Auto CAD二次開發及在機械工程中的應用

李肇陽

（廣東南華工商職業學院，廣東廣州 510507）

0 引言

CAD（Computer Aided Design）全稱叫做計算機輔助設計，這里講的Auto CAD 是計算機輔助設計軟件中的一種，它是由Auto Desk 公司為交互式微機開發的一款輔助設計軟件。尤其是在Auto CAD 2000 版本出現以來，提供了豐富、具有創新性功能，受到了很多圖形設計開發者的喜歡，并在我國工程領域有著廣泛的推廣與應用。該軟件提供的二次開發功能更適合不同行業自身特點，能夠根據設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據庫，使得圖形設計變得更加簡單。下面就結合其二次開發的功能特點做研究，以幫助機械行業的工作者更好地利用二次開發功能。

1 二次開發的原理

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，設計人員可以快速、高效訪問相應的功能板塊，實現高效率、高質量工作。此外，在平臺中還設置了控制圖形和數據庫的應用程序編程接口，方便平臺功能的拓展。一般說來，對目前該平臺二次開發技術研究將從編程接5 個方面入手。

1.1 創建更具專業性的數據庫

一般在使用CAD 平臺時，其自身是并不帶任何圖形數據的，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據庫的，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。在實際機械加工行業，采用本平臺常常會涉及到專業性的零部件，如螺絲、螺母、化學錨栓、內六角螺栓組等，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不同行業的需求，從圖形庫中調取相應的快速零部件。建立加工制造過程中常用的三維實體模型庫，是進行產品設計必須的選擇。

1.2 平臺嵌入技術研究

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用需要的功能模塊，提高工作效率。另外，為了更加貼近設計工作者的實際需求，平臺還支持對通用命令進行程序開放，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置系統，在實際應用平臺時，可以根據需求對CAD 打印功能進行設置，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化功能

在很多機械工程領域，其開放性圖源一般以三維形態呈現，但很多時候也需要對圖形進行二維編輯。在CAD 平臺就提供了強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化功能，也可以調用快速指令，實現三維視圖到二維視圖的轉化。

1.4 智能化開發技術

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

2 二次開發主要方式

2.1 參數化設計研究

在平臺的二次開發設計中提供了參數化設計功能，這其中就包括了預先設置的幾何圖形約束，幫助設計人員在造型時更加方便地使用，知道與某個產品的相關幾何圖形所關聯的特征尺寸參數，就可以用來產生其他幾何相似的圖形。對其主要的技術特色做研究可以發現，平臺的設計將基于對產品的特征來反映相關典型的參數特征，并在其主要的特性上建立參數化的聯系，幫助設計者更加高效的使用。

機械工程領域涉及的范圍廣，因此產品種類很多，并且功能要求也不同，不過只要借助特性參數，便可以提取零件的共同特性，并根據相關行業標準與需求進行約束，使得設計符合行業標準，從而提高圖形設計的效率。

2.2 二次開發技術在設計過程的研究

在具體的平臺使用中，將涉及多方面的內容，如圖形格式的存儲，一般說來在二開發中可以選擇多種格式對設計圖形進行保存，實現其相互的轉化功能和實現高質量的存儲，還可以創建分類的圖形存儲模具，使得開發功能更專業化。

2.3 在不同領域的應用研究

隨著我國各個領域的不斷發展，Auto CAD 平臺在其中發揮了巨大作用。比如廣告公司可以利用CAD 平臺對圖形進行二維化的處理，后期再借助更加專業性的平面設計軟件進行處理精細化處理。幕墻設計公司也可以利用Auto CAD 二次開發功能，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常數，方便設計人員調用與施工。而在機械領域，可以借助其二維建模功能提高部件的安裝速度。

3 二次開發技術在機械工程中的應用

3.1 零件設計及制造

在機械工程領域，常常會涉及一些關鍵性零部件的生產與加工，而為了更好地設計這些零部件，經常會采用該平臺二次開發智能化設計方法。這樣不僅可以保障零件的質量，同時效率也可以大幅提高。一般說來，在實際設計中，只要具備零件的相關參數信息，如零件的尺寸參數、類型、載荷等，就可以完成零件的很多設計功能需求，如結構設計、計算校核、結構參數選定等工作，并且還可以為后期生產提供重要的技術參考。這里就以工業中直齒輪的設計為例子進行研究:

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

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

3.2 重要構部件的優化設計

圖1 齒輪設計以及二次開發示意

在圖形的參數化設計方法中，還可以利用平臺二次開發提供的功能選項對零件設計進行優化。比如在二次開發程序中，都會嵌套很多設計與優化的方案，通過提供的數學模型，可以對設計科學性、合理性進行進一步優化。另外，設計人員也可以憑借自身的經驗或者采用軟件自帶的邏輯判斷功能，對設計的合理性進行診斷，從而發現設計存在的錯誤并做進一步修改與優化，保障設計符合科學化要求。此外，也可以利用Auto CAD 二次開發程序，比如在幕墻工程領域，需要對鋁模建材進行相關圖形設計，這時可以先使用參數化設計找到幾何圖形的重要參數，并對幾何尺寸的厚度、端面尺寸進行修改與優化，而一旦在修改過程中相關尺寸參數發生變化，與之對應的力學參數也將做相應調整，如慣性矩、界面模量等都會做出調整，并在后續過程中做相關計算，各項參數變化均符合設計標準，使得整個圖形設計滿足設計要求，同時也可以有效節約成本、提高工作效率（圖2～圖3）。

4 結束語

隨著我國傳統制造朝著智能制造發展，計算機科學和工業科學都發生了重大轉變，其中Auto CAD 等相關軟件在推進現代化發展中發揮了關鍵性作用，并在在我國機械制造領域取得了重要成果。

圖2 參數設置界面

圖3 齒輪的優化設計