基于AutoLISP的減速器設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

張 磊

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，安徽 淮北 235000)

減速器作為機(jī)械行業(yè)的主要裝備，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用范圍廣，設(shè)計(jì)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是使用AutoCAD軟件進(jìn)行圖紙的開(kāi)發(fā)。AutoCAD軟件通用性很高，能夠滿足機(jī)械、建筑等眾多領(lǐng)域繪圖的需要，但是針對(duì)某些特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率就顯得有些偏低。在零件設(shè)計(jì)中，如果零件尺寸發(fā)生了變化或設(shè)計(jì)提出了新的要求，就必須重新繪制相對(duì)應(yīng)的零件圖形，在零件的相似性設(shè)計(jì)上耗費(fèi)了大量的精力。AutoLISP語(yǔ)言是AutoCAD系統(tǒng)提供給用戶的開(kāi)發(fā)工具，利用AutoLISP語(yǔ)言可直接實(shí)現(xiàn)增加和修改AutoCAD命令，擴(kuò)大圖形的編輯功能[1]，直接訪問(wèn)和處理AutoCAD的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)CAD的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。為了更高效的設(shè)計(jì)減速器產(chǎn)品，運(yùn)用AutoLISP語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具，針對(duì)減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一套適合減速器設(shè)計(jì)的繪圖程序，使減速器的設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)現(xiàn)模塊化。

1 齒輪減速器的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)流程

根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)書，設(shè)計(jì)總體布置及總裝配圖，確定各部件之間的裝配關(guān)系；接著對(duì)部件總裝配圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定各零件間的裝配關(guān)系和要求；最后完成對(duì)裝配圖的序號(hào)標(biāo)注、明細(xì)表繪制、技術(shù)要求編寫等其他工作，至此完成減速器裝配圖的設(shè)計(jì)工作[2]，裝配圖設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 減速器裝配圖設(shè)計(jì)流程

為解決減速器設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，提高繪圖效率，設(shè)計(jì)中根據(jù)減速器繪圖的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和特點(diǎn)，并遵循減速器的設(shè)計(jì)流程及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)流程，用AutoLISP二次開(kāi)發(fā)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一系列的應(yīng)用程序。首先，按照減速器設(shè)計(jì)的需要，對(duì)設(shè)計(jì)中的每一個(gè)步驟分塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序。主要包括常用標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)、減速器的典型結(jié)構(gòu)、表面粗糙度、尺寸公差及形位公差的注寫、減速器裝配圖的繪制、圖紙的批量編輯和輸出等，針對(duì)上述任務(wù)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的程序模塊；然后，將開(kāi)發(fā)出的程序模塊用Load函數(shù)裝載入AutoCAD；最后，繪制過(guò)程中，需要使用某個(gè)相對(duì)應(yīng)的程序，直接調(diào)用相對(duì)應(yīng)的程序模塊，按提示操作即可完成相應(yīng)的圖形繪制工作。

2 程序開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化的設(shè)計(jì)

減速器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)繪制是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這些標(biāo)準(zhǔn)件是機(jī)器中的重要組成部分，使用量也很大，如螺紋連接件、鍵、銷、軸承等。這些標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)和尺寸已經(jīng)全部標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了這些零件的圖樣表達(dá)方法。我們將標(biāo)準(zhǔn)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)圖示方法結(jié)合起來(lái)，建立動(dòng)態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)件圖庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)和圖形實(shí)行統(tǒng)一的管理。為了提高速度，節(jié)約內(nèi)存，圖形庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)層次為：結(jié)構(gòu)圖形→零件圖→部件裝配圖→設(shè)備總裝圖。其中，零件圖的圖形庫(kù)是最關(guān)鍵的。建立圖形庫(kù)時(shí)，首先要分析每類圖形的特點(diǎn)，抽取結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立參數(shù)方程，將圖形的幾何形狀轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)描述，并將參數(shù)方程同標(biāo)準(zhǔn)尺寸數(shù)值聯(lián)系起來(lái)，確定圖形上各個(gè)輪廓特征點(diǎn)的系數(shù)矩陣，再把這些系數(shù)矩陣存放于圖形數(shù)據(jù)中。在實(shí)際使用中，結(jié)合高級(jí)語(yǔ)言把圖形轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，以便根據(jù)需要轉(zhuǎn)化為實(shí)用的圖形。

參數(shù)化繪圖編寫程序過(guò)程如下：首先提出圖形結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析圖形的拓?fù)潢P(guān)系及變化過(guò)程；然后構(gòu)建參數(shù)化模型[3]，把圖形結(jié)構(gòu)參數(shù)與幾何參數(shù)之間的關(guān)系建立起來(lái)，用AutoLISP編寫圖形程序并進(jìn)行程序的調(diào)試；最后運(yùn)行程序，檢驗(yàn)生成的圖形效果，如果不滿意，則重復(fù)上述步驟；如果滿意，則結(jié)束程序編寫，標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化繪圖流程如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化繪圖流程圖

以開(kāi)發(fā)軸承標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)為例：對(duì)于各種類型的軸承，當(dāng)軸承型號(hào)與規(guī)格確定后，就要編輯和它對(duì)應(yīng)的參數(shù)表，包含有軸承內(nèi)徑d、外徑D、裝配寬度T、內(nèi)圈寬度B、外圈寬度C等。把不同型號(hào)，不同規(guī)格的軸承參數(shù)值從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查出來(lái)，然后以LISP表的形式建立起來(lái)，存儲(chǔ)在AutoLISP程序內(nèi)部。然后設(shè)計(jì)出用戶交互界面，此項(xiàng)工作在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中起連接中樞的作用，它將我們建立的參數(shù)表與繪圖模塊連接在一起并傳遞信息，同時(shí)用戶在使用的過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)參數(shù)的輸入也需要通過(guò)用戶交互界面來(lái)完成，該程序應(yīng)使人機(jī)對(duì)話界面使用方便。為此，我們?cè)诮缑嫔显O(shè)計(jì)以下功能區(qū)：軸承類型選擇區(qū)、型號(hào)類型選擇區(qū)、基本尺寸選擇區(qū)、繪圖功能選擇區(qū)。這些功能設(shè)計(jì)應(yīng)直觀，易于操作，軸承繪圖程序流程如圖3所示。

圖3 軸承繪圖程序流程圖

最后，編寫出程序代碼，加載程序后自動(dòng)運(yùn)行彈出對(duì)話框，用戶輸入標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)即可自動(dòng)繪制出對(duì)應(yīng)圖形，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。

2.2 技術(shù)參數(shù)的自動(dòng)標(biāo)注

減速器圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中另一項(xiàng)重要的內(nèi)容就是各種技術(shù)參數(shù)的標(biāo)注，包括表面粗糙度、尺寸公差、形位公差等[4]。這些參數(shù)使用Autocad自帶的繪圖及命令標(biāo)注較為繁瑣，采用參數(shù)化標(biāo)注系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)圖紙標(biāo)注功能的參數(shù)自動(dòng)標(biāo)注。程序開(kāi)發(fā)中采用樹(shù)狀分層機(jī)構(gòu)，如圖4所示。

根據(jù)參數(shù)化標(biāo)注要求，設(shè)計(jì)對(duì)話框程序，利用DCL設(shè)計(jì)出選擇對(duì)話框，編制程序及驅(qū)動(dòng)，采用彈出對(duì)話框方式進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注，使技術(shù)參數(shù)的標(biāo)注實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

2.3 裝配圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

裝配圖是由多個(gè)零件組合裝配而成，在繪制中需要對(duì)零部件進(jìn)行序號(hào)的標(biāo)注，以表明各零部件之間的裝配關(guān)系，同時(shí)按照標(biāo)注的序號(hào)，對(duì)應(yīng)繪制并編輯明細(xì)表。AutoCAD沒(méi)有直接提供繪制裝配圖序號(hào)的命令，編制序號(hào)過(guò)程需要多次重復(fù)性編輯，降低工程圖的繪制效率[5]；由于序號(hào)的標(biāo)寫錯(cuò)誤或遺漏，對(duì)編制的明細(xì)表需要修改編輯時(shí)，也會(huì)較繁瑣。為此，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)模塊。

1)零部件序號(hào)標(biāo)注。裝配圖中零件序號(hào)由點(diǎn)、指引線、橫線和序號(hào)數(shù)字組成。線條用細(xì)實(shí)線繪制，指引線不可相交，序號(hào)數(shù)字比裝配圖尺寸數(shù)字大一號(hào)。AutoCAD本身帶有“引線”等標(biāo)注命令，但難以達(dá)到令人滿意的效果，因此，采用AutoLISP語(yǔ)言編寫標(biāo)序號(hào)程序“xhbz.lsp”，可以解決上述問(wèn)題，并且修改與刪除也很方便，大大提高了工作效率[6]。

2) 明細(xì)表的生成方法。裝配圖明細(xì)欄用于表示零件的序號(hào)、名稱、材料、數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)等信息，自下向上進(jìn)行標(biāo)寫。首先用直線或表格命令繪制出表格框架，然后在表格內(nèi)分別填寫明細(xì)內(nèi)容。在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)還需要將明細(xì)表內(nèi)容單獨(dú)導(dǎo)出，作為庫(kù)管資料存檔[7]。如果將明細(xì)表內(nèi)容用我們熟悉的EXCEL軟件建立表格編輯，將BOM表格導(dǎo)入到AutoCAD軟件中，既可以節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，還省去了后續(xù)明細(xì)表的導(dǎo)出工作。

首先，用EXCEL軟件對(duì)照設(shè)計(jì)要求制作出BOM表格，內(nèi)容要求和明細(xì)欄完全一致；然后將表格編輯的內(nèi)容全部選中復(fù)制，最后，在AutoCAD軟件中選中“編輯”工具欄下拉菜單中選擇“選擇性”粘貼，在彈出的對(duì)話框中對(duì)粘貼方式選擇為“AutoCAD單元”，點(diǎn)擊確定后表格就可以在AutoCAD軟件中顯示出來(lái)了。明細(xì)表的內(nèi)容如果需要修改，還可以通過(guò)雙擊鼠標(biāo)左鍵的方式實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)。如果采用的是WPS表格進(jìn)行編輯，粘貼后會(huì)以圖片格式顯示，無(wú)法繼續(xù)在AutoCAD軟件中編輯，不建議采用。

2.4 其他功能的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)減速器設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟，依次開(kāi)發(fā)出繪圖環(huán)境的設(shè)置、圖紙的批量編輯功能等相應(yīng)模塊，從而完成整套程序設(shè)計(jì)。

3 程序的加載與運(yùn)行

選擇下拉菜單工具(Tools)→加載應(yīng)用程序(Load Application) 項(xiàng)，對(duì)話框加載AutoLISP文件。程序被加載以后，就可以在命令(Command)提示符下輸入defun所定義的函數(shù)名執(zhí)行該程序，將該LISP文件運(yùn)行，按照提示輸入?yún)?shù)后可自動(dòng)繪制出相應(yīng)的圖形[8]，程序加載運(yùn)行繪制效果圖如圖5所示。

圖5 程序加載運(yùn)行繪制效果圖

4 結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)的程序讓減速器設(shè)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化、模塊化，不僅提高了繪圖效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，還減少了在設(shè)計(jì)工作中可能出現(xiàn)的繪圖錯(cuò)誤。從而讓工程技術(shù)人員把更多的精力投入到產(chǎn)品的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)中去，不必做大量的重復(fù)性工作，可以為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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