吳敏嬌，蒲為國

（1.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院；2.甘肅能源化工職業(yè)學院，甘肅 蘭州 730000）

數(shù)字化設計隨著科學技術的發(fā)展快速發(fā)展、創(chuàng)新，而數(shù)字化設計的發(fā)展、完善，會反過來推動相關科學的進步。相比傳統(tǒng)機械產(chǎn)品，基于數(shù)字化設計的機械產(chǎn)品，已迅速占領農(nóng)業(yè)、汽車等行業(yè)。數(shù)字化設計在設計、生產(chǎn)機械產(chǎn)品的應用，能降低設計的時間，提升設計的精確性，使機械產(chǎn)品能更快地被生產(chǎn)從而產(chǎn)生工業(yè)價值；數(shù)字化設計推動機械產(chǎn)品向更現(xiàn)代化、自動化、智能化的方向發(fā)展，使產(chǎn)品擁有了更好的性能、更多元且充足的生產(chǎn)力，能滿足生活、生產(chǎn)中多元的需求。因此，應當積極探索、設計機械制造的數(shù)字化設計技術，應用其設計出更科學、高性能的現(xiàn)代機械產(chǎn)品。

1 機械產(chǎn)品的數(shù)字化設計技術及技術綜述

機械產(chǎn)品的數(shù)字化設計，多采用CAD、UG 等軟件實現(xiàn)，并以CAD、UG 軟件操作技術為基礎，集合其他軟件技術操作以實現(xiàn)機械產(chǎn)品設計、生產(chǎn)等過程，隨著相關技術、軟件的創(chuàng)新發(fā)展，數(shù)字化機械設計技術也出現(xiàn)了更多元的分支技術。

1.1 二維CAD 技術

二維平面設計是CAD 技術的基本功能，也是進行數(shù)字化機械品設設計最初采用的技術。相比傳統(tǒng)手繪設計技術，二維CAD 技術首次實現(xiàn)了機械產(chǎn)品的數(shù)字化設計，因其操作方便，設計師只需用電腦、軟件及其使用技術，結合機械產(chǎn)品的設計方法、設計知識，就能根據(jù)設計需求快速設計出機械的二維結構和相關參數(shù)，制造機械產(chǎn)品時根據(jù)詳細、直觀的二維設計圖和參數(shù)，即可快速、精確進行生產(chǎn)。

1.2 UG 曲面擬合造型技術

二維設計技術能反映產(chǎn)品不同視角下的尺寸、造型等具體參數(shù)和情況，但使用者無法看到實體的三維效果，需要通過其他三維建模軟件或?qū)嶓w建模等方式，才能展現(xiàn)產(chǎn)品的整體效果，這降低了產(chǎn)品生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的效率。此后，UG 等軟件實現(xiàn)了曲面造型技術，不再局限于基本的曲線設計，還能實現(xiàn)更靈活的造型設計和調(diào)整，設計時根據(jù)CAD 等二維圖紙線條，在UG 軟件中將各視圖進行三維轉換，變換到相應的空間位置，然后，針對各曲面機械零件的類型、參數(shù)，利用不同視圖輪廓線，完成曲面造型，最后，根據(jù)曲面間關系進行倒角、裁剪等細節(jié)處理，以實現(xiàn)更靈活、精度較高的機械產(chǎn)品設計。

1.3 UG 三維實體造型技術

曲面造型無法展示產(chǎn)品的質(zhì)量、重心等特性，而實體造型技術不僅具備三位技術多角度、全方位設計、觀察產(chǎn)品造型的功能，還能反映產(chǎn)品的質(zhì)量、重心等性能，使設計者可以研究機械產(chǎn)品更為復雜的質(zhì)量等特性問題，使數(shù)字化機械設計不再局限于實現(xiàn)產(chǎn)品的造型、基礎屬性，使設計師能更靈活的觀察和調(diào)整機械產(chǎn)品的整體質(zhì)量、零件屬性。設計時，常利用UG 軟件強大的三維造型功能，首先，將產(chǎn)品構思付諸于初步的三維模型，為產(chǎn)品外部、內(nèi)部結構提供可視化界面，然后，通過不同界面對結構、零件等方面進行逐步深入的設計、修改，創(chuàng)建、裝配和整合具體的部件，最后，進行結構尺寸、設計參數(shù)和運行情況等方面的合理性檢驗，保證產(chǎn)品符合設計要求，并保證其在實際的運行環(huán)境下保持較高的使用壽命和優(yōu)秀的可靠性。

1.4 虛擬仿真技術

在產(chǎn)品三維原型設計基礎上，結合先進的計算機成像技術，將圖像轉為數(shù)字模型，進而結合具體設計數(shù)據(jù)實現(xiàn)虛擬的產(chǎn)品仿真模型。虛擬仿真不僅能展示機械產(chǎn)品結構和尺寸、質(zhì)量等參數(shù)，還能利用仿真技術觀察、測試機械產(chǎn)品的各種性，減少設計中的技術等誤差，降低產(chǎn)品投入生產(chǎn)、運行時的故障率。另外，虛擬仿真模型不同于一般的三維模型，可以動態(tài)演示虛擬產(chǎn)品。虛擬仿真應用于產(chǎn)品設計，也應用于產(chǎn)品制造過程，制造中通過虛擬仿真可實現(xiàn)動態(tài)觀測、控制生產(chǎn)過程，而設計中可以虛擬呈現(xiàn)產(chǎn)品的具體內(nèi)容，縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期，虛擬仿真技術在產(chǎn)品設計、制造過程中的綜合應用，將提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

1.5 參數(shù)化技術

參數(shù)化技術加快了數(shù)字化產(chǎn)品設計的發(fā)展，該技術實現(xiàn)了從某一特征出發(fā)，將所有數(shù)據(jù)相關聯(lián)、全尺約束的技術，設計者可利用這一技術修改尺寸驅(qū)動設計的零件參數(shù)等方面，大大提高了產(chǎn)品設計、生產(chǎn)效率。設計時常用UG 等軟件進行參數(shù)化設計，利用UG 參數(shù)化草圖、WAVE 技術，以產(chǎn)品的形狀、尺寸等基本特征參數(shù)為依據(jù)構建參數(shù)化建模，設計師可以對各部件參數(shù)及其數(shù)據(jù)關聯(lián)進行調(diào)整，如泵體設計、螺栓設計中，能十分靈活、快速地進行參數(shù)調(diào)整，以完善產(chǎn)品的性能，使其于設計要求、造價等需求較好平衡，具體的實現(xiàn)方法有尺寸約束、電子表格、表達式驅(qū)動等。

1.6 變量化技術

變量化技術是一種更復雜的技術創(chuàng)新，卻進一步提升了產(chǎn)品設計的便捷性和效率，該技術在參數(shù)化技術基礎上，結合二維、曲面、實體等設計技術，可以設計出參數(shù)更全面、數(shù)據(jù)關聯(lián)性更強的復合模型，其集成性可以使設計嚴格按照產(chǎn)品實際要求，通過變量化處理準確、便捷修改機械產(chǎn)品的各種尺寸信息。

2 機械產(chǎn)品數(shù)字化設計的應用實例研究

本節(jié)以縱向軸流收割機為實例，探究數(shù)字化設計技術。為應對現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工作需求，需要更多地考慮收割機等機械的體積、重量及效能，縱向軸流收割機結構對稱、緊湊，脫凈率高、分離面積大，能收割稻、麥、玉米等多種作物，因此，廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，其部件包括撥禾輪、切割器、分離裝置等。

2.1 撥禾輪的數(shù)字化設計

收割機前進時，收割臺推開作物，撥禾裝置幫助其切割莖稈，撥禾輪的具體作用為：（1）將作物引入切割器；（2）支撐切割；（3）將切割的作物鋪排整齊，放在割臺上，并清理切割器上殘留作物。目前，常用撥禾輪有板式、偏心式兩種撥禾輪，適用于倒伏度不同的作物，數(shù)字化設計時，多通過實體模型技術，對其不同視圖進行設計、觀察、和調(diào)整。

2.2 切割器的數(shù)字化設計

切割器是收割機最重要的部件，其性能好壞直接影響收割機的收割質(zhì)量。切割器應具有將密植作物順利、快速切割的性能，考慮作物根莖尺寸、硬度等工作情況，設計時，需要用虛擬仿真等技術，檢查切割器在運行時是否會產(chǎn)生堵塞、負荷過重等問題，且要考慮其動力損耗、振動等因素，保證其工作的可靠性。常用的切割器有回轉、往復轉兩種形式，多用于谷物收獲，切割能力強、切割平穩(wěn)且功率消耗小，設計中通過實體模型來設計機器的具體割幅、往復運動等工作特性，保證設計的切割器復合工作要求。

2.3 傾斜喂入室數(shù)字化設計

喂入室是收割時，將作物從收割臺推入脫谷部分的結構，作用為推運器作物，并拉薄、均勻地送至機械脫谷部分，傾斜喂入室輸送裝置有鏈耙、喂入輪兩種結構，設計時，多利用實體模型技術觀察、調(diào)整喂入室的結構、細節(jié)和零部件。

2.4 脫粒裝置的數(shù)字化設計

脫粒裝置是收割機實現(xiàn)作物脫離的部件，其性能與脫粒質(zhì)量直接相關，且對其他工作的分離、清選等工作影響較大，脫粒裝置對谷物進行脫粒，將已脫谷粒通過凹板篩分離，脫粒裝置有全喂入型、半喂入型兩大類，設計全喂入型裝置時，根據(jù)作物運動的流向進行切流、軸流等不同類型的設計，利用虛擬仿真技術進行檢測，保證作物喂入后，可以快速沿滾筒流動、完成脫粒，脫粒時間一般長于滾筒裝置許多，因此，需要考慮滾筒的速度，保證各設備間能協(xié)調(diào)的工作。

2.5 谷物推運器、升運器及整機裝配

谷物推運器、升運器一般聯(lián)成一體，結構較為簡單，可利用實體模型等技術設計和調(diào)整。整機裝配是機械設計的最后環(huán)節(jié)，通過虛擬仿真、變量化技術，對模型的整體性能、細節(jié)參數(shù)進行描述、分析、評價和調(diào)整，保證收割機產(chǎn)品一次開發(fā)成功，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

3 結語

綜上，現(xiàn)代機械產(chǎn)品設計廣泛應用數(shù)字化設計技術，不僅提高了產(chǎn)品設計的效率、質(zhì)量，還縮短了設計周期，節(jié)約了開發(fā)成本，推動了相關企業(yè)和行業(yè)快速發(fā)展。本文探究了機械產(chǎn)品數(shù)字化設計中的曲面、實體、虛擬模型、變量化等先進技術，并以農(nóng)業(yè)機械為實例，淺析數(shù)字化技術在機械產(chǎn)品設計中的實際應用，希望能為相關人員、企業(yè)提供有價值的參考。