1.1機械計算機輔助設計發(fā)展趨勢
CAD技術已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟生產(chǎn)的各個領域，得到了廣泛的應用，取得了顯著效果，它在機械工業(yè)領域應用主要有6方面：(1)=維工程圖紙繪制；(2)圖形及符號庫；(3)參數(shù)化設計；(4)三維實體造型；(5)工程分析；(6)設計文檔或生成報表。
當今CAD技術發(fā)展迅猛，應用范圍不斷擴大，功能日益完善，CAD軟件技術正朝著3個方面發(fā)展：(1)集成化；(2)智能化；(3)標準化。
1.2粉碎設備技術的動態(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)與超細粉碎設備相配套的精細分級設備及其他配套設備；(2)提高效率，降低能耗，不斷提高和改進超細粉碎設備；(3)設備與工藝研究開發(fā)一體化：(4)開發(fā)多功能超細粉碎和表面改性設備：(5)開發(fā)研究與超細粉碎技術相關粒度檢測和控制技術；(6)重視超細粉碎基礎理論的研究。
在針對第二個方面的破碎機的設計研究中，現(xiàn)在主要是集中在耐磨材料和常規(guī)設計的改進上，參數(shù)優(yōu)化設計和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產(chǎn)業(yè)有限公司的原有產(chǎn)品進行結(jié)構和參數(shù)優(yōu)化設計以及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)”的相關技術改進、CAD系統(tǒng)的總體結(jié)構以及該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計和開發(fā)方法。
通過對破碎機及其傳動機構的機構和特征進行分析，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：完成從最初原始設計條件如電動機選擇等一系列設計步驟，最終到破碎機的裝配圖和全部零件圖的工程設計圖紙和技術資料產(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)構完成參數(shù)化設計；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)構與開發(fā)環(huán)境
反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)設計軟件采用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技術完成。
本系統(tǒng)分為設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。模塊分別完成機構優(yōu)化計算、工作參數(shù)計算、運動學模擬、受力分析、皮帶傳動設計、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設計計算模塊
(1)反擊錘式破碎機優(yōu)化設計程序模塊
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)化設計，數(shù)學模型為
其中包括根據(jù)常規(guī)設計及一些經(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)運動學動態(tài)模擬模塊
運動學動態(tài)模擬程序模塊是在結(jié)構參數(shù)設定后等，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)應用極為廣泛，而它的設計也為成熟的產(chǎn)品設計，屬于變參數(shù)型設計。
基于特征設計技術(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系的數(shù)字建模方法。
參數(shù)設計過程中，從已有CAD圖形文件中查找約束關系，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、通用化和標準化的定型產(chǎn)品設計所采用的數(shù)學模型及產(chǎn)品的結(jié)構都是相對固定不變的，所不同的只是產(chǎn)品的結(jié)構尺寸有所差別，而結(jié)構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計出圖形來。例如錘頭的參數(shù)化設計過程為：①設計人機交互界面。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中輸入已有設計參數(shù)，可供用戶選擇，并用label指示所設參數(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計圖形繪制、尺寸標注、表面粗糙度標注、技術要求、圖幅、標題欄等過程程序，以實現(xiàn)錘頭參數(shù)化設計。
反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)采用了參數(shù)化設計技術，大大提高了設計效率和質(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，皮帶傳動設計，優(yōu)化設計后進入圖形繪制部分，繪出裝配圖，零件圖。如在設計參數(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)化圖形設計
反擊錘式破碎機CAD系統(tǒng)在完成工程設計階段，確定了破碎機主要設計參數(shù)后，即進入設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準零件的設計繪制，設計技術要求的確定等工作。
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)構快速有效。允許開發(fā)者在設計時啟動應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應用程序比AutoLisp和ADS應用程序都要快得多；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)接口設計
本CAD系統(tǒng)從Visual Basic6.0工程設計功能和系統(tǒng)自動執(zhí)行功能性出發(fā)，將系統(tǒng)的工程設計部分設計成為可執(zhí)行文件，可獨立完成工程設計工作；而將圖形繪制部分設計為Windows DLL文件，在AutoCAD環(huán)境下繪制圖形；整個系統(tǒng)通過兩者接口設計完成集成工作，達到完整性目標，如圖3所示。
系統(tǒng)接口設計是整個系統(tǒng)不可缺少的部分，其設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)不額外加重程序設計和用戶的使用負擔。
