轴类零件的一体化设计系统开发毕业设计论文 精品推荐.docx
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轴类零件的一体化设计系统开发毕业设计论文精品推荐
天津职业技术师范大学
TianjinUniversityofTechnologyandEducation
毕业设计
专业：
机械设计制造及其自动化
班级学号：
机自0804-09
学生姓名：
黄登春
指导教师：
郭培培讲师
二〇一二年六月
天津职业技术师范大学本科生毕业设计
轴类零件的一体化设计系统开发
ShaftpartsofTheintegratedDesignSystemDevelopment
专业班级：
机自0804
学生姓名：
黄登春
指导教师：
郭培培讲师
系别：
机械设计制造及其自动化
2012年6月
摘要
轴是机械设计中应用最为广泛的零件之一，在常规的设计中普遍存在强度、刚度计算过程繁琐，容易出错，且一旦校核不通过，还要重新开始结构设计，重新校核强度、刚度；忽视精度设计，设计者往往不查什么依据，只大约标注，或完全照搬图上的精度，这就很难保证产品的质量和经济性；在轴的设计中．计算和绘图是并行的，这就需要不断地修改图形，过程麻烦，工作量大。
因此设计轴类零件的一体化设计系统，以适应设计的发展趋势，提高机械设计的效率。
本设计旨在开发一个轴类零件一体化辅助设计系统，以Access为底层数据库，采用VisualBasic.NET编程语言，通过在可视化人机界面输入关键设计参数完成轴类零件的Pro/E三维模型的快速生成及修改工作；并可在此设计系统下完成阶梯轴上各段的精度设计，最后实现智能标注。
由此只要设计者根据软件提示操作，输入相应的参数，就能使轴的设计、校核化繁为简，完成繁琐的设计计算过程，加快实体模型的生成，提高轴类零件的准确度，减少设计时间，具有一定的实际指导意义。
关键词：
一体化；VB.NET；Pro/E；精度设计
ABSTRACT
Mechanicaldesignofshaftisthemostwidelyusedoneoftheparts,intheconventionaldesignofwidespreadstrength,stiffnesscalculationprocessistedious,error-prone,andonceagainbegantocheckisnotpassed,structuredesign,tochecktheintensity,rigidity;neglectofprecisiondesign,thedesignisoftennotwhatbasis,onlyabouttheannotation,ortotallycopymapaccuracy,itisverydifficulttoensurethequalityofproductsandtheeconomy;inthedesignofshafts.Thecalculationanddrawingareparallel,theneedtoconstantlymodifythegraphics,theprocessoftrouble,workloadisbig.Thereforethedesignofshaftpartsoftheintegrateddesignsystem,inordertoadapttothedesigntrendofdevelopment,improvetheefficiencyofmechanicaldesign.
Thisdesignaimstodevelopanintegratedaideddesignsystemofshaftparts,takingAccessastheunderlyingdatabase,usingVisualBasic.NETprogramminglanguage,thevisualizationinterfaceinputkeydesignparametersofshaftpartsofPro/Ethree-dimensionalmodelofrapidgenerationandmodificationwork;andinthisdesignsystemtocompletethesteppedshaftsectionprecisiondesign,finallyrealizestheintelligentdimension.Aslongasthedesigneraccordingtothesoftwareprompts,correspondingtotheinputparameters,canmaketheshaftdesign,checkingchangenumerousforbrief,completetediousdesigncalculationprocess,acceleratetheentitymodelgeneration,improvetheaccuracyofshaftparts,reducethedesigntime,ithascertainpracticalsignificance.
Keywords:
Integration;VB.NET;Pro/E;Precisiondesign
1绪论1
1.1系统开发背景及意义1
1.2研究内容2
2系统总体方案设计3
2.1系统分析和规划3
2.1.1系统分析3
2.1.2系统规划4
2.2开发工具简介5
2.2.1VisualBasic.NET主要优势与特性5
2.2.2MicrosoftOfficeAccess的主要功能特点6
2.2.3Pro/E的VBAPI二次开发技术7
2.2.4AutoCADActiveX/VBA的二次开发技术7
3系统开发过程9
3.1轴的参数化辅助设计9
3.1.1登陆界面9
3.1.2轴类型选择10
3.1.3轴的设计准则及校核计算10
3.2轴的三维模型的输出18
3.2.1Pro/E参数化设计18
3.3.2VB.NET与Pro/E的链接19
3.3轴的精度设计28
3.3.1轴的精度设计概述28
3.3.2数据库的设计29
3.3.3使用ADO.NET控件连接Access数据库29
3.3.4精度设计界面设计31
3.3.5自动标注32
4软件的功能展示及系统集成35
4.1软件的功能展示35
4.2系统集成39
结论40
参考文献41
附录42
致谢56
1绪论
1.1系统开发背景及意义
随着科技的高速发展，要求人们的工作效率也要不断提高，但在机械设计的过程中，一些常用零件的设计变得很复杂，工作量也越来越大，因此我们需要一种快速、简洁的设计方法来代替过去陈旧的设计方法，来减轻设计负担。
计算机辅助设计的广泛应用以及计算机硬件和软件技术的迅速提高，为参数化设计提供了一个良好的基础。
CAD技术发展到今天，经历了两次技术革命。
第一次革命是20世纪90年代三维CAD软件的推广，国内普遍使用的是AutoCAD软件。
它实现了我国企业提出的“甩掉绘图板”的目标，解决了使用图板的种种弊端，但利用AutoCAD一旦建立图形，要想改变图形大小，即使结构相似也只能对图形进行重新编辑。
而在工程设计中，新产品设计时不可避免地需要多次反复修改，需要不断进行零件结构和尺寸的综合协调、优化。
虽然比较成熟的二维CAD系统增加了参数化绘图功能，但在实际使用中需要编写程序，使得二维CAD系统下实现参数化设计比较困难。
另一次革命是大量三维软件的崛起。
三维CAD技术不仅能够参数化构建三维实体模型，而且能够利用设计的三维实体模型进行模拟装配、机构分析、动态干涉检查、动力学分析和有限元应力分析等，还可以采用CAM系统，运用CAD/CAM系统一体化技术，，省去输出图纸的过程通过数据转换直接驱动加工中心等设备完成生产加工过程，不需要传统意义的图纸。
其中最有代表性的软件是Pro/Engineer。
在机械零件设计中，Pro/Engineer软件采用基于约束的参数化，以全新的思维和方式支持产品的设计、修改和变形，通过约束参数的修改，能方便的创建一系列功能和形状相似的设计模型。
本设计主要以VBAPI为开发工具，使用VB.NET语言作为编程语言进行参数化模型库的设计开发，最终快速、精确地生成所需三维模型，提高设计效率。
轴是组成机器的重要零件之一，它主要用来支承轴上的回转零件（如齿轮，带轮等）使其具有确定的位置，并传递运动和动力。
用传统的方法对轴进行设计，由于计算繁琐，设计效率低，且易出错。
采用现代设计方法可彻底改变过去依靠手工计算和绘图时的效率低、易出错等局面,使轴零件设计人员借助计算机及相应软件可迅速、高效、准确地进行设计方案的确定、比较、分析和绘图；为生产企业以高技术、高质量、低成本占领市场提供技术保障。
轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。
明确的说就是轴径轴的设计与校核。
设计结果直接驱动Pro/E生成完整的三维实体模型。
轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。
以齿轮油泵中使用的一根轴为例，先只确立轴的结构形式，并不确定轴的尺寸参数，完成建模，然后通过运行二次开发程序，系统通过人机交互的方法来控制轴的尺寸参数，实现模型的重新生成，完成轴的二次开发，能迅速地对不同参数的轴进行建模，极大地提高工效。
对轴形状特征进行参数化处理时，可采用参数代替形状特征的几何尺寸，它包括独立参数和关联参数。
独立参数需要根据具体设计情况赋值，关联参数不需要赋值，它与独立参数间保持特定的关系，当独立参数发生变化时，关联参数随之发生变化（如键槽尺寸随轴径的变化而变化）。
最后通过与CAD的链接，实现二维轴零件的精度设计，如与齿轮、滚动轴承、平键的互换设计等，并实现智能标注。
本软件旨在辅助设计者完成繁琐的计算过程，化繁为简，减少设计时间优化产业构成。
1.2研究内容
设计内容规划：
1.在VB.NET的编程界面设计规划一个程序界面,包括界面的背景、菜单样式，工具栏、状态栏、查询系统的链接方式。
2.用MicrosoftofficeAccess制作一个包含轴结构设计和精度设计基本参数数据库用来通过Microsoftvisualstudio2005对MicrosoftofficeAccess数据库的查询和更新。
3.用VB.NET开发轴的结构设计计算系统，能够通过使用者的选择或者输入的数据进行轴的设计及强度计算和校验，来验证该轴是否满足要求。
4.建立VB.NET与Pro/E和CAD的链接，通过更改设计参数在原轴模型基础上生成相应的设计者所需的轴模型，并绘制CAD二维图，进行精度设计。
5.借助VB.NET、MicrosoftofficeAccess、Pro/E、AutoCAD等软件将以上几部分结合起来实现一个具有以查询、设计为主的应用程序。
2系统方案设计
2.1系统分析和规划
2.1.1系统分析
由于轴类零件相似程度高，实现了模数系列化在研究开发轴类零件计算机辅助设计系统时能提供更多的方便。
为此，本系统将要设计完成以下主要功能:
1、输入的轴的基本参数。
2、进行相应的强度校核。
3、以校核结果为依据，输出轴的三维模型
4、输出二维图形，实现智能标注
综合系统功能要求，分析系统设计流程如下图2-1：
图2-1
2.1.2系统规划
根据课题的要求和设计准则选择VisualBasic.NET为设计工具，考虑到与其链接的操作可行性和简便性采用MicrosoftOfficeAccess2007作为数据库设计工具，本系统是在VisualBasic.NET和MicrosoftOfficeAccess2007共同建的平台上对Pro/E和AutoCAD进行二次开发，实现轴类零件的一体化辅助设计功能。
为了实现上述主要功能，轴类一体化辅助设计系统主要由几个子模块组成。
他们分别为轴参数化设计系统，精度设计系统和查询系统。
在此以传动轴设计为例，简要的介绍本系统的几个模块。
1、登陆界面和主界面
作为一个使用的应用小程序，一个灵动、绚丽的登陆界面是吸引使用者眼球的最佳利器，而实现这一要求的就是具有丰富内容和美观而又不空洞的动画效果给人一种焕然一新的感觉，在还没有使用就会感到心情舒畅，给人一个好印象。
简约的主界面上合理的安排了那些繁杂而又令人眼花缭乱的参数，使得主界面上所需的参数按照功能的不同和计算的需要进行分类，通过控件属性中的可视性来设计、统筹参数布局，结果的输出清晰、明了，并且在计算结束后输出设计结果，以及设计过程中的数据运算过程，方便使用者进行设计的完善和修改。
2、设计参数的选择系统
根据设计要求，把需要设计的基本参数如轴的转速、轴的材料以及轴所传递的功率等信息通过输入相应窗体界面以后，系统将这些信息保存并计算出下一步设计时所需的部分参数。
对于一些有标准数据建立完整的标准数据下拉列表，为方便程序调试和使用对这些参数进行初始化。
轴设计需要根据轴在机械中的安装位置及形式；轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及轴的连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。
由于影响轴的结构因素较多，且其结构又要随着具体情况的不同而异，所以没有标准的结构形式。
我们只需输入轴的各段轴长、轴径及键槽的位置尺寸。
由于键是标准件，键槽的尺寸由键决定的。
设计者只需输入轴径即可查询出键槽的具体参数。
3、根据设计结果直接输出轴的Pro/E三维模型
VB.NET链接Pro/E后，在VB.NET界面中输入轴的参数，根据输入的参数的校核结果输出轴的二维模型。
在这里我们需要研究VB.NET与Pro/E的接口技术，这也是设计的难点。
4、输出二维图并进行精度设计
开发出辅助精度设计的界面，根据界面选择或输入相应的参数并结合相关公差数据库实现轴上的形位公差，表面粗糙度和尺寸公差的查询。
然后链接接VB.NET与AutoCAD,对轴进行智能标注。
2.2开发工具简介
2.2.1VisualBasic.NET主要优势与特性
VisualBasic.NET是从VisualBasic语言演变而来，是一种为高效地生成类型安全和面向对象的应用程序而设计的语言。
VisualBasic允许开发人员开发面向Windows、Web和移动设备的程序。
与所有面向Microsoft.NETFramework语言一样，使用VisualBasic编写的程序都具有安全性和语言互操作性方面优点。
VB.net常被人称为VB7.0，即对VB6.0的升级是不对的，几乎在.NET中思想已经完全改变，VB6中是基于事件和对象的思想，而在.NET中由于使用了.NET框架，面对对象在.NET中尤为突出，VB6.0中过程思想还能运用，但在.NET中过程思想已完全被OOP思想取代。
具有以下优势：
（1）.代码托管。
被托管的代码享受.NETFramework提供的安全保障和垃圾回收机制，但是这也同时表明，你的程序被框在Framework里面了。
API变得不太方便。
（2）.强大的面向对象特性。
现在VB7已经是一个完全的面向对象程序。
现在VB7已经支持类的各种特性：
继承，函数的覆盖，重载，虚拟，隐藏……
（3）.功能强大，程序界面更标准。
（4）.程序代码结构化更强，开发环境舒适体贴。
VB.NET是基于.NET框架的完全对向对象的编程语言，而VB6.0只是半面向对象的编程环境，使用VB.NET可以编制出功能更加强大的Windows程序。
现在，我们把VB.NET和VB6.0做一下比较，看看VB.NET对比VB6.0有着什么样的特性。
（1）.在VB6.0中，创建对象的时候，需要等这个对象创建完毕后，再另外调用一个独立的方法对其进行初始化。
在VB.NET中，可以利用构造函数为对象赋初值，这样就不需要进行烦琐的调用赋初值了。
构造函数的使用，简化了编码的过程和出错的机会。
（2）.VB.NET编写线程的能力比VB6.0有很大的增强。
（3）.在VB6.0中，需要首先声明一个变量，然后才能对其赋值，这样就需要写两行代码。
在VB.NET中，可以使用初始化函数将这两个步骤合并在一行代码中完成，这个似乎微小的改进，提供了更少、更简单、更易于维护的代码。
（4）.VB.NET基于.NET框架，开发者可以快速的可视化开发网络应用程序、网络服务、Windows应用程序和服务器端组件。
（5）.因为VB.NET是基于.NET框架的，可以与其它.NET语言协同工作。
（6）.在VB.NET中，通过Web窗体及ADO.NET，开发者可以快速开发可扩展的Web站点。
如果你能进一步学习VB.NET,你会发现更多的新特性和优点
2.2.2MicrosoftOfficeAccess的主要功能特点
Access是目前最流行的、功能强大的桌面数据库管理系统之一。
本课题用到的Access2007版本。
它是微软公司推出的办公自动化套装软件Office2007中的一个重要组件——关系数据库管理系统软件，主要进行数据库创建和修改，为数据库管理提供了简单易用而又功能强大的平台。
它结合了MicrosoftJetDatabaseEngine和图形用户界面两项特点，同时它是一个开放式的数据库管理系统，它不仅能与Office套装办公软件进行数据资源共享，还可以与其他应用程序共享，例如和本课题所用到的VB.Net。
Access能够存取Access/Jet、MicrosoftSQLServer、Oracle（甲骨文软件公司），或者任何ODBC兼容数据库内的资料。
熟练的软件设计师和资料分析师利用它来开发应用软件，而一些不熟练的程序员和非程序员的"进阶用户"则能使用它来开发简单的应用软件。
虽然它支援部份面向对象（OO）技术，但是未能成为一种完整的面向对象开发工具。
它的主要特点是：
（1）存储方式单一：
Access管理的对象有表、查询、窗体、报表、页、宏和模块，以上对象都存放在后缀为（.mdb）的数据库文件种，便于用户的操作和管理。
（2）面向对象：
Access是一个面向对象的开发工具，利用面向对象的方式将数据库系统中的各种功能对象化，将数据库管理的各种功能封装在各类对象中。
它将一个应用系统当作是由一系列对象组成的，对每个对象它都定义一组方法和属性，以定义该对象的行为和外国，用户还可以按需要给对象扩展方法和属性。
通过对象的方法、属性完成数据库的操作和管理，极大地简化了用户的开发工作。
同时，这种基于面向对象的开发方式，使得开发应用程序更为简便。
（3）界面友好、易操作：
Access是一个可视化工具，是风格与Windows完全一样，用户想要生成对象并应用，只要使用鼠标进行拖放即可，非常直观方便。
系统还提供了表生成器、查询生成器、报表设计器以及数据库向导、表向导、查询向导、窗体向导、报表向导等工具，使得操作简便，容易使用和掌握。
（4）集成环境、处理多种数据信息：
Access基于Windows操作系统下的集成开发环境，该环境集成了各种向导和生成器工具，极大地提高了开发人员的工作效率，使得建立数据库、创建表、设计用户界面、设计数据查询、报表打印等可以方便有序地进行。
（5）Access支持ODBC（开发数据库互连，OpenDataBaseConnectivity），利用Access强大的DDE（动态数据交换）和OLE（对象的联接和嵌入）特性，可以在一个数据表中嵌入位图、声音、Excel表格、Word文档，还可以建立动态的数据库报表和窗体等。
Access还可以将程序应用于网络，并与网络上的动态数据相联接。
利用数据库访问页对象生成HTML文件，轻松构建Internet/Intranet的应用。
2.2.3Pro/E的VBAPI二次开发技术
Pro/E是当今工程应用中最普遍使用的软件之一,许多企业用它来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真和数字化制造等,数字化建立三维模型是最为基础的应用.在建模过程中,经常要遇到各种标准件或企业内部需要的一些常用模型,需要花费一定的时间去完成此类模型.鉴于此,用户可以建立自己的标准件库或模型库,需要时,只需输入参数即可完成模型的建立。
传统模式的Pro/E二次开发多是采用Pro/toolkit进行的,因为Pro/toolkit以C语言为依托,向用户提供了大量针对Pro/E底层资源调用的库函数和头文件。
通过调用这些底层函数,外部应用程序可以方便安全地访问Pro/E的数据库及内部应用函数,从而方便地建立面向特定产品的专用CAD系统。
然而使用Pro/toolkit进行二次开发需要精通C语言的语法规则而且大量指针的使用常会使人摸不着头脑,对于不了解C语言而精通VB语言的人可以使用AutomationGATEWAY工具对Pro/E进行二次开发,AutomationGATEWAY是Rand公司开发的针对Pro/E的二次开发工具,与Pro/E自带的二次开发工具Pro/toolkit相比,具有简单易用的特点,但由于AutomationGATEWAY是第三方软件,只能访问部分Pro/E的数据库及内部应用函数,故其功能受到了很大的限制。
一种更好的方式是使用VBAPI工具,VBAPI是Pro/Ewildfire4.0中为满足用户使用VB进行二次开发的需求而增加的一种新的开发工具,用户可以直接使用这一工具采用VB语言编写应用程序而不需借助第三方工具.与Pro/toolkit相比,VBAPI的开发模式只能是异步模式,即应用程序可以独立于Pro/E启动,启动后再启动Pro/E或连接到Pro/E的一个进程中。
该异步模式又可分为两种方法,简单异步模式与完全异步模式。
二者之间的区别在于,简单异步模式不处理来自Pro/E的请求,应用程序中没有用于处理Pro/E事件的listener,而在完全异步模式时,应用程序中有处理Pro/E事件的listener方法,因此完全异步模式可以用使用起来更易于理解和掌握而且层次性更强。
2.2.4AutoCADActiveX/VBA的二次开发技术
AutoCAD是目前全球使用最广泛的一种工程图形设计软件。
它强大的生命力不仅在于其完善的绘图功能、良好的用户界面，而且还在于它具有开放式的结构体系和众多的系列化产品，并为用户提供多种二次开发的工具和方法。
ActiveAutomation是微软公司推出的一个技术标准，该技术是OLE技术的进一步扩展，其作用是在Windows系统的统一管理下协调不同的应用程序，允许应用程序之间相互控制、相互调用。
目前，ActiveXAutomation技术已经在Internet、Office系列办公软件的开发中得到了广泛的应用。
AutoCAD作为一种具有高度开放结构的CAD平台软件，它提供了强大的二次开发环境。
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