計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用

郝國(guó)奇

（昇力恒（寧夏） 真空科技股份公司，寧夏 石嘴山 753000）

目前隨著我國(guó)科技運(yùn)用在機(jī)械制造業(yè)中的比重增加，我國(guó)工廠機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)己由傳統(tǒng)的人工向自動(dòng)化方面進(jìn)行轉(zhuǎn)變。當(dāng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中運(yùn)用自動(dòng)化的程序來取代人工操作，那么勢(shì)必計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造過程中需要重點(diǎn)的運(yùn)用。但由于目前我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)剛處于初始階段。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化概述

在我國(guó)機(jī)械制造的發(fā)展過程中，需要很多先進(jìn)技術(shù)的支持和助力。比如計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)等，而機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化所需的這些先進(jìn)技術(shù)，在國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)處于一個(gè)比較完善的階段，但對(duì)于我國(guó)的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)來說，其水平仍然存在著很多需要改進(jìn)和完善的地方。當(dāng)然我國(guó)也并沒有甘心于止步不前，國(guó)家和政府也一直保持著鼎力支持的態(tài)度，投入大量的人力、物力、財(cái)力，力求將計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)等諸多先進(jìn)的技術(shù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)，致力于打造一個(gè)更加強(qiáng)大的工業(yè)化生產(chǎn)體系，逐漸向著自動(dòng)化、一體化、科學(xué)化以及國(guó)際化的水平發(fā)展。然而，隨著機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化市場(chǎng)不斷變化，采用原來一成不變的計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)如今數(shù)控機(jī)床又或是仿真技術(shù)的需求，為此，計(jì)算機(jī)技術(shù)研發(fā)人員還應(yīng)該從我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展的實(shí)際角度出發(fā)，對(duì)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，從而推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的具體應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可以滿足機(jī)械設(shè)計(jì)開發(fā)、制造和自動(dòng)化的所有需求，應(yīng)用于許多領(lǐng)域，尤其是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)中，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可以提高成品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性，并為用戶和生產(chǎn)者帶來社會(huì)利益和經(jīng)濟(jì)效益。首先，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)具有分析機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原理和結(jié)構(gòu)以及機(jī)械產(chǎn)品的尺寸和形狀的功能。通過解決常見的機(jī)械設(shè)計(jì)問題提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率和水平。其次，在該領(lǐng)域中使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的主要目的是輔助各種機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

2.2 仿真技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展，可視化和虛擬技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。將成熟的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中，可以突破煩瑣的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程，使之變得簡(jiǎn)單、高效、合理。隨著AR、VR 等虛擬技術(shù)的快速發(fā)展，根據(jù)實(shí)際需要在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中建立涉及制造的機(jī)械設(shè)備的數(shù)字模型并開展仿真試驗(yàn)，是當(dāng)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的重要環(huán)節(jié)。

2.3 數(shù)控機(jī)床在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用

數(shù)控機(jī)床就是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，顧名思義就是一種安裝了程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的加工精度可達(dá)0.05～0.1mm（0.008-0.1mm），可以滿足機(jī)械產(chǎn)品的精度需要，并且能夠有效的解決精密、復(fù)雜、多品種的小批量零件的加工問題，是現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的過程中，通過數(shù)控機(jī)床可以對(duì)機(jī)械的制造進(jìn)行編程處理，并根據(jù)產(chǎn)品的情況選擇不同的編程方式。如果產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造比較復(fù)雜，就可以采取自動(dòng)化編程的方式，反之就可以采用手工編程的方式。在編程的過程中，計(jì)算機(jī)平臺(tái)發(fā)揮著重要的作用，其應(yīng)用主要包含兩方式，即數(shù)控編程和數(shù)控軟件。

2.4 計(jì)算機(jī)3D 技術(shù)的應(yīng)用

3D 技術(shù)呈現(xiàn)出極高的完整性和美觀性特點(diǎn)，能夠應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化領(lǐng)域，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的尺寸、結(jié)構(gòu)等特征，進(jìn)行三維立體化的模擬和仿真，全方位地分析機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的顏色、荷載能力、物理信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的仿真檢測(cè)和驗(yàn)證，較好地提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品的效率和質(zhì)量，節(jié)約產(chǎn)品檢測(cè)成本。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中的3D 數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以利用激光測(cè)距原理記錄被測(cè)物體表面密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率、紋理信息，生成被測(cè)物體的線、面、體等圖件數(shù)據(jù)。其掃描系統(tǒng)包括有動(dòng)作捕捉儀、便攜式激光掃描頭、數(shù)據(jù)處理器、移動(dòng)工作站，能夠?qū)Ρ粶y(cè)物體的各個(gè)部分進(jìn)行激光掃描，并對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、精簡(jiǎn)等后期處理，再將三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D打印機(jī)中進(jìn)行打印輸出。以礦山排水用葉輪3D 打印為例，就充分體現(xiàn)出3D 技術(shù)在機(jī)械零部件逆向工程中的應(yīng)用特性和功能，主要應(yīng)用要點(diǎn)包括有：1） 三維掃描。預(yù)先清理機(jī)械零部件表面的污漬，采用在零部件表面貼控制標(biāo)靶的方式進(jìn)行三維掃描，捕捉定位零件的空間位置，通過三維掃描獲悉礦山排水用葉輪的故障部位和程度，針對(duì)性地?cái)M定最佳掃描方案。在三維掃描的過程中，手持便攜式激光掃描頭在動(dòng)作捕捉儀的視野之內(nèi)采集數(shù)據(jù)，并將其輸送到工作站，實(shí)現(xiàn)三維可亮化圖形成像和數(shù)據(jù)處理，最后導(dǎo)出生產(chǎn)所需點(diǎn)云格式；2） 數(shù)據(jù)處理及建模。在進(jìn)行零件三維掃描之后，要對(duì)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、精簡(jiǎn)之后，由相關(guān)軟件完成曲面重構(gòu)，甄別三維掃描中的數(shù)據(jù)誤差，并進(jìn)行零件破損部位的數(shù)據(jù)修復(fù)，直接導(dǎo)入3D 打印機(jī)中進(jìn)行打印；3） 排水用葉輪3D 打印。利用3D 打印技術(shù)和反模鑄造技術(shù)，打印金屬零件毛坯，再對(duì)其進(jìn)行精加工。

3 結(jié)語

綜上所述，作為稱職的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的發(fā)展過程中，不僅僅只依賴于國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，更多的是需要自己不斷地前進(jìn)和摸索，且結(jié)合自身國(guó)情和自身的機(jī)械制造發(fā)展情況，走一條自主研發(fā)和設(shè)計(jì)的路線。相信我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展會(huì)走向更大更高的舞臺(tái)，得以快速發(fā)展。