付華淼 董濤
【摘 要】仿真技術(shù)的日益成熟進(jìn)步使得機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)能夠研發(fā)出性能更為卓越的產(chǎn)品,仿真技術(shù)朝著智能化和數(shù)字化方向發(fā)展,也帶動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)朝著智能化和數(shù)字化方向發(fā)展。鑒于此,文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的應(yīng)用探究提出了一些建議,僅供參考。
【關(guān)鍵詞】仿真技術(shù);機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的應(yīng)用;探究
引言
科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平不斷提高,但是在生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜,生產(chǎn)步驟逐漸增加的狀況下,需要對(duì)機(jī)械設(shè)備的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行更新,從而保證機(jī)械設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過程中的有效性。所以,仿真技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中,可以讓設(shè)計(jì)人員更好地控制機(jī)械零件設(shè)計(jì)情況,提高設(shè)計(jì)制造質(zhì)量。
1、仿真技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中的特點(diǎn)
1.1分布性特點(diǎn)
仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有效結(jié)合下,機(jī)械制造業(yè)對(duì)仿真的分布性特點(diǎn)非常明顯。究其原因在于仿真技術(shù)與制造分布密切相關(guān),仿真技術(shù)是由虛擬網(wǎng)絡(luò)的支持下而建立的。仿真技術(shù)所應(yīng)用的圖形技術(shù)特點(diǎn)和傳感器應(yīng)用特點(diǎn)顯著,因此加強(qiáng)了仿真技術(shù)的交互性。
1.2應(yīng)用范圍特點(diǎn)
仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中的相關(guān)應(yīng)用具有顯著特點(diǎn),仿真技術(shù)貫穿在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品中以及測(cè)試和維護(hù)機(jī)械產(chǎn)品過程始終。仿真技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品的概念相關(guān)設(shè)計(jì)和具體加工等過程中均有顯著作用。仿真技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中也具有較為廣泛的應(yīng)用范圍,仿真技術(shù)在機(jī)械制造中具有動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。
1.3集成化特點(diǎn)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中應(yīng)用仿真技術(shù)的最為突出特點(diǎn)之一就是集成化。仿真技術(shù)可形成有效的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境和產(chǎn)品制造環(huán)境,仿真類型具有多元化特點(diǎn)。
2、傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中存在的問題
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,國(guó)家機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的綜合水平也隨之提高,推動(dòng)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展,雖然設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)不斷完善,但檢測(cè)技術(shù)卻并沒有跟上二者的腳步,對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展造成了負(fù)面影響。很多機(jī)械設(shè)計(jì)制造中存在的問題無(wú)法被檢測(cè)出來(lái),給后續(xù)的使用帶來(lái)威脅,在嚴(yán)重的情況下,還會(huì)出現(xiàn)安全事故。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中檢測(cè)需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的周期、檢測(cè)成本較高,如果采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方式,就會(huì)浪費(fèi)更多人力、物力資源。不僅如此,在大部分情況下,現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)得到的結(jié)果無(wú)法保證準(zhǔn)確性,可參考性相對(duì)較低。而且在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中,設(shè)計(jì)人員也可能出現(xiàn)一些失誤,這些問題都可以通過仿真技術(shù)進(jìn)行解決。
3、仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用
3.1仿真技術(shù)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)應(yīng)用
機(jī)械系統(tǒng)是由各種不同的結(jié)構(gòu)組合而成,因此必須精確設(shè)計(jì)各個(gè)結(jié)構(gòu)部件的精確度?,F(xiàn)階段來(lái)看,在機(jī)械的具體設(shè)計(jì)過程中,相關(guān)研究人員會(huì)先進(jìn)行優(yōu)化模擬試驗(yàn),再對(duì)機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)的零部件或者相關(guān)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行組合配置優(yōu)化模擬設(shè)計(jì),最終選擇出最為理想的設(shè)計(jì)方案。采用仿真技術(shù)時(shí),可應(yīng)用大型三維設(shè)計(jì)軟件,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)演示。機(jī)械設(shè)計(jì)工作人員可以從多個(gè)角度對(duì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)加以仔細(xì)觀察,如果出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)受干擾情況時(shí)也可以進(jìn)行有效調(diào)整,功能較多且使用便捷,因此被廣大設(shè)計(jì)人員所青睞。
3.2數(shù)控仿真軟件的應(yīng)用
數(shù)控仿真軟件學(xué)習(xí)使用是機(jī)械類、數(shù)控類等專業(yè)學(xué)員在操作數(shù)控機(jī)床前,由理論學(xué)習(xí)到實(shí)際數(shù)控機(jī)床操作的基本過渡。國(guó)內(nèi)高校、企業(yè)培訓(xùn)等主要使用上海宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)、北京VNUC數(shù)控仿真軟件以及南京斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件等,數(shù)控仿真軟件具有高度的仿真模擬性,能幫助學(xué)員快速熟悉數(shù)控機(jī)床眾多按鍵的使用,熟練程序的編輯、輸入和校驗(yàn),能對(duì)被加工毛坯尺寸定義,能夠進(jìn)行刀具和夾具選擇,可以準(zhǔn)確模擬數(shù)控機(jī)床加工動(dòng)作、顯示走刀軌跡并對(duì)加工件準(zhǔn)確測(cè)量。數(shù)控仿真軟件的突出優(yōu)點(diǎn)是零耗材,不會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)不熟練、加工參數(shù)錯(cuò)誤等發(fā)生安全生產(chǎn)事故,并且參數(shù)設(shè)置靈活、被加工材料種類選擇豐富。隨著數(shù)控仿真軟件的更新?lián)Q代,其功能日趨完善,機(jī)械加工的切削聲、加工過程中飛濺的金屬屑等,讓學(xué)員身臨其境的沉浸在布置的加工任務(wù)中。目前的數(shù)控仿真軟件對(duì)Fanuc、西門子、三菱、大森、華中數(shù)控、廣州數(shù)控等國(guó)內(nèi)企業(yè)常用的數(shù)控系統(tǒng)均能高度模擬加工。
3.3在機(jī)械裝備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
在機(jī)械裝備設(shè)計(jì)過程中,齒輪設(shè)計(jì)極為重要,應(yīng)用仿真技術(shù)完成齒輪設(shè)計(jì)可以分為3個(gè)部分。首先對(duì)齒輪的行動(dòng)軌跡進(jìn)行仿真模擬,其次對(duì)齒輪的端面進(jìn)行面膜評(píng)估,最后對(duì)齒輪的傳動(dòng)接觸點(diǎn)進(jìn)行闡述研究。通過上述內(nèi)容,可以從不同角度觀察齒輪情況,得到相應(yīng)的結(jié)果,減少齒輪對(duì)機(jī)械設(shè)備的影響。比如:在設(shè)計(jì)齒輪的過程中,可以應(yīng)用仿真技術(shù)檢測(cè)齒輪的性能,確保齒輪性能最大化發(fā)揮出來(lái),讓機(jī)械設(shè)備質(zhì)量得到根本上的提升。在一些復(fù)雜機(jī)械裝備設(shè)計(jì)中,經(jīng)常會(huì)遇到一些困難的計(jì)算問題,利用仿真技術(shù)可以有效解決包括熱變形參數(shù)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、應(yīng)變變形、振動(dòng)變形參數(shù)等問題,確保機(jī)械設(shè)備裝配合理。
3.4帶傳動(dòng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,對(duì)工程履帶類部件所具有的傳動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試是其重要組成部分,通過對(duì)傳動(dòng)帶在運(yùn)行過程中的傳動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試,可幫助學(xué)生對(duì)帶在傳動(dòng)過程中所產(chǎn)生的打滑與彈性滑動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行直觀的觀察,進(jìn)而更加科學(xué)的分析機(jī)電設(shè)備的最佳承載力,通過分析這些數(shù)據(jù),可使帶動(dòng)控制問題得到有效解決。在對(duì)機(jī)械工程中的帶傳動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試時(shí),還需要應(yīng)用到電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、傳感器、光電測(cè)速裝置以及轉(zhuǎn)矩力測(cè)桿等設(shè)備,采用這些設(shè)備可實(shí)現(xiàn)人工測(cè)試,不過這種測(cè)試方法需要花費(fèi)過高的人力與物力成本。而通過虛擬仿真技術(shù),則能夠使學(xué)生在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)性能測(cè)試系統(tǒng),從而不需要使用上述設(shè)備,學(xué)生也可隨時(shí)隨地的來(lái)測(cè)試帶傳動(dòng)性能,既節(jié)約了大量成本,又顯著提高了機(jī)械工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及效率。
3.5虛擬仿真平臺(tái)
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)信號(hào)的響應(yīng)速度是衡量平臺(tái)軟件系統(tǒng)功能性的主要指標(biāo)之一。平臺(tái)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信號(hào)和系統(tǒng)本身固有特性共同作用下,可以將用戶的實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)要求轉(zhuǎn)化為最終的工程機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并在顯示模塊中顯示出來(lái)。在工程機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,為了提高三維展示的直觀性,工程機(jī)械內(nèi)部零件都具有一定的透明度,并可以利用UGNX技術(shù)將不同的零件輔以不同的顏色,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有助于使用者更為細(xì)致地觀察工程機(jī)械的運(yùn)行原理,認(rèn)識(shí)各個(gè)內(nèi)部零件之間及與設(shè)備整體的邏輯關(guān)系。與傳統(tǒng)的工程機(jī)械類實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相比,設(shè)計(jì)的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在仿真的直觀性、準(zhǔn)確性、交互性及實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效果方面都具有較大的優(yōu)勢(shì)。特別是在平臺(tái)系統(tǒng)交互性能方面,利用UGNX技術(shù)平衡虛擬仿真平臺(tái)總體的架構(gòu)與節(jié)點(diǎn)安排,使工程機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的各種特性都能夠全面地展示出來(lái),顯著提高教育教學(xué)的交互性與智能性。
結(jié)束語(yǔ)
總而言之,虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn),為機(jī)械工程提供了一種科學(xué)而先進(jìn)的模擬方法,有效解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造過程中存在的諸多問題,進(jìn)而在加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中應(yīng)用的同時(shí),還能充分發(fā)揮其創(chuàng)新精神,極大提高了機(jī)械工程的整體質(zhì)量。
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