基于AutoCAD二次开发的样板零件图自动优化处理软件设计

刘宝明，韩志仁

（沈阳航空航天大学，沈阳 110136）

0 引言

航空企业中样板零件通常采用激光切割进行加工，而设计员在设计图纸时是利用CATIA软件设计[1,2]，再导出为DXF文件以进行激光切割机编程，由于转换后文件中的图元信息存在严重的缺陷，如大量的重合曲线、线条非正常链接及过多的连续碎线等，不能直接用于激光切割机编程，因此必须进行前置优化处理。由于零件图中线条数量过多，手工处理时需逐条曲线查找分析，通常要数小时的时间，费时费力，大大降低了生产效率，且随着线条数量的增加，出现差错的可能性也逐渐增大，因此有必要开发一个自动优化处理的软件系统。

AutoCAD是美国AutoDesk公司开发的通用计算机辅助绘图设计系统，是世界上最为流行的通用CAD平台，为了行业定制的便利，AutoCAD为用户提供了一个强有力的二次开发环境。本文提出利用AutoCAD第三代二次开发工具ObjectARX，在AutoCAD系统环境下开发出一个用于样板零件优化处理的软件系统，实现了激光切割零件图前置处理所需的各项功能，并在企业中得到实际应用。

1 清除重线功能的实现

由CATIA导出的样板零件平面图存在大量的重合线条，这种图纸不能直接用于激光切割机系统处理，必须清除这些冗余线条。经查找分析得知，线条的重合方式共有以下三种：

1.1 两条直线或两段圆弧完全重合

判断两条直线是否完全重合，只需比较其起点和终点坐标，通过遍历CAD图形数据库，读出所有直线信息，逐一比较其首末端点，首末端点相同的直线即为完全重合的直线，只保留一条，其余自动从数据库中清除。

判断两段圆弧是否完全重合，需要比较其圆心、半径、起始角和终止角是否完全相同，而这些信息可以通过ObjectARX中AcDbArc类的成员函数从CAD数据库中获得，进而清除此类重合圆弧，达到清除重线的目的。

1.2 两条直线或两段圆弧包含重合

如图1、图2所示，直线1包含直线2，圆弧1包含圆弧2，系统设置了允许的重合误差，当两线条间的最大距离小于允许误差时，仍然作为重合线条处理，对于图示后两种重合方式的线条，首先比较两线条的长度，得到可能被包含的线（短线），再计算该短线两端点与长线的垂直距离，若小于设定的误差，则作为重合线条将其删除。

图1 两直线包含重合

图2 两圆弧包含重合

在ObjectARX函 数 库 中， 函 数getClosestPointTo (const AcGePoint3d & givenPnt,AcGePoint3d& pointOnCurve, Adesk::Boolean extend = Adesk::kFalse)用于得到曲线上与给定点最近的点，利用此函数得到最近点后再应用distanceTo(const AcGePoint3d& pnt)函数可直接计算得到点到曲线的垂直距离。

1.3 圆弧与直线包含重合

圆弧与直线包含重合分为圆弧包含直线和直线包含圆弧两种类型，如图3所示（此处只举例列出，尚有多种情况），对于此类图形，判断是否为重合线条时，除判断短线端点与长线的距离外，还应计算如图所示D值，当所有距离均小于设定的误差时才能认定为重合。

计算D值过程中，需要求解直线圆弧的交点坐标，我们可以用ObjectARX函数库中的intersectWith(const AcDbEntity* pEnt, AcDb::Intersect intType, AcGePoint3dArray& points, int thisGsMarker= 0,int otherGsMarker = 0) const函数完成求交运算，调用该函数的对象为其中一条曲线，pEnt参数为另一条曲线，points为存放交点坐标的数组。

图3 圆弧与直线包含重合

2 大圆弧处理功能的实现

图4 大圆弧处理流程图

激光切割机线路只能识别半径小于8000mm的圆弧，当图元半径大于8000mm时激光切割机很不稳定，使切割过程中程序中断，而设计员提供的DXF文件中有很多图元半径大于8000mm，所以需要分析出这类圆弧，将此圆弧处理为多段直线，且直线与原始圆弧间最大距离小于设定的挠度误差，为此，计算时根据最大误差对大圆弧分段，流程图如图4所示。

3 连接断线功能的实现

由于原始零件图中的线条存在断线的缺陷，即本应连接在一起的相邻线条端点不重合，存在缺口或搭接现象，如图5所示。而只有链接好的图元才能进行编译用于激光切割机编程，图5所示链接的图元如果中间没有连通处，就会造成激光切割时出现问题，为此需要对断线处进行处理。

图5 断线类型

对于断点情况，可以修改其中一条曲线的端点，使其与另一线条端点重合，而搭接方式的断线包括直线与直线搭接、直线与圆弧搭接，圆弧与圆弧搭接三种，系统处理时分别考虑几种情况，采用不同的处理方法。当曲线延长后存在交点时，取该点为连接点，裁剪多余线段，当无延长交点时，修改直线端点或圆弧端点，使之连接，并计算修改后的曲线与原曲线的误差，自动选择与原始图形误差最小的连接方法。

4 碎线处理功能的实现

图形中的线条若长度小于1mm，我们称之为碎线，这种线条在原始图形中，几乎占总线条数的40%，若直接用于激光切割机，容易出现烧损，因此必须将这些碎线处理为长度大于1mm的线条。针对不同情况，系统共采用两种方法处理碎线，当相邻的多段碎线斜率变化较小时，在满足精度的前提下，直接将其变为一根长度大于1mm的直线，以减少系统运算量，提高处理速度；而对于斜率变化较大的图形拐角处，则采用圆弧逼近的方法，提高处理精度。

5 再现及清除原图功能的实现

图形经过系统处理后，大部分线条都经过了修改，并标记以不同的颜色，为了与原始图形进行比较确保处理无误，需要系统能够在处理后再现原图，为此，系统在做处理前先进行了自动备份，利用dxfOut(const ACHAR* fileName,const int precision = 16,const bool saveThumbnailImage =false)函数将原图备份为dxf文件存储，处理结束后再利用dxfIn(const ACHAR* dxfFilename,const ACHAR* logFilename = NULL)将原始图形读入内存，并应用insert(AcDbObjectId& blockId,const ACHAR* pSourceBlockName,const ACHAR* p DestinationBlockName,AcDbDatabase* pDb,bool preserveSourceDatabase = true)函数以CAD块的形式将原图插入到当前数据库中。比较结束后再根据块名及块ID从实体段及块表记录中清除。

6 结论

本系统采用在AutoCAD环境下进行二次开发的方法完成，并利用ObjectARX作为开发工具，完成了清除重线、处理大圆弧、连接短线、处理碎线及再现与清除原图等功能模块的开发，实现了样板零件图的激光切割机编程前置优化处理的自动化。通过在企业中的试用证明，使用本系统后，样板零件图的前置处理时间由原来的数小时减少为现在的几分钟，使样板的制造生产率有了质的飞跃。

[1] 杜兵举, 袁茹, 王三民. 数字化环境下的模线样板并行设计[J]. 新技术新工艺·数字技术与机械加工工艺.2008.7: 5-7.

[2] 杜芳静, 张凌云, 于波章. 基于CATIA V5系统的复杂机加件模线样板设计方法探索[J]. 沈阳航空工业学院学报, 2008(10): 1-4.