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关于计算机辅助设计在机械设计中应用的研究

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：宋祖龙

[导读] 摘要：机械设计工作具有内容复杂、设计精准度要求高以及科学表现性强的特点。我国社会文化以及科学信息技术水平不断提高，对机械设计工作的效率和质量也提出了更高的要求。

        佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 528311
        摘要：机械设计工作具有内容复杂、设计精准度要求高以及科学表现性强的特点。我国社会文化以及科学信息技术水平不断提高，对机械设计工作的效率和质量也提出了更高的要求。将计算机辅助设计技术更好的应用在机械设计的工作过程之中，是现今社会发展背景的必然趋势。如何才能更好的利用计算机辅助设计技术提升机械设计的工作水平，开始逐渐受到社会各界人士的广泛关注。
        关键词：计算机辅助设计；仿真技术；机械设计；应用
        引言：现阶段，我国的科学技术水平得到了很大程度提升，在机械设计制造领域的发展中，对新技术的应用就能有助于设计制造的整体水平提高。特别是计算机技术的快速发展，给机械设计制造带来了大好的发展机遇。仿真技术正是一种基于计算机技术平台的、有利于机械设计制造整体水平提高的先进技术，对于提高机械设计制造的效率和可靠性十分有利。
        一、计算机辅助设计基本概念
        计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，简称CAD），在机械设计过程中承担大量的人工难以实际操作的工作，并将其转化为数字、文字、图像等资料在计算机当中进行处理、检索等，在计算机辅助设计当中包含了交互技术、图形变换技术、曲面造型技术、实体造型技术，计算机辅助设计由计算机软硬件、专业的图形显示终端、图形输入板、扫描仪等共同组成，机械设计人员可以通过计算机辅助设计技术建立三维工作空间，将各类机械设计模型进行真实呈现，大大提升机械设计整体工作效率。本文主要针对计算机仿真技术在机械设计的应用进行探究。
        二、计算机仿真系统的构建
        如今，计算机仿真技术的大量普及，在各工程系统和项目建设之前的概念研究与系统的需求分析过程中，发挥着越来越重要的作用。要想构建起这一技术平台，需要根据工程的实际需求进行电脑数学模型和仿真模型的搭建。它同图形学、几何造型学、数据处理技术、力学这些学科体系都有着重要关联。单靠计算机系统，无法对研究对象进行识别和处理。因此在构建数学模型时，既要能被计算机接受，又要体现出研究客体实质。经过综合分析，三维模型是符合上述要求的。它具有清晰性、直观性等优势，通过三维模型，可以通过建模的精准程度来决定计算机仿真的精度。在构建计算机仿真系统时，应当注意以下要点：
        1、创建三维模型
        首先要针对研究对象，抽象出一个可以有效实现仿真的可靠系统。同时对其附加一些边界与约束方面的条件。同时通过与之相关的知识体系，以数学表达式的形式来表达出这个仿真系统，阐述对象便在于数学模型这个计算机仿真的中心环节。依据时间的关系，数学模型有动态与静态之分。动态模型根据时间关系又分为连续、离散与混合三种。而不同模型在连续变量系统与离散事件系统方面的区别，又是基于系统的状态描述与变化方式的。
        2、变换三维模型
        对于抽象出来的数学表达式来说，还必须转化为便于计算机开展处理的形式，这个过程就是对三维模型的变换。对此，要运用合适的算法及计算机语言来表达出数学模型。它的手段分为两种，一种是基于自身需求研发出新的系统，另一种是直接采用市面上已有的仿真软件。
        3、对三维模型进行试验
        当仿真模型创建出来后，将其输入电脑进行运行，便会获取各种各样的仿真结果，这便是对三维模型进行试验的过程。它的开展是基于先期设计的实验方案的，其过程难度较小，但仿真结果在衡量标准上却有待斟酌。

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它需要对仿真结果的可靠性进行分析，要达到这个目的又分为两种手段，一种是置信通道法，另一种是仿真过程的反向验证法。
        三、仿真技术在机械设计制造行业中的应用
        1、在机械的结构设计方面的应用
        机械系统是由各个机械部件进行完整的整合，然后在机械系统的运作过程中共同地发挥作用，使各个不同的机械结构部件可以综合，达到性能发挥的最大化目标。因此，在一个新的产品的设计过程中，应该提前将仿真技术进行使用，来实现对模型的优化作用，这其中包括很多部分，最主要的就是选取最合适的方案，将各零部件进行适当的配合以及将各个零件的功能进行最好的发挥等。就目前情况看，对结构的运动仿真功能进行开发，尤其是大型的设计软件，依据这些设计中的性能来看，一旦需要将运动学的内容加入到模拟仿真技术中，只需要进行相应的设计就可以实现，具有十分便利的特点。与此同时，这些三维的设计软件在对仿真运动进行设计的过程中，可以应用多角度的方式进行观察，还能对其结构的干涉情况进行检测，功能强大。
        2、在机械的装备设计方面的应用
        在机械装备中，最重要的零件之一就是齿轮。因此，在设计师对其进行制造的过程中，将齿轮的性能进行更好的应用仿真实验就有着很重要的意义。在这一方面，有很多的设计人员在设计齿轮的过程中都进行了多方面的研究，最主要的研究方向包括以下几个部分：第一，对于圆弧针齿形星的行动轨迹通过对计算机的应用来实现仿真模拟；第二，在仿真和建模的过程中，主要是通过visuallisp技术来实现的，这是对于齿轮的端面建模，也从不同的角度进行相应的评估，然后结合其性能，分析得出相应的结果；第三，对影响齿轮的传动接触点进行参数的研究，并对其进行分析，从而达到减少对正交齿轮的相关传送效果影响的目的。除此之外，计算机的仿真技术在机械设计制造行业中还有着极其广泛的应用。例如，在对齿轮泵的齿轮进行设计的过程中，就可以应用计算机的仿真技术对齿轮的性能进行检测，从而达到齿轮泵的性能实现最大化应用，质量也在一定程度上得到显著提高的目的。
        3、在加工研究方面的应用
        在设计的过程中，仿真的意义十分重大。因此，很多的研究人员也对这一问题进行具体的分析和研究，针对机械加工中使用相关的仿真技术，可以帮助设计人员对机理更加深入的了解，也可以在很大程度上对机械在加工的过程中提高相应的机械性能和机械质量，尤其表现在复杂的机械加工方面。例如，在机械数控加工的过程中，可以运用仿真技术来对机床的零件进行程序的编写，然后通过相应的方法将其转换为图形信息，相关的设计人员只需要根据这些图形中提供的信息，就可以设置相关的加工参数。再例如，在机械磨削加工的过程中，可以根据不同的磨削时间进行步骤的建模处理，在这基础之上得到仿真的模型，可以在很大程度上预测出机械磨削的性能与磨削质量，从而实现磨削步骤更加优化的目的。
        四、结束语
        随着计算机技术的进步，计算机辅助设计技术被提出并实际应用到机械制造业中。计算机辅助设计技术指的是设计师利用计算机以及相应的一些配套绘图软件来辅助进行机械设计，转变了传统的机械设计采用手绘方式来完成图纸绘制的局面，节省了大量的工作量和工作时间，大大提高了设计工作效率。另外，利用计算机软件使设计师的其他一些操作更加便捷，例如，修改、细节删减等等，设计过程显得更具合理性，质量更高。计算机辅助设计技术更重要的一个应用是对产品进行虚拟的模拟仿真，只有产品通过仿真能够得到预期成果，才能被实际制造，保障了产品合理性，节约了返工时间。
        参考文献
        [1]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，2017(04):165.
        [2]李昊.仿真技术在机械设计制造中的应用前景研究[J].建筑技术开发2017，44（13）：79-80.