典型機械零件參數(shù)化設計系統(tǒng)的研究與開發(fā)

王鴻鈞

（紅河學院，蒙自 661100）

0 引言

在機械設計過程中，經(jīng)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(tǒng)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(chǎn)品的開發(fā)周期，從而制約了企業(yè)的技術進步和持續(xù)發(fā)展。隨著計算機輔助設計（CAD）技術的不斷發(fā)展，參數(shù)化設計也得到了飛速發(fā)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(xiàn)在可由CAD軟件自動控制完成，大大提高了產(chǎn)品設計的效率。根據(jù)典型機械零件的實際特點，參數(shù)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(chǎn)品的開發(fā)周期，快速響應市場需求，為機械行業(yè)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(nèi)嵌的二次開發(fā)工具Visual LISP開發(fā)典型機械零件參數(shù)化設計系統(tǒng)。

1 典型機械零件參數(shù)化設計系統(tǒng)

1.1 參數(shù)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(xiàn)為一種樹狀或網(wǎng)狀的結構，同時還體現(xiàn)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(wǎng)狀結構控制及數(shù)據(jù)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(fā)的典型機械零件參數(shù)化設計系統(tǒng)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(nèi)嵌的Visual LISP和DCL兩種。整個過程均用對話框進行參數(shù)輸入，在設計過程出現(xiàn)問題時，都由對話框提示各種結果。

典型機械零件參數(shù)化設計系統(tǒng)程序結構如圖1所示。

1.2 參數(shù)化設計程序設計

1.2.1 機械零件結構參數(shù)[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(shù)。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(shù)與主要參數(shù)之間的約束關系。從而確定圖形結構形狀所需的參數(shù)并對其進行數(shù)學建模，即找出相對應的數(shù)學公式。

1.2.2 對話框的設計

圖1 典型機械零件參數(shù)化設計系統(tǒng)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(zhí)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(xiàn)子對話框。

2）子對話框程序設計

本參數(shù)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(zhí)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(shù)或者由用戶自定義函數(shù)。驅動程序主要包括：對話框的調(diào)用及初始化函數(shù)、控件動作函數(shù)、參數(shù)賦值函數(shù)、控件狀態(tài)函數(shù)、對話上框顯示幻燈片的函數(shù)、調(diào)用繪圖函數(shù)的主調(diào)函數(shù)、各視圖的繪圖函數(shù)、其他命令語句和判斷語句以及其他一些函數(shù) (根據(jù)用戶所要實現(xiàn)的一些特殊功能來編寫)。

2 系統(tǒng)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(shù)化設計程序（由于篇幅有限，典型機械零件參數(shù)化設計程序略。）。

1）當加載運行所開發(fā)的“典型機械零件參數(shù)化系統(tǒng)”，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(xù)”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(xù)”按鈕，彈出“輸入齒輪參數(shù)”對話框如圖5所示。

圖5 “輸入齒輪參數(shù)”對話框

5）輸入?yún)?shù)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(shù)，最后其結果如圖8所示。

整個程序的運行從參數(shù)輸入、工作環(huán)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(xiàn)了參數(shù)化設計的優(yōu)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(tǒng)通過運用Visual LISP語言對AutoCAD繪圖軟件的二次開發(fā)，實現(xiàn)對典型機械零件參數(shù)化設計。編寫的參數(shù)化設計程序，采用對話框實現(xiàn)交互操作和信息輸入，界面友好，操作簡單方便，根據(jù)用戶選擇和輸入的參數(shù)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(yè)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(yè)出版社,2000.