虚拟制造数控技术在现代机械工程设计领域中的应用

　　传统的机械工程设计，是根据机械产品的使用性能和设计要求在图纸上进行设计，这样就要求设计者有一定的经验;在设计过程中，预先要考虑到设计中存在的装配干扰和设计不到位等问题，而这些问题，往往只能在产品开发后期或最终产品试制和装配中才会暴露出来，这样的设计不能保证产品生产的质量，而且产品的开发效率低，耗时，费用高，无法适应当前激烈的市场竞争。为了解决这些问题，将虚拟制造技术应用在新产品的设计开发中，就变得尤为重要。

1 虚拟制造技术及其特点

　　虚拟制造技术，是在虚拟环境下对计算机数据模型进行模拟分析的一项计算机辅助设计技术。利用虚拟制造技术，技术人员不必等待零件的全部制造出来，可以建立零件的模型，对这些模型进行虚拟装配，并检查零部件之间的装配间隙和干涉，检查装配状态，及时发现错误，若零件不符合要求，可以在计算机里方便地更改模型，并重新生成模型和自动更新相关的零部件图和装配图，从而实现设计、装配和制造检验的协调统一。通过虚拟制造技术，可以缩短产品的开发周期，有利于提高产品的质量和可靠性，有利于降低产品开发成本，提高企业的竞争力。

2虚拟制造过程

　　2.1 虚拟设计的模型设计

　　虚拟制造是基于产品生命周期的整个过程的概念。对于客户提出的对要购买的商品要求，设计人员在充分听取客户意见后，进行分析归纳，了解清楚产品的功能、结构、性能，根据分析的结果进行产品虚拟设计、虚拟加工工艺设计、虚拟生产加工之后，进行虚拟装配和产品的仿真，然后经客户确认后则进行实际制造，否则修改设计方案直至客户满意。

　　2.2 元模型及建模

　　虚拟设计的第一层为基础层，为通用零件设计，采用标准化设计方法，如齿轮、螺栓、螺纹等零部件的设计，可用理论计算、经验公式、循环修改、有限元法、边界元法、分布参数、实验推理等知识，实现计算机自动进行常规设计和优化设计。当然，在此设计过程中，要用到各种国家标准和准则，应将设计
时用到的国标和材料参数图表集作为基础数据库，以便进行调用。每个零件的模型，实际上是一个小的专家系统，根据不同零件设计要求进行强度、刚度、疲劳、稳定、动态平衡等设计，其结果是形成反映零件的形状、功能、行为、意图等属性的特征数据。然后，据此数据，利用图形学的不同算法，如多边三角形的顶点法、各种曲面曲线的样条法等，并采用适当的光照，建立零件的几何造型及物理模型，再根据材料参数进行表面纹理映射、渲染，即形成某零件的元模型。

　　2.3 机构模型设计

　　有了各种零件的元模型后，与实际制造一样，要由零件构造机构，又由子机构构造父机构。将现有的实际机构分类分级，不同机构可能有不同的类、级、层，然后对其进行机构建模。机构模型呈树形，机构模型要调用零件元模型的数据，元模型为叶结点，父机构要用到子机构模型的数据，再上层的爷结点调用父结点的数据，依此类推，一直到一个独立的部件或产品的独立部分为止。

　　2.4 产品模型设计

　　产品模型作为产品在计算机上的表示和产品信息的载体，是虚拟制造中虚拟设计的目标，在机构模型的基础上，建立整个产品系统模型。一般情况下，系统分为几大模块，因为不同领域对产品信息的视角和抽象层次不同，需根据不同类型产品，建立不同类型的模型。产品模型要注意各主要零部件的性能和质量指标，更要关心产品的综合性能、质量和安全要求;既要反映产品外形的特征，又要反映产品的主要功能及其他次要性能特征，它是最高一层的模型。