（机械设计及理论专业论文）基于vbnet多平台直齿及锥齿轮cad系统开发研究.pdf

y 7 7 8 7 3 8 基于v b n e t 多平台直齿及锥齿轮c a d 系统开发研究 帆械设计及理论专业 研究生方志高指导教师郑忠俊 摘要 制造业信息化的发展促使许多企业建立起了相应的c a d c m 软件环境平台， 并应用c a d c a m 软件迸行产品的设计、分析、加工仿真与制造，取得了显著的 效果。但随着开发的平台越来越多，各平台之间的资源共享、系统的集成问题 也越来越突出。因此，既能充分利用以前开发的实用系统和丰富应用程序资源， 又能根据开发人员所熟悉的开发平台，如何快速开发实用j 奇c 翁系统是很有意义 的。 本论文在认真分析黜d 技术的基础上，应用n 髓平台开发技术、数据库技 术、有限元技术，以宜齿及锥齿为例详细介绍了运用怕n e t 语言工具为主的多 平台e a d 开发技术的开发过程、实现方法以及些关键技术。该系统能方凄的 进行齿坯设计、强度校核、公差查询、设计报告编辑与打印以及自动绘图功能， 并具有良好的扩展能力。论文在理论和实践中的主要成果和特色如下： ( i ) 从当今驻d 开发按术秘开发工其出发，通过了对，n e ，平台的研究，提 出了基于n e 下平台的二次开发可行性，并运用v b n e t 语言开发a u t o c a 蚤基本绘 图功能模块。 ( 2 ) 针对当前软件开发技术的特征，论述了面向对象技术、c o 技术以及数 据库相关技术在c a d 软件开发中的应用，并对m o 、a d o 、a 0 0 n e t 以及数据绑 定相关技术的开发和应用一沼了深入的研究。 ( 3 ) 介绍了有限元分析原理和网格划分原则，运用有艰元技术结合a n s y s 二7 文开发语言a 期l ，设计了基予参数化技术的齿轮网格划分系统。在此之间。 探讨了渐开线及过渡曲线生成技术。 ( 4 ) 通过齿轮设计理论分析，提出了系统c a d 总体设计方案和基本结构，并 在具体实现过程中秉交了面向对象的程序设计思想模块讫竣谤理念以及参数 化设计技术，使程序的整体结构清晰，还可以不断丰富其内容。 ( 5 ) 为了增强c a d 系统功能，探讨了结合v b n e t 的a n s y s 网格划分二次开 发技术和a u t o c a d 三维建模的二次开发技术，并运用模块化技术在系统上完成 了有限元网格划分模块和齿轮加工动态仿真模块的集成。 本论文通过对c a d 开发技术的研究，提出一些合理的方法，在c a d 软件开 发中具有一定的借鉴价值。此外，经对软件的反复使用，用不同数据进行测试， 说明该系统使用方便、界面友好、运行可靠，在生产实际中具有一些实用价值。 关键词：n e t ；c a d ；锥齿轮；参数化设计；有限元分析 i i r e s e a r c ho i lt h ed e v e l o p m e n to fm u l t i p l a t f o r ms t r a i g h tg e a ra n d a n g l eg e a rc a ds y s t e mb a s e d o nv b n e t m a j o r ：m e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r y p o s t g r a d u a t e ：f a n gz h i g a oa d v i s o r ：z h e n gz h o n g j u n a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ni m p e l sm a n yc o r p o r a t i o n s e s t a b l i s h i n gc o r r e s p o n d i n gc o m p u t e ra i d e dd e s i g n c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r e s o f t w a r ec o n d i t i o n ，a n de v i d e n te f f e c ti sa c h i e v e db ya p p l y i n gt h ec a d c a m s o f t w a r et od e s i g n ，a n a l y z e ，p r o c e s s ，s i m u l a t ea n dm a n u f a c t u r et h ep r o d u c t b e c a u s e t h ed e v e l o p i n g p l a t f o r m sa r em o r ea n dm o r e ，t h ep r o b l e m so fr e s o u r c es h a r i n gb e t w e e n d i f f e r e n tp l a t f o r m sa n do fs y s t e mi n t e g r a t i o nb e c o m em o r ea n dm o r ep r o m i n e n t + s o ， i i sv e r yi m p o r t a n tt of a s td e v e l o pa p p i i e dc a ds y s t e m sw i t hm a k i n g “s eo fb o t h t h eu t i l i t ys y s t e mf o r m e r l yd e v e l o p e da n d t h ep l a t f o r m sf a m i l i a r i z e dw i t hb y d e v e l o p e r s a c c o r d i n gt oa n a l y s i sd a t u mo fm o d e r nc a da n da p p l y i n gd e v e l o p i n gt e c h n o l o g y o f n e tp l a t f o r m ，d a t a b a s et e c h n o l o g ya n df e at e c h n o l o g y ，t h ed e v e l o p i n gp r o c e s s ， i m p l e m e n t i n gm e t h o d sa n dk e yt e c h n o l o g yo fm u l t i p l a t f o r mc a dt e c h n o l o g yi nm h i c h v b n e ti st h em a i nt o o lsa r ei n t r o d u c e di nd e t a i lb yt a k i n ge x a m p l ef o rt h es t r a i g h t g e a ra n da n g l eg e a rc a ds y s t e m g e a rb i a n kd e s i g n ，i n t e n s i t yc h e c k ，t o l e r a n c e i n q a i r y ，d e s i g nr e p o r t se d j ta n dp r i n ta n da u t o m a t i cd r a f t i n gc a nb er e a l i z e di n t h i ss y s t e m a n dt h es y s t e mc a db ee a s yt oe x p a n d 。t h ep r i m a r ya c h i e v e m e n ta n d f e a t u r eo ft h i sp a p e ri nt h e o r ya n dp r a c t i c ei sa sf o l l o w s ： ( 1 ) f o rt h ec u r r e n tc a dt e c h n e l o g ya n dt h ed e v e l o p m e n tt o e s t h ep o s y i b i l i t y o fd e v e l o p i n gc a ds y s t e m sb a s e de n 。n e tp l a t f o r mh a sb e e np u tf o r a r da n dt h eb a s i c f u n c t i o nd r a w i n gm o d u l e sa r ed e v e l o p e db yv b n e tl a n g u a g ei na u t o c a d ( 2 ) a i m i n ga tt h ef e a t u r eo ft h ec u r r e n ts o f t w a r ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y t h e a p p li e a t i o no ft h eo b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g y ，c o ma n dd a t a b a s et e c h n o l o g yt oc a d d e v e l o p m e n th a sb e e nd i s e u s s e d b e s i d e s t h ed e v e l o p m e n ta n da g o l i c a t i o no f 0 a d o ，a d o ，n e ta n dd a t ab i n d i n gh a v eb e e nt h o r o u g h l yr e s e a r c h e di nt h i sp a p e r ( 3 ) t h ep r i n c i p l eo ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sa n dt h em e t h o d so ff i n i t ee l e m e n t f i i m e s hd i v i d i n gh a v eb e e ni n t r o d u c e d m a k i n gu s eo ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sa n da p d l l a n g u a g e ，p a r a m e t e r i z e dd e s i g nm e s h i n gs y s t e mo fi n v o l u t eg e a rh a sb e e nd e s i g n e d i na d d i t i o n ，t h em e t h o d f o rc a l c a l a t i e no ft e e t hp r o f i l eo fi n v a l u t ec a r v eg e a r h a sb e e nd i s c u s s e d ( 4 ) a c c o r d i n gt ot h e o r e t i c a la n a l y s i so ft h es t r a i g h tg e a ra n da n g l eg e a r ，t h e t o t a ld e s i g np r o j e c ta n dt h eb a s i cs t r u c t u r e so fc a ds y s t e mh a v eb e e np u tf o r w a r d d u r i n gt h ep r o c e s so fp r o g r a md e s i g n ，t h ew h o l ep r o g r a ms t r u c t u r ei sc l e a ra n di s e a s yt oe n r i c hf o rt h eo b j e c t o r i e n t e dp r o g r a m m i n gi d e a s ，t h em o d u l a r i z a t i o na n d p a r a m e t e r i z e dd e s i g nt e c h n o l o g y ( 5 ) i no r d e rt os t r e n g t h e nt h ef u n c t i o no ft h ec a ds y s t e m t h ea d v a n c e d d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yo ff i n i t ee l e m e n tm e s h i n gi na n s y sa n do ft h r e e d i m e n s i o n a l m o d e l i n gi na u t o c a dw i t hv b n e th a v eb e e nr e s e a r c h e d m a k i n gr i s eo fm o d u l a r i z a t i o n t e c h n o l o g y ，t h ef i n i t ee l e m e n tm e s h i n gm o d u l ea n dt h es i m u l a t i o no fg e a rm a c h i n i n g m o d u l eh a v eb e e ni n t e g r a t e di nt h ec a ds y s t e m t h ed e v e l o p i n gt e c h n o l o g yo fc a ba r ed e e p l yr e s e a r c h e da n daf e wo fr e a s o n a b l e m e t h o d sa r eb r o u g h tf o r w a r di nt h i sp a p e rw h i c ha r ev e r yu s e f u li nd e v e l o p m e n to f c a ds o f t w a r e t h es o f t w a r ei su s e dt i m ea n da g a i nb yd i f f e r e n tp a r a m e t e r s ，u n d e r t h ea b o v ef o u n d a t i o n ，t h es y s t e mh a saf r i e n d l yi n t e r f a c e ，s i m p l yo p e r a t i o nw a y ， p o w e r f u lf u n c t i o na n dr u n ss a f e l y ，r e a l i z e sp a r a m e t r i cd e s i g na n dp a r a m e t r i c d r a w i n gf o r mp r i m a ld a t at od r a w s oi th a st h ep r a c t i c a lv a l u ei nt h ep r o d u c t i o n k e yw o r d s ：n e t ：c a d ： a n g l eg e a r ：p a r a m e t r i cd e s i g n ； f f a v 四川大学硕士学位论文 1 绪论 随着人类工业文明的不断进步，制造业已成为匡l 家经济和综合国力的基础， 它一方面直接创造价值，成为社会财富的主要创造手段和国民经济收入的重要 来源：另一方面，它为国民经济各部门，以及国防和科学技术的进步与发展提 供的手段和装备。据报道，美国约6 0 的财富来源于制造业，日本约5 0 的国民 生产总值由制造业创造的。我国制造业产值占g d p 的比重也已达到了3 8 以上。 在物质丰富、科学技术高度发展和人类已进入信息时代，制造业有着无可替代 的作用。 因此，国际社会对人类赖以生存的资源和环境的高度重视都促使世界各国 更加重视制造业的社会地位，重新估计其价值和地位，重视审视其生产方式， 对制造业提出了更高的要求和更加严厉的制约。其计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 技术的出现是产品和工程设计与制造业的次革命性 的改变，它可以帮助企业适应飞速变化的技术环境和市场环境的要求，使企业 能够在很短的时间内完成高质量、高性能产品的开发、设计、制造和销售过程， 从而提高自己的市场竞争能力。 1 1c a d 技术的发展与趋势 1 1 1c a d 技术的概念 c a d 是利用计算机强大而又快速的数据处理功能和丰富而又灵活的图文处 理功能，帮助设计人员完成整个产品的设计过程，提高工作效率和质量。产品 设计过程是指从接受产品的功能定义开始，到设计完成产品的材料信息、结构 形状、精度要求和技术要求等，并且最终以零件图、装配图形式作为可见媒体 表现出来的过程“，。 广义c a d 包括设计和分析两个方面。设计是指构造零件的几何形状、选择 零件的材料，以保证整个设计的统一性而对零件提出的功能要求和技术要求等。 分析是指运用数学建模技术，如有限元、优化设计技术等，从理论上对产品性 能进行模拟、分析和测试，以保证产品设计的可靠性。1 。总之，一个好的计算机 辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析 计算能力，即要找到人和计算机的最佳结合点“1 。 四川大学硕士学位论文 1 1 2c a d 技术的发展现状 c a d 作为- - f 学科始于6 0 年代初，一直到8 0 年代，由于受到计算机技术的 限制，c a d 技术的发展很缓慢，进入9 0 年代以来，计算机技术突飞猛进，特别 是微机和工作站的发展和普及，再加上功能强大的外围设备，如大型图形显示 器、绘图仪、激光打印机的问世，极大地推动了c a d 技术的发展，c a d 技术已进 入实用化阶段，广泛服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织等产品的总体设计、 造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节0 1 。 在这3 0 年期间，c a d 经历了从计算机辅助绘图、计算机辅助计算分析，发 展到参数化设计、变量设计、特征建模和设计。与此对应的，编程思想也由面 向过程发展到面向对象。从而使用c a d 由支持纯几何设计扩展到非纯几何设计， 进而发展到基于知识和人工智能的设计。 1 ，1 3c a d 技术的发展趋势 2 1 世纪制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追 求的目标是提高产品质量及生产效率，缩短设计周期及制造周期，降低生产成 本最大限度地提高制造业的应变能力，满足用户需求。c a d 技术的发展趋势具 体表现出以下几个方面。 ( 1 ) 标准化技术 c a d 系统可建立标准零件数据库，非标准零件数据库和机械零部件参数数据 库。标准零件库中的零件在c a d 设计中可以随时调用，并采用成组技术生产。 非标准零件库中存放的零件，虽然与设计所需结构不尽相同，但利用系统自身 的建模技术可以方便地进行修改，从而加快设计过程，典型机械零部件结构库 是在参数化设计的基础上实现的，按用户要求对相似机械零部件结构进行修改， 即可生成所需要的结构“3 。 ( 2 ) 集成化技术 当前，制造业正向全面信息化方向迈进，其新的发展趋势主要表现为柔性制 造系统、计算机集成制造系统的开发与推广应用。在这一过程中将实现产业的 信息化、软件化、高附加值化”3 。c a d 系统的集成就是要建立一种新的设计、生 产以及技术管理的一体化，主要体现在信息集成、智能集成、串并行工作机制 集成及人员集成，以便适合未来制造系统的需求。 ( 3 ) 智能化技术 2 四川大学硕士学位论文 应用人工智能技术实现产品生命周期( 包括产品设计、制造、使用) 各个环 节的智能化，实现生产过程( 包括组织、管理、计划、调度、控制等) 各个环节 的智能化，也要实现人与系统的融合及入在其中智能的充分发挥4 1 。例如在工程 设计中有一部分工作是非计算性的，需要推理和判断，其中包括设计过程内容 的过程决策和具体设计的技术决策。因此，设计效率和质量在较大程度上取决 于设计师的实践经验、创造性思维和工作的责任心。采用专家系统可以指导设 计师下步该做什么，当前存在问题，建议问题的解决途径和推荐解决方案， 或者模拟人的智慧，根据出现的问题提出合理的解决方案。采用专家系统, - 2 p a 提高设计质量和效率。智能化c a d 就是将专家系统与c a d 技术融为一体而建立 起来的系统。 ( 4 ) 网络技术的应用 网络技术的发展能有效的解决资源共享、协同设计与制造的c a d 系统集成 问题，它包括硬件与软件的集成实现，各种通讯协议及制造自动化协议，信息 通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。 ( 5 ) 多学科多功能综合产品设计技术 未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识，而且还用到电磁学、 光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求 产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最 佳组合。1 。 ( 6 ) 逆向工程技术的应用 在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或 实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行机械产品 的设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据 进行实物的c a d 几何模型的重新构造，这种过程就是逆向工程( r e v e r s e e n g i n e e r i n g 简称r e ) 。逆向工程能够缩短从设计到制造的周期，是帮助设计者 实现并行工程等现代设计概念的一种强有力的工具，目前在工程上正得到越来 越广泛的应用“”3 。 ( 7 ) 快速成形技术 快速成形制造技术( r a p i dp r o t o t y p i n g m a n u f a c t u r i n g ，简称r p m ) 是基 于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度丝毫无关，尤 四川大学硕士学位论文 其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造 出原型供设计评估、装配校验、功能试验，而且还可以通过形状复制快速经济 遗制造出产品造型，从而避免了传统机械制造的费时、高成本的n c 加工，因而 r p m 技术在机械制造业中日益发挥着重要的作用“”“。 1 2c a d 软件开发 c a d 技术在企业的应用起到了提高设计效率、优化设计方案、减轻技术人员 的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。因此，加大c a d 软件 开发技术的研究力度具有深远意义。 1 ，2 1c a d 软件开发技术 ( 1 ) 参数化设计技术 参数化设计( p a r a m e t r i cd e s i g n ) 是指参数化模型的尺寸用对应的关系描 述，而不需要用明确数值。改变一个参数值，其设计模型将自动改变与之相关 的尺寸。在c a d 系统中的参数化设计使其具有交互式绘图和自动绘图的功能， 它也成为产品建模及组合化系列设计的有效手段。参数与设计对象的控制尺寸 有明显的对应，设计结果的修改受到尺寸驱动，因此也称为参数化尺寸驱动。 目前参数化技术大致有基于几何约束的数学方法、基于几何原理的人工智能方 法和基于特征模型的造型方法。 参数驱动、图形编程是一种新参数化方法，其基本特征是直接对图形数据 库进行操作，建立图形模型，定义图形结构，控制程序流程，因此具有很好交 互性，能够在现有的绘图系统基础上进行二次开发，对三维问题也是同样适用。 特征技术是c a d 技术发展中的一个里程碑1 ，它是在要求进一步提高生产组织 集成化和自动化程序的历史进程中成长起来的。产品模型数据交换标准 ( s t a n d a r df o re x c h a n g eo fp r o d u c tm o d e ld a t a ，简称s t e p 标准) 中将形状 和公差特征等列为产品定义的基本要素，使特征获得了国际标准的法定地位。 从而特征技术解决了计算机辅助几何设计发展到非纯几何设计，进而实现c a d 与c a m ( 计算机辅助制造，c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ) 一体化的关键问题“”。 ( 2 ) 面向对象的设计技术 传统的以结构划分、设计和编程为主的软件虽然能在一定程序上提高软件 开发效率和软件系统的可维护性，但对软件的可再用性、可扩充性以及嵌入其 四川i 大学硕士学位论文 它系统能力方面的提高不大。而面向对象的方法则很容易解决这个问题，它采 用建模观点、采用统一的概念和术语，使得分析、设计和实现一致。 面向对象软件开发方法采用面向对象设计( o b j e c t o r i e n t e dd e s i g n ， 简 称o o d ) 技术进行问题解决方案的设计工作，它将问题的解决方案表述为： 类+ 关联 这种形式中的类包括问题空间类、用户界面类、任务管理类和数据管理类，是 从设计的角度出发对问题解决方案中的对象的抽象和描述，关联则用于描述这 些类和类之间的关系。面向对象方法正是按人们通常的思维方式建立问题模型， 设计尽可能自然地表现求解方法的软件“”“”。与传统的设计方法相比，面向对 象的设计方法利用面向对象分析技术对问题进行了分析描述之后，就可以直接 将其结果用于阀题空间类的设计，即直接将分析所得到的对象、对象与对象之 间的关联确定为类以及类与类之间的关联，这些直接从分析结果得到的类就是 问题空间类。因此，在实际开发过程中，通常是采用迭代方法进行，执行大量 的小步骤开发，每一次开发都进行面向对象分析、面向对象设计和面向对象编 码，这样摆脱了数据格式和过程的束缚。此外，在面向对象设计技术中，可以 利用类的继承特性实现对现有设计类和面向对象程序设计语言系统提供的类的 重用。 ( 3 ) 模块化技术 随着市场迅速的发展，机械产品需要迅速更新以满足各种需求，c a d 软件也 需要不断升级使性能更加完善，引入模块化技术无疑是解决该问题的有效途径 之一。所谓模块就是指产品、自然物中具有特定功能的基本单元( 如组件、零件) ， 它具有标准化、系统化、互换性特点。而模块化设计则是在对一定范围内的不 同功能或相同功能的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分 并设计出一系列功能模块，通过这些模块的选择和组合构成不同的产品，满足 市场的不同需求。模块化技术主要包括两个方面内容：一是模块划分，对复杂 的设计对象按照一定规则进行划分，得到可以单独设计、互相配合、具有独立 作用和系列的模块；二是模块集成，通过对系列化模块的组合集成得到更多系 列的产品m 1 。 模块划分主要有以下几个基本原则“”： 模块应具有独立的功能； 四川大学硕士学位论文 模块的数量和种类应满足所要求的产品布局的需要； 模块在各种系统的产品方案中应具有一定的通用性； 有关联关系的模块应具有对应的接口程序； 可互换的模块应具有相同的功能和接口特征。 ( 4 ) 数据库相关技术 当今市场上几乎所有的c a d c a m 软件都自称是以工程数据库为基础的，而 事实上很多软件是以文件管理为基础的啪1 。相对于以数据库为基础的系统，以 文件管理为基础的c a d c a m 软件存在许多弱点，如：数据冗余度大，占用存贮 空间大，缺乏数据安全保护措施，不利于工程管理、不利于企业全面信息系统 的集成、妨碍信息化建设的进一步发展等。我们可以根据c a d 软件需求采用数 据库相关技术，不仅具有最小的冗余度和最高的数据独立性，还可以便于系统 数据交换与传递和用户共享，如果使用外部数据库进行工程数据的组织，就会 大大简化了应用程序。 1 2 , 2c a d 软件开发的有效途径 国际和国内知名的c a d c a m 软件如p r o e n g i n e e r 、u g 、i - d e a s 、m a s t e r c a m 、 s o l i d e d g e 等都是商品化的通用平台，基本上是覆盖了整个制造行业，但专业针 对性差，基本上不能满足各种各样具体产品的设计与分析需要，在实际工程设 计中难以达到理想效果，几乎不能真正实现灵活高效的特点。因此，引进国外 先进的通用造型软件进行二次开发无疑是一种必要而又有效的手段。二次开发 就是以开放性好的商品化、通用化的c a d 系统为平台，研制开发符合国家标准、 适合企业实际应用的用户化、专业化、集成化软件。“。 a u t o c a d 是一个非常好的通用计算机辅助设计绘图系统，但每一行业和专 业都有自的行业和专业标准，许多单位也有自己的技术规格和企业标准，每个 设计工程师和绘图员更有各自独特的工作方式和习惯。因而a u t o c a d 不可能完 全满足每个用户的具体而特定的要求。以a u t o c a d 为支撵软件运用c a d 软件 开发技术进行定制和二次开发，能使a u t o c a d 可以更加符合用户的需求，更方 便、更规范、更专业的实现设计和绘图中的应用。总的来说，在开放性好的优 秀商用软件上运用c a d 开发技术进行二次开发，是提升c a d 应用水平的重要手 段，开发适用c a d 软件的有效途径。 6 四川大学硕士学位论文 1 3a u t o c a d 及其二次开发的介绍 a u t o c a d 是a u t o d e s k 公司的主导产品。a u t o d e s k 公司是世界第四大p c 软 件公司。目前在c a d c a e c a m 工业领域内，该公司是拥有全球用户量最多的软 件供应商，也是全球规模最大的基于p c 平台的c a d 和动画及可视化软件企业。 a u t o d e s k 公司的软件产品己被广泛地应用于机械设计、建筑设计、影视制作、 视频游戏开发以及w e b 网的数据开发等重大领域。a u t o c a d 是当今最流行的二 维绘图软件，它在二维绘图领域拥有广泛的用户群。a u t o c a d 有强大的二维功能， 如绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能，同时有部 分三维功能。尤其a u t o c a d 提供多种二次开发的工具。在许多实际应用领域( 如 机械、建筑、电子) 中，一些软件开发商在a u t o c a d 的基础上已开发出许多符合 实际应用的软件。“。 1 3 1a u t o l i s p v i s u a ll i s p 开发工具 a u t o l i s p 是最早的二次开发工具，它是嵌入在a u t o c a d 内部，是解释型a p i ， 以解释方式运行，运行速度相对较慢，另外源代码裸露，安全性差。但移植性 最好，一个a u t o l i s p 程序可在所有的a u t o c a d 平台运行，此外使用方便灵活， 学习起来较容易，被广大的工程技人员把掌握。而且从1 9 8 6 年引入a u t o l i s p 以来，全球大量计算机软件开发商和用户已经使用a u t o l i s p 撰写出数以万计的 实用套装系统和应用程序。为了充分利用a u t o l i s p 语言优势， a u t o c a d 自 a u t o c a dr 14 起又提供了一种新的l i s p 编程工具v is u a ll i s p ，它是一种面 向对象的开发环境，是编译型a p i ，与a u t o l i s p 完全兼容，能提供a u t o l i s p 所有的功能，是a u t o l i s p 的扩展和延伸“”1 。 1 3 ，2 a d s 开发工具 它是a u t o c a d 开发系统( a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ) 的简称。a d s 的编程 界面可使用户用c 语言来实现a u t o c a d 的用户化，既可运行第三方开发的a d s 应用程序，也可以编写自己的a d s 应用程序。与a u t o l i s p 相比，a d s 程序的优 越性如下：( 1 ) 具备错综复杂的综合大规模处理能力：( 2 ) 由于是编译开发环境， 可以检查程序设计语言的逻辑错误，且执行速度快；程序源代码的可读性好于 l i s p ：( 3 ) 引入c 高级语言后，a d s 也同样具有面向对象的功能，程序层次分明， 清晰可读从而使软件的可维护性得到提高：( 4 ) 经过良好封装，a d s 的程序代码 许多时候比a u t o l i s p 更简洁：( 5 ) a d s 的程序能够减少程序出错的概率。 四川大学硕士学位论文 但同样c 语言的介入也会产生许多问题。如c 语言比l i s p 语言复杂得多， 难以在短时间内掌握；a d s 程序的隐藏错误会导致a u t o c a d ，乃至操作系统崩溃； 由于是编译运行，不易见到代码的效果；c 语言的a d s 程序一般比a u t o l i s p 程 序的源代码要繁冗。由此可见，a d s 开发者必须先对c c + + 语言编程技术及 a u t o c a d 功能有较深入的了解。随着a u t o c a d 技术的发展，a d s 已经被 o b j e c t a r x 技术所取代。 1 3 _ 3 v b a 开发工具 所谓v b a 就是v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n 的简称。由于它是一个引入 对象的程序设计环境，为用户提供类似v i s u a lb a s i c ( v b ) 语言所拥有的功能， 所以后续潜力无穷。一般浇来v b a 和v b 的主要差异类似a u t o l i s p 和l i s p 间的 差异，即v b a 可以执行存取a u t o c a d 环境的所有资源。此外，v b a 可以整合其他 具用v b a 能力的应用程序，这使a u t o c a d 可以成为其他应用程序( w o r d 或e x c e l ) 的a u t o c a d 控制器。从运作上来看，v b a 通过a u t o c a da c t i v e xa u t o m a t i o n 接 口将信息传送给a u t o c a d 而a u t o c a dv b a 也允许v b a 环境与a u t o c a d 同时执行 并通过a c t i v e xa u t o m a t i o n 接口提供a u t o c a d 程序。如此，a u t o c a d 、a c t i v e x a u t o c a d 与v b a 结合方式，提供极强大的接口，不仅可以操作a u t o c a d 内部对象 件，更可以在其他的应用程序之间传送或接收数据。与a u t o l i s p 相比，v b a 在 进程内运行速度比a u t o l i s p v i s u a l l i s p 应用程序快，更适合于开发用户界面 占主体的应用软件【2 6 j 。 1 3 4o b j e c t a r x 开发工具 o b j e c t a r x 是一种用来开发a u t o c a d 应用程序的编译语言编程环境。它使 用面向对象的c + + 应用程序开发机制，以动态链接库形式和a u t o c a d 运行在相 同的地址空间并且直接操作a u t o c a d 数据结构和代码，可直接访问a u t o c a d 的 图形数据库和图形系统；可以定义类似于a u t o c a d 内置命令的自定义命令；使 用用户可以用m f c 库来创建标准w i n d o w s 风格的图形用户界面；用户还可以根 据扩展的a r x 协议机制动态地扩展a u t o c a d 功能“。此外还可以运用o b j e c t a r x 库和其他a u t o c a d 编程接口( 比如a u t o l i s p 或v b a ) 结合使用，从而可以跨a p i 集成。与其它几种开发工具相比，a r x 应用程序更加高效、更能充分利用a u t o c a d 开发的体系结构。但由于a r x 复杂繁锁，必需掌握v c 语言，所以使用a r x 开发 工具的工程技术人员并不多。 四川大学硕士学位论文 13 5a c t i v e xa u t o m a t i o n 开发工具 a c t i v e xa u t o m a t i o n 是微软公司基于c o m ( 组件对象模型) 体系结构开发 的一项技术，是a u t o c a d 的新编程接口。他提供了我们可以从a u t o c a d 内部或 外部，以程序的方式来定义a u t o c a d 的结构。其方式是开放a u t o c a d 对象给“外 部世界”。开放这些对象后，就可以使用许多不同的程序语言( 如v i s u mb a s i c 、 c + 十、d e l p h i 和j a v a ) 来存取对象。a c t i v e xo b j e c t s ( a c t i v e x 对象模型) 对象 是a c t i v e x 技术的基础，每一个对象就代表a u t o c a d 的一个元素。a u t o c a d 是以 层结构来组织对象的，其顶层对象就是a p p l i e a t i o n ，下面是p r e f e r e n c e s 与 d o c u m e n t 。然后，再透过对p r e f e r e n c e s 对象的操作，我们可以在执行v s a “编 辑视窗”功能后，设定所需要的值。d o c u m e n t 对象包含：m o d e l s p a c e 、 p a p e r s p a c e 、b l o c k s 、l a y e r s 、p l o t 与u t i l i t y 等对象。最底层的对象是点、 线、圆、图块等a u t o c a d 能画出的图形。可见在a u t o c a d 中使用a c t i v e x 接口 具有两个优点，一是更多编程环境可以编程访问a u t o c a d 图形；二是与其他 w i n d o w s 应用程序共享数据变得更加容易。”1 。 1 4 本文研究的背景、意义及主要内容 ( 1 ) 本文研究的背景和意义 一些现成的软件系统往往只是针对某一类问题而设计的，如图形软件 ( a u t o c a d 等) 有很强的图形生成和编辑能力，有限元分析系统( 如a n s y s 等) 擅 长有限元分析计算，数据库管理系统( 如d b a s e 等) 适合于建立和管理数据库， 我们可以利用这些现成的资源，作为二次开发的某些功能模块，使这些不同的 系统间的数据相互交换。来实现一个功能较为完善c a d 系统或c a d c a m 集成系 统， 而个功能完善的c a d 系统可能包括很多独立的模块，如设计计算、图形 处理、数据管理、校核计算、有限元分析、设计优化、数控代码输出等，如何 将这几大部分有效结合起来，即如何实现它们之间数据传输和畅通( 接口技术) ， 这是开发c a d 应用软件解决的问题。解决的办法有多种： 利用所选的基础平台提供的软件接口进行开发： 利用高级语言进行开发； 利用高级语言和利用所选的基础平台提供的软件接口进行开发。 四川大学硕士学位论文 正是基于以上考虑，本课题利用面向对象的编程技术、c o m 技术、数据库相 关技术实现以v b n e t 为主的多平台c a d 系统开发，完成了直齿及锥齿轮c a d 系 统。该系统从齿坯设计、强度校核、设计报告的编辑与打印到参数化绘图等一 系列工作全由计算机完成，此外该系统具有良好的扩展能力，在实际应用中提 高设计效率，具有一定的使用价值和应用前景。通过对本课题的研究，提出一 些研究的c a d 系统开发方法和思路，为c a d 系统开发提供了一些参考价值。 ( 2 ) 本文研究的主要内容 本文就基于v b n e t 的多平台技术开发作深入的研究，并开发出了w i n d o w s 下多平台上的直齿及锥齿轮c a d 系统，主要包括以下几个方面： 参数化的绘图与网格划分； 多平台的集成与模块化技术； 采数据库相关技术，实现数据转换和传递； 在n e t 平台上直齿以及锥齿轮c a d 系统的设计与开发。 四川大学硕士学位论文 2v b n e t 平台上a u t o c a d 二次开发技术 作为一种全新的技术，n e tf r a m e w o r k 是微软的几个开发团队一起努力发 展的成果，最主要用来产生一个可以用来快速开发、部署网站服务及应用程序 的开发平台。它支持下一代的互联网，走过了四年时间的历程，已经被广大开 发人员所接受。我们利用n e t 技术在v i s u a ls t u d i o n e t 平台上快速、高效地 进行a u t o c a d 二次开发。 2 1 关于n e t 及在n e t 上二次开发分析 2 1 1 n e tf r a m e w o r k 体系结构与开发平台 n e t 框架是w i n d o w ss e r v e rs y s t e m 构建、部署与运行w e b 服务与应 用程序的编程模型。该框架托管了大部分深层结构，让开发人员专注于撰写应 用程序的业务逻辑代码。作为分层的、模块化的n e t 框架，它每一层都是一个抽 象层。其中，n e