“高效超細破碎機CAD系統(tǒng)”是針對成都科達高新技術有限公司的PGXJ -Ⅱ節(jié)能型產(chǎn)品，進行其運動和動力學分析，參數(shù)優(yōu)化和結構優(yōu)化，并基于AutoCAD和VB平臺進行研制的計算機輔助設計軟件系統(tǒng)。以實現(xiàn)破碎機設計的自動化和智能化，提高破碎機的設計質(zhì)量和效率，從而開發(fā)出高質(zhì)量的破碎機系列產(chǎn)品。
1、系統(tǒng)功能要求
    在建立系統(tǒng)總體結構之前，必須先對待處理的產(chǎn)品進行調(diào)研。經(jīng)過對超細破碎機及其傳動機構的機構和特征進行分析，得出超細破碎機CAD系統(tǒng)主要要求如下。
    (1)總體功能要求。完成從最初原始設計條件如電動機選擇等一系列設計步驟，最終到破碎機的裝配圖和全部零件圖的工程設計圖紙和技術資料產(chǎn)生的全部過程。
    (2)其他功能要求。超細破碎機各零部件結構完成參數(shù)化設計；完成對超細破碎機各運動零部件的強度校核，安全分析和壽命計算；人機交互環(huán)境友好，使用方便可靠。
    (3)軟件運行環(huán)境。超細破碎機CAD系統(tǒng)要求用戶預裝有WINDOWS95/98/2000，或WINDOWSNT4.0以上版本的操作系統(tǒng)，AutoCAD 2000版本繪圖環(huán)境和Visual Basic for Application二次開發(fā)工具，系統(tǒng)能在此使用環(huán)境下正常運行。
2、結構設計
    該系列機型為反擊式與沖擊式結合大大延長易損件壽命，其結構示意圖如圖1所示。(1)漸開線反擊板設計。反擊板的作用是承受被板錘擊出的物料在其上沖擊破碎，并將沖擊破碎后的物料重新彈回錘擊區(qū)，再次進行沖擊破碎。其目的是確保整個沖擊過程進行，最終獲得所需的產(chǎn)品粒度。
    反擊板的結構形式很多，主要有折線型和弧線型兩類。
    漸開線形反擊面的主要特點是：在反擊板各點上物料都是以垂直的方向進行沖擊，因此可獲得最佳的破碎效果。本系統(tǒng)采用漸開線型結構提高了破碎效率。
    (2)后側(cè)護板和篩板的設計。后側(cè)護板和篩板的設計為恒力調(diào)節(jié)機構，這樣在錘頭磨損后，可通過調(diào)節(jié)后側(cè)護板和篩板有效控制了出料粒度，提高了錘頭的利用率。
    (3)分流系統(tǒng)的設計。該分流系統(tǒng)使大小物料自動分流，符合要求的物料從專用通道排出，這樣大幅度增加了破碎機的產(chǎn)量，明顯降低了能耗，延長了易損件的壽命。
    (4)篩板的設計。篩面矢徑變化從大到小，這樣錘頭與篩面的間隙就由大變小，即下部破碎腔容積由大變小。有利擠壓、研磨和排料，減少了因排料不暢引起的無效功耗。
    (5)破碎腔的設計。上部破碎腔比普通細碎機大，充分利用了物料所獲得的功能。同時，物料互相碰撞破碎的幾率增加，減少了錘頭的磨損。
    (6)轉(zhuǎn)子的設計�？s短了轉(zhuǎn)子主軸的無效長度，改善了主軸和軸承的受力狀態(tài)，延長了軸承使用壽命；增加了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量使設備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對減少裝機容量有利。
    (7)錘頭的設計。該系統(tǒng)的錘頭結構經(jīng)優(yōu)化設計，有可調(diào)節(jié)結構，完全避免從變截面處斷裂的缺陷，其表面形狀的改善也有利于減少磨損；材質(zhì)選用了新型耐磨合金，延長了使用壽命，提高了錘頭的利用率。
    為降低制造成本，對轉(zhuǎn)子進行了分類設計：轉(zhuǎn)子直徑∮≤1000mm時，轉(zhuǎn)子為實心結構；轉(zhuǎn)子直徑∮≥1000mm時，轉(zhuǎn)子為輪輻結構。
3 、CAD系統(tǒng)總體結構與開發(fā)環(huán)境
    超細破碎機CAD系統(tǒng)設計軟件采用VB編程語言開發(fā)完成。繪圖軟件除具備上述條件外，還利用AutoCAD 2000繪圖環(huán)境和Visual Basic for Application及AutoCAD中的ActiveX技術完成。
    本系統(tǒng)分為設計計算和自動繪圖兩大部分，每個部分均自成體系，可以單獨運行。兩大組成部分在主控模塊下劃分若干個子模塊。模塊分別完成機構優(yōu)化計算、工作參數(shù)計算、運動學模擬、受力分析、皮帶傳動設計、零件強度計算和繪畫等工作（圖2）；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)用其中的任一模塊執(zhí)行，其初始參數(shù)則人為地給定輸入。采用結構化編程，對于程序調(diào)試，維護和使用都比較靈活方便。同時，各模塊之間雖然相互獨立，但又彼此聯(lián)系，用戶進入破碎機CAD系統(tǒng)后，按提示完成各項操作，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。
3.1設計模塊
    (1)破碎機優(yōu)化設計程序模塊。這個程序模塊主要優(yōu)化計算錘頭的質(zhì)量m，轉(zhuǎn)子的角速度w，轉(zhuǎn)子繞軸心的轉(zhuǎn)動慣量，破碎機效率n等參數(shù)，可使破碎機有良好的運動特性和破碎效果，采用的優(yōu)化方法為隨機方向優(yōu)化法。具23個不等式約束的優(yōu)化設計，數(shù)學模型為
    其中包括根據(jù)常規(guī)設計及一些經(jīng)驗數(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)子軸和滾動軸承的強度要求等確定的約束條件。
    (2)運動學動態(tài)模擬模塊。運動學動態(tài)模擬程序模塊是在結構參數(shù)設定后，確定破碎機轉(zhuǎn)子和錘頭的運動軌跡，速度和加速度，動態(tài)模擬顯示，以分析和檢查破碎機運動特性是否有干涉及是否滿足設計要求。
    (3)受力分析模塊。受力分析模塊是用解析法計算破碎機各部件受力和分析，為強度計算模塊提供依據(jù)。
    (4)零件強度計算模塊。強度計算模塊對主要零件進行強度校核計算，包括軸、機架、錘柄、錘頭等。
3.2繪圖模塊
    我們采用Visual Basic for Application開發(fā)了參數(shù)化自動繪圖模塊，共59個（8個部件模塊，如圖3）。
    反擊錘式破碎機在工業(yè)上應用極為廣泛，而它的設計也為成熟的產(chǎn)品設計，屬于變參數(shù)型設計。
    基于特征設計技術EFeature Based Design Techn-ologyl是一種面向產(chǎn)品制造全過程的描述信息和信息關系的數(shù)字建模方法。參數(shù)與設計對象的控制尺寸有顯式的對應關系，設計結果的修改受到尺寸驅(qū)動( Dimension driven)。生產(chǎn)中常用于對象的結構形狀比較定型的產(chǎn)品。
    參數(shù)設計過程中，從已有CAD圖形文件中查找約束關系，將固定尺寸的圖形自動轉(zhuǎn)換成參數(shù)化圖形。對于系列化、通用化和標準化的定型產(chǎn)品設計所采用的數(shù)學模型及產(chǎn)品的結構都是相對固定不變的，所不同的只是產(chǎn)品的結構尺寸有所差別，而結構尺寸的差別是由于相同數(shù)目及類型的己知條件在不同規(guī)格的產(chǎn)品設計中取不同值而造成的。這類產(chǎn)品可以將己知條件和隨著產(chǎn)品規(guī)格而變化的基本參數(shù)用相應的變量代替，然后根據(jù)這些已知條件和基本參數(shù)由計算機自動查詢圖形數(shù)據(jù)庫，由專門的繪圖生成軟件在屏幕上自動地設計出圖形來。例如錘頭的參數(shù)化設計過程為：①設計人機交互界面，界面上有可供用戶選擇或修改的參數(shù)，如錘頭底長L，孔距L，錘頂弧R．，孔徑D，，錘高H等16個參數(shù)，以及“確定”和“退出”兩個命令按鈕；②界面初始化，在ComboBox中輸入已有設計參數(shù)，可供用戶選擇，并用Label指示所設參數(shù)的含義；③賦值，在“確定”按鈕中的過程等16個參數(shù)賦值（如不繼續(xù)運行，可由界面上“退出”按鈕中斷）；④定義全局變量和設計主程序過程。在模塊的過程之外，定義全局變量。在模塊的過程中分別設計圖形繪制、尺寸標注、表面粗糙度標注、技術要求、圖幅、標題欄等過程程序，以實現(xiàn)錘頭參數(shù)化設計。
4、結論
    破碎機CAD系統(tǒng)采用了參數(shù)化設計技術，大大提高了設計效率和質(zhì)量。“高效超細破碎機CAD系統(tǒng)”主要是針對科達公司的破碎機產(chǎn)品而設計開發(fā)的。設計人員在使用該系統(tǒng)進行設計時，只需對一些選擇項進行選擇，然后對一些參數(shù)進行設置，就可生成所需的設計方案和零部件圖。使設計者從繁瑣的繪圖工作中解脫出來，并提高了設計速度和質(zhì)量。該系統(tǒng)采用了參數(shù)化設計技術，計算機專家系統(tǒng)技術，特征設計技術和參數(shù)化造型技術，具有先進性和實用性。該系統(tǒng)的開發(fā)和應用提高了科達公司在破碎機設計上的水平。有利于將來對該系統(tǒng)的進一步擴充和完善，可實現(xiàn)產(chǎn)品加工過程的計算機仿真和進一步的性能分析。