機床主傳動系統(tǒng)CAD軟件的開發(fā)與研究

1、機床主傳動系統(tǒng)CAD軟件的開發(fā)與研究         1.  引言     計算機輔助設(shè)計簡稱CAD，是英文Computer Aided Design的縮寫。它是指工程技術(shù)人員以計算機為工具進行設(shè)計的全過程：包括資料檢索、方案構(gòu)思、計算分析、工程繪圖和編制技術(shù)文件等，是隨著計算機、外圍設(shè)備及其軟件的發(fā)展而形成的一種綜合性高新技術(shù)?，F(xiàn)代切削加工正朝向高速、高效和高精度方向發(fā)展，這對機床結(jié)構(gòu)和性能提出了越來越高的要求，如高轉(zhuǎn)速、大功率、寬調(diào)速范圍、低噪音、動態(tài)性能好、可靠性高等。

2、而機床主傳動系統(tǒng)是機床設(shè)計中的關(guān)鍵，因此，如何適應市場需求，在復雜多變市場>' target='_blank' class='infotextkey'>經(jīng)濟中，快速高質(zhì)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)實力、科技水平的體現(xiàn)。 所以將計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)應用到機床設(shè)計當中一直是眾多廠家追求的目標。我國以前的機床設(shè)計多用繪圖板，進行手工繪制，這樣工作量往往會很大，造成開發(fā)的周期過長，而且設(shè)計過程中容易出錯。因此，如何把計算機應用到機床設(shè)計中去，如何開發(fā)出一套通用的、行之有效的機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計軟件，是我們寫本文的動機所在。

3、60;   2面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法     面向?qū)ο螅∣bject-oriented）作為一個概念起先是軟件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的一種新方法，由于這種思維方法的巨大優(yōu)勢已使得它在其它的各個領(lǐng)域也產(chǎn)生了越來越廣泛的影響。     面向?qū)ο蠓椒ㄊ且环N圍繞現(xiàn)實世界概念來建造對象模型的全新的表示現(xiàn)實物體，解決問題的方法。它的可擴充性和可重用性極大的提高了系統(tǒng)的開發(fā)速度，它通過對設(shè)計參數(shù)的封裝與隱藏，設(shè)計與實現(xiàn)分離來控制軟件的復雜性和可維護性。    面向?qū)ο蠓椒▽W的中心是圍繞著對象、類、

4、消息、繼承性、多態(tài)性和動態(tài)聯(lián)編等概念、機制和原理展開的。其中，對象、類是這一方法的核心，消息是連接它們的紐帶，繼承性是這一方法的獨特貢獻，而多態(tài)性和動態(tài)編聯(lián)使這一方法更加完美。    面向?qū)ο蟮姆椒▽W認為：客觀世界是由各種“對象”所組成，任何事物都是對象，每個對象都有自己的運行規(guī)律和內(nèi)部狀態(tài)。通過類比，具有相同特征和功能的對象形成類（歸納），每個對象都屬于某個“對象類”，都是該對象類的一個實例。不同對象的組合及相互作用就構(gòu)成了我們要研究、分析和構(gòu)造的客觀系統(tǒng)。對象類之間可以通過繼承關(guān)系構(gòu)成類的層次結(jié)構(gòu)，“子類”可以直接繼承“父類”的性質(zhì)和功能（演繹）。而對象之間通

5、過消息相互作用，消息就是通知對象去完成一個允許作用于該對象的操作，該對象將如何完成這個操作的細節(jié)被封裝在類的定義中，對外界是隱蔽的。    面向?qū)ο蟮姆治鼍褪怯妹嫦驅(qū)ο蟮乃枷雭硌芯繂栴}，并按現(xiàn)實世界的本來面目構(gòu)造出一個反映問題本質(zhì)的模型，該模型說明了系統(tǒng)必須做什么，而不是如何做，即做的細節(jié)。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計就是構(gòu)造一個問題求解的模型。由于分析模型是用面向?qū)ο蟮姆椒ń⒌?，它與軟件解的結(jié)構(gòu)相似，因此，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計是對分析模型的加細（描述對象及其關(guān)系是怎樣的），以及構(gòu)造實現(xiàn)中所涉及對象的過程。     面向?qū)ο蟮姆椒ㄌ峁┝吮冉Y(jié)構(gòu)

6、化方法更自然、更合理的概念及技術(shù)，而且，它的抽象性、封裝性、繼承性、多態(tài)性等都比結(jié)構(gòu)化方法更為優(yōu)越，從而使其成為一種更有力的工具和方法。     3.面向數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的程序設(shè)計     根據(jù)面向?qū)ο蠓椒ǖ幕驹?，建立?shù)控車床主傳動系統(tǒng)的概念模型，使用VC作為程序設(shè)計的開發(fā)工具。由于數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計部分主要是一種參數(shù)化設(shè)計的過程，因此程序主要以人機交互的方式來完成這項工作。針對這一特點，我把整個系統(tǒng)劃分為許多界面，并把這些界面作為實體抽象為一定的對象類。     整個系統(tǒng)的對象類大

7、致如下：     l       對象類1： 電機型號對話框     l       對象類2： 變速箱變速級數(shù)對話框     l       對象類3： 傳動比對話框     l       對象類

8、4： 傳動副齒數(shù)對話框     l       對象類5： 齒輪材料對話框     l       對象類6： 齒輪模數(shù)（按接觸）對話框     l       對象類7： 齒輪模數(shù)（按彎曲）對話框     l    &

9、#160;  對象類8： 齒輪模數(shù)（標準）對話框     l       對象類9： 同步齒形帶計算功率屬性頁     l       對象類10：同步齒形帶模數(shù)屬性頁     l       對象類11：大小帶輪直徑屬性頁     l &

10、#160;     對象類12：同步齒形帶齒數(shù)屬性頁     l       對象類13：軸徑估算對話框     根據(jù)上述基本對象類,進一步將數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的設(shè)計部分劃分為四個子系統(tǒng)：     根據(jù)以上所得基于面向?qū)ο蠓治龅南到y(tǒng)模型、結(jié)構(gòu)，可直接得到程序的模塊分解。有上述的4個子系統(tǒng)，很容易設(shè)計出該系統(tǒng)的程序設(shè)計部分的總體模塊結(jié)構(gòu)。   

11、60; （1）   運動設(shè)計模塊     在這一模塊中，主要完成確定機床電機型號、機床極限轉(zhuǎn)速、變速級數(shù)、傳動副傳動比及齒輪齒數(shù)的工作。     （2）   齒輪設(shè)計模塊     在這一模塊中，主要完成傳動齒輪材料和熱處理方式的選擇、按接觸疲勞強度計算傳動齒輪模數(shù)、按彎曲疲勞強度計算傳動齒輪模數(shù)及模數(shù)圓整的工作。     （3） 同步齒形帶模塊     在這

12、一模塊中，主要完成確定計算功率、齒形帶模數(shù)、齒形帶速比、大小帶輪齒數(shù)和直徑、齒形帶寬度及帶輪中心距和齒形帶齒數(shù)的工作。     （4） 軸徑估算模塊     在這一模塊中，主要完成確定車床最大加工直徑、一般傳動軸直徑估算、主軸前軸頸直徑估算、主軸后軸頸直徑估算及主軸平均內(nèi)徑估算的工作。     根據(jù)上述各對象類之間的關(guān)系及對系統(tǒng)的模塊化劃分,同時為了保證設(shè)計過程中各對象類的數(shù)據(jù)傳遞的有效性。在對象類設(shè)計時，首先給每一個對象類封裝一部分與該對象類相關(guān)的數(shù)據(jù)成員（屬性）。然后在程

13、序中聲明與每個對象類相對應的結(jié)構(gòu)體（Struct），結(jié)構(gòu)體包含了與對象類中封裝的數(shù)據(jù)成員一一對應的變量。這些結(jié)構(gòu)體中的變量，在初始化對象類，對象類之間進行數(shù)據(jù)傳遞以及保存重要的設(shè)計參數(shù)的方面都起著非常重要的作用。最后只要在“文檔”類中為每個結(jié)構(gòu)體定義一個對象，利用Visual C+中“文檔”類和“視”類的一些重要方法來完成這些工作。下圖表示了數(shù)據(jù)之間的組織關(guān)系。這些工作也可以直接通過類的對象而不是利用結(jié)構(gòu)體的對象來完成，但出于組織上的協(xié)調(diào)和>' target='_blank' class='infotextkey'>管理上的方便，依靠中間橋梁

14、的思想來組織數(shù)據(jù)和傳遞數(shù)據(jù)。      下面以一個具體例子來說明這工作原理：     1數(shù)據(jù)封裝 l         對象類1：電機型號對話框        類名：ACMotorSelectDlg class ACMotorSelectDlg : public CDialog / Construction public:   &

15、#160; CNCLatheDesignView* pView; / 視類對象(指針型)     CNCLatheDesignDoc* pDoc;   / 文檔類對象(指針型)     int   index;           / 交流電機功率列表框選擇索引      float power7;  

16、60;     / 交流電機額定功率數(shù)組     long  basespeed7;    / 交流電機額定轉(zhuǎn)速數(shù)組     long  maxspeed7;     / 交流電機最高轉(zhuǎn)速數(shù)組     ACMotorSelectDlg(CWnd* pParent = NULL);   / standard constructor

17、 / Dialog Data     /AFX_DATA(ACMotorSelectDlg)     enum IDD = IDD_ACMOTOR_SELECT ;     CListBox    m_powerlist;     CString m_information;      long    m_ebspeed;

18、60;        long    m_emaxspeed;       float   m_epower;          /AFX_DATA ; l         對象類2：變速級數(shù)對話框    &#

19、160;   類名：GearShiftSelectDlg class GearShiftSelectDlg : public CDialog / Construction public:     CNCLatheDesignView* pView; / 視類指針對象     CNCLatheDesignDoc* pDoc; / 文檔類指針對象     double nj;   /主軸計算轉(zhuǎn)速    

20、; double Rn;   / 主軸調(diào)速范圍     double Rnp; / 主軸恒功率調(diào)速范圍     double Rp;  / 電機恒功率調(diào)速范圍     GearShiftSelectDlg(CWnd* pParent = NULL);   / standard constructor / Dialog Data     /AFX_DATA(GearShiftSelectD

21、lg)     enum IDD = IDD_GEARSHIFT_SELECT ;     CButton m_calculate;     float   m_inputmaxspeed;     float   m_inputminspeed;     int     m_twoshift;  

22、   CString m_spispeedrange;     CString m_motspeedrange;     /AFX_DATA ;     這兩段程序代碼都封裝了對象類1和對象類2各自所需要的成員變量，在這些成員變量中有兩個成員變量CNCLatheDesignView* pView和CNCLatheDesignDoc* pDoc，它們是一種介質(zhì)。通過這種介質(zhì)與“文檔”類CNCLatheDesignDoc(從CDocument類派生而類)中定義

23、的結(jié)構(gòu)體對象進行聯(lián)系，從而可以使對象類引用屬于自己的結(jié)構(gòu)體或是與其它對象類相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)體中變量。在這兩段程序代碼中，定義在 / Dialog Data和/AFX_DATA之間的成員變量是與對話框中的控件相聯(lián)系的，用來描述各個控件的狀態(tài)和數(shù)值，同時也依靠這些成員變量通過介質(zhì)與結(jié)構(gòu)體中的變量進行數(shù)據(jù)通訊。     4.數(shù)據(jù)庫技術(shù)在機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計中的應用     傳統(tǒng)的機床主傳動系統(tǒng)設(shè)計需要查找大量的數(shù)據(jù)，這樣會使設(shè)計的工作量很大，如何把設(shè)計中所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)組織到一起，構(gòu)建一個緊湊、高效的數(shù)據(jù)庫，來縮短查找時間，提高效率，是我們在軟件設(shè)

24、計開發(fā)過程中要解決的一個重要環(huán)節(jié)。     VC包含了兩個相互獨立的數(shù)據(jù)庫訪問系統(tǒng)：ODBC（開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)）和DAO（數(shù)據(jù)訪問對象）。在本程序中利用的是ODBC標準。ODBC是基于SQL（結(jié)構(gòu)化查詢語言）的標準。利用這種語言，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的操作。     在本程序中利用了VC中的CDatabase類和CRecordset類來實現(xiàn)具體的操作。在實際訪問數(shù)據(jù)庫之前，首先要建立一個可以使用的數(shù)據(jù)庫。結(jié)合本設(shè)計的要求，利用SQL（Structured Query Language）軟件建立了一個具體的數(shù)據(jù)庫，在這一數(shù)據(jù)

25、庫中包含了兩張數(shù)據(jù)表：一張是存放各種常用傳動比適用齒數(shù)的數(shù)據(jù)表，另一張是存放齒輪材料和熱處理發(fā)式的數(shù)據(jù)表。     數(shù)據(jù)庫建立完畢后，用數(shù)據(jù)源>' target='_blank' class='infotextkey'>管理器（在Windows控制面板中）使應用程序與數(shù)據(jù)源建立連接，指定為ODBC方式訪問數(shù)據(jù)庫，并選擇將要訪問的數(shù)據(jù)表，這樣應用程序就可以訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)資源。     這些工作完成之后，就可以在應用程序中加入相應的代碼來執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作。在程序中首

26、先從CRecordset類中派生出它的子類,一個是Summation類，一個是Material類，通過這兩個子類分別來訪問數(shù)據(jù)庫中的兩張數(shù)據(jù)表。然后適用子類的Open（）函數(shù)、MoveFirst（）函數(shù)、MoveNext（）函數(shù)等方法以及利用SQL中的SELECT語句來來實現(xiàn)具體的功能。     部分程序代碼如下：     1檢索傳動組中各級傳動副不同傳動比所具有的相同齒數(shù)和語句     summation.m_strFilter="(傳動比="+string1+&

27、quot; or 傳動比="+string2+" or 傳動比="+string3+" or 傳動比="+string4") and 齒數(shù)和 in ( select 齒數(shù)和 "+" from 各種常用傳動比的適用齒數(shù) where 傳動比="+string1+" and 齒數(shù)和 "+" in (select 齒數(shù)和 from 各種常用傳動比的適用齒數(shù) where 傳動比="+string2+    " and 齒數(shù)和 "

28、;+" in (select 齒數(shù)和 from 各種常用傳動比的適用齒數(shù) where 傳動比="+string3+" and 齒數(shù)和 "+" in (select 齒數(shù)和 from 各種常用傳動比的適用齒數(shù) where 傳動比="+string4+")"        2打開數(shù)據(jù)庫，查詢與檢索語句設(shè)置條件相關(guān)數(shù)據(jù)和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫語句 if (summation.IsOpen()       

29、     summation.Close();          summation.Open();     if (summation.IsBOF()               return false ;          summation.MoveFirst();     m_summation1=