針對機床主軸傳統設計方法生產周期長、成本高、設計修改不方便且難以滿足產品快速多變需求這一難題，充分利用計算機技術及CAD 軟件的優勢，使用Delphi 編程語言對SolidWorks 進行二次開發，構建了一個基于數字化技術，集機床高速主軸設計、分析于一體的機床高速主軸數字化系統，實現對主軸組件的參數化建模。通過系統的運行和實驗表明，該系統能夠在進行高速主軸設計時，可以避免重復設計過程，縮短設計周期，降低設計成本，具有較高的實用價值和應用前景。

1、引言

　　作為當今比較流行的先進制造技術之一，高速切削技術的發展和應用首先依賴于性能優良的高速數控機床；而高速數控機床的工作性能，首先取決于高速主軸。主軸系統是機床的重要部件，對高速精密數控機床來說，其精度主要受主軸系統的幾何精度、靜態和動態剛度的影響。因此主軸組件的設計分析是整個機床設計分析的重要步驟。由于主軸組件的設計內容復雜，傳統的設計方法具有周期長、成本高、設計修改不便及重復性工作量大的缺點，因此很難滿足產品快速多變的需要。針對此問題，充分利用計算機的計算、存儲和管理等功能，基于SolidWorks 進行二次開發，設計了一套專用于機床高速主軸組件設計分析過程的數字化系統。利用系統，用戶可在很大程度上減少重復設計過程，縮短設計周期。同時，系統還具有可回溯性和快速修改的功能，為進一步的結構優化設計提供了基礎。

2、關鍵技術介紹

　　2.1、Delphi

　　選用Delphi 語言作為開發工具。Delphi 是一個集成開發環境(IDE)，使用的核心是由傳統Pascal 語言發展而來的Object Pascal，以圖形用戶界面為開發環境。利用Delphi 可方便快速地建立強大的數據庫應用程序，數據庫應用程序可以和Sybase、Microsoft SQLServer、Informix 和ODBC 數據源等一起使用。

　　2.2、SolidWorks

　　SolidWorks 軟件是世界上第一個基于Windows 開發的三維CAD 系統，它采用了與Unigraphics 相同的先進底層圖形核心。作為一種基于特征的參數化、變量化的設計技術，SolidWorks 具有使用操作方便、簡單易學的特點。同時，它還為用戶提供了采用標準Windows“對象鏈接與嵌入”技術(OLE)及“部件對象模式”技術(COM)的應用程序接口[4-5]，有利于二次開發技術的實現和應用。

　　2.3、Access 數據庫

　　Access 是一個數據庫管理系統[6]，是Office 辦公軟件中極為重要的組成部分。與其他數據庫管理系統(如Visual Foxpro)相比更簡單易學，足以滿足一般的數據管理及處理需要，配上合適的數據訪問手段，能滿足多用戶，多線程的訪問。在系統訪問量及數據量不是很大的情況下，在桌面數據庫系統的開發中很有優勢。采用Access 數據庫對主軸設計參數及相關數據進行管理，在Access 數據庫中建立如主軸的相關尺寸參數、主軸材料、鍵及軸承等數據表，通過對這些數據表的調用和編輯來完成對主軸的設計、修改和三維實體模型的生成、修改。

3、高速主軸數字化設計系統總體結構

　　根據機床高速主軸組件設計、分析的要求，系統的總體結構圖，如圖1 所示。分為高速主軸設計計算模塊和三維實體建模模塊。

圖1 系統總體結構圖

　　其中，設計計算模塊主要由主軸尺寸選擇與確定、軸承選擇與校核、鍵選擇與校核、主軸安全系數、強度、徑向剛度校核等部分構成；三維實體建模模塊主要由主軸實體模型自動生成、主軸組件其它零件生成、虛擬裝配、檢查干涉等部分構成。

圖2 系統運行流程圖

　　系統運行流程圖，如圖2 所示。由圖2 可以看出，系統可將主軸設計的復雜過程設計成可回溯、可修改的模式，如果當前的設計不正確或分析結果認為不合理，可以回到最初的步驟重新開始，但是新一輪設計是在原有基本設計參數基礎上進行修改，而非全面的重新設計，故可大大節省設計時間與成本。

6、結論

　　所開發的機床高速主軸設計系統為一數字化技術與CAD技術及二次開發技術相結合的設計平臺，符合企業和用戶的實際需求。系統的開發具有以下特點：(1)充分利用計算機的計算、存儲和管理等功能，使設計過程具有可回溯性；(2)對三維圖形軟件進行二次開發實現對零件的參數化建模；(3)將設計與分析相結合，提高了設計效率，為設計人員節省了大量時間。雖然設計系統可以自動生成三維實體模型，但自動生成工程圖的功能模塊還未開發。另外在本系統的基礎上繼續對零部件進行有限元分析和動態仿真模塊開發將是下一步研究的重點。