探究仿真技术在机械设计制造过程中的应用

摘  要：随着科技的不断更新与完善，仿真技术逐渐渗透到多个领域中，为机械设计制造提供充足的技术支持。对此，该文在仿真技术基础上的机械制造内容进行分析，分别对该技术在机械结构件、齿轮设计、复杂数值计算、复杂机械加工中的应用方法进行分析，最后对该仿真系统的构建与实现加以阐述，力求通过该文研究，使机械产品的设计、制造与加工在仿真技术应用下质量和效率得到显著提升。

关键词：仿真技术  机械设计  机械制造

中图分类号：TP391    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）04（a）-0037-02

在计算机技术飞速发展之下，仿真技术应运而生，与多门学科和理论相结合，充分发挥计算机与相关软件的作用开展虚拟实验。在工业技术发展背景下，仿真技术得到进一步成熟和完善，以特有的方式影响着人们生活，在机械设计制造中得到广泛应用。

1  基于仿真技术的机械制造

随着计算机技术的飞速发展，在社会多个领域中得到广泛应用，对仿真技术的完善与优化起到极大的促进作用，同时也带动着全社会发生改变。仿真属于一种数字化手段，也被称为虚拟样机技术，主要是指利用专门软件构建模型，通过多种动态性能参数对样机的运行方案进行优化，可取消大量实物样机制造的过程，节省了大量的时间与成本。同时，与传统方式相比更加安全稳定，操作便利。在当前机械工程计算时，要想对多种复杂系统进行设计、分析与实验，对操作中存在的问题进行解决，都需要将仿真技术引入其中，对系统实际特质进行分析。通过仿真技术完成初始设计，构建虚拟样机，为虚拟系统仿真实验的开展提供更多便利，还有助于系统运行的监测和优化。在机械制造过程中，该技术的应用可使制造成本与质量均得到有效优化，是一项科学的、理想的工程技术[1]。

2  仿真技术在机械设计制造中的应用

随着仿真技术的不断成熟和完善，其逐渐具有了应用范围大、集成化、分布性等特点，在机械产品的设计、制造与加工等多个环节中得到广泛应用，为企业带来更多的经济效益，节约更多的资金与成本，获得工作人员的一致认可和喜爱。

2.1 在机械结构件中的应用

机械产品的产生需要对大量机构进行组装，才可完成预期的工艺操作。在对新产品进行研发时，机构能否正确展现设定动机、机械之间的配合是否得当、机构间是否存在矛盾情况、如何选择最佳组合方案等，这些问题的解答均要借助仿真技术来实现。对于大型三维机械软件来说，大多具备机械运动仿真功能，可在虚拟环境下对装配体进行设计，对机构运动进行展示，具有直观性、形象性特征。该软件可根据装配关系主动计算机构中的运动数，并自动增加铰链、弹簧、运动发生器等。在开展运动仿真的过程中，只需对主运动件进行设计即可，还可从多个角度进行观察，对机构中的运动干涉情况进行检验，为设计者检查提供更多便利[2]。

2.2 在齿轮设计中的应用

机械装备包含诸多基础零部件，齿轮便是其中重要的组成部分，通过大量实验研究得出结论：利用Visual lisp语言可从几何角度对其任意断面齿形构建模型，开展传动仿真。在对圆弧针齿行星进行研究时，也可利用计算机仿真技术，对正交面齿轮传动接触点的关键参数进行分析，如齿数比、刀具齿数差、模数等;在齿轮泵设计过程中，也可将仿真技术应用其中，具有十分良好的设计效果。

2.3 在复杂数值计算中的应用

在机械工程设计中，计算机技术的应用日益广泛。在以往的机械设计与制造中，由于受到多种因素的制约无法对复杂问题进行计算，均可借助仿真技术达到理想状态。此外，计算机辅助可对大量复杂计算进行简化，有效节省大量时间，降低劳动强度，使计算结果更加准确、可靠。在对新产品进行设计、研发时，可充分发挥仿真技术的作用与优势，遵循概念行程—初始设计—方案细化—开展实验—产品修正—再次实验的流程，直至产品各项指标与规定标准相符合。通过仿真技术的引入，有效节省了材料浪费、减少了时间消耗。将仿真技术引入机械产品动力学模型之中，可得到产品结构刚度、强度应力、动态恶性、热态特性、热变形等参数，通过计算分析，可有效预测机械出现的失效风险因素以及一系列潜在安全隐患。

2.4 在复杂机械加工中的应用

现阶段，企业的经营规模不断拓展，现代化工业技术得到飞速发展，各个生产工艺、流程日益复杂。在机械制造行业中，以机械加工为生产基础，仿真技术的应用更有助于挖掘深层机理，使机械加工质量、性能得到显著提升，为机械设计与制造提供充足的理论支持。

（1）在数控加工过程中，数控加工模块可对CNC机床零件的加工程序进行编制，采用生成的图形、数据等进行转换，可变成控制指令，再对各项加工参数进行设置。

（2）在磨削加工过程中，根据时间变化情况构建数学模型，为磨削加工提供自动化、最优化、虚拟化条件。在变进给过程中，磨削功率不断发生变化，通过仿真技术构建模型可得出最佳磨削方案，应用到实际磨削加工中。

（3）在铣削加工过程中，根据铣切削过程建立动力学模型，创造出满足切削振动的条件。

（4）在电火花切割中，构建多轴联动加工复杂曲面，建立仿真模型，便可对实际加工工艺的效果进行预测、评估，还可实现参数的最优化。

3  計算机仿真系统的构建与实现

仿真技术是在数学模型与仿真模型的基础上建立起来，进而对机械设计系统进行分析和研究。该过程立足于实际情况，涉及到力学、几何造型、图形学、数据处理技术等多个学科领域，分层开展，不但可将系统中存在的现实问题客观地体现出来，还可使处理者的相关需求得到充分满足。在计算机处理过程中，可将真实系统抽象出来的数学模型进行处理，对模型中相关信息进行传输，从而体现出真实系统中的某些特质，也可通过三维立体的形式展现出来，更加直观形象。在数学模型构成后，仿真精度取决于建模精准度，因此建模精准度越高，网络仿真程度便越发精准，后续研究也就越方便。对此，仿真系统的构成与实现如下。

3.1 模型构建

针对所要研究的问题，先抽象出一个可靠的系统，使仿真目标得以达成，并为其添加约束条件与边界条件。然后，运用相关学科知识，通过数学公式将该系统准确的表达出来，以计算机仿真核心作为阐述内容，也就是数学模型。以时间变化为依据可构建出3种类型的仿真模型，分别为连续类、离散类与混合类;以系统状态描述与变化方法为依据，可将模型分为连续系统模型与离散事件模型。

3.2 模型变换

该环节主要是将抽象的数学表达式转变为计算机处理形式，需要借助恰当的语言与算法将内容表现出来，此种形式所展现的内容便是仿真的重要部分，也就是仿真模型。在此过程中，不但可根据实际需求研制出新的系统，还可将现有的仿真软件直接拿来使用[3]。

3.3 模型实验

将构建的仿真模型传输到计算机之中，在该模型运行过程中便会形成仿真结果，这便是仿真实验。由于实验的开展是以先期设计方案为依据，因此实验操作较为简单。但是，对仿真结果的准确性进行衡量显得十分重要，对此可采用两种方式来实现：一种为置信通道法，另一种为反向验证法，将其应用到模型实验中，可确保实验结果更加准确高效。

4  结语

综上所述，现阶段，企业的经营规模不断拓展，现代化工业技术得到飞速发展，各个生产工艺、流程日益复杂，急需将自动化技术、仿真技术等应用其中，使设计方案得以完善和优化，尤其是在机械设计与制造方面，更应积极引入仿真技术，使机械产品的设计质量和制造效果得到显著提升。

参考文献

[1] 杨宇哲.浅谈仿真技术在机械设计制造过程中的应用[J].科技创新与应用，2018（11）：103.

[2] 王正铎.浅析仿真技术在机械设计与制造中的应用[J]. 电子元器件与信息技术，2019（3）：95-98.

[3] 杨磊.仿真技术在机械设计制造过程中的应用[J].科技创新与应用，2018（4）：165.

作者简介：刘辉跃（1981，8—），男，汉族，湖南邵东人，本科，中级工程师，研究方向：商用车集成电驱桥。