計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)在機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代制造業(yè)正朝高速、高效和高精度方向發(fā)展，對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)和性能提出了越來(lái)越高的要求。因此，如何適應(yīng)市場(chǎng)需求，在復(fù)雜多變的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，快速高質(zhì)量地設(shè)計(jì)制造出市場(chǎng)所需的切削加工設(shè)備是制造行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。所以將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)應(yīng)用到機(jī)床設(shè)計(jì)當(dāng)中一直是眾多廠家的愿望。以前的CAD軟件大都采用面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方法編寫，不可避免的存在系統(tǒng)開發(fā)速度慢，周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，軟件質(zhì)量差，可讀性、可靠性、易維護(hù)性差等缺陷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)的方法和手段也隨之不斷改進(jìn)和完善。面向?qū)ο蠓椒ㄕ鹑藗兊年P(guān)注和重視。對(duì)象是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界基本成分的一種抽象，每個(gè)對(duì)象都有其自身的運(yùn)行規(guī)律（行為）和內(nèi)部狀態(tài)（屬性）。通過(guò)類比把具有相同或相似屬性和行為的對(duì)象抽象形成對(duì)象類（歸納），對(duì)象類之間還可以通過(guò)繼承機(jī)制，使得子對(duì)象類具有某些父對(duì)象類的屬性和行為，形成層次結(jié)構(gòu)（演繹），不同的對(duì)象類的組合及相互作用（通過(guò)消息實(shí)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(gè)統(tǒng)一的模型———對(duì)象模型，充分分析對(duì)象以及對(duì)象之間的關(guān)系和作用，對(duì)分析的模型加以細(xì)化、調(diào)整，實(shí)現(xiàn)概念模型到計(jì)算機(jī)模型的面向?qū)ο筠D(zhuǎn)化，最后用面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言實(shí)現(xiàn)該模型。

2 模型建立

根據(jù)面向?qū)ο蟮姆椒ā⒃砗蜋C(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，首先要建立主傳動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)象模型。基于對(duì)象的劃分原則，整個(gè)系統(tǒng)由以下不同的對(duì)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(duì)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(xì)化，分解成容易管理與設(shè)計(jì)的各個(gè)對(duì)象類。還可以這些對(duì)象為基類再派生出一些子類，使得對(duì)象更加具體與簡(jiǎn)單，如：齒輪類可以派生出兩個(gè)子類，固定齒輪類和滑移齒輪類等。這樣整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就演化成對(duì)各個(gè)子類的設(shè)計(jì)和類與類之間關(guān)系的分析與實(shí)現(xiàn)上。

3 模型設(shè)計(jì)

在對(duì)象模型的基礎(chǔ)上，再對(duì)每個(gè)對(duì)象類進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，分析出每個(gè)對(duì)象類的屬性和方法，形成系統(tǒng)的概念模型，用表達(dá)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(dòng)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(zhǎng)度｝
節(jié)點(diǎn)類：｛子節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，父節(jié)點(diǎn)指針，子節(jié)點(diǎn)指針，數(shù)據(jù)項(xiàng)，作圖標(biāo)志｝
傳動(dòng)級(jí)類：｛主動(dòng)齒數(shù)，被動(dòng)齒數(shù)，傳動(dòng)副數(shù)，級(jí)比指數(shù)，傳動(dòng)比，父節(jié)點(diǎn)數(shù)目｝
…………………………………………
其中：節(jié)點(diǎn)類和傳動(dòng)級(jí)類屬于中間設(shè)計(jì)所需類，用于轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖的實(shí)現(xiàn)。
在對(duì)象模型和屬性分析的基礎(chǔ)上，便可以用面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)語(yǔ)言將這些對(duì)象類表達(dá)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的概念模型向計(jì)算機(jī)內(nèi)的邏輯模型的轉(zhuǎn)化，通過(guò)一定的算法和運(yùn)行環(huán)境機(jī)制最終完成軟件的設(shè)計(jì)。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在對(duì)象模型和概念模型的基礎(chǔ)上將整個(gè)軟件的設(shè)計(jì)分解成5個(gè)子模塊：運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)模塊、傳動(dòng)零件初步計(jì)算模塊、操縱機(jī)構(gòu)模塊、繪制裝配草圖模塊、零件校核模塊。通過(guò)這5個(gè)模塊逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)對(duì)象的設(shè)計(jì)，從而完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本軟件使用C++語(yǔ)言，開發(fā)工具是Visual C++ 6.0，運(yùn)行環(huán)境是Windows 95/98或Windows NT。現(xiàn)以固定齒輪類為例，說(shuō)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(dāng)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(qiáng)度計(jì)算模數(shù)
fload CalBend（）： //按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)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(gè)類之間的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)與傳遞是通過(guò)消息機(jī)制和Visual C++特有的文檔類視圖類的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，如圖2所示。由圖知通過(guò)這些聯(lián)系可將所有彼此相互獨(dú)立的對(duì)象類有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并且這種結(jié)構(gòu)是低耦合度、高聚合度的，某個(gè)類的改變對(duì)其它類影響極小，只有消息的改變，其相應(yīng)的對(duì)象才有相應(yīng)的反應(yīng)，表現(xiàn)出相應(yīng)的形態(tài)。

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

5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在機(jī)床設(shè)計(jì)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(cuò)。在本系統(tǒng)中運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將這些數(shù)據(jù)、資料整理匯總成數(shù)據(jù)庫(kù)，包括如下表項(xiàng)：齒輪齒數(shù)庫(kù)、齒輪材料庫(kù)、各類軸承庫(kù)、螺紋庫(kù)、典型主軸組件庫(kù)、零件驗(yàn)算所需的參數(shù)庫(kù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)是用微軟的SQL Server實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口用的是ODBC技術(shù)。Visual C++對(duì)ODBC的支持是通過(guò)CRecordSet類和CDatabase類實(shí)現(xiàn)的，在應(yīng)用程序中生成一個(gè)CRecoedSet的派生類和CDatabase實(shí)例就可以方便、快速、安全地與任何一個(gè)支持ODBC的數(shù)據(jù)庫(kù)相連。

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