基于AutoCAD二次開發的樣板零件圖自動優化處理軟件設計

劉寶明，韓志仁

（沈陽航空航天大學，沈陽 110136）

0 引言

航空企業中樣板零件通常采用激光切割進行加工，而設計員在設計圖紙時是利用CATIA軟件設計[1,2]，再導出為DXF文件以進行激光切割機編程，由于轉換后文件中的圖元信息存在嚴重的缺陷，如大量的重合曲線、線條非正常鏈接及過多的連續碎線等，不能直接用于激光切割機編程，因此必須進行前置優化處理。由于零件圖中線條數量過多，手工處理時需逐條曲線查找分析，通常要數小時的時間，費時費力，大大降低了生產效率，且隨著線條數量的增加，出現差錯的可能性也逐漸增大，因此有必要開發一個自動優化處理的軟件系統。

AutoCAD是美國AutoDesk公司開發的通用計算機輔助繪圖設計系統，是世界上最為流行的通用CAD平臺，為了行業定制的便利，AutoCAD為用戶提供了一個強有力的二次開發環境。本文提出利用AutoCAD第三代二次開發工具ObjectARX，在AutoCAD系統環境下開發出一個用于樣板零件優化處理的軟件系統，實現了激光切割零件圖前置處理所需的各項功能，并在企業中得到實際應用。

1 清除重線功能的實現

由CATIA導出的樣板零件平面圖存在大量的重合線條，這種圖紙不能直接用于激光切割機系統處理，必須清除這些冗余線條。經查找分析得知，線條的重合方式共有以下三種：

1.1 兩條直線或兩段圓弧完全重合

判斷兩條直線是否完全重合，只需比較其起點和終點坐標，通過遍歷CAD圖形數據庫，讀出所有直線信息，逐一比較其首末端點，首末端點相同的直線即為完全重合的直線，只保留一條，其余自動從數據庫中清除。

判斷兩段圓弧是否完全重合，需要比較其圓心、半徑、起始角和終止角是否完全相同，而這些信息可以通過ObjectARX中AcDbArc類的成員函數從CAD數據庫中獲得，進而清除此類重合圓弧，達到清除重線的目的。

1.2 兩條直線或兩段圓弧包含重合

如圖1、圖2所示，直線1包含直線2，圓弧1包含圓弧2，系統設置了允許的重合誤差，當兩線條間的最大距離小于允許誤差時，仍然作為重合線條處理，對于圖示后兩種重合方式的線條，首先比較兩線條的長度，得到可能被包含的線（短線），再計算該短線兩端點與長線的垂直距離，若小于設定的誤差，則作為重合線條將其刪除。

圖1 兩直線包含重合

圖2 兩圓弧包含重合

在ObjectARX函 數 庫 中， 函 數getClosestPointTo (const AcGePoint3d & givenPnt,AcGePoint3d& pointOnCurve, Adesk::Boolean extend = Adesk::kFalse)用于得到曲線上與給定點最近的點，利用此函數得到最近點后再應用distanceTo(const AcGePoint3d& pnt)函數可直接計算得到點到曲線的垂直距離。

1.3 圓弧與直線包含重合

圓弧與直線包含重合分為圓弧包含直線和直線包含圓弧兩種類型，如圖3所示（此處只舉例列出，尚有多種情況），對于此類圖形，判斷是否為重合線條時，除判斷短線端點與長線的距離外，還應計算如圖所示D值，當所有距離均小于設定的誤差時才能認定為重合。

計算D值過程中，需要求解直線圓弧的交點坐標，我們可以用ObjectARX函數庫中的intersectWith(const AcDbEntity* pEnt, AcDb::Intersect intType, AcGePoint3dArray& points, int thisGsMarker= 0,int otherGsMarker = 0) const函數完成求交運算，調用該函數的對象為其中一條曲線，pEnt參數為另一條曲線，points為存放交點坐標的數組。

圖3 圓弧與直線包含重合

2 大圓弧處理功能的實現

圖4 大圓弧處理流程圖

激光切割機線路只能識別半徑小于8000mm的圓弧，當圖元半徑大于8000mm時激光切割機很不穩定，使切割過程中程序中斷，而設計員提供的DXF文件中有很多圖元半徑大于8000mm，所以需要分析出這類圓弧，將此圓弧處理為多段直線，且直線與原始圓弧間最大距離小于設定的撓度誤差，為此，計算時根據最大誤差對大圓弧分段，流程圖如圖4所示。

3 連接斷線功能的實現

由于原始零件圖中的線條存在斷線的缺陷，即本應連接在一起的相鄰線條端點不重合，存在缺口或搭接現象，如圖5所示。而只有鏈接好的圖元才能進行編譯用于激光切割機編程，圖5所示鏈接的圖元如果中間沒有連通處，就會造成激光切割時出現問題，為此需要對斷線處進行處理。

圖5 斷線類型

對于斷點情況，可以修改其中一條曲線的端點，使其與另一線條端點重合，而搭接方式的斷線包括直線與直線搭接、直線與圓弧搭接，圓弧與圓弧搭接三種，系統處理時分別考慮幾種情況，采用不同的處理方法。當曲線延長后存在交點時，取該點為連接點，裁剪多余線段，當無延長交點時，修改直線端點或圓弧端點，使之連接，并計算修改后的曲線與原曲線的誤差，自動選擇與原始圖形誤差最小的連接方法。

4 碎線處理功能的實現

圖形中的線條若長度小于1mm，我們稱之為碎線，這種線條在原始圖形中，幾乎占總線條數的40%，若直接用于激光切割機，容易出現燒損，因此必須將這些碎線處理為長度大于1mm的線條。針對不同情況，系統共采用兩種方法處理碎線，當相鄰的多段碎線斜率變化較小時，在滿足精度的前提下，直接將其變為一根長度大于1mm的直線，以減少系統運算量，提高處理速度；而對于斜率變化較大的圖形拐角處，則采用圓弧逼近的方法，提高處理精度。

5 再現及清除原圖功能的實現

圖形經過系統處理后，大部分線條都經過了修改，并標記以不同的顏色，為了與原始圖形進行比較確保處理無誤，需要系統能夠在處理后再現原圖，為此，系統在做處理前先進行了自動備份，利用dxfOut(const ACHAR* fileName,const int precision = 16,const bool saveThumbnailImage =false)函數將原圖備份為dxf文件存儲，處理結束后再利用dxfIn(const ACHAR* dxfFilename,const ACHAR* logFilename = NULL)將原始圖形讀入內存，并應用insert(AcDbObjectId& blockId,const ACHAR* pSourceBlockName,const ACHAR* p DestinationBlockName,AcDbDatabase* pDb,bool preserveSourceDatabase = true)函數以CAD塊的形式將原圖插入到當前數據庫中。比較結束后再根據塊名及塊ID從實體段及塊表記錄中清除。

6 結論

本系統采用在AutoCAD環境下進行二次開發的方法完成，并利用ObjectARX作為開發工具，完成了清除重線、處理大圓弧、連接短線、處理碎線及再現與清除原圖等功能模塊的開發，實現了樣板零件圖的激光切割機編程前置優化處理的自動化。通過在企業中的試用證明，使用本系統后，樣板零件圖的前置處理時間由原來的數小時減少為現在的幾分鐘，使樣板的制造生產率有了質的飛躍。

[1] 杜兵舉, 袁茹, 王三民. 數字化環境下的模線樣板并行設計[J]. 新技術新工藝·數字技術與機械加工工藝.2008.7: 5-7.

[2] 杜芳靜, 張凌云, 于波章. 基于CATIA V5系統的復雜機加件模線樣板設計方法探索[J]. 沈陽航空工業學院學報, 2008(10): 1-4.