Auto CAD二次開發(fā)及在機(jī)械工程中的應(yīng)用

李肇陽

（廣東南華工商職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510507）

0 引言

CAD（Computer Aided Design）全稱叫做計算機(jī)輔助設(shè)計，這里講的Auto CAD 是計算機(jī)輔助設(shè)計軟件中的一種，它是由Auto Desk 公司為交互式微機(jī)開發(fā)的一款輔助設(shè)計軟件。尤其是在Auto CAD 2000 版本出現(xiàn)以來，提供了豐富、具有創(chuàng)新性功能，受到了很多圖形設(shè)計開發(fā)者的喜歡，并在我國工程領(lǐng)域有著廣泛的推廣與應(yīng)用。該軟件提供的二次開發(fā)功能更適合不同行業(yè)自身特點，能夠根據(jù)設(shè)計人員的工作需求提供差異化的功能，并借助軟件平臺自帶的功能與數(shù)據(jù)庫，使得圖形設(shè)計變得更加簡單。下面就結(jié)合其二次開發(fā)的功能特點做研究，以幫助機(jī)械行業(yè)的工作者更好地利用二次開發(fā)功能。

1 二次開發(fā)的原理

在Auto CAD 軟件平臺，除了有常見的功能菜單板塊之外，還搭配了豐富的命令功能選項，通過簡單的快速命令，設(shè)計人員可以快速、高效訪問相應(yīng)的功能板塊，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量工作。此外，在平臺中還設(shè)置了控制圖形和數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序編程接口，方便平臺功能的拓展。一般說來，對目前該平臺二次開發(fā)技術(shù)研究將從編程接5 個方面入手。

1.1 創(chuàng)建更具專業(yè)性的數(shù)據(jù)庫

一般在使用CAD 平臺時，其自身是并不帶任何圖形數(shù)據(jù)的，而它的主要特色在于線性與圖層功能軟件自身是不帶真正意義上的圖形數(shù)據(jù)庫的，其自身特色是在線性和圖層等方面，而借助這些功能特點，并最終形成平臺的“圖形庫”，而這些都是由平臺的功能特征而決定的。在實際機(jī)械加工行業(yè)，采用本平臺常常會涉及到專業(yè)性的零部件，如螺絲、螺母、化學(xué)錨栓、內(nèi)六角螺栓組等，在實際繪圖中若單獨繪制，勢必會增加時間與難度，因此這個時候就可以根據(jù)不同行業(yè)的需求，從圖形庫中調(diào)取相應(yīng)的快速零部件。建立加工制造過程中常用的三維實體模型庫，是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計必須的選擇。

1.2 平臺嵌入技術(shù)研究

為了使平臺高效率化，平臺將更多的功能板塊賦予了快速命令，這樣可以在最短時間調(diào)用需要的功能模塊，提高工作效率。另外，為了更加貼近設(shè)計工作者的實際需求，平臺還支持對通用命令進(jìn)行程序開放，使得指令變得更加靈活。就目前來看，CAD 有自帶的快捷鍵的設(shè)置系統(tǒng)，在實際應(yīng)用平臺時，可以根據(jù)需求對CAD 打印功能進(jìn)行設(shè)置，也可以做集中化批量處理，提高工作效率。

1.3 平臺提供三維到二維的轉(zhuǎn)化功能

在很多機(jī)械工程領(lǐng)域，其開放性圖源一般以三維形態(tài)呈現(xiàn)，但很多時候也需要對圖形進(jìn)行二維編輯。在CAD 平臺就提供了強(qiáng)大的三維空間建模功能，在此功能模塊中提供了三維到二維的轉(zhuǎn)化功能，也可以調(diào)用快速指令，實現(xiàn)三維視圖到二維視圖的轉(zhuǎn)化。

1.4 智能化開發(fā)技術(shù)

這些年來CAD 迎來了多次創(chuàng)新，并更好地適應(yīng)了廣大圖形設(shè)計工作者。如平臺的二次開發(fā)就是把人工智能化的思想，將傳統(tǒng)設(shè)計與技術(shù)融合到設(shè)計領(lǐng)域，并分析歸納設(shè)計問題，進(jìn)而參考人類思考行為，這將使平臺的人機(jī)交互變得更加簡單、高效，符合更多開發(fā)者的功能需求。另外，為了使其功能符合廣大設(shè)計工作者，CAD 系統(tǒng)采用了普遍采用的專家系統(tǒng)，能夠更好地滿足相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，更好地對設(shè)計流程進(jìn)行判斷，并提出更加有效的解決方案。

2 二次開發(fā)主要方式

2.1 參數(shù)化設(shè)計研究

在平臺的二次開發(fā)設(shè)計中提供了參數(shù)化設(shè)計功能，這其中就包括了預(yù)先設(shè)置的幾何圖形約束，幫助設(shè)計人員在造型時更加方便地使用，知道與某個產(chǎn)品的相關(guān)幾何圖形所關(guān)聯(lián)的特征尺寸參數(shù)，就可以用來產(chǎn)生其他幾何相似的圖形。對其主要的技術(shù)特色做研究可以發(fā)現(xiàn)，平臺的設(shè)計將基于對產(chǎn)品的特征來反映相關(guān)典型的參數(shù)特征，并在其主要的特性上建立參數(shù)化的聯(lián)系，幫助設(shè)計者更加高效的使用。

機(jī)械工程領(lǐng)域涉及的范圍廣，因此產(chǎn)品種類很多，并且功能要求也不同，不過只要借助特性參數(shù)，便可以提取零件的共同特性，并根據(jù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與需求進(jìn)行約束，使得設(shè)計符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而提高圖形設(shè)計的效率。

2.2 二次開發(fā)技術(shù)在設(shè)計過程的研究

在具體的平臺使用中，將涉及多方面的內(nèi)容，如圖形格式的存儲，一般說來在二開發(fā)中可以選擇多種格式對設(shè)計圖形進(jìn)行保存，實現(xiàn)其相互的轉(zhuǎn)化功能和實現(xiàn)高質(zhì)量的存儲，還可以創(chuàng)建分類的圖形存儲模具，使得開發(fā)功能更專業(yè)化。

2.3 在不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究

隨著我國各個領(lǐng)域的不斷發(fā)展，Auto CAD 平臺在其中發(fā)揮了巨大作用。比如廣告公司可以利用CAD 平臺對圖形進(jìn)行二維化的處理，后期再借助更加專業(yè)性的平面設(shè)計軟件進(jìn)行處理精細(xì)化處理。幕墻設(shè)計公司也可以利用Auto CAD 二次開發(fā)功能，借助其豐富的圖形庫為幕墻型材和膠條提供豐富選擇。另外也可以從平臺中獲得各個斷面的力學(xué)常數(shù)，方便設(shè)計人員調(diào)用與施工。而在機(jī)械領(lǐng)域，可以借助其二維建模功能提高部件的安裝速度。

3 二次開發(fā)技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

3.1 零件設(shè)計及制造

在機(jī)械工程領(lǐng)域，常常會涉及一些關(guān)鍵性零部件的生產(chǎn)與加工，而為了更好地設(shè)計這些零部件，經(jīng)常會采用該平臺二次開發(fā)智能化設(shè)計方法。這樣不僅可以保障零件的質(zhì)量，同時效率也可以大幅提高。一般說來，在實際設(shè)計中，只要具備零件的相關(guān)參數(shù)信息，如零件的尺寸參數(shù)、類型、載荷等，就可以完成零件的很多設(shè)計功能需求，如結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算校核、結(jié)構(gòu)參數(shù)選定等工作，并且還可以為后期生產(chǎn)提供重要的技術(shù)參考。這里就以工業(yè)中直齒輪的設(shè)計為例子進(jìn)行研究:

比如，直齒輪的相關(guān)參數(shù)信息有傳動功率P、轉(zhuǎn)速nl和n2（或傳動比I、齒數(shù)比u）、齒小時數(shù)、使用年限等。這下面就可以進(jìn)行設(shè)計工作:首先第一步是選擇合適的材料，其次是確定相關(guān)力學(xué)要求，后續(xù)相應(yīng)是計算工作力矩、接觸強(qiáng)度、精確計算小齒輪的直徑、確定齒輪模數(shù)m，最后就是計算幾何尺寸，并畫出相應(yīng)的零件尺寸圖、離線方式的齒輪設(shè)計及CAD 二次開發(fā)示例圖（圖1）。

通常設(shè)計齒輪有一個相對標(biāo)準(zhǔn)的要求，在實際建模設(shè)計中就需要明確幾何尺寸間的關(guān)系，即便齒輪幾何參數(shù)很多，但是在進(jìn)行設(shè)計時確定重要的參數(shù)信息，就也可以完成齒輪設(shè)計。其中齒輪設(shè)計需要把握齒輪的重要參數(shù)，這些包括了模數(shù)m、齒數(shù)z和齒寬系數(shù)k，只要確定這幾個參數(shù)，就可以順利完成齒輪設(shè)計。因此在進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計時，需要牢牢把握不同幾何圖形的設(shè)計特征，根據(jù)重點數(shù)據(jù)來下手從而準(zhǔn)確地確定幾何圖形參數(shù)。下面是齒輪二次開發(fā)的相關(guān)代碼:

3.2 重要構(gòu)部件的優(yōu)化設(shè)計

圖1 齒輪設(shè)計以及二次開發(fā)示意

在圖形的參數(shù)化設(shè)計方法中，還可以利用平臺二次開發(fā)提供的功能選項對零件設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。比如在二次開發(fā)程序中，都會嵌套很多設(shè)計與優(yōu)化的方案，通過提供的數(shù)學(xué)模型，可以對設(shè)計科學(xué)性、合理性進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。另外，設(shè)計人員也可以憑借自身的經(jīng)驗或者采用軟件自帶的邏輯判斷功能，對設(shè)計的合理性進(jìn)行診斷，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計存在的錯誤并做進(jìn)一步修改與優(yōu)化，保障設(shè)計符合科學(xué)化要求。此外，也可以利用Auto CAD 二次開發(fā)程序，比如在幕墻工程領(lǐng)域，需要對鋁模建材進(jìn)行相關(guān)圖形設(shè)計，這時可以先使用參數(shù)化設(shè)計找到幾何圖形的重要參數(shù)，并對幾何尺寸的厚度、端面尺寸進(jìn)行修改與優(yōu)化，而一旦在修改過程中相關(guān)尺寸參數(shù)發(fā)生變化，與之對應(yīng)的力學(xué)參數(shù)也將做相應(yīng)調(diào)整，如慣性矩、界面模量等都會做出調(diào)整，并在后續(xù)過程中做相關(guān)計算，各項參數(shù)變化均符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使得整個圖形設(shè)計滿足設(shè)計要求，同時也可以有效節(jié)約成本、提高工作效率（圖2～圖3）。

4 結(jié)束語

隨著我國傳統(tǒng)制造朝著智能制造發(fā)展，計算機(jī)科學(xué)和工業(yè)科學(xué)都發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，其中Auto CAD 等相關(guān)軟件在推進(jìn)現(xiàn)代化發(fā)展中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，并在在我國機(jī)械制造領(lǐng)域取得了重要成果。

圖2 參數(shù)設(shè)置界面

圖3 齒輪的優(yōu)化設(shè)計