1、前言
1.1機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)
    CAD技術(shù)已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，得到了廣泛的應(yīng)用，取得了顯著效果，它在機(jī)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(hào)庫；(3)參數(shù)化設(shè)計(jì)；(4)三維實(shí)體造型；(5)工程分析；(6)設(shè)計(jì)文檔或生成報(bào)表。
    當(dāng)今CAD技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，功能日益完善，CAD軟件技術(shù)正朝著3個(gè)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(dòng)態(tài)與趨勢(shì)
    現(xiàn)代工程獲得超細(xì)粉體的主要手段仍是機(jī)械粉碎方式，用機(jī)械方式制取超細(xì)粉體所依賴的超細(xì)粉碎與分級(jí)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(gè)方面：(1)開發(fā)與超細(xì)粉碎設(shè)備相配套的精細(xì)分級(jí)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(jìn)超細(xì)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(xì)粉碎和表面改性設(shè)備：(5)開發(fā)研究與超細(xì)粉碎技術(shù)相關(guān)粒度檢測和控制技術(shù)；(6)重視超細(xì)粉碎基礎(chǔ)理論的研究。
  在針對(duì)第二個(gè)方面的破碎機(jī)的設(shè)計(jì)研究中，現(xiàn)在主要是集中在耐磨材料和常規(guī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)上，參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和CAD系統(tǒng)主要集中在鄂式破碎機(jī)上。但對(duì)反擊錘式破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和CAD系統(tǒng)的開發(fā)，還未見文獻(xiàn)報(bào)道。本文所從事的研究工作就是針對(duì)這一空白并結(jié)合成都科達(dá)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司的原有產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)CAD系統(tǒng)的開發(fā)”的相關(guān)技術(shù)改進(jìn)、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(gè)方面的內(nèi)容：(1)提出了高效超細(xì)破碎機(jī)CAD總體設(shè)計(jì)方案和程序流程，并探討其CAD軟件開發(fā)。(2)詳細(xì)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(jī)CAD和各功能模塊的界面設(shè)計(jì)和開發(fā)方法。
  通過對(duì)破碎機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)和特征進(jìn)行分析，得出反擊錘式破碎機(jī)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(jì)條件如電動(dòng)機(jī)選擇等一系列設(shè)計(jì)步驟，最終到破碎機(jī)的裝配圖和全部零件圖的工程設(shè)計(jì)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(jī)各零部件結(jié)構(gòu)完成參數(shù)化設(shè)計(jì)；②完成對(duì)反擊錘式破碎機(jī)各運(yùn)動(dòng)零部件的強(qiáng)度校核、安全分析和壽命計(jì)算；③人機(jī)交互環(huán)境友好，使用方便可靠。
  (3)軟件進(jìn)行環(huán)境：反擊錘式破碎機(jī)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(yùn)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(jī)CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)計(jì)算和自動(dòng)繪圖兩大部分，每個(gè)部分均為自成體系，可單獨(dú)運(yùn)行。兩大組成部分在主控模塊下劃分若干個(gè)子模塊。模塊分別完成機(jī)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算、工作參數(shù)計(jì)算、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬、受力分析、皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)、零件強(qiáng)度計(jì)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(duì)于程序調(diào)試、維護(hù)和使用都比較靈活方便。同時(shí)，各模塊之間雖然相互獨(dú)立，但又彼此聯(lián)系，用戶進(jìn)入破碎機(jī)CAD系統(tǒng)后，按提示完成各項(xiàng)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(jì)計(jì)算模塊
  (1)反擊錘式破碎機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序模塊
  這個(gè)程序模塊主要優(yōu)化計(jì)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(dòng)慣量，破碎機(jī)效率1等參數(shù)，可使破碎機(jī)有良好的運(yùn)動(dòng)特性和破碎效果，采用的優(yōu)化方法為隨機(jī)方向優(yōu)化法。具23個(gè)不等式約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)，數(shù)學(xué)模型為
  其中包括根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)及一些經(jīng)驗(yàn)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(dòng)軸承的強(qiáng)度要求等確定的約束條件。
  (2)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)態(tài)模擬模塊
  運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)子和錘頭的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度，動(dòng)態(tài)模擬顯示，以分析和檢查破碎機(jī)運(yùn)動(dòng)特性是否有干涉及是否滿足設(shè)計(jì)要求。
  (3)受力分析模塊
  受力分析模塊是用解析法計(jì)算破碎機(jī)各部件受力和分析，為強(qiáng)度計(jì)算模塊提供依據(jù)。
  (4)零件強(qiáng)度計(jì)算模塊
  強(qiáng)度計(jì)算模塊對(duì)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，包括軸、機(jī)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(dòng)繪圖模塊，共59個(gè)（劃分為8個(gè)部件模塊，如圖2所示）。
    反擊錘式破碎機(jī)在工業(yè)應(yīng)用極為廣泛，而它的設(shè)計(jì)也為成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，屬于變參數(shù)型設(shè)計(jì)。
    基于特征設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)轉(zhuǎn)換成參數(shù)化圖形。對(duì)于系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn)品設(shè)計(jì)所采用的數(shù)學(xué)模型及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都是相對(duì)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(jì)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(jì)算機(jī)自動(dòng)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(dòng)設(shè)計(jì)出圖形來。例如錘頭的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程為：①設(shè)計(jì)人機(jī)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(gè)參數(shù)，以及“確定”和“退出”兩個(gè)命令按鈕。②界面初始化。在ComboBox中輸入已有設(shè)計(jì)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(gè)參數(shù)賦值（如不繼續(xù)運(yùn)行，可由界面上“退出”按鈕中斷）。④定義全局變量和設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)錘頭參數(shù)化設(shè)計(jì)。
    反擊錘式破碎機(jī)CAD系統(tǒng)采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，大大提高了設(shè)計(jì)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(jī)CAD中傳遞的信息較多，多采用有約定格式的文件實(shí)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(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)分離，可以實(shí)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(dú)的數(shù)據(jù)庫，適于處理大量相對(duì)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(duì)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(jī)CAD程序流程
    由總體流程框圖可知，反擊錘式破碎機(jī)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(shí)際操作中，用戶輸入基本尺寸參數(shù)，程序進(jìn)行受力分析，強(qiáng)度計(jì)算，皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)后進(jìn)入圖形繪制部分，繪出裝配圖，零件圖。如在設(shè)計(jì)參數(shù)部分和運(yùn)動(dòng)模擬部分不滿足要求，可返回重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。
  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(gè)程序的運(yùn)行提供了可能。
6、系統(tǒng)參數(shù)化圖形設(shè)計(jì)
    反擊錘式破碎機(jī)CAD系統(tǒng)在完成工程設(shè)計(jì)階段，確定了破碎機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)后，即進(jìn)入設(shè)計(jì)圖紙的繪制和輸出階段。此階段主要完成破碎機(jī)的裝配圖和全部非標(biāo)準(zhǔn)零件的設(shè)計(jì)繪制，設(shè)計(jì)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(jìn)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(gè)面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境，它和Visual Basic一樣有很強(qiáng)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(jī)制，它是通過使AutoCAD對(duì)象開放到外部世界來做到這一點(diǎn)的。只要這些對(duì)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(yùn)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(diǎn)：①VBA作為AutoCAD的一個(gè)過程運(yùn)行，這使程序執(zhí)行速度變得非常快；②對(duì)話框結(jié)構(gòu)快速有效。允許開發(fā)者在設(shè)計(jì)時(shí)啟動(dòng)應(yīng)用程序并且能很快得到反饋；③對(duì)象可以獨(dú)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(shí)運(yùn)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(qiáng)的接口功能，不但可以控制AutoCAD對(duì)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(duì)其它的AutoCAD AP1環(huán)境，AutoCADActiveXN BA接口在4個(gè)方面表現(xiàn)出它的優(yōu)點(diǎn)：①速度快：因?yàn)槭褂肰BA在程序中運(yùn)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(jì)
    本CAD系統(tǒng)從Visual Basic6.0工程設(shè)計(jì)功能和系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行功能性出發(fā)，將系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)部分設(shè)計(jì)成為可執(zhí)行文件，可獨(dú)立完成工程設(shè)計(jì)工作；而將圖形繪制部分設(shè)計(jì)為Windows DLL文件，在AutoCAD環(huán)境下繪制圖形；整個(gè)系統(tǒng)通過兩者接口設(shè)計(jì)完成集成工作，達(dá)到完整性目標(biāo)，如圖3所示。
   系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)不可缺少的部分，其設(shè)計(jì)需考慮以下幾個(gè)原則：(1)接口簡潔實(shí)用；(2)使用方便易行；(3)不額外加重程序設(shè)計(jì)和用戶的使用負(fù)擔(dān)。