計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)在機床設(shè)計應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，現(xiàn)代制造業(yè)正朝高速、高效和高精度方向發(fā)展，對機床結(jié)構(gòu)和性能提出了越來越高的要求。因此，如何適應(yīng)市場需求，在復(fù)雜多變的市場經(jīng)濟中，快速高質(zhì)量地設(shè)計制造出市場所需的切削加工設(shè)備是制造行業(yè)競爭的焦點。所以將計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)應(yīng)用到機床設(shè)計當中一直是眾多廠家的愿望。以前的CAD軟件大都采用面向過程的設(shè)計方法編寫，不可避免的存在系統(tǒng)開發(fā)速度慢，周期長，費用高，軟件質(zhì)量差，可讀性、可靠性、易維護性差等缺陷。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，設(shè)計的方法和手段也隨之不斷改進和完善。面向?qū)ο蠓椒ㄕ鹑藗兊年P(guān)注和重視。對象是對現(xiàn)實世界基本成分的一種抽象，每個對象都有其自身的運行規(guī)律（行為）和內(nèi)部狀態(tài)（屬性）。通過類比把具有相同或相似屬性和行為的對象抽象形成對象類（歸納），對象類之間還可以通過繼承機制，使得子對象類具有某些父對象類的屬性和行為，形成層次結(jié)構(gòu)（演繹），不同的對象類的組合及相互作用（通過消息實現(xiàn)）就構(gòu)成了我們所要研究和分析的客觀系統(tǒng)。面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)關(guān)鍵是建立一個統(tǒng)一的模型———對象模型，充分分析對象以及對象之間的關(guān)系和作用，對分析的模型加以細化、調(diào)整，實現(xiàn)概念模型到計算機模型的面向?qū)ο筠D(zhuǎn)化，最后用面向?qū)ο蟮恼Z言實現(xiàn)該模型。

2 模型建立

根據(jù)面向?qū)ο蟮姆椒ā⒃砗蜋C床主傳動系統(tǒng)的特點，首先要建立主傳動系統(tǒng)的對象模型。基于對象的劃分原則，整個系統(tǒng)由以下不同的對象類組成，如圖1所示。在模型的層次結(jié)構(gòu)中上層與下層對象類既有包含與被包含的關(guān)系，也有繼承與被繼承的關(guān)系，從上到下，從整體到局部把系統(tǒng)逐步細化，分解成容易管理與設(shè)計的各個對象類。還可以這些對象為基類再派生出一些子類，使得對象更加具體與簡單，如：齒輪類可以派生出兩個子類，固定齒輪類和滑移齒輪類等。這樣整個系統(tǒng)的設(shè)計就演化成對各個子類的設(shè)計和類與類之間關(guān)系的分析與實現(xiàn)上。

3 模型設(shè)計

在對象模型的基礎(chǔ)上，再對每個對象類進行詳細設(shè)計，分析出每個對象類的屬性和方法，形成系統(tǒng)的概念模型，用表達式A：｛b，c，d，e，…｝表示，其含義為A有屬性b，c，d，e…。例如：
主軸類：｛軸端類型，軸承配置形式，前軸承直徑，后軸承直徑，內(nèi)孔直徑，齒輪處直徑，主軸跨距，主軸支撐形式｝
固定齒輪類：｛模數(shù)，齒數(shù)，孔徑，鍵高，鍵寬，軸鍵槽深度，輪轂鍵槽深，類型｝
軸承類：｛軸承類型，小徑，大徑，寬度，額定動載荷，額定靜載荷，小徑最小安裝尺寸，大徑最大安裝尺寸｝
螺紋類：｛類型，螺紋大徑，小徑，中徑，長度｝
節(jié)點類：｛子節(jié)點的數(shù)目，父節(jié)點指針，子節(jié)點指針，數(shù)據(jù)項，作圖標志｝
傳動級類：｛主動齒數(shù)，被動齒數(shù)，傳動副數(shù)，級比指數(shù)，傳動比，父節(jié)點數(shù)目｝
…………………………………………
其中：節(jié)點類和傳動級類屬于中間設(shè)計所需類，用于轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖的實現(xiàn)。
在對象模型和屬性分析的基礎(chǔ)上，便可以用面向?qū)ο蟮挠嬎銠C語言將這些對象類表達出來，實現(xiàn)現(xiàn)實中的概念模型向計算機內(nèi)的邏輯模型的轉(zhuǎn)化，通過一定的算法和運行環(huán)境機制最終完成軟件的設(shè)計。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

在對象模型和概念模型的基礎(chǔ)上將整個軟件的設(shè)計分解成5個子模塊：運動參數(shù)設(shè)計模塊、傳動零件初步計算模塊、操縱機構(gòu)模塊、繪制裝配草圖模塊、零件校核模塊。通過這5個模塊逐步實現(xiàn)對每個對象的設(shè)計，從而完成系統(tǒng)的設(shè)計。本軟件使用C++語言，開發(fā)工具是Visual C++ 6.0，運行環(huán)境是Windows 95/98或Windows NT。現(xiàn)以固定齒輪類為例，說明類的描述。

ClassCFixGear //固定齒輪類
｛
private：
float modula： //模數(shù)
int numberofchishu： //齒數(shù)
int innerdiameter： //孔徑
int jianhigh： //鍵高
……
public：
CMainAxisPart（）： //構(gòu)造函數(shù)
～CMainAxisPart（）： //析構(gòu)函數(shù)
void GetXXX（）： //獲得當前齒輪狀態(tài)的函數(shù)
…………………
void SetXXX（XXXxxx）： //設(shè)置齒輪狀態(tài)函數(shù)
…………………
fload CalTouch（）： //按接觸疲勞強度計算模數(shù)
fload CalBend（）： //按彎曲疲勞強度計算模數(shù)
int JiaoHe（floadm，intz）： //校核齒輪
void OnDraw（CDCpDC，CPointpoint）：//在顯示設(shè)備中畫出齒輪
……………………
｝

各個類之間的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)與傳遞是通過消息機制和Visual C++特有的文檔類視圖類的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，如圖2所示。由圖知通過這些聯(lián)系可將所有彼此相互獨立的對象類有機地結(jié)合起來，并且這種結(jié)構(gòu)是低耦合度、高聚合度的，某個類的改變對其它類影響極小，只有消息的改變，其相應(yīng)的對象才有相應(yīng)的反應(yīng)，表現(xiàn)出相應(yīng)的形態(tài)。

通過這些類的定義、函數(shù)的實現(xiàn)和類之間聯(lián)系，可方便地實現(xiàn)系統(tǒng)中的每個模塊，快速開發(fā)出相應(yīng)的CAD軟件。同時類具有繼承性、多態(tài)性、易理解性和可擴充性，這使得所開發(fā)出的軟件易維護，功能易擴充，代碼可重用，系統(tǒng)升級、修改變得簡單容易。

5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在機床設(shè)計中需要查閱大量的數(shù)據(jù)、資料，一般全都是靠人的手工去查詢，既繁瑣又容易出錯。在本系統(tǒng)中運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)將這些數(shù)據(jù)、資料整理匯總成數(shù)據(jù)庫，包括如下表項：齒輪齒數(shù)庫、齒輪材料庫、各類軸承庫、螺紋庫、典型主軸組件庫、零件驗算所需的參數(shù)庫等。數(shù)據(jù)庫是用微軟的SQL Server實現(xiàn)的，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的接口用的是ODBC技術(shù)。Visual C++對ODBC的支持是通過CRecordSet類和CDatabase類實現(xiàn)的，在應(yīng)用程序中生成一個CRecoedSet的派生類和CDatabase實例就可以方便、快速、安全地與任何一個支持ODBC的數(shù)據(jù)庫相連。

我們按上述方法研制出了較實用的車床主傳動CAD系統(tǒng)，試用效果良好。