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    “高效超細破碎機CAD系統”是針對成都科達高新技術有限公司的PGXJ -Ⅱ節能型產品，進行其運動和動力學分析，參數優化和結構優化，并基于AutoCAD和VB平臺進行研制的計算機輔助設計軟件系統。以實現破碎機設計的自動化和智能化，提高破碎機的設計質量和效率，從而開發出高質量的破碎機系列產品。
1、系統功能要求
    在建立系統總體結構之前，必須先對待處理的產品進行調研。經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；人機交互環境友好，使用方便可靠。
    (3)軟件運行環境。超細破碎機CAD系統要求用戶預裝有WINDOWS95/98/2000，或WINDOWSNT4.0以上版本的操作系統，AutoCAD 2000版本繪圖環境和Visual Basic for Application二次開發工具，系統能在此使用環境下正常運行。
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，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。本系統采用漸開線型結構提高了破碎效率。
    (2)后側護板和篩板的設計。后側護板和篩板的設計為恒力調節機構，這樣在錘頭磨損后，可通過調節后側護板和篩板有效控制了出料粒度，提高了錘頭的利用率。
    (3)分流系統的設計。該分流系統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)轉子的設計。縮短了轉子主軸的無效長度，改善了主軸和軸承的受力狀態，延長了軸承使用壽命；增加了轉子的轉動慣量使設備運轉平穩，對減少裝機容量有利。
    (7)錘頭的設計。該系統的錘頭結構經優化設計，有可調節結構，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，對轉子進行了分類設計：轉子直徑∮≤1000mm時，轉子為實心結構；轉子直徑∮≥1000mm時，轉子為輪輻結構。
3 、CAD系統總體結構與開發環境
    超細破碎機CAD系統設計軟件采用VB編程語言開發完成。繪圖軟件除具備上述條件外，還利用AutoCAD 2000繪圖環境和Visual Basic for Application及AutoCAD中的ActiveX技術完成。
    本系統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化計算、工作參數計算、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用方法，各子模塊既可以按順序執行，以相互之間設置的公用變量來完成數據間的交換和傳遞；也可以直接調用其中的任一模塊執行，其初始參數則人為地給定輸入。采用結構化編程，對于程序調試，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，但又彼此聯系，用戶進入破碎機CAD系統后，按提示完成各項操作，各功能模塊間數據傳遞主要通過數據文件聯系。
3.1設計模塊
    (1)破碎機優化設計程序模塊。這個程序模塊主要優化計算錘頭的質量m，轉子的角速度w，轉子繞軸心的轉動慣量，破碎機效率n等參數，可使破碎機有良好的運動特性和破碎效果，采用的優化方法為隨機方向優化法。具23個不等式約束的優化設計，數學模型為
    其中包括根據常規設計及一些經驗數據確定的變量上下限約束、幾何約束，力的要求、能量要求、錘頭穩定性要求、轉子軸和滾動軸承的強度要求等確定的約束條件。
    (2)運動學動態模擬模塊。運動學動態模擬程序模塊是在結構參數設定后，確定破碎機轉子和錘頭的運動軌跡，速度和加速度，動態模擬顯示，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。
    (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開發了參數化自動繪圖模塊，共59個（8個部件模塊，如圖3）。
    反擊錘式破碎機在工業上應用極為廣泛，而它的設計也為成熟的產品設計，屬于變參數型設計。
    基于特征設計技術EFeature Based Design Techn-ologyl是一種面向產品制造全過程的描述信息和信息關系的數字建模方法。參數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動( Dimension driven)。生產中常用于對象的結構形狀比較定型的產品。
    參數設計過程中，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換成參數化圖形。對于系列化、通用化和標準化的定型產品設計所采用的數學模型及產品的結構都是相對固定不變的，所不同的只是產品的結構尺寸有所差別，而結構尺寸的差別是由于相同數目及類型的己知條件在不同規格的產品設計中取不同值而造成的。這類產品可以將己知條件和隨著產品規格而變化的基本參數用相應的變量代替，然后根據這些已知條件和基本參數由計算機自動查詢圖形數據庫，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，如錘頭底長L，孔距L，錘頂弧R．，孔徑D，，錘高H等16個參數，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，可供用戶選擇，并用Label指示所設參數的含義；③賦值，在“確定”按鈕中的過程等16個參數賦值（如不繼續運行，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，以實現錘頭參數化設計。
4、結論
    破碎機CAD系統采用了參數化設計技術，大大提高了設計效率和質量。“高效超細破碎機CAD系統”主要是針對科達公司的破碎機產品而設計開發的。設計人員在使用該系統進行設計時，只需對一些選擇項進行選擇，然后對一些參數進行設置，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量。該系統采用了參數化設計技術，計算機專家系統技術，特征設計技術和參數化造型技術，具有先進性和實用性。該系統的開發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的進一步擴充和完善，可實現產品加工過程的計算機仿真和進一步的性能分析。