計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造結(jié)合研究

聶金橋，涂力

（長(zhǎng)江職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430074）

在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的使用過(guò)程中，通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)備制造和加工過(guò)程中所有參數(shù)的獲得記錄和反饋，讓被控設(shè)備可以更好地運(yùn)行。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造階段，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的使用，可以完成零件和相關(guān)設(shè)備的制造，并由建成的反饋系統(tǒng)獲得專業(yè)數(shù)據(jù)，以提高設(shè)備的制造精度。

1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的類型

1.1 反饋分析技術(shù)

在反饋分析技術(shù)的使用階段，傳統(tǒng)工作過(guò)程通過(guò)PID、PLC 控制系統(tǒng)，將獲得的反饋信息輸入管理體系中，讓制造的機(jī)械設(shè)備和零件具有更高精度，而在多年的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)雖然可以完成較高任務(wù)量，但是，一方面其本身的干擾抵抗效果較差，另一方面整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜，當(dāng)出現(xiàn)某子系統(tǒng)的運(yùn)行故障時(shí)，難以第一時(shí)間落實(shí)專業(yè)化的管理和問(wèn)題解決工作。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用階段，其作為人工智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作核心，可以通過(guò)使用的專業(yè)端口接受機(jī)械生產(chǎn)和設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)，并且將該數(shù)據(jù)提交給建成的計(jì)算機(jī)軟件中，使其能夠設(shè)定今后的設(shè)備科學(xué)加工方案。

1.2 方案策劃技術(shù)

在大型復(fù)雜機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，一方面，要確保設(shè)計(jì)工作的合理性；另一方面，要在制造過(guò)程中完全按照設(shè)計(jì)方案完成各項(xiàng)工作，要求建成的策劃和規(guī)章制度的建立體系具有較高的科學(xué)應(yīng)用價(jià)值。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的使用過(guò)程已經(jīng)開發(fā)出了多種新型技術(shù)，內(nèi)容包括數(shù)控編程軟件、設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)分解方案等，所有設(shè)備都可以在得到全面精確地分解后提交給具體的操控設(shè)備，可以使建立的管理目標(biāo)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。在方案的策劃過(guò)程，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可以將機(jī)械設(shè)備的零部件分解，并且針對(duì)其本身建立專業(yè)化的數(shù)控編程軟件程序、具體的制作流程等，讓在實(shí)際操作人員的工作階段可按照該方案完成加工任務(wù)。

1.3 多體動(dòng)力分析技術(shù)

無(wú)論是復(fù)雜機(jī)械設(shè)備還是機(jī)械設(shè)備中的個(gè)體零件，在生產(chǎn)加工階段都需要經(jīng)過(guò)多體動(dòng)力分析，一方面，可以讓被處理設(shè)備高強(qiáng)度夾持；另一方面，可以分析其在后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中不同區(qū)域的強(qiáng)化指標(biāo)?；诖?，才可以讓按建成的產(chǎn)品制造方案可實(shí)際應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中，當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出了多體動(dòng)力學(xué)分析軟件，其可以根據(jù)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行區(qū)域和相關(guān)設(shè)備的作用，研究該零件在實(shí)際運(yùn)行階段中受到的外力，由于其可以提高對(duì)于多體動(dòng)力體系的分析精度，所以，可以將該系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，研究各類零件設(shè)備本身的優(yōu)化方案。

2 當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的要求

2.1 精度保障要求

我國(guó)的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造工業(yè)在多年的發(fā)展中，受限于高精度機(jī)床的數(shù)量，導(dǎo)致實(shí)際向市場(chǎng)提供的產(chǎn)品接受程度較低，今后為一轉(zhuǎn)頹勢(shì)，需要進(jìn)一步提高各類生產(chǎn)零件以及設(shè)備中所有活動(dòng)構(gòu)件的制造精度，要求在機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的使用過(guò)程，一方面，需要采用新的反饋系統(tǒng)獲得所有的控制數(shù)據(jù)，并且通過(guò)對(duì)該數(shù)據(jù)的自主分析和使用，從而讓建成的工作系統(tǒng)可以更好地發(fā)揮應(yīng)有作用，并且通過(guò)設(shè)置的傳感器和數(shù)據(jù)接收端口，了解當(dāng)前該設(shè)備中存在的問(wèn)題，并且可以建立相應(yīng)的精度保持工作方案。另一方面，精度的保障過(guò)程中，在原有的自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行中，需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的控制時(shí)間，而對(duì)于一些高精密度的零件加工過(guò)程來(lái)說(shuō)，該問(wèn)題的存在無(wú)法全面確保實(shí)際加工水平。

2.2 效率提高要求

我國(guó)雖然作為機(jī)械的設(shè)計(jì)制造和出口大國(guó)，但是，只是對(duì)于質(zhì)量較低零件的制造效率較高，而對(duì)于高精密度的零件生產(chǎn)和加工過(guò)程長(zhǎng)期嚴(yán)重依賴進(jìn)口。在當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的開發(fā)階段，雖然在高精度零件設(shè)備的制造過(guò)程中已經(jīng)可以逐步滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但是，其生產(chǎn)效率依然需要獲得進(jìn)一步的提高，在具體的工作階段，今后需要通過(guò)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)、各類生產(chǎn)加工系統(tǒng)、專業(yè)化的管理和運(yùn)維體系構(gòu)造，讓建成的綜合性管理體系具有更高的使用價(jià)值，同時(shí)，在該系統(tǒng)的后續(xù)規(guī)劃和優(yōu)化過(guò)程，可以讓取得的設(shè)備制造效率獲得升級(jí)。

2.3 可控調(diào)整要求

在當(dāng)前的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，一方面，一些設(shè)備中含有個(gè)性化要求，需要通過(guò)對(duì)于相關(guān)設(shè)施的使用，對(duì)生產(chǎn)加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；另一方面，要根據(jù)整個(gè)管理系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，讓該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量獲得提升。要求建成的新型工作指標(biāo)和管理項(xiàng)目中，需要按照相關(guān)產(chǎn)品的個(gè)性化需求以及今后的生產(chǎn)加工工作路徑對(duì)其進(jìn)行可控調(diào)整。其一，要求最終制造的產(chǎn)品在精度和運(yùn)行質(zhì)量方面可以符合該產(chǎn)品的加工要求；其二，要可以根據(jù)該產(chǎn)品的今后生產(chǎn)加工方案和具體的運(yùn)行準(zhǔn)則，從中選擇更加關(guān)鍵有效的加工措施，從而讓該系統(tǒng)能夠滿足當(dāng)前的機(jī)械加工和生產(chǎn)市場(chǎng)需求。

3 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和機(jī)械設(shè)計(jì)制造的結(jié)合方法

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)合

在控制系統(tǒng)的結(jié)合階段，首先，要依靠計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出的多種管理和運(yùn)行體系，其可以通過(guò)對(duì)于專業(yè)化控制技術(shù)的加入和實(shí)施，讓建成的自動(dòng)控制系統(tǒng)可以更好地發(fā)揮應(yīng)有作用。比如，對(duì)于已經(jīng)建成的三維繪圖數(shù)字軟件來(lái)說(shuō)，包括CAD、CATIA 等，其可以在使用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)各類被加工零件的設(shè)計(jì)、繪制和施工制造方法的確定，基于此，讓建成的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有更高的使用價(jià)值。此外，自動(dòng)控制系統(tǒng)在運(yùn)行階段可以通過(guò)對(duì)于各類信號(hào)發(fā)射和反饋傳感器的使用，研究當(dāng)前的實(shí)際加工過(guò)程中是否存在過(guò)大誤差，比如，在數(shù)控機(jī)床中，其使用激光測(cè)距技術(shù)、刀具路徑測(cè)量技術(shù)、被生產(chǎn)零件的精度控制技術(shù)等，獲得當(dāng)前加工過(guò)程中的各類產(chǎn)生數(shù)據(jù)，包括加工刀具與零件之間的距離、該零件的直徑、厚度、長(zhǎng)度等多項(xiàng)參數(shù)，基于此，讓生成的相關(guān)數(shù)據(jù)可以被計(jì)算機(jī)輔助軟件接收，了解是否超過(guò)了誤差的允許范圍。

3.2 策劃方案結(jié)合

無(wú)論是對(duì)于零件制造還是機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)，都需要通過(guò)專業(yè)化策劃方案的使用，讓建成的綜合性管理體系更具有應(yīng)用價(jià)值，其中，在策劃方案的結(jié)合過(guò)程中，首先，要根據(jù)當(dāng)前已經(jīng)建成的工作指標(biāo)和專業(yè)化管理流程，讓建成的專業(yè)化策劃方案可以被使用，比如，在某齒輪零件的制造過(guò)程，要通過(guò)專業(yè)化的繪制方法，確定該齒輪的直徑、齒長(zhǎng)、齒密度等多項(xiàng)參數(shù)，之后，是要建立各個(gè)生產(chǎn)加工方法的實(shí)際使用水平，包括對(duì)原材料的選擇、齒輪的外部輪廓線配置、齒長(zhǎng)開槽分析等，同時(shí)，要通過(guò)對(duì)專業(yè)化測(cè)量技術(shù)的使用，研究該零件實(shí)際加工精度。

3.3 動(dòng)力分析結(jié)合

在動(dòng)力的分析過(guò)程，一方面要確定不同生產(chǎn)加工過(guò)程中對(duì)原料的夾持方案；另一方面，也要分析不同零件在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程是否能夠承受外力?；诖?，可以確定動(dòng)力的分析過(guò)程要經(jīng)過(guò)兩個(gè)方向。在前項(xiàng)工作的落實(shí)階段，主要通過(guò)對(duì)夾持設(shè)備的使用、固定裝置的分析，研究相關(guān)原材料的受力情況，從而讓建成的管理系統(tǒng)可以更好地運(yùn)行，而對(duì)于機(jī)械設(shè)備中的相關(guān)零件，則需要研究其在具體運(yùn)行階段中受到的外力情況，比如，對(duì)于曲軸零件，承受的外力包括與之零件向其施加的壓力、自身運(yùn)行過(guò)程中的離心力、實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的力矩等，分析在所有參數(shù)共同作用的情況下，該曲軸是否可以承受過(guò)大的力學(xué)參數(shù)并可滿足穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)要求。實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，按照該軟件本身的運(yùn)行部位和承受的力學(xué)指標(biāo)，在當(dāng)前已經(jīng)建立的多體動(dòng)力學(xué)分析軟件的模型中設(shè)置參數(shù)，通過(guò)模擬運(yùn)行方法分析該零件的運(yùn)行壽命，而當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中含有的直徑較小區(qū)域在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法承受剪切力，導(dǎo)致整個(gè)零件的運(yùn)行壽命下降，并且大量模擬結(jié)果表明，該區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)零件中的最脆弱點(diǎn)時(shí)，則需要分析該區(qū)域是否可以通過(guò)增加直徑的方式提高剪切力抵抗效果。

3.4 反饋參數(shù)結(jié)合

在反饋參數(shù)的獲取過(guò)程，一方面，要研究現(xiàn)有機(jī)械加工設(shè)備獲取反饋參數(shù)的模式；另一方面，要通過(guò)對(duì)于計(jì)算機(jī)相關(guān)接口的使用，將獲得的專業(yè)化數(shù)字信號(hào)提交到計(jì)算機(jī)控制軟件中?；诖耍芯繉?shí)際的作用標(biāo)準(zhǔn)和使用方式。當(dāng)前的數(shù)控加工設(shè)備中，其中，建設(shè)的激光測(cè)距技術(shù)、振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等可以研究實(shí)際運(yùn)行階段的各類數(shù)據(jù)指標(biāo)，并且把相關(guān)參數(shù)共同提交，并研究其是否能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，而在計(jì)算機(jī)控制軟件中，可以借助傳統(tǒng)的PLC 控制系統(tǒng)思維以及當(dāng)前開發(fā)出的人工智能控制技術(shù)，將獲得的反饋信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的整理和分析，并和建成的零件、設(shè)備制造方案和專業(yè)工作指標(biāo)等參數(shù)進(jìn)行全面的對(duì)比，從而讓建成的機(jī)械制造方案可以發(fā)揮應(yīng)有的精度保持作用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在當(dāng)前的開發(fā)過(guò)程中，可發(fā)揮的作用包括三維模型的建設(shè)、多體動(dòng)力的分析等，而機(jī)械設(shè)計(jì)制造的要求包括高精度要求、高效率要求等。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的融合過(guò)程，只有通過(guò)對(duì)設(shè)備零件和各類硬件設(shè)施的分析，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將方案分解，并且把專業(yè)化的控制信息提交到數(shù)控機(jī)床中，使其通過(guò)使用反饋數(shù)據(jù)提高零件的加工精度。