基于AutoLISP的减速器设计中关键技术的实现

2018-05-24张磊

安徽理工大学学报（自然科学版） 2018年2期

张磊

(淮北职业技术学院机电工程系，安徽淮北 235000)

减速器作为机械行业的主要装备，结构较复杂，使用范围广，设计中重要的一个环节就是使用AutoCAD软件进行图纸的开发。AutoCAD软件通用性很高，能够满足机械、建筑等众多领域绘图的需要，但是针对某些特定产品设计效率就显得有些偏低。在零件设计中，如果零件尺寸发生了变化或设计提出了新的要求，就必须重新绘制相对应的零件图形，在零件的相似性设计上耗费了大量的精力。AutoLISP语言是AutoCAD系统提供给用户的开发工具，利用AutoLISP语言可直接实现增加和修改AutoCAD命令，扩大图形的编辑功能[1]，直接访问和处理AutoCAD的图形数据库，开发CAD的应用软件系统。为了更高效的设计减速器产品，运用AutoLISP语言作为开发工具，针对减速器的结构特点，开发出一套适合减速器设计的绘图程序，使减速器的设计过程实现模块化。

1 齿轮减速器的图纸设计流程

根据产品的设计任务书，设计总体布置及总装配图，确定各部件之间的装配关系；接着对部件总装配图进行设计，确定各零件间的装配关系和要求；最后完成对装配图的序号标注、明细表绘制、技术要求编写等其他工作，至此完成减速器装配图的设计工作[2]，装配图设计流程如图1所示。

图1 减速器装配图设计流程

为解决减速器设计中的问题，提高绘图效率，设计中根据减速器绘图的行业标准和特点，并遵循减速器的设计流程及图纸设计流程，用AutoLISP二次开发技术开发了一系列的应用程序。首先，按照减速器设计的需要，对设计中的每一个步骤分块设计相应的程序。主要包括常用标准件的设计、减速器的典型结构、表面粗糙度、尺寸公差及形位公差的注写、减速器装配图的绘制、图纸的批量编辑和输出等，针对上述任务开发相应的程序模块；然后，将开发出的程序模块用Load函数装载入AutoCAD；最后，绘制过程中，需要使用某个相对应的程序，直接调用相对应的程序模块，按提示操作即可完成相应的图形绘制工作。

2 程序开发中的关键技术实现

2.1 标准件参数化的设计

减速器的开发设计过程中，标准件的设计绘制是重要的一个环节，这些标准件是机器中的重要组成部分，使用量也很大，如螺纹连接件、键、销、轴承等。这些标准件的结构和尺寸已经全部标准化，国家制图标准也规定了这些零件的图样表达方法。我们将标准尺寸和标准图示方法结合起来，建立动态的标准件图库，对数据和图形实行统一的管理。为了提高速度，节约内存，图形库的基本结构层次为：结构图形→零件图→部件装配图→设备总装图。其中，零件图的图形库是最关键的。建立图形库时，首先要分析每类图形的特点，抽取结构参数，建立参数方程，将图形的几何形状转化为数学描述，并将参数方程同标准尺寸数值联系起来，确定图形上各个轮廓特征点的系数矩阵，再把这些系数矩阵存放于图形数据中。在实际使用中，结合高级语言把图形转化为数据，以便根据需要转化为实用的图形。

参数化绘图编写程序过程如下：首先提出图形结构参数，分析图形的拓扑关系及变化过程；然后构建参数化模型[3]，把图形结构参数与几何参数之间的关系建立起来，用AutoLISP编写图形程序并进行程序的调试；最后运行程序，检验生成的图形效果，如果不满意，则重复上述步骤；如果满意，则结束程序编写，标准件的参数化绘图流程如图2所示。

图2 标准件的参数化绘图流程图

以开发轴承标准件库为例：对于各种类型的轴承，当轴承型号与规格确定后，就要编辑和它对应的参数表，包含有轴承内径d、外径D、装配宽度T、内圈宽度B、外圈宽度C等。把不同型号，不同规格的轴承参数值从《机械设计手册》中查出来，然后以LISP表的形式建立起来，存储在AutoLISP程序内部。然后设计出用户交互界面，此项工作在设计标准件的开发过程中起连接中枢的作用，它将我们建立的参数表与绘图模块连接在一起并传递信息，同时用户在使用的过程中对数据库的应用，设计参数的输入也需要通过用户交互界面来完成，该程序应使人机对话界面使用方便。为此，我们在界面上设计以下功能区：轴承类型选择区、型号类型选择区、基本尺寸选择区、绘图功能选择区。这些功能设计应直观，易于操作，轴承绘图程序流程如图3所示。

图3 轴承绘图程序流程图

最后，编写出程序代码，加载程序后自动运行弹出对话框，用户输入标准件参数即可自动绘制出对应图形，实现参数化设计。

2.2 技术参数的自动标注

减速器图纸设计中另一项重要的内容就是各种技术参数的标注，包括表面粗糙度、尺寸公差、形位公差等[4]。这些参数使用Autocad自带的绘图及命令标注较为繁琐，采用参数化标注系统，可实现图纸标注功能的参数自动标注。程序开发中采用树状分层机构，如图4所示。

根据参数化标注要求，设计对话框程序，利用DCL设计出选择对话框，编制程序及驱动，采用弹出对话框方式进行自动标注，使技术参数的标注实现自动化。

2.3 装配图的设计与实现

装配图是由多个零件组合装配而成，在绘制中需要对零部件进行序号的标注，以表明各零部件之间的装配关系，同时按照标注的序号，对应绘制并编辑明细表。AutoCAD没有直接提供绘制装配图序号的命令，编制序号过程需要多次重复性编辑，降低工程图的绘制效率[5]；由于序号的标写错误或遗漏，对编制的明细表需要修改编辑时，也会较繁琐。为此，开发出相应模块。

1)零部件序号标注。装配图中零件序号由点、指引线、横线和序号数字组成。线条用细实线绘制，指引线不可相交，序号数字比装配图尺寸数字大一号。AutoCAD本身带有“引线”等标注命令，但难以达到令人满意的效果，因此，采用AutoLISP语言编写标序号程序“xhbz.lsp”，可以解决上述问题，并且修改与删除也很方便，大大提高了工作效率[6]。

2) 明细表的生成方法。装配图明细栏用于表示零件的序号、名称、材料、数量、标准等信息，自下向上进行标写。首先用直线或表格命令绘制出表格框架，然后在表格内分别填写明细内容。在实际应用中有时还需要将明细表内容单独导出，作为库管资料存档[7]。如果将明细表内容用我们熟悉的EXCEL软件建立表格编辑，将BOM表格导入到AutoCAD软件中，既可以节省设计时间，还省去了后续明细表的导出工作。

首先，用EXCEL软件对照设计要求制作出BOM表格，内容要求和明细栏完全一致；然后将表格编辑的内容全部选中复制，最后，在AutoCAD软件中选中“编辑”工具栏下拉菜单中选择“选择性”粘贴，在弹出的对话框中对粘贴方式选择为“AutoCAD单元”，点击确定后表格就可以在AutoCAD软件中显示出来了。明细表的内容如果需要修改，还可以通过双击鼠标左键的方式实现，简单易于实现。如果采用的是WPS表格进行编辑，粘贴后会以图片格式显示，无法继续在AutoCAD软件中编辑，不建议采用。

2.4 其他功能的实现

针对减速器设计内容及步骤，依次开发出绘图环境的设置、图纸的批量编辑功能等相应模块，从而完成整套程序设计。

3 程序的加载与运行

选择下拉菜单工具(Tools)→加载应用程序(Load Application) 项，对话框加载AutoLISP文件。程序被加载以后，就可以在命令(Command)提示符下输入defun所定义的函数名执行该程序，将该LISP文件运行，按照提示输入参数后可自动绘制出相应的图形[8]，程序加载运行绘制效果图如图5所示。