基于计算机仿真技术的机械设计制造研究

杨佳

摘 要：将计算机仿真技术应用到机械行业中能促进机械制造技术的不断创新发展，也是机械制造行业未来的发展趋势。在机械设计制造中应用计算机仿真技术表现出较强的分布性特征、集成化特征以及较广的分布范围。目前，计算机仿真技术被广泛应用到机械产品结构设计、机械产品生产加工、机械产品复杂数据分析以及大中型机械产品设计中，确保了机械设计制造向更高的层次发展。

关键词：计算机仿真技术;机械设计;机械产品

中图分类号：TB486;TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）25-0070-03

Research on Mechanical Design and Manufacturing

Based on Computer Simulation Technology

YANG Jia

（Eastern Liaoning University，Dandong Liaoning 118003）

Abstract： Applying computer simulation technology to the machinery industry can promote the continuous innovation and development of machinery manufacturing technology， and it is also the future development trend of the machinery manufacturing industry. The application of computer simulation technology in mechanical design and manufacturing shows strong distribution characteristics， integration features and wide distribution range. At present， computer simulation technology is widely used in structural design of mechanical products， production and processing of mechanical products， and complex data analysis of mechanical products. As well as the design of medium and large-scale mechanical products， it has ensured that mechanical design and manufacturing will develop to a higher level.

Keywords： computer simulation technology;mechanical design;mechanical products

机械制造行业对促进我国经济发展具有重要作用，机械制造产品已经运用到各行各业，从人们日常生活中使用的各种电器产品、外出时乘坐的各种交通工具，再到飞机、轮船以及导弹等都属于机械产品。由此可见，机械行业的发展关系到我国社会的未来发展，与每个人都息息相关。传统的机械设计工作主要通过人脑构思，然后再通过绘图工具将想法转化为图纸，再根据图纸将产品制造出来。这种工作方式对设计人员的技术能力要求较高、工作效率低且容易出错。另外，这种方式只能将产品完全制作出来才能检验设计的正确性，不仅增加了制造成本，也浪费了大量的时间。随着现代科学技术的发展，计算机绘图得到了广泛应用，其不仅能利用三维软件将设备模型建立出来，还可以通过各种仿真软件检测设计的合理性，由此提高了产品的应用效果。另外，计算机仿真技术还可以实现不同区域设计人员共同参与同一产品设计，有效改善了机械设计制造行业的现状。

1 机械设计制造中仿真技术的主要特征

1.1 分布性特征

将计算机技术与仿真软件技术融合到一起，更加突出了机械制造行业中仿真技术的分布性特征。这是因为机械设计制造行业离不开仿真技术的应用，而计算机仿真技术实际上是基于虚拟网络衍生出来的，这就使得技术设计人员能在不同的场所从事共同的产品设计，能对产品各个参数进行共同修改与设计，从而使计算机仿真技术表现出较强的分布性特征[1]。

1.2 适用范围广

计算机仿真技术的应用对促进机械设计行业的快速发展具有重要作用，从机械产品设计到最后的测试环节，仿真技术都能发挥非常大的功效。在机械产品设计阶段，计算机仿真软件能将设想转化成三维模型，便于设计人员更直观地查看到产品结构。在测试阶段，计算机仿真技术能将测试数据导入软件中，从而计算出产品的各项性能。在实际机械设计过程中，计算机仿真技术使用范围较大，能模拟出机械产品结构的受力情况[2]。

1.3 集成化特征

集成化特征是機械设计制造中仿真技术最显著的特征。通过计算机仿真技术的应用，能将机械设计制造中的产品开发过程与生产制造过程以虚拟的方式建设出来。此外，实现仿真技术的方式也较为多样，因此计算机仿真技术也表现出较强的多样性[3]。

2 计算机仿真技术在机械设计制造中的应用

2.1 在机械产品结构设计中的应用

机械产品是通过多个零部件或者子装配体以焊接、螺栓固定等方式组合到一起的。要确保组装出的产品符合使用要求，就必须要保证每个零部件设计的合理性以及加工的精确性[4]。目前，随着计算机仿真技术的应用，机械工程师在产品设计过程中，会对产品进行建模，之后对模型进行模拟试验，并根据试验结果对其中的零部件进行优化与改进，然后对优化后的模型进行模拟试验，通过多次试验对比，从而选出最优的设计方案。在仿真过程中，可以借助SolidWorks、Pro/E以及UG等三维仿真软件实现机械结构的动态展示。技术人员可以在计算机上对三维模型进行任意角度和方位转动，也可以对模型细节部分进行放大处理，能清晰地观看机械产品的内部构造。如果在动态展示中存在部件干涉情况，设计人员也能及时进行调整。这些三维软件具有功能强大、操作简单及使用便捷等优点，已经被广泛应用到机械产品设计中[5]。图1为使用SolidWorks三维软件建立的机器臂模型。

2.2 在机械产品生产加工中的应用

将计算机仿真技术应用于机械产品加工，能为机械产品加工提供极大便利，为实际生产加工过程提供强大的保障。例如，在使用数控车床加工零件时，通过应用计算机仿真技术，可以建立出待加工零件的模型，再利用建好的三维模型转化成图纸或者数控程序，将程序导入数控车床中就可以进行零件加工[6]。另外，使用数控磨床进行产品磨削加工时，可以对计算机编程软件生产的程序进行预演示，设计人员可以通过计算机观看加工的具体步骤，并检验程序有无错误。再如，在使用数控铣床进行铣削加工时，根据产品图纸创建三维零件模型，将建好的模型导入仿真软件中，对铣削步骤以及原理进行检验。

2.3 在机械产品复杂数据分析中的应用

在进行机械产品设计时，先根据使用要求设计相应的产品结构，将设计好的零部件组装成产品，再对产品进行试验，通过试验数据对产品进行优化与改进，这是每个机械产品开发的主要程序。通常情况下，机械产品内部构造复杂程度越高，开发周期就越长，给产品设计工作带来极大困扰。计算机仿真技术的应用能有效改善这种问题。在机械结构设计过程中，会出现较多计算，有零件尺寸核算，也有部件受力情况计算。计算机辅助软件可以代替人工快速完成计算，节省了大量的时间，同时也有效提高了运算准确性，大大地缩减了产品开发周期。此外，计算机仿真技术还可以对机械产品进行受力分析，清楚地展示产品部件的受力情况与形变尺寸，能确保产品设计的合理性与科学性[7]。图2为使用三维软件绘制的机械产品受力分析图。

2.4 在大中型机械产品设计中的应用

在机械产品设计中，经常会遇见体积较大、内部结构较复杂的大中型机械产品。这类产品设计中包含了许许多多的零部件，在进行生产加工时也相当困难。当设计工程师在进行此类产品设计时，经常会出现零部件装配问题，这主要是因为机械产品本身涵盖的零部件较多，并且不能实现一次性装配。这些问题的出现影响了大中型机械产品的使用稳定性，造成使用单位不能正常生产，进而给公司带来损失。计算机仿真技术的应用，能在计算机上完成零件的仿真装配，在装配过程中及时发现零部件问题，并且能通过动态模拟的方式观看设备运行情况，确保大中型设备的产品质量[8]。

3 结语

将计算机仿真技术应用到机械设计制造中具有非常重要的意义，能有效提高机械产品设计的效率与质量，缩减产品设计周期，降低产品设计中的成本，促进机械设计行业向信息化与智能化方向发展。

参考文献：

[1]吴杰，于胜男，陆浩琪，等.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析[J].内燃机与配件，2019（15）：248-249.

[2]陈修龙，蔡京成，马腾.虚拟设计仿真技术在“机械设计基础”课程设计中的应用[J].实验技术与管理，2019（4）：125-129.

[3]于根杰，杨俊红.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析[J].内燃机与配件，2018（22）：207-209.

[4]邢娜，赵欣悦，孙晶，等.黑龙江省机械设计制造与仿真技术应用的研究[J].自动化技术与应用，2018（5）：128-130，144.

[5]赵丽娟，田震，张建军，等.协同仿真技术在薄煤层采煤机械动态可靠性分析中的应用[J].机械设计，2016（8）：72-78.

[6]何楠.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析[J].山东工业技术，2016（7）：148-149.

[7]胡励，胡国明.机械产品设计中的颗粒离散元仿真技术及实现[J].机械工程學报，2015（14）：159.

[8]张庆霞，马吉胜，张淑琴.基于仿真技术的有限寿命设计在履带车辆中的应用[J].机械设计与制造，2008（5）：69-71.