù)字化方向發(fā)展。鑒于此，文章結合筆者多年工作經(jīng)驗，對仿真技術在機械設計制造過程中的應用探究提出了一些建議，僅供參考。

【關鍵詞】仿真技術;機械設計制造過程中的應用;探究

引言

科學技術不斷發(fā)展，機械設計制造水平不斷提高，但是在生產(chǎn)工藝日益復雜，生產(chǎn)步驟逐漸增加的狀況下，需要對機械設備的檢測技術進行更新，從而保證機械設備在實際應用過程中的有效性。所以，仿真技術在實際應用過程中，可以讓設計人員更好地控制機械零件設計情況，提高設計制造質量。

1、仿真技術在機械制造行業(yè)中的特點

1.1分布性特點

仿真技術與計算機技術有效結合下，機械制造業(yè)對仿真的分布性特點非常明顯。究其原因在于仿真技術與制造分布密切相關，仿真技術是由虛擬網(wǎng)絡的支持下而建立的。仿真技術所應用的圖形技術特點和傳感器應用特點顯著，因此加強了仿真技術的交互性。

1.2應用范圍特點

仿真技術在機械設計制造行業(yè)中的相關應用具有顯著特點，仿真技術貫穿在設計機械產(chǎn)品中以及測試和維護機械產(chǎn)品過程始終。仿真技術在機械產(chǎn)品的概念相關設計和具體加工等過程中均有顯著作用。仿真技術在實際應用過程中也具有較為廣泛的應用范圍，仿真技術在機械制造中具有動力學特點。

1.3集成化特點

機械設計制造行業(yè)中應用仿真技術的最為突出特點之一就是集成化。仿真技術可形成有效的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境和產(chǎn)品制造環(huán)境，仿真類型具有多元化特點。

2、傳統(tǒng)機械設計制造過程中存在的問題

隨著科學技術的不斷發(fā)展，國家機械設計制造行業(yè)的綜合水平也隨之提高，推動工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，雖然設計技術和制造技術不斷完善，但檢測技術卻并沒有跟上二者的腳步，對機械設計制造的發(fā)展造成了負面影響。很多機械設計制造中存在的問題無法被檢測出來，給后續(xù)的使用帶來威脅，在嚴重的情況下，還會出現(xiàn)安全事故。傳統(tǒng)機械設計制造過程中檢測需要耗費較長的周期、檢測成本較高，如果采用現(xiàn)場檢測的方式，就會浪費更多人力、物力資源。不僅如此，在大部分情況下，現(xiàn)場檢測得到的結果無法保證準確性，可參考性相對較低。而且在機械設計制造過程中，設計人員也可能出現(xiàn)一些失誤，這些問題都可以通過仿真技術進行解決。

3、仿真技術在機械設計制造中的具體應用

3.1仿真技術在機械結構設計中的相關應用

機械系統(tǒng)是由各種不同的結構組合而成，因此必須精確設計各個結構部件的精確度。現(xiàn)階段來看，在機械的具體設計過程中，相關研究人員會先進行優(yōu)化模擬試驗，再對機械系統(tǒng)內的零部件或者相關結構等進行組合配置優(yōu)化模擬設計，最終選擇出最為理想的設計方案。采用仿真技術時，可應用大型三維設計軟件，實現(xiàn)對機械機構的運動結構演示。機械設計工作人員可以從多個角度對運動結構加以仔細觀察，如果出現(xiàn)運動受干擾情況時也可以進行有效調整，功能較多且使用便捷，因此被廣大設計人員所青睞。

3.2數(shù)控仿真軟件的應用

數(shù)控仿真軟件學習使用是機械類、數(shù)控類等專業(yè)學員在操作數(shù)控機床前，由理論學習到實際數(shù)控機床操作的基本過渡。國內高校、企業(yè)培訓等主要使用上海宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)、北京VNUC數(shù)控仿真軟件以及南京斯沃數(shù)控仿真軟件等，數(shù)控仿真軟件具有高度的仿真模擬性，能幫助學員快速熟悉數(shù)控機床眾多按鍵的使用，熟練程序的編輯、輸入和校驗，能對被加工毛坯尺寸定義，能夠進行刀具和夾具選擇，可以準確模擬數(shù)控機床加工動作、顯示走刀軌跡并對加工件準確測量。數(shù)控仿真軟件的突出優(yōu)點是零耗材，不會因為技術不熟練、加工參數(shù)錯誤等發(fā)生安全生產(chǎn)事故，并且參數(shù)設置靈活、被加工材料種類選擇豐富。隨著數(shù)控仿真軟件的更新?lián)Q代，其功能日趨完善，機械加工的切削聲、加工過程中飛濺的金屬屑等，讓學員身臨其境的沉浸在布置的加工任務中。目前的數(shù)控仿真軟件對Fanuc、西門子、三菱、大森、華中數(shù)控、廣州數(shù)控等國內企業(yè)常用的數(shù)控系統(tǒng)均能高度模擬加工。

3.3在機械裝備設計中的應用

在機械裝備設計過程中，齒輪設計極為重要，應用仿真技術完成齒輪設計可以分為3個部分。首先對齒輪的行動軌跡進行仿真模擬，其次對齒輪的端面進行面膜評估，最后對齒輪的傳動接觸點進行闡述研究。通過上述內容，可以從不同角度觀察齒輪情況，得到相應的結果，減少齒輪對機械設備的影響。比如：在設計齒輪的過程中，可以應用仿真技術檢測齒輪的性能，確保齒輪性能最大化發(fā)揮出來，讓機械設備質量得到根本上的提升。在一些復雜機械裝備設計中，經(jīng)常會遇到一些困難的計算問題，利用仿真技術可以有效解決包括熱變形參數(shù)、結構強度、應變變形、振動變形參數(shù)等問題，確保機械設備裝配合理。

3.4帶傳動性能測試實驗中的應用

在機械工程實驗教學中，對工程履帶類部件所具有的傳動性能進行測試是其重要組成部分，通過對傳動帶在運行過程中的傳動性能進行測試，可幫助學生對帶在傳動過程中所產(chǎn)生的打滑與彈性滑動現(xiàn)象進行直觀的觀察，進而更加科學的分析機電設備的最佳承載力，通過分析這些數(shù)據(jù)，可使帶動控制問題得到有效解決。在對機械工程中的帶傳動性能進行測試時，還需要應用到電動機、發(fā)電機、傳感器、光電測速裝置以及轉矩力測桿等設備，采用這些設備可實現(xiàn)人工測試，不過這種測試方法需要花費過高的人力與物力成本。而通過虛擬仿真技術，則能夠使學生在計算機中設計帶傳動性能測試系統(tǒng)，從而不需要使用上述設備，學生也可隨時隨地的來測試帶傳動性能，既節(jié)約了大量成本，又顯著提高了機械工程的實驗教學質量及效率。

3.5虛擬仿真平臺

虛擬仿真實驗教學平臺信號的響應速度是衡量平臺軟件系統(tǒng)功能性的主要指標之一。平臺系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信號和系統(tǒng)本身固有特性共同作用下，可以將用戶的實驗目的及實驗要求轉化為最終的工程機械虛擬仿真實驗結果，并在顯示模塊中顯示出來。在工程機械虛擬仿真實驗教學中，為了提高三維展示的直觀性，工程機械內部零件都具有一定的透明度，并可以利用UGNX技術將不同的零件輔以不同的顏色，在實驗教學中有助于使用者更為細致地觀察工程機械的運行原理，認識各個內部零件之間及與設備整體的邏輯關系。與傳統(tǒng)的工程機械類實驗平臺相比，設計的仿真實驗平臺，在仿真的直觀性、準確性、交互性及實驗課堂教學效果方面都具有較大的優(yōu)勢。特別是在平臺系統(tǒng)交互性能方面，利用UGNX技術平衡虛擬仿真平臺總體的架構與節(jié)點安排，使工程機械設備結構的各種特性都能夠全面地展示出來，顯著提高教育教學的交互性與智能性。

結束語

總而言之，虛擬仿真技術的出現(xiàn)，為機械工程提供了一種科學而先進的模擬方法，有效解決了傳統(tǒng)設計制造過程中存在的諸多問題，進而在加強機械設計制造過程中應用的同時，還能充分發(fā)揮其創(chuàng)新精神，極大提高了機械工程的整體質量。

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