仿真技术在机械设计与制造中的应用

仿真技术在机械设计与制造中的应用

张凯

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摘要：随着计算机仿真技术的发展，它已经成为机械设计与制造中不可或缺的一部分。在机械设计与制造中，仿真技术的应用可以有效提高机械设计与制造的效率和质量，并且可以对机械设计与制造进行优化，降低成本。对仿真技术在机械设计与制造中的应用进行了探讨和分析，以期能够促进我国机械设计与制造水平的提高。

关键词：仿真技术；机械设计与制造应用

引言

仿真技术(Simulation Techniques)是20世纪70年代以来在计算机科学领域迅速发展起来的一种以计算机为核心，以现代信息技术为基础的科学与技术相结合的高新技术。在机械设计中，运用仿真技术，通过建立系统动力学模型来分析系统在给定条件下响应的定量或定性，从而找到系统中潜在的问题、合理的结构方案、最佳的控制参数和最有效的工作方式。在机械制造中，利用计算机建立机械制造过程的虚拟样机模型，进行产品的虚拟装配和虚拟调试，从而能快速地完成产品设计和制造过程中的各种试验，缩短产品开发周期，降低成本。

1 仿真技术与机械制造的相关概述

1.1 仿真技术

仿真技术是基于计算机科学、系统仿真、人工智能、图像处理等学科的综合应用，其主要目标是解决复杂系统的分析和优化问题。从早期的结构力学、热学仿真到现在的系统仿真、人工智能，可以说，仿真技术在不断进步和发展。随着计算机硬件和软件技术的迅速发展，仿真技术的应用范围也逐渐扩大，主要应用于机械产品设计与制造过程中，对其进行模拟和分析，从而提高机械产品设计与制造效率。同时，由于计算机技术的快速发展和普及，使得现代机械设计与制造的理念发生了巨大变化，开始重视人机交互作用带来的工作效率提高和产品质量的提升。随着现代化技术的快速发展，仿真技术得到了较为广泛的应用，例如在卫星通信车设计制造中的应用。如今，通过对仿真技术进行合理化应用，能够有效地减少在研究以及生产硬件等方面所消耗的时间以及资金，这将会为机械加工制造企业带来更多的经济效益。

1.2 机械制造

将机械设计制造与仿真技术进行比较会发现两者之间有很多相同的地方，而且都相对比较复杂。因此，机械设计制造就必须要得到不同学科以及不同技术的大力支持，比如，机械自动化等等。随着我国科学技术的不断发展，计算机技术在机械设计制造领域得到了广泛应用，不仅有效提升了机械产品的质量和水平，同时也为机械设计与制造行业的发展提供了技术支撑。具体来说，我国的机械设计与制造行业经历了从手工化、机械化到自动化的过程，在这一过程中，计算机技术发挥了重要作用。

2 仿真技术在机械设计制造中应用的必要性

2.1 精准分析数据

在机械设计制造过程中，运用仿真技术能够将相关数据进行精确分析，以保证设计方案的科学性和合理性。同时，还能通过数据分析得出对应结论，并将其反馈给设计人员，为其提供更加准确的方案，从而保证机械设计制造的正确性以及准确性。由于在机械设计中应用了仿真技术，所以在整个生产过程中会产生大量的数据，因此，这就需要利用仿真技术来对这些数据进行分析和处理，例如，在图1的军用终端以及功率放大器中的应用。

2.2 节约设计的成本

在传统的机械设计中，设计人员需要根据用户的具体要求来设计一个完整的方案。然而，由于受技术条件和市场行情的影响，很多方案都不能达到用户的要求，因此，用户就需要对方案进行多次的修改或者调整，从而导致成本提高。在此情况下，如果将仿真技术应用到机械设计中，就能够通过计算机技术来实现对产品的仿真模拟，这时用户就能够根据虚拟样机来对产品进行设计，从而避免重复修改以及调整方案的问题。除此之外，由于在仿真技术中实现了零部件模型和实体模型之间的映射，因此，用户在进行修改时就更加方便和简单。

3 仿真技术在机械设计制造中的应用特征

模拟技术自20世纪早期开始使用，随着计算机技术的快速发展，其应用范围越来越广，在保证装备质量的前提下，提高了工作效率与水平。时至今日，模拟技术的运用已基本覆盖了整个机械设计生产过程，而且也逐步表现出了高度集中和分布式的特点，可以更好地满足不同的机械设计生产需要。此外，将模拟技术与计算机网络技术相结合，还能将其分布特性进一步放大，并与图像、传感器相结合，更能加强其交互特性，这对于保证机械装备的工作稳定性有着十分重要的作用。

4 仿真技术在机械设计制造中的应用流程

在机械设计制造中应用仿真技术的流程为：

(1) 机械设计阶段，利用

CAD软件设计出零件图，并将其导入到 CAM软件中；利用 CAM软件进行零件加工、装配、修改，然后在系统中将零件加工数据存储到数据库中，方便后续使用。

(2) 机械加工阶段，利用

CAM软件对零件加工数据进行输入、编辑和修改；在系统中将零件加工数据存储到数据库中，以及对零件加工数据进行修改。

(3) 装配阶段，利用

CAD软件进行产品装配设计，然后利用 CAM软件将零部件加工数据输入到系统中；在系统中对零部件进行装配设计并修改后，将零部件装配数据存储到数据库中。

5 仿真技术在机械设计制造中的具体应用

5.1 机械加工设计

(1) 设计阶段。

在机械制造过程中进行零件加工设计，对加工中出现的各种问题进行分析和判断，确定加工方案以及加工路线，运用 CAD/CAM技术对零件进行三维模型的创建，利用三维实体造型软件在计算机上将零件实体模型以各种形式生成所需文件。利用仿真技术对加工过程进行仿真，根据得到的仿真结果来确认所设计的方案是否可行，是否满足产品的要求。

(2) 零件工艺方案。

利用工艺设计软件建立机械制造零件的工艺模型，将整个零件生产过程划分成若干个相互关联的工艺阶段，分析各阶段的时间和空间关系，然后利用工艺软件建立工艺模型，并进行仿真和分析。

5.2 机械结构设计

机械结构设计是机械制造的基础，包括零件设计和整机结构设计。

(1) 零件设计。

运用 SolidWorks软件对零件进行三维建模，将其导入到 SolidWorks中，并根据产品的需求和制造工艺进行零件的装配图设计以及干涉检查。然后利用 SolidWorks的运动仿真功能来分析机械零件的运动和受力情况，根据分析结果确定零件加工过程中的干涉以及装配误差等问题。

(2) 整机结构设计。

利用 SolidWorks提供的机构仿真功能来对整机进行运动学仿真，并分析运动误差、振动、噪声等问题，最后，再根据得到的仿真结果来修改设计，并确定最终的结构方案。

5.3 在数值计算中的应用

在机械设计制造领域中，运用计算机技术能够把比较复杂的数据计算变得更加准确。对现在的机械制造行业来说，一定要保证准确度，因为它对机械制造的质量有着非常重要的影响，一旦出现误差，就会导致机械出现严重的磨损，这样就会降低机械的使用寿命。计算机仿真技术必须要利用既定的程序语言来对比较复杂的数据进行简单的运算，这样不仅能够非常明显地减少人工成本，同时还能够将计算结果的误差最大限度地控制在最小范围内，从而提高了计算结果的准确性。

结束语

与传统的研究方法相比较，仿真技术可以有效地解决机械系统在研发过程中所出现的问题，从而降低机械设备设计以及研发的时间，进一步推动机械加工行业经济的快速发展。因此，有关的技术人员必须顺应时代的发展与时俱进，及时并准确地掌握仿真技术的最新消息，这样就能够方便在设备的开发中有效地运用。此外，仿真技术不仅能够使得机械加工生产领域的技术得到显著提升，同时还能够持续推动产业的稳定增长。

参考文献

[1] 谭展.仿真技术在机械设计与制造中的应用[J].现代制造技术与装备，2022,58(12):142-144.

[2] 袁卓伟.虚拟现实技术在机械设计与制造中的应用[J].现代工业经济和信息化，2022,12(10):93-95.