毕业设计（论文）开题报告
题 目 圆孔拉刀CAD系统中拉刀工作部分设计模
块、校核模块设计
专 业 名 称 机械设计制造及其自动化
班 级 学 号 08031316
学 生 姓 名 王志强
指 导 教 师 王有远
填 表 日 期 2014 年 4 月 8 日
说 明
开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。
一、选题的依据及意义
随着CAD技术的发展，工程师们已经习惯的二维设计正在被三维设计所取代，这一过程可称为设计方法的一场。拉削是利用多刀齿的拉刀对工件进行切屑加工。拉刀作为一种复杂、高效刀具，被广泛应用于大量生产和一些其它方法难以加工的特型面的生产中。拉刀性能和质量的优劣，将直接影响工作效率、加工精度和表面质量。但是长期以来拉刀的设计与管理仍然采用手工设计和人工管理，造成了大量的重复性劳动，标准化程度低、设计优化性差、周期长、难管理、易混乱，不能够有效的 利用现代科学技术成果。随着计算机技术的发展，将其引入拉刀领域中来解决常规刀具设计所存在的一系列问题具有普遍意义。拉刀作为一种高效、高精度的多齿复杂刀具 ，已被广泛用于各种形状的通孔、槽及简单或复杂形状的外表面的加工。由于拉刀设计时涉及的参数多、计算量大 、齿形设计繁琐，所 以设计周期较长。并且由于拉刀结构复杂 ，制造成本较高 ，如果设计时出现计算失误 ，将会造成很大的经济损失。因此，有必要利用计算机辅助拉刀设计系统 。早期的拉刀C A D 系统 ]，主要研究拉刀设计计算和绘图的自动化。设计时 ，操作者只需输入相应的原始设计参数 ，系统既可在后台完成设计参数计算、图纸 自动生成的整个过程 ，从而可有效缩短设计周期，提高设计精度 ，实现拉刀设计的 自动化。但是由于在拉刀设计计算 中有些参数在一个范围内取值，需凭借设计人员丰富的设计经验与知识，才能得到较为满意的效果，因此这些拉 刀C A D 系统设计出来的拉刀质量并不高。随着人工智能技术和三维建模技术的发展，使得拉刀C A D 系统的智能化、拉刀三维参数化建模 及拉刀 CA D ／C A E／C A M 集成化成为 了目前研究的热点 。
二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）
CAD技术发展至今，己经历了二维绘图、线框模型、自由曲面造型、三维实体造型、特征造型等重要的发展阶段，其间又有参数化、变量化等辅助技术的出现。参数化设计是CAD技术在实际设计应用中被提出来、并得到发展的、有着强大实用价值的技术。 国外在参数化方面的起步比较早，上世纪七十年代末八十年代初美国麻省理工大学的Grossard教授等人就提出了参数化设计的思想。自1946年世界上第一台电子计算机在美国出现后，人们就不断地将计算技术引入机械设计、制造领域。早在20世纪50年代便首次成功研制数控机床，通过数控程序就可以实现对零件的加工，随后，麻省理工学院的伺服机构实验室研究成功用计算机控制数控纸带，实现了NC编程的自动化。在此基础上，人们提出了如下设想:APT程序系统是通过描述刀具轨迹的方法实现计算机辅助数控编程，那么能不能不描述刀具轨迹，而直接描述零件本身，由此产生了CAD的最初概念。
1963年，美国麻省理工学院的工.E.萨瑟兰德(工.E. Sutherland)在他发表的博士论文中提出了二维图形系统SKETCHPAD，提出图形交互的理念。尽管该系统还是较原始的，但这些基本理论和技术至今仍是CAD/CAM技术的基础。
1973年西德阿亨工业大学首次开发 用于 特形 刀具设计 的C D 一1700 系统 以来 ， 美国 、 日本和西 欧一些 国家的主 要工 具厂 相继结台本厂的主导产品，开发 了许多CA D 应用软件．刀具 C A D 技术的教育也进入 了高等学校的课程 ．刀具 C A D 技 术的应 用明显 地提高 了刀 具的设计 效率 ，设 计质 量 以及 复杂大型 刀具设计的一次成功率，并使设计和制造过程能够取得统一的控制信息，实现了c A D ／cA M 一体化 ．直到1987年底PARAMETRIC TECI-INOLOGY公司推出了参数化造型软件PRO/ENGINER后，参数化技术得到了迅猛的发展、并且参数化技术成了新的CAD标志。随后涌现出大量的参数化的商品软件。如麻省理工大学毕业的几位博士创办了Premise公司，吸收了Gossard的理论思想，形成了微机和工作站上的商品软件，称作Design View。之后，CV公司吸收了Design View，形成了CV的系列产品。
国内从上世纪70年代中期开始研究参数化的技术，并且形成了与国外不同的参数化技术，如参数尺寸代码法，辅助线作图法等。但由于CAD技术的普及程度不够，所以在参数化技术研究以及开发商品化软件方面相对滞后于国外。近些年，国家科委和各部委共同实施CAD应用工程项目的推广，推动了参数化技术的发展，各种学术研讨会和技术骨干X101上发表的论文数量急剧增加，出现了一些二次开发和自主版权的参数化软件加高华CAD、开目CAD、机械工程师和纬衡CAD等，但软件的总体水平仍停留在AutoCAD功能上，且缺少三维参数化功能。
20世纪80年代是 CAD/CAM技术迅速发展的时期，超大规模的集成电路的出现，使计算机硬件成本大幅度下降，计算机外围设备已成系列产品，为推进CAD/CAM技术向高水平发展提供了必要的条件。同时相应的软件技术如数据库管。例如计算机辅助工艺规程设计、计算机辅助生产管理、计算机辅助工装设计、发展趋势计算机辅助质量控制等，然而以上作为单项技术，只能带来局部效益，进入20世纪80年代以后，人们在上述计算机辅助技术的基础上，致力于计算机集成制造系统的研究，这是一种总体高效益，高柔性的智能化制造系统。
20世纪90年代以来，微机性能的大幅度提高，微机已具有较强的图形处理，支持多CPU及并行处理的能力，其性能逐步接近工作站，从20世纪80年代后期开始，以I-DEAS, UG, Pro/Engineer等为代表的以工程工作站为平台的CAD/CAM软件纷纷向微机平台移植，而基于微机平台的CAD, CAM软件则不断推出更为优秀的新一代产品如SolidWorks、工nventor, MDT,MasterCAM等。
我国各个高校、机械制造业、研究所目前都竞相在进行CAD参数化设计的研究，并且和数据库相结合来开发本行业的零部件和本企业内的零部件，来提高设计效率、生产效率。提高自身的市场应变能力、抵抗能力、更好的在市场发挥企业的优势，获得更高的经济效益。但各个单位大多考虑自身的实际情况，一般都是进行针对性较强的，应用于某一专项的二次开发。例如Caxa软件只对齿轮进行了开发。部分高校也都对国家标准件进行了开发，但都不是进行完整开发，对尺寸公差标注系统和孔、轴的公差配合也并没有设计开发。虽然机械工程师对AutoCAD进行了全面的、系统的开发，但是由于开发的规模大，成本大，因此其价格也较昂贵，属于行业机密。一般个人企业无法承受使用时所负的经济负担。另外也有许多企事业单位对三维软件进行了二次开发。例如，机械设计手册、Geartrax基于Solidworks进行了二次开发和Pro/E的二次开发。 现在国内CAD技术的应用已经慢慢进入了高级阶段，对CAD二次开发技术也慢慢成熟了，在各个行业中CAD二次开发技术基本上都有了应用实例，能够针对本行产品的特点对CAD进行二次开发，而且还有很多商品化的软件问世。当前AutoCAD的二次开发工具主要有：VisualLisp、VBA、ObjectARX和.NET API等。其中，VisualLisp与VBA较为简单，特别是VBA，使用方便且开发速度较快，但其功能相比ObjectARX有所不足，尤其是对面向对象的功能支持不好。而ObjectARX基于VC平台，在C++的支持下，其功能非常强大，可以很好地运用各种面向对象技术，但其缺点是发开速度比较慢，同时对开发人员的能力要求较高。 现今，传统意义上的CAD系统技术已进入了成熟的发展时期，随着计算机软硬件技术的快速发展，国内外众多机械CAD软件一方面向标准化、集成化的方向发展。另一方面由二维图形软件向三维实体软件转化。与传统的二维设计相比，三维设计更符合人们的思维习惯且可视化程度高，它己成为今后机械设计的主流方向。今后技术的总体发展趋势是不断地向设计、产品、开发和应用的全过程拓展其内涵，在更高的层次上、更广泛的范围内，向智能化与一体化、集成化与并行工程、通用化与标准化以及商品化与实用化等方向发展
目前CAD/CAM技术己不再停留在过去的单一模式、单一功能、单一领域的水平，而向着集成化、智能化、网络化、可视化、并行化、标准化方向发展，为了实现系统的集成，实现资源的共享和产品生产与组织管理的高度自动化，提高产品的竞争能力，需在企业和集团内的CAD/CAM系统之间或各个子系统之间进行统一的数据交换，为此，一些工业先进的国家和国际标准化组织都在从事标准化接口的开发工作，与此同时，面向对象技术，并行工程思想分布式环境技术及人工智能技术的研究，都有利于CAD/CAM技术向高水平发展。
我国CAD/CAM技术的开发及研究是从20世纪70年代初期开始的，通过引进或自主开发，现已初步形成了实用的、功能集成化的CAD/CAM支撑软件。CAD/CAM技术的推广及应用越来越得到、企业领导和工程技术人员的重视和支持，取得了良好的经济效益，重点行业和地区的CAD/CAM典型示范工作己初见成效。据统计，CAD/CAM技术在机械产品
设计制造中的应用，可以使产品设计周期缩短L/3-vl/2，工效提高3-v 5倍，产品设计的一次成功率达90%以上。对于CAD的二次开发和应用，国内外已有很多很好的研究。也有许多使用AutoCAD二次开发VBA来进行刀具设计的研究。例如，使用AutoCAD二次开发VBA来对成形刀具设计而开发的CAD系统，系统主要由工件轮廓提取模块，刀具设计模块、参数化绘图模块组成。利用VBA为开发工具，并结合ACCESS数据库予以完成。通过开发拉刀ＣＡＤ系统，很大程度上提高了拉刀的设计效率，使拉刀设计、制造成本得到有效降低，较好地解决了常规拉刀没计所存在的周期长、标准化程度低、优化性差、难管理较混乱的局面，并为其他刀具系统开发奠定了基础，具有一定的指导意义，对工程实际应用也具有较好的借鉴作用。再如开目CAD，开目CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主知识产权的CAD和图纸管理软件,它面向工程实际应用。开目CAD在设计思想上遵循画法几何的原理,直接模仿工程技术人员手工绘图时的思维模式和绘图方法,支持全约束、过约束、欠约束驱动的尺寸分析与驱动模块,满足用户各类需求;支持AUTOCAD具有的块、层功能,保证了与AUTOCAD的完全兼容;拥有强大、灵活的零件标注与明细栏设计功能,灵活的自定义尺寸样式、零件标注样式、上线、智能导航工具更使用得心应手。
年来 ，我国专业工具厂的刀具年产量巳近三亿件，但 由于刀具设计方法的陈旧而导致的低生产率 ，低精度 ，使刀具的品种和规格仍无法满足用户要求 ，更无力开发 新 产品．刀具C A D 技术在我国工具行业的开发和应用巳迫在属睫． 目前 ，我国的各所 高 等院校在刀具 C A D的开 发上 已做了或正 在l嫩大量的研 究工作．但是刀具 C A D 产品尚未全面地商品化 ，其经济效益并未在我国工兵制滥行业明显地发挥出来．本设计是我国为数不多的已实现商品化的刀具 C A D 产品之一 ．在某工具厂投入使用 ，其经济效 益确令人叹为观止．目前，国内外的刀具C A D 系统大部分属交互设计型C AD系统．有经验的设计人员在多种功能撮强的支掉软件，数据库和程序的支持下，可使刀具设计取得比较满意的效果．但l这种C A D 系统尚不能保证产品设计始终保持在专家级水平上．人工智能型 C A D 系统，也称专家系统 ，是人工智能应用于产品设计和工程设计领域的一项先进技术该系统集中了多学科的知识和专家们的丰富经验 ，通过 高水平的分析思考和判断推理作出合理的决策．这种C A D 系统是 C A D 发展的高级阶段，国内外的应用实例尚不很多，但是正在取得进展．我们相信 ，刀 具 C A D 系统 的人工智能化必定在今后十年中逐渐成为 我国工具制造业腾飞的关键性因素之一。
三、研究内容及实验方案
研究内容
研究的内容主要为两个设计模块，分为工作部分设计模块和校核模块。通过AUTOCAD中的VBA二次开发工具，利用代码将拉刀设计的相关公式和方案代入到工作部分设计模块中，并通过添加一定的控件实现它的互动和易用，使得已知数据输入后能通过计算机得出其它绘图所需的相关数据。图形输出模块同样要利用VBA代码编制，使它的能将正确数据代入，并形成设计图，由AUTOCAD绘制出来。同时还有界面互动、人性化的设计，使设计者可以有很大的选择，并能根据自己的需要选择图幅大小和填充标题栏。还要在图形输出模块中加入相关代码，实现自动标注尺寸，输出符合要求的图纸。
实验方案
利用AUTOCAD的VBA二次开发技术做成设计模块，并给这个设计模块做互动的界面，达到数据的直观输入和输出。同时将它的设计图也做成一个图形输出模块，通过设计模块将相关的数据输入到图形输出模块，在图形输出模块中，把输入的数据代入到设计图中。整个设计中的两个模块才用分开的设计方法，通过对话框完成数据的输入与输出，通过命令按钮连接AUTOCAD，并利用AUTOCAD优秀的绘图功能，将整个设计图显现在设计者面前。
四、目标、主要特色及工作进度
目标
依据圆孔拉刀设计特点和要求，规划了拉刀二维参数化设计系统的总体结构，并选择了先进合理开发技术。针对圆孔拉刀拉刀结构特点，分析选取了结构参数，实现尺寸参数计算自动化。并在VBA软件平台支持下，实现了圆孔拉刀的二维参数化造型，为评价和分析设计提供便利。研讨并实践基于AutoCAD环境系统集成开发技术，实现了系统界面设计，以及二维模型、二维工程图的一体化设计表达能力。通过实例校核综合轮切式圆孔拉刀，从而为改进拉刀的设计提供了依据。用VBA编写的实验系统验证了设计思想，并为后续CAD等功能的扩展奠定基础，为同类设计提供借鉴。
主要特色
1. 能选择图幅大小，可根据需要填充标题栏等； 2. 输出的图纸符合国标要求； 3. 要求界面友好，中文交互式操作； 4. 可以自动标注尺寸。
工作进度
1.搜集相关资料，毕业设计开题报告； 2．选择开发工具，确定系统设计方案；3.编程，上机调试； 4.编写设计说明书； 5.外文资料翻译（不少于5000实词）； 3.26-4.2 4.3-4.23 4.24-6.4 6.5-6.14 6.15-6.22 1周 ） 3周 ） 6周 ） 2周 ） 1周 ）
（ （ （ （ （五、参考文献
主要参考资料：
[1] 沈博.基于AutoCAD标准件的参数化设计.安徽理工大学[D],2007 [2] 康文利.基于ObjectARX的拉刀CAD系统的研制.华北电力大学,2002 [3]. 王有远.圆孔拉刀计算机辅助设计[J]. 航空制造技术，2002年8月.
[4]. 张捷，李建明.计算机辅助拉刀设计系统研究[J].四川理工学院学报，2005. [5]．华中工学院主编.金属切削原理及刀具设计[M].上海：上海科技出版社，1980. [6] 王晓阳.CAD技术在产品设计中的应用及二次开发的策略[J].机械研究与应
用,2004
[7] 童秉枢.现代CAD技术[M].北京：清华大学出版社,2000 [8] 崔晓利.基于AutoCAD
的拉刀参数化CAD.现代制造工程.2002
[8]．Grechishnikov V A. A sub-system for the automated design of cutting
tools.SOV.ENG.RES,1987,1.
[9] 盛精.基于AutoCAD的拉刀全参数化图形自动绘制.现代制造工程.2004 第108- 18O页
[10].吴伏家，王世伟.圆孔拉刀智能CAD系统的研究[J].新技术工艺，1995，5. [11].徐莹.面对对象的拉刀CAD系统[J].重庆大学出版社，1999. 性 因素之一 ．
[12].刘华明 《刀具课程设计指导书 》，哈尔滨工业大学，1981年
