仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用研究

潘康

摘 要 我國科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，迅速發(fā)展，在不斷創(chuàng)新和研究中，各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)日益完善，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域也逐漸發(fā)展成型，而仿真技術(shù)逐漸成為現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中關(guān)注度高、研究熱門的話題，它綜合多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域理論，再加上現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步，可看出仿真技術(shù)在未來機(jī)械制造業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，因此，對(duì)仿真技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行探索研究具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞 仿真技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；應(yīng)用研究

前言

為實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造的強(qiáng)國夢(mèng)想，我國提出了“中國制造2025”的發(fā)展規(guī)劃，大力推進(jìn)信息化技術(shù)與工業(yè)現(xiàn)代化相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步融合，同時(shí)積極加強(qiáng)電子、控制相關(guān)技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)的結(jié)合。隨著我國工業(yè)技術(shù)迅猛發(fā)展，產(chǎn)品日新月異，產(chǎn)品性能成為工業(yè)產(chǎn)品在國際市場上進(jìn)行有利競爭的關(guān)鍵。總而言之，集機(jī)械制造技術(shù)與電子、自動(dòng)化控制技術(shù)于一體的機(jī)電一體化技術(shù)在工業(yè)和機(jī)械制造中的應(yīng)用范圍越來越廣。同時(shí)，仿真技術(shù)在工業(yè)設(shè)備及機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用成為必然。

1 仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的重要性

機(jī)械設(shè)計(jì)與制造業(yè)對(duì)于推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力和提升綜合國力發(fā)揮重要作用，尤其是先進(jìn)技術(shù)和智能制造業(yè)的發(fā)展對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)更是起著較大的推動(dòng)作用。在當(dāng)今社會(huì)，時(shí)代的快速發(fā)展勢(shì)必帶動(dòng)先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)工藝的革新與之相適應(yīng)，全球化競爭日益加劇，對(duì)產(chǎn)品的需求也逐漸提高，人們的消費(fèi)觀念便朝著形式多樣化、功能齊全化、產(chǎn)品個(gè)性化發(fā)展。仿真技術(shù)指的是開發(fā)者借助計(jì)算機(jī)為輔助工具，采用合適的仿真軟件進(jìn)行建模，設(shè)置產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)，調(diào)試產(chǎn)品加工工藝路線，并根據(jù)信息反饋數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品的重要參數(shù)進(jìn)行綜合分析，反復(fù)模擬仿真，得出產(chǎn)品最佳的參數(shù)和加工工藝，即設(shè)計(jì)方案。借助現(xiàn)代化的仿真技術(shù)和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)和研制，相比傳統(tǒng)方法而言，可實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)和工藝路線，操作方法靈活，提高生產(chǎn)安全系數(shù)，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品研發(fā)、實(shí)物加工試制時(shí)間，降低產(chǎn)品試制帶來的不必要損失，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品效益最大化。通過仿真技術(shù)的假設(shè)性試驗(yàn)，獲得最佳設(shè)計(jì)方案，既提高產(chǎn)品質(zhì)量，又節(jié)約研發(fā)成本和加工成本，這對(duì)機(jī)械行業(yè)，尤其是高精尖產(chǎn)品的發(fā)展起著積極的推動(dòng)作用[1]。

2 仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

2.1 提高齒輪設(shè)計(jì)的質(zhì)量

在齒輪的設(shè)計(jì)與制造過程中，應(yīng)用仿真技術(shù)進(jìn)行模擬和仿真，可有效提高齒輪設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在機(jī)械制造業(yè)當(dāng)中，齒輪扮演者重要角色，相應(yīng)的對(duì)其設(shè)計(jì)與加工的精度要求也就越高，故在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造過程中，要充分利用仿真技術(shù)。一般而言，設(shè)計(jì)研發(fā)者會(huì)借助計(jì)算機(jī)輔助工具對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)，而仿真軟件對(duì)研究工作起到強(qiáng)大的輔助作用。除此之外，在設(shè)計(jì)加工齒輪泵時(shí)，也需要充分的使用仿真技術(shù)，對(duì)模型進(jìn)行模擬，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)，確定較好工藝流程和設(shè)計(jì)方案，解決實(shí)際生產(chǎn)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(zhì)量。

2.2 數(shù)控加工中的仿真應(yīng)用

在數(shù)控加工中，重點(diǎn)是如何編制較優(yōu)的工藝路線，如何選擇刀具和加工參數(shù)在整個(gè)工藝過程中至關(guān)重要。即使路線相同，而不同的加工刀具與參數(shù)對(duì)提高工作效率和改善零部件質(zhì)量都有很大的影響。對(duì)于復(fù)雜零件的外輪廓加工和腔體的加工，或者五軸機(jī)床上零件的加工，選擇合適的刀具都是整個(gè)零件加工工藝的難點(diǎn)，對(duì)整體的加工工藝有著很重要的影響。當(dāng)前階段虛擬加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用，可以完成驗(yàn)證數(shù)控代碼，同時(shí)還可以對(duì)整個(gè)工藝路線的合理性、正確性進(jìn)行驗(yàn)證，但是，刀具和參數(shù)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(jìn)行自動(dòng)化的對(duì)比，又可以在零件加工過程中讓工作人員快速、準(zhǔn)確地選擇刀具。同時(shí)，又具備檢驗(yàn)實(shí)際條件的功能，從而發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)加工方案。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，合理運(yùn)用仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程實(shí)現(xiàn)仿真模擬，可減短實(shí)際加工中工藝程序的調(diào)控耗時(shí)，大大降低設(shè)備損耗率。目前，很多大型設(shè)備的零部件十分復(fù)雜，在設(shè)計(jì)與制造時(shí)，可采用先進(jìn)的仿真技術(shù)，反復(fù)調(diào)試工藝參數(shù)，大大降低出錯(cuò)概率，提高加工人員安全系數(shù)，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，加快制造業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

2.3 機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可大大簡化復(fù)雜工程計(jì)算分析工作量，降低反復(fù)試驗(yàn)所需的時(shí)間消耗，提高工作效率，使設(shè)計(jì)和加工周期更短、更精確，尤其是在新產(chǎn)品研發(fā)階段，發(fā)揮了不可估量的作用。機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的基本過程是概念設(shè)計(jì)→初步設(shè)計(jì)→詳細(xì)設(shè)計(jì)→試驗(yàn)→修正設(shè)計(jì)→再試驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)的優(yōu)化與修正，以滿足實(shí)際需求。在各個(gè)設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)環(huán)節(jié)中，仿真技術(shù)極為關(guān)鍵與重要，既節(jié)約材料，又降低產(chǎn)品加工時(shí)長，從而使利益最大化。在對(duì)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力學(xué)模型分析中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可使產(chǎn)品獲得較高的強(qiáng)度和剛度，以及最佳的參數(shù)和參數(shù)區(qū)域，進(jìn)而降低機(jī)械面臨的疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)，以便設(shè)備正常順利運(yùn)行[2]。

3 仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的發(fā)展方向

3.1 仿真過程逐漸精確化

隨著國內(nèi)外仿真技術(shù)的快速發(fā)展，在數(shù)控加工模擬仿真過程中，實(shí)時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)和影響產(chǎn)品加工的因素，通過反饋系統(tǒng)使加工參數(shù)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化、精確化。

3.2 仿真過程日益智能化

機(jī)器人逐漸被越來越多的行業(yè)應(yīng)用，人工智能和云計(jì)算也在飛速發(fā)展，這勢(shì)必要求仿真系統(tǒng)走向智能化，以滿足其他高科技行業(yè)發(fā)展的需求和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)仿真技術(shù)與其他計(jì)算機(jī)無障礙交換和共享數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。

3.3 應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大化

各行各業(yè)，尤其是重要的制造領(lǐng)域，比如，航空航天事業(yè)、國防相關(guān)設(shè)備等等領(lǐng)域，設(shè)計(jì)制造成本極高，為最大程度減少損失，模擬仿真技術(shù)發(fā)揮極其重要的作用，通過設(shè)計(jì)、模擬、修正、制造等流程，使產(chǎn)品工藝最優(yōu)化，其他領(lǐng)域亦是如此。

4 結(jié)束語

為實(shí)現(xiàn)由“制造大國”轉(zhuǎn)向“制造強(qiáng)國”中國夢(mèng)，在機(jī)械制造業(yè)，尤其是先進(jìn)制造業(yè)，勢(shì)必引入新技術(shù)、新工藝，而仿真技術(shù)的應(yīng)運(yùn)而生極大地促進(jìn)了機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造過程中的運(yùn)用，使機(jī)械設(shè)計(jì)與制造業(yè)耗時(shí)短、耗料低、效率高，為我國的機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展做出較大貢獻(xiàn)，為我國快速邁向制造強(qiáng)國奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 李昊.仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的應(yīng)用前景研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2017，（13）：213-214.