利用Excel實現AutoCAD自動繪圖
——以繪制回轉支承平面圖為例

夏芳，庾鵬

馬鞍山理工學校，安徽馬鞍山，243000

0 引言

回轉支承又叫轉盤軸承，是兩物體之間需作相對回轉運動，又需同時承受軸向力、徑向力、傾翻力矩的機械所必需的重要傳動部件，在諸多行業中得到了廣泛的應用，被人們稱為“機器的關節”[1]。馬鞍山市是我國最早的回轉支承生產基地之一，有多家回轉支承生產企業，因此，有眾多的中高職畢業生及本科生從事回轉支承設計、制造等相關工作，為支持本地經濟建設，實現產教結合，我們常加入實際生產內容作為教學案例。

1 問題的提出

回轉支承的形式多種多樣，但其結構大同小異。以單排球式回轉支承為例，其結構主要包括內外圈、滾動體、隔離塊、密封條、油嘴、堵塞和圓錐銷。其中，滾動體、油嘴、圓錐銷等零件采用標準件，而隔離塊、密封條、堵塞也基本形成標準系列，僅有內外圈結構或尺寸會根據應用場景的需要發生變化。因此，在繪制設計圖紙時，生產廠家往往采用二維繪圖軟件即可滿足設計需求，其中應用最廣的是美國Autodesk公司的二維設計軟件AutoCAD。回轉支承設計圖紙的繪制過程也基本大同小異，如果能在AutoCAD中實現參數化繪圖，將會極大地提高設計效率[2]。

2 問題的解決

2.1 傳統的解決辦法

規模較小的生產企業仍使用最原始的繪圖方式，即根據不同的尺寸數據進行逐一繪制。部分具備一定生產規模的企業采用的方法主要有兩種：一是使用三維機械設計軟件對回轉支承進行三維建模后，利用其工程圖模塊生成二維設計圖，即間接的參數化建模方式；二是使用編程語言對AutoCAD進行二次開發或單獨開發自動繪圖系統，此種方法投入大，準入門檻高，有一定的技術壁壘。

2.2 利用Excel在AutoCAD中實現自動繪圖的方法研究

2.2.1 回轉支承剖視圖的繪制

以繪制型號為011.20.200標準外齒式回轉支承為例，如圖1所示，在繪制剖視圖前，需根據內外圈直徑、內外圈高度和裝配總高計算出回轉支承截面尺寸和滾道中心高度。依照前文所述，同種類型的回轉支承結構大同小異，尺寸計算工作必定存在大量重復，因此，可以借助Excel的數學計算功能進行繪圖前的數據處理。

圖1 Excel 在AutoCAD 中實現自動繪圖的方法

繪圖時，先繪制鋼球位置，即先根據球徑大小繪圓。AutoCAD中的圓心半徑方式畫圓命令需指定圓心位置，即明確圓心坐標值。AutoCAD中點的直角坐標格式是X、Y坐標值間需要用逗號隔開，例如指定圓心坐標為（2800，500），若直接在Excel單元格中輸入：=2800，500，產生的結果是該單元格的值為“2800500”，因此，單元格中的輸入值應為：=2800&","&530，單元格中就出現了圓心坐標（2800，500）。AutoCAD中圓心半徑方式畫圓的步驟為：輸入繪制圓命令“C”，按空格進入命令，選擇圓心坐標，按空格確認，最后輸入圓半徑，結束圓繪制，對應的Excel單元格輸入值為：="C"&" "&O2&" "&J2，其中O2單元格內為圓心坐標值，J2單元格內為圓半徑值[3]。

完成鋼球位置的繪制后，繼續繪制回轉支承截面圖。AutoCAD中通過兩點繪制一條直線的步驟為：輸入繪制圓命令“L”，按空格進入命令，指定直線起點坐標，按空格確認，指定下一點坐標，按空格結束直線繪制命令或繼續指定下一點坐標繪制連續直線。截面圖繪制過程中，為簡化坐標計算，可直接采用相對極坐標來表示直線兩端點坐標，對應的Excel單元格輸入值為：="L"&" "&O2&" "&"@"&K2&"<270"。

2.2.2 圓周不均布孔的繪制

回轉支承的內外圈設置有安裝孔，按照使用要求有均布孔和不均布孔兩種形式。對于均布孔的繪制，AutoCAD提供了環形陣列工具，通過更改項目數和填充角度滿足不同孔數的繪制。對于所有孔間角度均不相同的不均布孔的繪制，AutoCAD則沒有提供相應的工具，可通過重復使用環形陣列命令或者動態塊命令實現不規則孔分布，這對于動輒幾十個不均布孔的回轉支承來說，需要多次輸入數據，繪圖的工作量無疑是巨大的。

孔的繪制過程實際上是確定孔中心點坐標的過程，在確定孔中心點坐標后，可通過直接繪制圓或者采用帶基點的復制命令完成繪制。孔中心點坐標可以計算得出，若安裝孔的分布圓半徑為R，安裝孔角度為a，則孔的X坐標為：RCOS(a)，孔的Y坐標為：RSIN(a)。在Excel中計算點坐標時也需要對角度進行換算，即：X=RCOS(a*PI()/180)，Y= RSIN(a*PI()/180)。因在計算過程中存在四舍五入的情況，故按此方法繪制出來的圓心并不能嚴格地位于同一個分布圓上，采用相對極坐標來表達圓心坐標能有效解決這種誤差，此時，安裝孔的圓心坐標可以表示為：@R

在Excel中結束坐標創建后，復制所有坐標，打開AutoCAD軟件，在分布圓中心位置繪制安裝孔，單擊帶基點的復制命令（COPY），根據命令行提示選擇上一步繪制的安裝孔為對象，單擊鼠標右鍵確認，指定安裝孔中心為復制基點，提示“指定第二個點或【陣列（A）】”時，在命令行內粘貼前面復制好的坐標，AutoCAD會自動按照坐標點復制多個安裝孔，按“ESC”鍵結束帶基點的復制，完成安裝孔的繪制。

2.2.3 在AutoCAD中插入Excel表格

在回轉支承的生產圖紙中，經常需要以表格形式添加各安裝孔間的角度數值以及對應的孔間距，在AutoCAD 2004及更早的版本中，表格只能通過直線命令進行繪制，然后利用“多行文字”命令填充表格內容，表格創建過程很繁瑣，數據的輸入量大且容易出錯。AutoCAD 2005及后續的版本中增加了表格功能，可以創建規則表格，但需要先設置好表格樣式，按照設定的表格樣式自動繪制表格，雙擊單元格即可填寫表格內容，也可以實現求和、快速跨行或列對值進行匯總或計算平均值、輸入方程式等表格功能，對于復雜的公式計算則不便進行操作。

Excel具有強大的圖表制作和數據計算功能，如果能將Excel和AutoCAD結合起來使用，會起到事半功倍的效果。

（1）使用外部Excel數據鏈接創建表格

使用外部Excel數據鏈接創建表格的步驟如下。①在AutoCAD下拉菜單“繪圖”中點擊“表格”，或單擊“繪圖”工具欄上的“表格”圖標激活“table”命令，彈出“插入表格”對話框。②在“插入選型”中選擇“自數據鏈接”，并在下拉菜單中選擇“啟動數據鏈接管理器”，如圖2所示。③在彈出的“選擇數據鏈接”對話框中選擇“創建新的Excel數據鏈接”，并命名。④在彈出的“新建Excel數據鏈接”對話框中，瀏覽要選擇的Excel文件。鏈接選項共有四個：選擇要鏈接至的Excel工作表指顯示指定的Excel文件中所有工作表的名稱，如Sheet1、Sheet2等；鏈接整個工作表指將Excel文件中指定的整個工作表鏈接至AutoCAD圖形的表格中；鏈接至命名范圍指將已包含在Excel文件中的命名單元范圍鏈接至AutoCAD圖形的表格中；鏈接至范圍指將指定Excel文件中的單元范圍鏈接至AutoCAD圖形的表格中。設置選項為“鏈接至范圍”，點擊確定，完成新的Excel數據鏈接創建。⑤將創建好的表格插入AutoCAD中的指定位置。

圖2 外部Excel 數據鏈接創建表格的步驟

此方法創建的表格不能進行直接編輯，可以將表格分解后進行編輯，或者在Excel數據鏈接源文件中進行數據編輯后，回到AutoCAD軟件中選擇“從源文件中下載更改”，當源文件被移動、刪除、重命名時，表格無法更新數據。外部Excel數據鏈接創建表格的步驟如圖2所示。

（2）使用“選擇性粘貼”創建表格

AutoCAD使用“選擇性粘貼”創建表格時，表格對象可作為以下幾種結果：①Excel文檔，即直接以文檔形式插入AutoCAD軟件，編輯時需要調用外部Excel軟件，消耗大量系統資源；②圖片或圖像圖元，即以圖片形式插入AutoCAD軟件，內容不能被編輯；③以純文字插入AutoCAD；④AutoCAD圖元，即將Excel對象轉化為具有AutoCAD屬性的對象插入軟件內，并能被自由編輯，此創建表格的方法簡單易用，具體步驟如下：①在Excel中創建好表格對象，直接復制所需表格區域；②在AutoCAD中點擊菜單“編輯”——“選擇性粘貼”，在彈出的對話框中選擇作為“AutoCAD圖元”，單擊“確定”按鈕，在合適的位置插入粘貼的對象，此時插入的對象保持原Excel表格格式不變。默認設置下的Excel表格格式與AutoCAD表格格式存在單位換算，即：Excel單元格行高1個單位≈0.3612毫米，列寬1個單位≈2.117毫米，字高比約為3∶1。

（3）創建表格的其他方法

①插入“PDF參考底圖”，具體步驟為：先將Excel文件另存為PDF文件，然后在AutoCAD軟件中點擊“插入”——“PDF參考底圖”，選擇上一步創建的PDF文件，點擊“確定”按鈕，PDF文件以圖片形式插入AutoCAD中。

②將要使用的E x c e l 表格內容截圖，在AutoCAD軟件中直接按“Ctrl+V”粘貼圖片創建表格。

③插入“OLE對象”創建表格，即將由第三方軟件如Word、Excel等創建的表格內容復制、粘貼到AutoCAD中。

方法①②均是以圖片形式創建表格，表格對象可移動、裁剪，但表格內容不可編輯，方法③實際上是將外部信息文件插入AutoCAD中，雖然比較便捷，但在編輯對象時需要進入第三方軟件的工作環境中，編輯完成后關閉第三方軟件可重新回到AutoCAD中，切換過程占用的系統資源較大。

3 總結

Excel是最常用的辦公軟件之一，巧妙地將Excel與AutoCAD相結合，能夠有效彌補AutoCAD功能上的短板，對于模塊化圖形的繪制，可減少重復和低效的繪圖工作，并能避免很多人為錯誤，即使出現錯誤，也能很方便地修改，同時還具有實用性強、效率高、方法簡便、易于掌握等優勢，值得推廣應用。