典型機械零件參數化設計系統的研究與開發

王鴻鈞

（紅河學院，蒙自 661100）

0 引言

在機械設計過程中，經常會用到典型的機械零件如齒輪、螺栓、螺母、銷、鍵及帶輪等，而這些零件或是結構相同而尺寸不同，或是有些零件多一些特征，有些零件少一些特征。傳統的設計方法是將每個零件都單獨設計，占用了設計人員大部分的時間和精力，嚴重影響了新產品的開發周期，從而制約了企業的技術進步和持續發展。隨著計算機輔助設計（CAD）技術的不斷發展，參數化設計也得到了飛速發展，改變了原有的二維工程圖設計的工作量大部分由設計人員做，而現在可由CAD軟件自動控制完成，大大提高了產品設計的效率。根據典型機械零件的實際特點，參數化技術應用到典型機械零件的設計領域中將有效地縮短新產品的開發周期，快速響應市場需求，為機械行業帶來巨大效益。鑒于此，利用AutoCAD軟件支持的對話框控制語言DCL及內嵌的二次開發工具Visual LISP開發典型機械零件參數化設計系統。

1 典型機械零件參數化設計系統

1.1 參數化設計程序結構

程序結構表明了程序各組成部分的組織情況，它通常表現為一種樹狀或網狀的結構，同時還體現了程序控制上的層次關系。通常樹狀結構具有層次分明、結構清淅的特點，而網狀結構控制及數據結構較為復雜。因此，本程序采用樹狀的分層結構，樹狀結構分為：齒輪類、標準件類、普通V型帶輪類等。

開發的典型機械零件參數化設計系統均采用模塊式方式進行程序設計。一是繪圖模塊，包括齒輪類繪圖模塊、標準件類繪圖模塊及普通V型帶輪類繪圖模塊。二是尺寸標注示模塊，包括尺寸公差標注模塊、形位公差標注模塊及表面粗糙度標注模塊。編寫設計程序的語言采用AutoCAD內嵌的Visual LISP和DCL兩種。整個過程均用對話框進行參數輸入，在設計過程出現問題時，都由對話框提示各種結果。

典型機械零件參數化設計系統程序結構如圖1所示。

1.2 參數化設計程序設計

1.2.1 機械零件結構參數[1,2]

首先，當選定了機械零件的種類后，就可確定所選零件的主要參數。但由于零件結構有所不同，因此，只有再確定了其結構后，才能建立輔助參數與主要參數之間的約束關系。從而確定圖形結構形狀所需的參數并對其進行數學建模，即找出相對應的數學公式。

1.2.2 對話框的設計

圖1 典型機械零件參數化設計系統程序結構圖

對話框程序可利用AutoCAD的PDB管理功能來編寫，文件類型為dcl。DCL對話框包含下列組件：標簽、按鈕、單選鈕、復選框、編輯框、列表框、下拉列表框、滾動條、圖像框、圖像按鈕、錯誤信息等。利用對話框控制語言( DCL)設計組成機械零件種類的選擇對話框（主對話框）、齒輪類、標準件類、普通V型帶輪類以及尺寸公差、形位公差和表面粗糙度類型選擇對話框（子對話框）。

1）主對話框程序設計

其程序代碼如下，執行結果如圖 2所示。

圖 2 選擇“典型機械零件”對話框

典型機械零件:dialog{label= "典型機械零件";

當選擇“齒輪類”，按“確定”按鈕后將出現子對話框。

2）子對話框程序設計

本參數化設計子對話框包括：齒輪類子對話框、標準件類子對話框、普通V型 帶輪類子對話框以及尺寸標注子對話框。以齒輪類子對話框為例，其程序代碼如下，執行結果如圖3所示。

1.2.3 驅動程序的編寫

對話框驅動程序可直接引用Visual LISP語言中的標準函數或者由用戶自定義函數。驅動程序主要包括：對話框的調用及初始化函數、控件動作函數、參數賦值函數、控件狀態函數、對話上框顯示幻燈片的函數、調用繪圖函數的主調函數、各視圖的繪圖函數、其他命令語句和判斷語句以及其他一些函數 (根據用戶所要實現的一些特殊功能來編寫)。

2 系統運行結果分析(以直齒圓柱齒輪為例)

運行按上述方法編寫的典型機械零件參數化設計程序（由于篇幅有限，典型機械零件參數化設計程序略。）。

1）當加載運行所開發的“典型機械零件參數化系統”，彈出選擇“典型機械零件種類”主對話框如圖2所示。

圖3 選擇“齒輪類型”對話框

2）選擇齒輪類，單擊“確定”按鈕，彈出“選擇齒輪類型”對話框如圖3所示。

3）選擇直齒圓柱齒輪，單擊“繼續”按鈕，彈出選擇“齒輪結構類型”對話框如圖4所示。

圖4 選擇“齒輪結構類型”對話框

4）選定齒輪結構類型為第III種類型，單擊“繼續”按鈕，彈出“輸入齒輪參數”對話框如圖5所示。

圖5 “輸入齒輪參數”對話框

5）輸入參數后，單擊“確定”按鈕，運行結果如圖6所示。此時，彈出“尺寸標注”對話框如圖7所示。通過選擇標注類型并輸入所需參數，最后其結果如圖8所示。

整個程序的運行從參數輸入、工作環境選擇、使用要求的確定、設計計算直至零件圖繪制、尺寸標注只需很短的時間，充分體現了參數化設計的優勢。

圖6 直齒圓柱結構類型III

圖7 選擇“標注種類”對話框

圖8 運行后得到的直齒圓柱齒輪

3 結束語

本系統通過運用Visual LISP語言對AutoCAD繪圖軟件的二次開發，實現對典型機械零件參數化設計。編寫的參數化設計程序，采用對話框實現交互操作和信息輸入，界面友好，操作簡單方便，根據用戶選擇和輸入的參數值，為典型機械零件提供了一種快捷的設計方法，提高了工作效率。

[1] 成大先.機械設計手冊(第三版,第3卷)[M].北京:化學工業出版社,1994.

[2] 徐灝.機械設計手冊(第二版,第4卷)[M].北京:機械工業出版社,2000.