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

劉凱 成瑞芝

摘? ? 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，對(duì)仿真技術(shù)的完善與優(yōu)化起到極大的促進(jìn)作用，同時(shí)也帶動(dòng)著全社會(huì)發(fā)生改變。仿真屬于一種數(shù)字化手段，也被稱為虛擬樣機(jī)技術(shù)，主要是指利用專門軟件構(gòu)建模型，通過多種動(dòng)態(tài)性能參數(shù)對(duì)樣機(jī)的運(yùn)行方案進(jìn)行優(yōu)化，可取消大量實(shí)物樣機(jī)制造的過程，節(jié)省了大量的時(shí)間與成本。本文解析了仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)的運(yùn)用，探析其運(yùn)用方法，目的是為了提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造的效率。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì)制造;具體應(yīng)用

1? 引言

在當(dāng)前機(jī)械工程計(jì)算時(shí)，要想對(duì)多種復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析與實(shí)驗(yàn)，對(duì)操作中存在的問題進(jìn)行解決，都需要將仿真技術(shù)引入其中，對(duì)系統(tǒng)實(shí)際特質(zhì)進(jìn)行分析。通過仿真技術(shù)完成初始設(shè)計(jì)，構(gòu)建虛擬樣機(jī)，為虛擬系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)的開展提供更多便利，還有助于系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)和優(yōu)化。在機(jī)械制造過程中，該技術(shù)的應(yīng)用可使制造成本與質(zhì)量均得到有效優(yōu)化，是一項(xiàng)科學(xué)的、理想的工程技術(shù)。

2? 機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中仿真技術(shù)的作用

簡(jiǎn)單來說，仿真技術(shù)就是設(shè)計(jì)人員利用相應(yīng)的軟件構(gòu)建和其相匹配的數(shù)據(jù)模型，并將計(jì)算機(jī)當(dāng)作主體，全方位的探究其自身的各類功能參數(shù)，最后確定出更為科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。這和我國傳統(tǒng)所應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，仿真技術(shù)的安全可靠性會(huì)更強(qiáng)，且使用的靈活性也會(huì)比較高，同時(shí)還可以有效地減小各類資金費(fèi)用的投入。制造損耗的時(shí)間也在不斷的下降，因?yàn)樵擁?xiàng)工藝技術(shù)無法制造實(shí)物，所以仿真技術(shù)也被稱之為虛擬樣機(jī)技術(shù)，該項(xiàng)工藝技術(shù)的安全可靠性比較強(qiáng)，不存在任何的破壞性，可以重復(fù)性的使用，同時(shí)企業(yè)不會(huì)受到地區(qū)以及氣候條件等因素的影響，所以仿真技術(shù)被廣泛地投入到了我國的機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域當(dāng)中?，F(xiàn)階段，我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的發(fā)展速度十分的迅猛，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)也變得更加的多元化，數(shù)據(jù)信息量呈現(xiàn)不斷擴(kuò)張的趨勢(shì)，這就導(dǎo)致其在實(shí)驗(yàn)的過程中會(huì)遭遇各類問題的影響，所以必須要以現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)需求為基準(zhǔn)，合理的構(gòu)建計(jì)算機(jī)模型，之后再開展仿真的實(shí)驗(yàn)工作，探究其各類參數(shù)的性能，設(shè)定好制造的方案。相關(guān)的工作人員依據(jù)其設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建和其相匹配的虛擬樣機(jī)，這樣就可以使得其在不同假設(shè)條件下都可以完成虛擬實(shí)驗(yàn)工作任務(wù)，其不管是設(shè)計(jì)方案，還是改善方案，其工作難度都會(huì)比較大，但是使用該項(xiàng)技術(shù)可以進(jìn)一步的確保其計(jì)算結(jié)果的精確性，同時(shí)還可以從根源上提升研發(fā)的質(zhì)量以及工作效率，進(jìn)一步的減小研發(fā)的資金。如圖1所示為新能源汽車設(shè)計(jì)中的仿真技術(shù)應(yīng)用。

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

3.1? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)制造是一個(gè)非常繁瑣的系統(tǒng)，其內(nèi)包含很多細(xì)小的配件，它們均不是獨(dú)立存在的，必須相互配合才可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作。所以，在此進(jìn)程中，必須對(duì)各個(gè)繁瑣的構(gòu)件展開組裝。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候引入仿真技術(shù)，能夠讓其尺寸以及結(jié)構(gòu)更加精準(zhǔn)，推動(dòng)各個(gè)結(jié)構(gòu)配件組合更為流暢，保證設(shè)備的穩(wěn)步運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，面對(duì)不一樣的結(jié)構(gòu)件，必須挑選更加合理的設(shè)計(jì)方案，確保整個(gè)系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)，讓后期檢修更加方便。該環(huán)節(jié)的工作重點(diǎn)在于確保各個(gè)構(gòu)件的精準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)，在接受設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引入仿真技術(shù)，能夠改善模擬實(shí)驗(yàn)的效果，搭配出多個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依托調(diào)試、運(yùn)轉(zhuǎn)的方式，保證整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處于最佳的狀態(tài)。假如想讓機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的配件處于最科學(xué)的狀態(tài)，必須確保核心構(gòu)件比如齒輪等變得更加精準(zhǔn)，大多數(shù)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)是依托齒輪完成的。

3.2? 齒輪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造的時(shí)候，齒輪不但是基礎(chǔ)零件，而且占有重要地位，對(duì)于產(chǎn)品的性能和應(yīng)用質(zhì)量都有重大影響，甚至對(duì)機(jī)械制造的整體品質(zhì)也有一定關(guān)系。將仿真技術(shù)引入其中，能夠模仿齒輪的傳動(dòng)模式，確保齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)正常。而且利用該技術(shù)，能夠明確齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)指數(shù)，依托精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)解析促進(jìn)齒輪設(shè)計(jì)更加滿足機(jī)械使用需要。

3.3? 計(jì)算復(fù)雜數(shù)值中的應(yīng)用

伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的升級(jí)，它對(duì)機(jī)械工程所造成的影響更加突出。之前設(shè)計(jì)制造過程中的難題大多能夠依托計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來解決，還可以讓機(jī)械計(jì)算更加簡(jiǎn)化，壓縮計(jì)算時(shí)間，避免反復(fù)操作，確保繁雜數(shù)值計(jì)算所得數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)的過程中必須引入各種數(shù)據(jù)，通過仿真技術(shù)能夠提高數(shù)據(jù)處置的速度，讓產(chǎn)品變得更加精準(zhǔn)，改善設(shè)計(jì)效率。引入仿真技術(shù)能夠推動(dòng)數(shù)據(jù)解析更為簡(jiǎn)潔，層次更為鮮明，能夠避開人工操作引起的失誤，提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)指數(shù)的精準(zhǔn)性，讓相關(guān)數(shù)據(jù)更為可信。開發(fā)一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品，其大約包含如下6個(gè)步驟：“設(shè)計(jì)概念-初步設(shè)計(jì)-補(bǔ)充細(xì)節(jié)-模擬實(shí)驗(yàn)-修正更改-重復(fù)修正”，直到契合產(chǎn)品需求。而對(duì)產(chǎn)品展開動(dòng)力仿真，可以縮短研發(fā)時(shí)間，省去部分機(jī)械原料，對(duì)產(chǎn)品構(gòu)成的剛度、強(qiáng)度等指數(shù)也能夠及時(shí)解讀，繼而憑借計(jì)算獲得機(jī)械疲勞所造成的威脅等。

3.4? 加工研究中的應(yīng)用

機(jī)械加工有兩個(gè)程序，一是制造生產(chǎn)，二是計(jì)算機(jī)操作，憑借計(jì)算機(jī)找出其內(nèi)部的原理，給機(jī)械加工奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。進(jìn)行數(shù)控加工的時(shí)候，能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來完成數(shù)據(jù)模塊的加工，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)圖形信息，對(duì)之進(jìn)行調(diào)控轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)出可用的加工指數(shù)。磨削加工的時(shí)候，隨著時(shí)間軸的調(diào)整構(gòu)建模型，預(yù)先檢測(cè)磨削的指令活動(dòng)，聯(lián)系計(jì)算機(jī)仿真獲得可用的方案，這一過程不僅是虛擬的，也是自動(dòng)化加工的前提。銑削加工的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)先建好銑切削的模型，明確這一活動(dòng)所需的要件，得出其原理。而在電火花的切割過程中，應(yīng)當(dāng)利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建曲面加工模型，讓電火花的技術(shù)更加精準(zhǔn)。

3.5? 機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在針對(duì)礦山機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)制作的時(shí)候，它和大型機(jī)械設(shè)備比較接近，因?yàn)槠湟?guī)模較大，構(gòu)成繁雜，零件較多，制造程序也極為繁瑣，造成生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生設(shè)計(jì)人員搭配零件出錯(cuò)的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)人員無法一次將所有零件配置完備，造成必須修正原本的機(jī)械零件，甚至導(dǎo)致零件被毀，延長(zhǎng)生產(chǎn)期限，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用仿真技術(shù)，能較好地解決上述問題，加快了生產(chǎn)速率，壓縮了操作和生產(chǎn)進(jìn)程中的成本。而且，在虛擬的過程中檢測(cè)裝配和環(huán)境，對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行直觀檢測(cè)，降低了返工率，確保了產(chǎn)品的品質(zhì)。

4? 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段，企業(yè)的經(jīng)營規(guī)模不斷拓展，現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)得到飛速發(fā)展，各個(gè)生產(chǎn)工藝、流程日益復(fù)雜，急需將自動(dòng)化技術(shù)、仿真技術(shù)等應(yīng)用其中，使設(shè)計(jì)方案得以完善和優(yōu)化，尤其是在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方面，更應(yīng)積極引入仿真技術(shù)，使機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造效果得到顯著提升。

參考文獻(xiàn)：

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