計算機技術(shù)在機械設(shè)計制造及其自動化中的應(yīng)用

郝國奇

（昇力恒（寧夏） 真空科技股份公司，寧夏 石嘴山 753000）

目前隨著我國科技運用在機械制造業(yè)中的比重增加，我國工廠機械設(shè)計制造業(yè)己由傳統(tǒng)的人工向自動化方面進行轉(zhuǎn)變。當機械設(shè)計制造中運用自動化的程序來取代人工操作，那么勢必計算機技術(shù)在機械產(chǎn)品自動化設(shè)計制造過程中需要重點的運用。但由于目前我國機械設(shè)計制造及其自動化中運用計算機技術(shù)剛處于初始階段。

1 機械設(shè)計制造及其自動化概述

在我國機械制造的發(fā)展過程中，需要很多先進技術(shù)的支持和助力。比如計算機技術(shù)、仿真技術(shù)等，而機械設(shè)計制造及其自動化所需的這些先進技術(shù)，在國外的發(fā)達國家已經(jīng)處于一個比較完善的階段，但對于我國的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)來說，其水平仍然存在著很多需要改進和完善的地方。當然我國也并沒有甘心于止步不前，國家和政府也一直保持著鼎力支持的態(tài)度，投入大量的人力、物力、財力，力求將計算機技術(shù)、仿真技術(shù)等諸多先進的技術(shù)引進國內(nèi)，致力于打造一個更加強大的工業(yè)化生產(chǎn)體系，逐漸向著自動化、一體化、科學(xué)化以及國際化的水平發(fā)展。然而，隨著機械設(shè)計制造及其自動化市場不斷變化，采用原來一成不變的計算機技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)如今數(shù)控機床又或是仿真技術(shù)的需求，為此，計算機技術(shù)研發(fā)人員還應(yīng)該從我國機械設(shè)計制造發(fā)展的實際角度出發(fā)，對技術(shù)進行改進，從而推動行業(yè)的發(fā)展。

2 機械設(shè)計制造及其自動化中計算機技術(shù)的應(yīng)用

2.1 計算機輔助技術(shù)的具體應(yīng)用

計算機輔助技術(shù)可以滿足機械設(shè)計開發(fā)、制造和自動化的所有需求，應(yīng)用于許多領(lǐng)域，尤其是在機械設(shè)計制造企業(yè)中，計算機輔助技術(shù)可以提高成品設(shè)計的準確性和可靠性，并為用戶和生產(chǎn)者帶來社會利益和經(jīng)濟效益。首先，計算機輔助技術(shù)具有分析機械設(shè)計的基本原理和結(jié)構(gòu)以及機械產(chǎn)品的尺寸和形狀的功能。通過解決常見的機械設(shè)計問題提高機械設(shè)計的效率和水平。其次，在該領(lǐng)域中使用計算機輔助技術(shù)的主要目的是輔助各種機械設(shè)計工作。

2.2 仿真技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)過一段時間的發(fā)展，可視化和虛擬技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，計算機仿真技術(shù)應(yīng)運而生。將成熟的計算機仿真系統(tǒng)應(yīng)用到機械設(shè)計制造行業(yè)中，可以突破煩瑣的機械設(shè)計制造過程，使之變得簡單、高效、合理。隨著AR、VR 等虛擬技術(shù)的快速發(fā)展，根據(jù)實際需要在計算機系統(tǒng)中建立涉及制造的機械設(shè)備的數(shù)字模型并開展仿真試驗，是當代機械設(shè)計制造行業(yè)的重要環(huán)節(jié)。

2.3 數(shù)控機床在機械設(shè)計制造及其自動化中的應(yīng)用

數(shù)控機床就是數(shù)字控制機床的簡稱，顧名思義就是一種安裝了程序控制系統(tǒng)的自動化機床。數(shù)控機床的加工精度可達0.05～0.1mm（0.008-0.1mm），可以滿足機械產(chǎn)品的精度需要，并且能夠有效的解決精密、復(fù)雜、多品種的小批量零件的加工問題，是現(xiàn)代機床控制技術(shù)發(fā)展的趨勢。在機械設(shè)計制造及自動化的過程中，通過數(shù)控機床可以對機械的制造進行編程處理，并根據(jù)產(chǎn)品的情況選擇不同的編程方式。如果產(chǎn)品的設(shè)計制造比較復(fù)雜，就可以采取自動化編程的方式，反之就可以采用手工編程的方式。在編程的過程中，計算機平臺發(fā)揮著重要的作用，其應(yīng)用主要包含兩方式，即數(shù)控編程和數(shù)控軟件。

2.4 計算機3D 技術(shù)的應(yīng)用

3D 技術(shù)呈現(xiàn)出極高的完整性和美觀性特點，能夠應(yīng)用于機械設(shè)計制造及其自動化領(lǐng)域，根據(jù)機械設(shè)計制造產(chǎn)品的尺寸、結(jié)構(gòu)等特征，進行三維立體化的模擬和仿真，全方位地分析機械設(shè)計制造產(chǎn)品的顏色、荷載能力、物理信息，實現(xiàn)對機械設(shè)計制造產(chǎn)品的仿真檢測和驗證，較好地提升機械設(shè)計制造產(chǎn)品的效率和質(zhì)量，節(jié)約產(chǎn)品檢測成本。機械設(shè)計制造及其自動化中的3D 數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以利用激光測距原理記錄被測物體表面密集點的三維坐標、反射率、紋理信息，生成被測物體的線、面、體等圖件數(shù)據(jù)。其掃描系統(tǒng)包括有動作捕捉儀、便攜式激光掃描頭、數(shù)據(jù)處理器、移動工作站，能夠?qū)Ρ粶y物體的各個部分進行激光掃描，并對掃描數(shù)據(jù)進行降噪、精簡等后期處理，再將三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到3D打印機中進行打印輸出。以礦山排水用葉輪3D 打印為例，就充分體現(xiàn)出3D 技術(shù)在機械零部件逆向工程中的應(yīng)用特性和功能，主要應(yīng)用要點包括有：1） 三維掃描。預(yù)先清理機械零部件表面的污漬，采用在零部件表面貼控制標靶的方式進行三維掃描，捕捉定位零件的空間位置，通過三維掃描獲悉礦山排水用葉輪的故障部位和程度，針對性地擬定最佳掃描方案。在三維掃描的過程中，手持便攜式激光掃描頭在動作捕捉儀的視野之內(nèi)采集數(shù)據(jù)，并將其輸送到工作站，實現(xiàn)三維可亮化圖形成像和數(shù)據(jù)處理，最后導(dǎo)出生產(chǎn)所需點云格式；2） 數(shù)據(jù)處理及建模。在進行零件三維掃描之后，要對獲取數(shù)據(jù)進行后期處理，對數(shù)據(jù)進行降噪、精簡之后，由相關(guān)軟件完成曲面重構(gòu)，甄別三維掃描中的數(shù)據(jù)誤差，并進行零件破損部位的數(shù)據(jù)修復(fù)，直接導(dǎo)入3D 打印機中進行打印；3） 排水用葉輪3D 打印。利用3D 打印技術(shù)和反模鑄造技術(shù)，打印金屬零件毛坯，再對其進行精加工。

3 結(jié)語

綜上所述，作為稱職的設(shè)計人員應(yīng)該認識到，在機械設(shè)計制造及自動化的發(fā)展過程中，不僅僅只依賴于國外的先進技術(shù)，更多的是需要自己不斷地前進和摸索，且結(jié)合自身國情和自身的機械制造發(fā)展情況，走一條自主研發(fā)和設(shè)計的路線。相信我國的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展會走向更大更高的舞臺，得以快速發(fā)展。