1.  引言 

    計算機輔助設計簡稱CAD，是英文Computer Aided Design的縮寫。它是指工程技術人員以計算機為工具進行設計的全過程：包括資料檢索、方案構思、計算分析、工程繪圖和編制技術文件等，是隨著計算機、外圍設備及其軟件的發(fā)展而形成的一種綜合性高新技術。現(xiàn)代切削加工正朝向高速、高效和高精度方向發(fā)展，這對機床結構和性能提出了越來越高的要求，如高轉速、大功率、寬調速范圍、低噪音、動態(tài)性能好、可靠性高等。而機床主傳動系統(tǒng)是機床設計中的關鍵，因此，如何適應市場需求，在復雜多變市場經(jīng)濟中，快速高質地設計制造出市場所需的切削加工設備是制造行業(yè)實力、科技水平的體現(xiàn)。所以將計算機輔助設計（CAD）技術應用到機床設計當中一直是眾多廠家追求的目標。我國以前的機床設計多用繪圖板，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，而且設計過程中容易出錯。因此，如何把計算機應用到機床設計中去，如何開發(fā)出一套通用的、行之有效的機床主傳動系統(tǒng)設計軟件，是我們寫本文的動機所在。

    2．面向對象的程序設計方法

    面向對象（Object-oriented）作為一個概念起先是軟件系統(tǒng)設計與實現(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域也產(chǎn)生了越來越廣泛的影響。 
    面向對象方法是一種圍繞現(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，它通過對設計參數(shù)的封裝與隱藏，設計與實現(xiàn)分離來控制軟件的復雜性和可維護性。
    面向對象方法學的中心是圍繞著對象、類、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。
    面向對象的方法學認為：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成了我們要研究、分析和構造的客觀系統(tǒng)。對象類之間可以通過繼承關系構成類的層次結構，“子類”可以直接繼承“父類”的性質和功能（演繹）。而對象之間通過消息相互作用，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。
    面向對象的分析就是用面向對象的思想來研究問題，并按現(xiàn)實世界的本來面目構造出一個反映問題本質的模型，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)。面向對象的設計就是構造一個問題求解的模型。由于分析模型是用面向對象的方法建立的，它與軟件解的結構相似，因此，面向對象的設計是對分析模型的加細（描述對象及其關系是怎樣的），以及構造實現(xiàn)中所涉及對象的過程。 
    面向對象的方法提供了比結構化方法更自然、更合理的概念及技術，而且，它的抽象性、封裝性、繼承性、多態(tài)性等都比結構化方法更為優(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)的程序設計

    根據(jù)面向對象方法的基本原理，建立數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的概念模型，使用VC作為程序設計的開發(fā)工具。由于數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的設計部分主要是一種參數(shù)化設計的過程，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)的對象類大致如下： #p#分頁標題#e#
           對象類1： 電機型號對話框 
           對象類2： 變速箱變速級數(shù)對話框 
           對象類3： 傳動比對話框 
           對象類4： 傳動副齒數(shù)對話框 
           對象類5： 齒輪材料對話框 
           對象類6： 齒輪模數(shù)（按接觸）對話框 
           對象類7： 齒輪模數(shù)（按彎曲）對話框 
           對象類8： 齒輪模數(shù)（標準）對話框 
           對象類9： 同步齒形帶計算功率屬性頁 
           對象類10：同步齒形帶模數(shù)屬性頁 
           對象類11：大小帶輪直徑屬性頁 
           對象類12：同步齒形帶齒數(shù)屬性頁 
 

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)的設計部分劃分為四個子系統(tǒng)：

    根據(jù)以上所得基于面向對象分析的系統(tǒng)模型、結構，可直接得到程序的模塊分解。有上述的4個子系統(tǒng)，很容易設計出該系統(tǒng)的程序設計部分的總體模塊結構。 
    （1）   運動設計模塊 
    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徑估算的工作。 
    根據(jù)上述各對象類之間的關系及對系統(tǒng)的模塊化劃分,同時為了保證設計過程中各對象類的數(shù)據(jù)傳遞的有效性。在對象類設計時，首先給每一個對象類封裝一部分與該對象類相關的數(shù)據(jù)成員（屬性）。然后在程序中聲明與每個對象類相對應的結構體（Struct），結構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。這些結構體中的變量，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”類中為每個結構體定義一個對象，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)之間的組織關系。這些工作也可以直接通過類的對象而不是利用結構體的對象來完成，但出于組織上的協(xié)調和管理上的方便，依靠中間橋梁的思想來組織數(shù)據(jù)和傳遞數(shù)據(jù)。  #p#分頁標題#e#

   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: 
    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 power[7];        // 交流電機額定功率數(shù)組 
    long  basespeed[7];    // 交流電機額定轉速數(shù)組 
    long  maxspeed[7];     // 交流電機最高轉速數(shù)組 
    ACMotorSelectDlg（CWnd* pParent = NULL）;   // standard constructor
// Dialog Data 
    //{{AFX_DATA（ACMotorSelectDlg） 
    enum { IDD = IDD_ACMOTOR_SELECT }; 
    CListBox    m_powerlist; 
    CString m_information;  
    long    m_ebspeed;     
    long    m_emaxspeed;   
    float   m_epower;      
    //}}AFX_DATA
};
l         對象類2：變速級數(shù)對話框        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;   //主軸計算轉速 
    double Rn;   // 主軸調速范圍 
    double Rnp; // 主軸恒功率調速范圍 
    double Rp;  // 電機恒功率調速范圍 
    GearShiftSelectDlg（CWnd* pParent = NULL）;   // standard constructor
// Dialog Data 
    //{{AFX_DATA（GearShiftSelectDlg） 
    enum { IDD = IDD_GEARSHIFT_SELECT }; 
    CButton m_calculate; 
    float   m_inputmaxspeed; 
    float   m_inputminspeed; 
    int     m_twoshift; 
    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。通過這種介質與“文檔”類CNCLatheDesignDoc（從CDocument類派生而類）中定義的結構體對象進行聯(lián)系，從而可以使對象類引用屬于自己的結構體或是與其它對象類相關聯(lián)的結構體中變量。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與結構體中的變量進行數(shù)據(jù)通訊。#p#分頁標題#e#

    4.數(shù)據(jù)庫技術在機床主傳動系統(tǒng)設計中的應用

    傳統(tǒng)的機床主傳動系統(tǒng)設計需要查找大量的數(shù)據(jù)，這樣會使設計的工作量很大，如何把設計中所需的基礎數(shù)據(jù)組織到一起，構建一個緊湊、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（結構化查詢語言）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。結合本設計的要求，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)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+" 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 "+" 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，查詢與檢索語句設置條件相關數(shù)據(jù)和關閉數(shù)據(jù)庫語句
if （summation.IsOpen（）） 
   { 
       summation.Close（）; 
    } 
    summation.Open（）; 
    if （summation.IsBOF（）） 
    {  
        return false ; 
    } 
    summation.MoveFirst（）; 
    m_summation1=0; 
    CComboBox* pcombobox=（CComboBox*） GetDlgItem（IDC_SUMMATION1）; 
    while（ !summation.IsEOF（）） 
   { 
     if （summation.m_column1==m_trasmitone ） 
     {  
    string1.Format（"%d",summation.m_column2）; 
         pcombobox->InsertString（-1,string1）; #p#分頁標題#e#
      } 
     summation.MoveNext（）; 
   } 
  summation.Close（）; 

    5.結束語

    本文通過面向對象思想在數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)中應用，對CAD技術在機床設計中進行了探討，并將數(shù)據(jù)庫技術引入機床設計中去，大大簡化了設計人員的工作量，實踐證明該CAD軟件具有一定的可行性和通用性。