1.1機械計算機輔助設(shè)計發(fā)展趨勢
CAD技術(shù)已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用，取得了顯著效果，它在機械工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用主要有6方面：(1)=維工程圖紙繪制；(2)圖形及符號庫；(3)參數(shù)化設(shè)計；(4)三維實體造型；(5)工程分析；(6)設(shè)計文檔或生成報表。
當(dāng)今CAD技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用范圍不斷擴大，功能日益完善，CAD軟件技術(shù)正朝著3個方面發(fā)展：(1)集成化；(2)智能化；(3)標(biāo)準(zhǔn)化。
1.2粉碎設(shè)備技術(shù)的動態(tài)與趨勢
現(xiàn)代工程獲得超細粉體的主要手段仍是機械粉碎方式，用機械方式制取超細粉體所依賴的超細粉碎與分級技術(shù)的難度不斷增大，其研究深度永無止境。其發(fā)展和研究主要是以下幾個方面：(1)開發(fā)與超細粉碎設(shè)備相配套的精細分級設(shè)備及其他配套設(shè)備；(2)提高效率，降低能耗，不斷提高和改進超細粉碎設(shè)備；(3)設(shè)備與工藝研究開發(fā)一體化：(4)開發(fā)多功能超細粉碎和表面改性設(shè)備：(5)開發(fā)研究與超細粉碎技術(shù)相關(guān)粒度檢測和控制技術(shù)；(6)重視超細粉碎基礎(chǔ)理論的研究。
在針對第二個方面的破碎機的設(shè)計研究中，現(xiàn)在主要是集中在耐磨材料和常規(guī)設(shè)計的改進上，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和CAD系統(tǒng)主要集中在鄂式破碎機上。但對反擊錘式破碎機的優(yōu)化設(shè)計和CAD系統(tǒng)的開發(fā)，還未見文獻報道。本文所從事的研究工作就是針對這一空白并結(jié)合成都科達高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司的原有產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計以及CAD系統(tǒng)的開發(fā)。
1.3研究的主要內(nèi)容
本文闡述了“反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)的開發(fā)”的相關(guān)技術(shù)改進、CAD系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及該CAD系統(tǒng)各功能模塊的并發(fā)途徑。
具體包括3個方面的內(nèi)容：(1)提出了高效超細破碎機CAD總體設(shè)計方案和程序流程，并探討其CAD軟件開發(fā)。(2)詳細討論了用VB，VBA和ActiveX Automation技術(shù)開發(fā)各功能模塊的編程方法。(3)給出了破碎機CAD和各功能模塊的界面設(shè)計和開發(fā)方法。
通過對破碎機及其傳動機構(gòu)的機構(gòu)和特征進行分析，得出反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)主要要求如下：
(1)總體功能要求：完成從最初原始設(shè)計條件如電動機選擇等一系列設(shè)計步驟，最終到破碎機的裝配圖和全部零件圖的工程設(shè)計圖紙和技術(shù)資料產(chǎn)生的全部過程。
(2)其他功能要求：①反擊錘式破碎機各零部件結(jié)構(gòu)完成參數(shù)化設(shè)計；②完成對反擊錘式破碎機各運動零部件的強度校核、安全分析和壽命計算；③人機交互環(huán)境友好，使用方便可靠。
(3)軟件進行環(huán)境：反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)要求用戶預(yù)裝有WINDOWS95/98/2000，或WINDOWSNT4.0以上版本的操作系統(tǒng)．AutoCAD2000版本繪圖環(huán)境和Visual Basic forApplication=次開發(fā)工具，系統(tǒng)能在此使用環(huán)境下正常運行。
2 、CAD系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與開發(fā)環(huán)境
反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)設(shè)計軟件采用VB編程語言開發(fā)完成。繪圖軟件除具備上述備件外，還利用AutoCAD2000繪圖環(huán)境和Visual Basic forApplication及AutoCAD中的ActiveX技術(shù)完成。
本系統(tǒng)分為設(shè)計計算和自動繪圖兩大部分，每個部分均為自成體系，可單獨運行。兩大組成部分在主控模塊下劃分若干個子模塊。模塊分別完成機構(gòu)優(yōu)化計算、工作參數(shù)計算、運動學(xué)模擬、受力分析、皮帶傳動設(shè)計、零件強度計算和繪圖等工作（圖1）；通過主程序段的不同調(diào)用方法，各子模塊既可以按順序執(zhí)行，以相互之間設(shè)置的公用變量來完成數(shù)據(jù)間的交換和傳遞；也可以直接調(diào)用其中的任—模塊執(zhí)行，其初始參數(shù)則人為給定輸入。采用結(jié)構(gòu)化編程，對于程序調(diào)試、維護和使用都比較靈活方便。同時，各模塊之間雖然相互獨立，但又彼此聯(lián)系，用戶進入破碎機CAD系統(tǒng)后，按提示完成各項操作，各功能模塊間數(shù)據(jù)傳遞主要通過數(shù)據(jù)文件聯(lián)系。
3、系統(tǒng)主要功能模塊
3.1設(shè)計計算模塊
(1)反擊錘式破碎機優(yōu)化設(shè)計程序模塊
這個程序模塊主要優(yōu)化計算錘頭的質(zhì)量M，轉(zhuǎn)子的角速度，轉(zhuǎn)子繞軸心的轉(zhuǎn)動慣量，破碎機效率1等參數(shù)，可使破碎機有良好的運動特性和破碎效果，采用的優(yōu)化方法為隨機方向優(yōu)化法。具23個不等式約束的優(yōu)化設(shè)計，數(shù)學(xué)模型為
其中包括根據(jù)常規(guī)設(shè)計及一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定的變量上下限約束、幾何約束、力的要求、能量要求、錘頭穩(wěn)定性要求、轉(zhuǎn)子軸和滾動軸承的強度要求等確定的約束條件。
(2)運動學(xué)動態(tài)模擬模塊
運動學(xué)動態(tài)模擬程序模塊是在結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定后等，確定破碎機轉(zhuǎn)子和錘頭的運動軌跡、速度和加速度，動態(tài)模擬顯示，以分析和檢查破碎機運動特性是否有干涉及是否滿足設(shè)計要求。
(3)受力分析模塊
受力分析模塊是用解析法計算破碎機各部件受力和分析，為強度計算模塊提供依據(jù)。
(4)零件強度計算模塊
強度計算模塊對主要零件進行強度校核計算，包括軸、機架、錘炳、錘頭等。
3.2參數(shù)化繪圖模塊
我們采用Visual Basic for Application開發(fā)了參數(shù)化自動繪圖模塊，共59個（劃分為8個部件模塊，如圖2所示）。
反擊錘式破碎機在工業(yè)應(yīng)用極為廣泛，而它的設(shè)計也為成熟的產(chǎn)品設(shè)計，屬于變參數(shù)型設(shè)計。
基于特征設(shè)計技術(shù)(Feature Based DesignTechnology)是一種面向產(chǎn)品制造全過程的描述信息和信息關(guān)系的數(shù)字建模方法。
參數(shù)設(shè)計過程中，從已有CAD圖形文件中查找約束關(guān)系，將固定尺寸的圖形自動轉(zhuǎn)換成參數(shù)化圖形。對于系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn)品設(shè)計所采用的數(shù)學(xué)模型及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都是相對固定不變的，所不同的只是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸有所差別，而結(jié)構(gòu)尺寸的差別是由于相同數(shù)目及類型的已知條件在不同規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計中取不同值而造成的。這類產(chǎn)品可將已知條件和隨著產(chǎn)品規(guī)格而變化的基本參數(shù)用相應(yīng)的變量代替，然后根據(jù)這些已知條件和基本參數(shù)由計算機自動查詢圖形數(shù)據(jù)庫，由專門的繪圖生成軟件在屏幕上自動設(shè)計出圖形來。例如錘頭的參數(shù)化設(shè)計過程為：①設(shè)計人機交互界面。界面上有可供用戶選擇或修改的參數(shù)，如錘頭長度L，孔距L3，錘頂弧R1，孔徑D2，錘高H等16個參數(shù)，以及“確定”和“退出”兩個命令按鈕。②界面初始化。在ComboBox中輸入已有設(shè)計參數(shù)，可供用戶選擇，并用label指示所設(shè)參數(shù)的含義。③賦值。在“確定”按鈕中的過程為上L3、R1等16個參數(shù)賦值（如不繼續(xù)運行，可由界面上“退出”按鈕中斷）。④定義全局變量和設(shè)計主程序過程。在模塊的過程之外，定義全局變量。在模塊的過程中分別設(shè)計圖形繪制、尺寸標(biāo)注、表面粗糙度標(biāo)注、技術(shù)要求、圖幅、標(biāo)題欄等過程程序，以實現(xiàn)錘頭參數(shù)化設(shè)計。
反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)采用了參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，大大提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。
4、模塊間的數(shù)據(jù)通訊
數(shù)據(jù)通訊也就是不同程序模塊之間的數(shù)據(jù)交換和傳遞，即模塊間的接口。反擊錘式破碎機CAD中傳遞的信息較多，多采用有約定格式的文件實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。不同模塊通過約定的文件傳遞數(shù)據(jù)，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)分離，可以實現(xiàn)不同語言的混合編程，便于軟件開發(fā)的管理。約定文件通常分為數(shù)據(jù)庫和一般數(shù)據(jù)文件兩種形式。
數(shù)據(jù)庫方法把數(shù)據(jù)組成單獨的數(shù)據(jù)庫，適于處理大量相對固定的數(shù)據(jù)或較大系統(tǒng)采用，但系統(tǒng)的開銷較大。而數(shù)據(jù)文件方法是一種傳遞的數(shù)據(jù)交換方法，它結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，對環(huán)境要求不高。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊主要是采用這種數(shù)據(jù)文件方法。
5、反擊錘式破碎機CAD程序流程
由總體流程框圖可知，反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)完成了從原始參數(shù)的輸入到圖形繪制的全部工作。軟件實際操作中，用戶輸入基本尺寸參數(shù)，程序進行受力分析，強度計算，皮帶傳動設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計后進入圖形繪制部分，繪出裝配圖，零件圖。如在設(shè)計參數(shù)部分和運動模擬部分不滿足要求，可返回重新進行設(shè)計。
由此可知，數(shù)據(jù)文件是各功能模塊聯(lián)系的樞紐，
為整個程序的運行提供了可能。
6、系統(tǒng)參數(shù)化圖形設(shè)計
反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)在完成工程設(shè)計階段，確定了破碎機主要設(shè)計參數(shù)后，即進入設(shè)計圖紙的繪制和輸出階段。此階段主要完成破碎機的裝配圖和全部非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計繪制，設(shè)計技術(shù)要求的確定等工作。
6.1圖形繪圖環(huán)境和開發(fā)工具
本系統(tǒng)工程圖紙的繪制工作是在AutoCAD2000的繪圖環(huán)境中，利用AutoCAD2000內(nèi)嵌的VBA和ActiveX Automation技術(shù)進行開發(fā)。
到目前為止，Autodesk公司提供4種二次開發(fā)手段：Autolisp，ADS，VBA和ObjeotARX。MicrosoftVBA是一個面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境，它和Visual Basic一樣有很強的開發(fā)能力。
Auto CAD ActiveX提供在AutoCAD內(nèi)或在AutoCAD外控制編程的機制，它是通過使AutoCAD對象開放到外部世界來做到這一點的。只要這些對象被開放，就可以通過多種不同的編程語言環(huán)境和其它應(yīng)用程序來訪問它們。
Microsoft VBA和VB兩者之間的區(qū)別是VBA和AutoCAD運行在同一處理空間，為AutoCAD提供智能和快速的編程環(huán)境。
AutoCAD中使用VBA的特點：①VBA作為AutoCAD的一個過程運行，這使程序執(zhí)行速度變得非常快；②對話框結(jié)構(gòu)快速有效。允許開發(fā)者在設(shè)計時啟動應(yīng)用程序并且能很快得到反饋；③對象可以獨立出來，也可以嵌入AutoCAD圖形。這樣為用戶發(fā)布自己的開發(fā)程序提供更多的靈活性。
VBA通過AutoCAD ActiveX Autumation接口向AutoCAD發(fā)送消息。AutoCAD VBA環(huán)境和AutoCAD同時運行，并且通過AutoCAD ActiveX Automation接口界面提供AutoCAD的編程控制。AutoCAD ActiveX Autumation和VBA之間的結(jié)合提供很強的接口功能，不但可以控制AutoCAD對象，而且可以從其它應(yīng)用程序發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。
相對其它的AutoCAD AP1環(huán)境，AutoCADActiveXN BA接口在4個方面表現(xiàn)出它的優(yōu)點：①速度快：因為使用VBA在程序中運行，ActiveX應(yīng)用程序比AutoLisp和ADS應(yīng)用程序都要快得多；②使用方便；③Windows交互開發(fā)性；④快速成型。
6.2主系統(tǒng)與圖形系統(tǒng)接口設(shè)計
本CAD系統(tǒng)從Visual Basic6.0工程設(shè)計功能和系統(tǒng)自動執(zhí)行功能性出發(fā)，將系統(tǒng)的工程設(shè)計部分設(shè)計成為可執(zhí)行文件，可獨立完成工程設(shè)計工作；而將圖形繪制部分設(shè)計為Windows DLL文件，在AutoCAD環(huán)境下繪制圖形；整個系統(tǒng)通過兩者接口設(shè)計完成集成工作，達到完整性目標(biāo)，如圖3所示。
系統(tǒng)接口設(shè)計是整個系統(tǒng)不可缺少的部分，其設(shè)計需考慮以下幾個原則：(1)接口簡潔實用；(2)使用方便易行；(3)不額外加重程序設(shè)計和用戶的使用負擔(dān)。
