利用Excel实现AutoCAD自动绘图 ——以绘制回转支承平面图为例

夏芳，庾鹏

马鞍山理工学校，安徽马鞍山，243000

0 引言

回转支承又叫转盘轴承，是两物体之间需作相对回转运动，又需同时承受轴向力、径向力、倾翻力矩的机械所必需的重要传动部件，在诸多行业中得到了广泛的应用，被人们称为“机器的关节”[1]。马鞍山市是我国最早的回转支承生产基地之一，有多家回转支承生产企业，因此，有众多的中高职毕业生及本科生从事回转支承设计、制造等相关工作，为支持本地经济建设，实现产教结合，我们常加入实际生产内容作为教学案例。

1 问题的提出

回转支承的形式多种多样，但其结构大同小异。以单排球式回转支承为例，其结构主要包括内外圈、滚动体、隔离块、密封条、油嘴、堵塞和圆锥销。其中，滚动体、油嘴、圆锥销等零件采用标准件，而隔离块、密封条、堵塞也基本形成标准系列，仅有内外圈结构或尺寸会根据应用场景的需要发生变化。因此，在绘制设计图纸时，生产厂家往往采用二维绘图软件即可满足设计需求，其中应用最广的是美国Autodesk公司的二维设计软件AutoCAD。回转支承设计图纸的绘制过程也基本大同小异，如果能在AutoCAD中实现参数化绘图，将会极大地提高设计效率[2]。

2 问题的解决

2.1 传统的解决办法

规模较小的生产企业仍使用最原始的绘图方式，即根据不同的尺寸数据进行逐一绘制。部分具备一定生产规模的企业采用的方法主要有两种：一是使用三维机械设计软件对回转支承进行三维建模后，利用其工程图模块生成二维设计图，即间接的参数化建模方式；二是使用编程语言对AutoCAD进行二次开发或单独开发自动绘图系统，此种方法投入大，准入门槛高，有一定的技术壁垒。

2.2 利用Excel在AutoCAD中实现自动绘图的方法研究

2.2.1 回转支承剖视图的绘制

以绘制型号为011.20.200标准外齿式回转支承为例，如图1所示，在绘制剖视图前，需根据内外圈直径、内外圈高度和装配总高计算出回转支承截面尺寸和滚道中心高度。依照前文所述，同种类型的回转支承结构大同小异，尺寸计算工作必定存在大量重复，因此，可以借助Excel的数学计算功能进行绘图前的数据处理。

图1 Excel 在AutoCAD 中实现自动绘图的方法

绘图时，先绘制钢球位置，即先根据球径大小绘圆。AutoCAD中的圆心半径方式画圆命令需指定圆心位置，即明确圆心坐标值。AutoCAD中点的直角坐标格式是X、Y坐标值间需要用逗号隔开，例如指定圆心坐标为（2800，500），若直接在Excel单元格中输入：=2800，500，产生的结果是该单元格的值为“2800500”，因此，单元格中的输入值应为：=2800&","&530，单元格中就出现了圆心坐标（2800，500）。AutoCAD中圆心半径方式画圆的步骤为：输入绘制圆命令“C”，按空格进入命令，选择圆心坐标，按空格确认，最后输入圆半径，结束圆绘制，对应的Excel单元格输入值为：="C"&" "&O2&" "&J2，其中O2单元格内为圆心坐标值，J2单元格内为圆半径值[3]。

完成钢球位置的绘制后，继续绘制回转支承截面图。AutoCAD中通过两点绘制一条直线的步骤为：输入绘制圆命令“L”，按空格进入命令，指定直线起点坐标，按空格确认，指定下一点坐标，按空格结束直线绘制命令或继续指定下一点坐标绘制连续直线。截面图绘制过程中，为简化坐标计算，可直接采用相对极坐标来表示直线两端点坐标，对应的Excel单元格输入值为：="L"&" "&O2&" "&"@"&K2&"<270"。

2.2.2 圆周不均布孔的绘制

回转支承的内外圈设置有安装孔，按照使用要求有均布孔和不均布孔两种形式。对于均布孔的绘制，AutoCAD提供了环形阵列工具，通过更改项目数和填充角度满足不同孔数的绘制。对于所有孔间角度均不相同的不均布孔的绘制，AutoCAD则没有提供相应的工具，可通过重复使用环形阵列命令或者动态块命令实现不规则孔分布，这对于动辄几十个不均布孔的回转支承来说，需要多次输入数据，绘图的工作量无疑是巨大的。

孔的绘制过程实际上是确定孔中心点坐标的过程，在确定孔中心点坐标后，可通过直接绘制圆或者采用带基点的复制命令完成绘制。孔中心点坐标可以计算得出，若安装孔的分布圆半径为R，安装孔角度为a，则孔的X坐标为：RCOS(a)，孔的Y坐标为：RSIN(a)。在Excel中计算点坐标时也需要对角度进行换算，即：X=RCOS(a*PI()/180)，Y= RSIN(a*PI()/180)。因在计算过程中存在四舍五入的情况，故按此方法绘制出来的圆心并不能严格地位于同一个分布圆上，采用相对极坐标来表达圆心坐标能有效解决这种误差，此时，安装孔的圆心坐标可以表示为：@R

在Excel中结束坐标创建后，复制所有坐标，打开AutoCAD软件，在分布圆中心位置绘制安装孔，单击带基点的复制命令（COPY），根据命令行提示选择上一步绘制的安装孔为对象，单击鼠标右键确认，指定安装孔中心为复制基点，提示“指定第二个点或【阵列（A）】”时，在命令行内粘贴前面复制好的坐标，AutoCAD会自动按照坐标点复制多个安装孔，按“ESC”键结束带基点的复制，完成安装孔的绘制。

2.2.3 在AutoCAD中插入Excel表格

在回转支承的生产图纸中，经常需要以表格形式添加各安装孔间的角度数值以及对应的孔间距，在AutoCAD 2004及更早的版本中，表格只能通过直线命令进行绘制，然后利用“多行文字”命令填充表格内容，表格创建过程很繁琐，数据的输入量大且容易出错。AutoCAD 2005及后续的版本中增加了表格功能，可以创建规则表格，但需要先设置好表格样式，按照设定的表格样式自动绘制表格，双击单元格即可填写表格内容，也可以实现求和、快速跨行或列对值进行汇总或计算平均值、输入方程式等表格功能，对于复杂的公式计算则不便进行操作。

Excel具有强大的图表制作和数据计算功能，如果能将Excel和AutoCAD结合起来使用，会起到事半功倍的效果。

（1）使用外部Excel数据链接创建表格

使用外部Excel数据链接创建表格的步骤如下。①在AutoCAD下拉菜单“绘图”中点击“表格”，或单击“绘图”工具栏上的“表格”图标激活“table”命令，弹出“插入表格”对话框。②在“插入选型”中选择“自数据链接”，并在下拉菜单中选择“启动数据链接管理器”，如图2所示。③在弹出的“选择数据链接”对话框中选择“创建新的Excel数据链接”，并命名。④在弹出的“新建Excel数据链接”对话框中，浏览要选择的Excel文件。链接选项共有四个：选择要链接至的Excel工作表指显示指定的Excel文件中所有工作表的名称，如Sheet1、Sheet2等；链接整个工作表指将Excel文件中指定的整个工作表链接至AutoCAD图形的表格中；链接至命名范围指将已包含在Excel文件中的命名单元范围链接至AutoCAD图形的表格中；链接至范围指将指定Excel文件中的单元范围链接至AutoCAD图形的表格中。设置选项为“链接至范围”，点击确定，完成新的Excel数据链接创建。⑤将创建好的表格插入AutoCAD中的指定位置。

图2 外部Excel 数据链接创建表格的步骤

此方法创建的表格不能进行直接编辑，可以将表格分解后进行编辑，或者在Excel数据链接源文件中进行数据编辑后，回到AutoCAD软件中选择“从源文件中下载更改”，当源文件被移动、删除、重命名时，表格无法更新数据。外部Excel数据链接创建表格的步骤如图2所示。

（2）使用“选择性粘贴”创建表格

AutoCAD使用“选择性粘贴”创建表格时，表格对象可作为以下几种结果：①Excel文档，即直接以文档形式插入AutoCAD软件，编辑时需要调用外部Excel软件，消耗大量系统资源；②图片或图像图元，即以图片形式插入AutoCAD软件，内容不能被编辑；③以纯文字插入AutoCAD；④AutoCAD图元，即将Excel对象转化为具有AutoCAD属性的对象插入软件内，并能被自由编辑，此创建表格的方法简单易用，具体步骤如下：①在Excel中创建好表格对象，直接复制所需表格区域；②在AutoCAD中点击菜单“编辑”——“选择性粘贴”，在弹出的对话框中选择作为“AutoCAD图元”，单击“确定”按钮，在合适的位置插入粘贴的对象，此时插入的对象保持原Excel表格格式不变。默认设置下的Excel表格格式与AutoCAD表格格式存在单位换算，即：Excel单元格行高1个单位≈0.3612毫米，列宽1个单位≈2.117毫米，字高比约为3∶1。

（3）创建表格的其他方法

①插入“PDF参考底图”，具体步骤为：先将Excel文件另存为PDF文件，然后在AutoCAD软件中点击“插入”——“PDF参考底图”，选择上一步创建的PDF文件，点击“确定”按钮，PDF文件以图片形式插入AutoCAD中。

②将要使用的E x c e l 表格内容截图，在AutoCAD软件中直接按“Ctrl+V”粘贴图片创建表格。

③插入“OLE对象”创建表格，即将由第三方软件如Word、Excel等创建的表格内容复制、粘贴到AutoCAD中。

方法①②均是以图片形式创建表格，表格对象可移动、裁剪，但表格内容不可编辑，方法③实际上是将外部信息文件插入AutoCAD中，虽然比较便捷，但在编辑对象时需要进入第三方软件的工作环境中，编辑完成后关闭第三方软件可重新回到AutoCAD中，切换过程占用的系统资源较大。

3 总结

Excel是最常用的办公软件之一，巧妙地将Excel与AutoCAD相结合，能够有效弥补AutoCAD功能上的短板，对于模块化图形的绘制，可减少重复和低效的绘图工作，并能避免很多人为错误，即使出现错误，也能很方便地修改，同时还具有实用性强、效率高、方法简便、易于掌握等优势，值得推广应用。