组合机床夹具CAD系统的开发

2018-06-26 51

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1问题的提出

随着CAD技术的日趋成熟，CAD在各个生产领域得到了越来越广泛的应用。甩掉图板，全面推广应用CAD技术已经列为国家“九五”计划重中之重。同时，“九五”计划把汽车工业作为国民经济的支柱产业，给汽车行业提供技术装备的组合机床行业也必将得到迅速发展。组合机床是属于一次性设计、一次性制造的单件生产的产品，其结构变化多样，设计量大，设计工作复杂，尤其在当前竞争激烈的市场经济中，用户对机床的技术先进性、质量可*性以及供货周期都要求很高，传统的落后的手工设计方法已不能适应当前产品设计的要求。组合机床系统采用CAD技术，用现代设计手段代替传统设计方法势在必行。

1997年4月，我们承接了大连市科技攻关项目：《组合机床CAD系统的开发、扩充、移植及商品化》，主要工作是设计一套组合机床CAD系统软件。组合机床夹具CAD系统作为整个系统的一部分，内容包括通用夹具CAD系统、组合机床夹具CAD系统和组合机床夹具设计手册。

夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向，以及装卸工件时的限位等作用的。其布局合理与否，直接决定着组合机床生产的成败。然而，纵观国内市场，目前尚没有完善的夹具CAD系统可供设计人员使用，特别是组合机床夹具CAD系统。而国外的夹具CAD应用于国内还存在一定的困难和问题。一是资金问题，国外CAD软件价位比较高，大多数国内厂家很难支付如此昂贵的费用；二是我国的组合机床有自己的标准，国外CAD软件与国内标准不符，给设计带来很大的困难。所有的这些因素，更加坚定了我们设计出具有自己特色的夹具CAD的决心。

2系统总体设计

软件设计思想
本系统是在微机平台上，基于当今世界上最为流行的基础支持软件AutoCAD R14.0进行二次开发的组合机床夹具CAD软件。由于组合机床夹具的设计专用性很强，如果采用自动设计，仅仅*输入几个参数就完成组合机床夹具设计的CAD软件，则适用面小，有很大的局限性。本系统采用参数化设计和交互式设计相结合的方法。参数化设计通过用户输入一些参数，完成产品结构的设计；交互式设计是由用户参与，交互地选择零部件、确定型号。这样由计算机实现产品通用性的设计，而由用户借助计算机实现产品专用性的设计，避免了自动设计的通用性差、设计面窄的局限性。
本系统以Windows 95/98、Windows NT4.0的Pentium微机为开发和运行平台，以AutoCAD R14.0为基础支持软件，采用FoxPro 2.5建立数据库，综合运用动态数据交换技术DDE，图形软件二次开发技术ADS/ARX，在Microsoft Visual C++5．0编译环境中开发的交互式图形处理软件。
系统平台构建
在开发一个系统前，根据当前企业的实际情况来选择合适的硬件平台和软件环境是尤其重要的。
在CAD推广应用中，许多企业采用高起点，工作站一步到位的方法。但目前计算机硬件发展很快，两三年一个飞跃，一些企业买昂贵的工作站，未等使用已经淘汰，造成浪费。而随着微机的普及与性能的提高，以Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ微机为基础的CAD/CAM系统将成为主流。在CAD推广应用中，“好用、够用、实用”仍是最主要的，以微机为硬件平台的CAD技术是普遍适合我国目前状况的选择(当然，这并不意味着传统的工作站会日趋式微，在产品造型、三维仿真等方面仍需要高性能的工作站来完成)。
对于操作系统，Windows 95/98/NT是最佳选择。DOS系统已经被CAD软件淘汰，不应当因为对DOS比较熟悉就继续使用这种落后的操作系统。UNIX是几年前CAD软件的必须选择，因为当时只有UNIX是32位操作系统，才能发挥CAD软件的作用。现在Windows 95/98/NT已经是成熟的32位操作系统，从功能和用户群来看，选择Windows操作系统是必然趋势。这种系统具有性能可*、界面友好、维护简单方便等优点，可以单独工作，联网也很方便，其性能已完全可以满足企业的需要。其另一突出优点是可以将CAD/CAM应用软件和通用办公软件等完全集成在一起，充分发挥Windows标准平台的优势。
支撑软件的选择
二次开发不同于一般的软件开发，主要在于它不是从底层开始的软件设计，而是在已有的软件上进行的开发，所以二次开发的最大特点就是继承性。二次开发后的软件功能在很大程度上取决于支撑软件本身的功能和开放程度。因此，支撑软件的选择非常关键。
首先，软件应当由可*的、较大规模的公司生产，防止由于软件公件的倒闭，使我们失去长期而可*的技术支持。
其次，应当选择大家比较熟悉的、本身又在不断进步的软件。功能齐全，性能优良；具有标准的图形格式，方便与其它软件的交换，符合国际、国内标准；具有Windows95、Windows NT及工作站等多种版本，支持从微机到工作站多种硬件平台，实现功能完全一样，并在网络和数据上达到无缝集成。
最后，也是最重要的性能，就是支撑软件的开放性，或者说二次开发的能力。可以从两方面考虑：一方面开发功能是否齐全，接口是否简单；另一方面开发语言是否是通用的高级语言，编译环境是否优良。
AutoCAD R14.0是Autodesk公司最新推出的辅助设计软件，是一个通用的交互式绘图软件，在全世界用户最多，国内用户也最多，占微机CAD市场的70%以上。AutoCAD完全是一个工程化、商品化软件，有很高的可*性、容错性、稳定性以及硬件兼容性，其功能齐全、使用方便，性能价格比高，而且具有非常好的开放性，被称为默认的“全球标准”，是支撑软件的最好选择。

3系统主要功能模块

组合机床夹具CAD系统是面向组合机床设计人员的参数化图形信息管理系统软件，它融数据库操作系统和参数化图形系统于一体，使设计人员甩掉图板、甩掉手册进行设计。该软件主要包括通用机械CAD系统、通用夹具CAD系统、组合机床专用夹具CAD系统和组合机床夹具手册四个模块，其中通用机械CAD模块为基础模块。组合机床夹具CAD系统的体系结构如图1所示。

为了开发组合机床CAD系统，我们首先基于AutoCAD进行二次开发，开发了一套通用机械CAD系统，主要内容包括：增加汉化菜单、汉字标注，适合国标的尺寸标注、形位公差标注，标准件库及常用件库的建立，尺寸驱动，典型零件智能设计等模块。它为组合机床夹具CAD系统的实现提供了前提。

通用机械夹具CAD系统按照最新国家标准机械卷中关于夹具的设计要求，分别建立定位件、支承件、导向件、夹紧件、操作件等的图形库、数据库和程序库，利用交互设计方法，实现无手册设计。

组合机床专用夹具CAD系统按照组合机床行业标准，建立以下模块：定位支撑系统CAD；夹紧机构CAD；导向装置CAD；典型夹紧机构夹紧力的计算机辅助分析与计算。各模块分别建立图形库、数据库和程序库，利用交互设计方法，实现设计。

另外，还建立了组合机床夹具手册，将标准化、系列化的组合机床夹具各类机构的标准图以DWG的形式建立图库，可以方便用户查询或稍加修改形成用户自己的专用夹具机构。

4系统环境配置

软件开发环境
1. 硬件环境
  - 主机 CPU Pentium MMX 166
  - 内存 64M EDO
  - 硬盘 Seagate 4.3G
  - 光驱 Sony 8倍速
  - 软驱 1.44M
  - 显示器 EMC SVGA 15"彩显分辨率 1024×768
  - 打印机 Canon BJC-4550
  - 绘图仪 Houston DMP-162滚筒式绘图仪
2. 软件环境
  - 操作系统Microsoft Windows 95/98、Windows NT4.0
  - 支撑软件AutoCAD R14.0
  - 编译器 Microsoft Visual C++5.0
  - 数据库软件 FoxPro 2.5
软件运行环境
要求PC486、586及Pentium微机，具有SVGA卡、分辨率至少800×600的图形显示器，建议CPU主频在100MHz以上，内存32M以上，配有任何型号的打印机、绘图仪及鼠标器等。系统预装Windows 95/98或Windows NT4.0操作系统，并预装AutoCAD R14.0基础软件，整个夹具CAD系统要求硬盘剩余空间在150MB以上。

5系统安装运行与应用

本系统必须安装在以Windows 95/98或Windows NT为操作系统的硬件平台上，并且预装Autodesk公司的AutoCAD R14软件。

本系统安装程序是用InstallShield 4.2制作，具有标准的Windows风格。安装时，运行光盘或第一张软盘上的setup.exe，然后依照安装程序提示，一步一步即可顺序完成安装。

安装完毕后，在Windows开始菜单的程序项中找到安装程序建立的APCAD R14图标，双击该图标，系统会调用安装路径下的Apcadr 14.exe文件，来完成系统注册和路径设置等工作，并自动搜索AutoCAD R14的程序文件以启动AutoCAD R14。第二次进入本系统只需直接运行AutoCAD R14即可。

本系统已于1998年12月15日通过了由大连市科委组织的专家会议鉴定。与会专家对课题成果给予了高度评价，并一致认为该成果处于国内领先水平。

如今，该系统已作为商品化软件在国内发行。因为本系统各模块是相对独立的，用户可以选择其中一个或多个模块，但通用机械CAD系统模块是本系统的基础模块，是运行其它模块的前提。为了配合国家科委正在施行的CAD应用工程，帮助企业尽快“甩图板”，推动CAD的普及应用，我们将通用机械CAD软件作成两种版本，一种就是商品化的软件，面向全国发行，需要加密狗才可运行；一种是教学用软件，不进行加密，且具有前一版本的大多数功能，特别适合学校使用。如今，该软件的教学版已在大连铁道学院机械系制图教研究及机房得到广泛应用。

组合机床CAD系统软件自发行以来，得到了国内众多企业的认可。通用机械CAD系统软件以其诱人的价格、友好的界面、方便易学的特点赢得了用户的青睐。目前，国内有多家企业使用了该软件，并已经取得良好的经济效益和社会效益。

6结论

本系统是面向二维设计的CAD软件，它界面友好、使用灵活、适用面广、实用性强，是机械设计人员特别是组合机床设计人员的得力工具。

就目前大多数国内企业的状况来讲，基本是沿用传统的手工作图方式，效率极低，采用CAD绘图技术，可极大地提高设计效率及质量，图纸易于修改，并可实现图形数据的共享，便于管理。即便将来普及了三维CAD，做二维工程图也是必不可少的。特别是在我国正要全面普及应用CAD的初期，本系统对于广大企业甩掉图板，推广应用CAD技术是非常实用有效的。当然，本课题还要继续做许多后续工作，如继续开发有限元分析、三维造型、数控加工、仿真模拟等软件，这需要找到更合理的三维设计手段，使CAD、CAE、CAPP、CAM以及PDM融为一体。

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