趙明潔，徐 巖

（河北師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050024）

蝸輪滾刀CAD系統(tǒng)自定義函數(shù)庫的開發(fā)

趙明潔，徐 巖

（河北師范大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050024）

以AutoCAD為開發(fā)平臺，利用其內(nèi)嵌語言Auto LISP為開發(fā)工具開發(fā)蝸輪滾刀CAD系統(tǒng)時，由于Auto LISP本身提供的函數(shù)不能滿足滾刀設(shè)計過程中的全部需要，因此在系統(tǒng)中開發(fā)了計算類、標注類、繪圖類等補充函數(shù)共同組成自定義函數(shù)庫并設(shè)計成一個獨立的模塊，供系統(tǒng)各模塊調(diào)用。通過系統(tǒng)的運行，驗證了自定義函數(shù)庫的必要性和有效性。

蝸輪滾刀；機械CAD；Auto LISP；自定義函數(shù)庫

隨著CAD技術(shù)在機械工程中的普遍應(yīng)用［1－2］，各類CAD系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于機床、夾具、刀具等的設(shè)計中，并正向著深度和廣度方向逐漸延伸。AutoCAD是一個在機械設(shè)計中有著廣泛應(yīng)用的開放式通用繪圖軟件［3］，該軟件功能強大，使用簡單方便，允許用戶利用其內(nèi)嵌的Auto LISP語言設(shè)計開發(fā)各種應(yīng)用程序。所以在設(shè)計開發(fā)蝸輪滾刀CAD系統(tǒng)時［4－6］，采用了AutoCAD這一通用繪圖軟件。雖然Auto LISP本身提供了基本函數(shù)、實用函數(shù)、內(nèi)存管理函數(shù)等多種函數(shù)，但是，針對蝸輪滾刀設(shè)計過程中的特殊要求，特別是繪圖、標注等功能的實現(xiàn)問題，Auto LISP本身提供的函數(shù)還不足以滿足設(shè)計中的全部需要。所以，在系統(tǒng)中專門設(shè)置一個自定義函數(shù)庫模塊，在此模塊中，通過分析研究蝸輪滾刀設(shè)計中的應(yīng)用需求，分別擴充了數(shù)值計算類函數(shù)、繪圖類函數(shù)和標注類函數(shù)的自定義函數(shù)，用Auto LISP語言進行定義和開發(fā)，作為補充函數(shù)共同組成自定義函數(shù)庫，供系統(tǒng)其余各模塊調(diào)用。

1 數(shù)值計算類函數(shù)

1.1 數(shù)值圓整函數(shù)

滾刀長度要根據(jù)計算值和手冊中相關(guān)表格或選用機床的型號進行圓整，設(shè)計過程中也有不少數(shù)值需要按一定精度進行圓整。因此，在自定義函數(shù)庫定義了可以按不同精度要求對不同的數(shù)值進行圓整的函數(shù)。設(shè)計時，利用計算所得的待圓整數(shù)值和要求精度相除并取整，然后進行四舍五入處理，圓整過程在程序內(nèi)部完成。定義的函數(shù)為round（ab）。

圖1 數(shù)值圓整程序框圖Fig.1 Flow sheet of numerical roundness

即當圓整精度為0.1時5.34圓整為5.3。

1.2 角度轉(zhuǎn)換函數(shù)

系統(tǒng)從用戶界面接收到的是以度、分、秒形式表示的度數(shù)，而在計算、繪圖過程中使用的是弧度或用小數(shù)形式表示的度，但Auto LISP函數(shù)和AutoCAD命令不提供此項轉(zhuǎn)換功能，所以，作為Auto LISP函數(shù)和AutoCAD命令的補充，在自定義函數(shù)庫定義了將度、分、秒轉(zhuǎn)換為用小數(shù)形式表示的度的函數(shù)。該函數(shù)既可識別用鍵盤輸入半角的分和秒，也可識別用軟鍵盤輸入的全角的分和秒。該函數(shù)計算程序框圖如圖2所示，第1次循環(huán)是判別全角的分和秒，第2次循環(huán)是判別半角的分和秒。

同時，系統(tǒng)在進行參數(shù)輸出時，為了符合大多數(shù)用戶的讀數(shù)習(xí)慣，都是將計算過程中產(chǎn)生的用小數(shù)形式表示的度轉(zhuǎn)換為度、分、秒的形式輸出，因此，此模塊同樣定義了將用小數(shù)形式表示的度轉(zhuǎn)換為度、分、秒的函數(shù)。而在計算過程中需要不斷在用小數(shù)形式表示的度和弧度之間轉(zhuǎn)換，因此，在此模塊還定義了用小數(shù)形式表示的度和弧度相互轉(zhuǎn)換的函數(shù)。此2種函數(shù)與ftod函數(shù)共同組成了角度轉(zhuǎn)換函數(shù)。

1.3 三角函數(shù)補充函數(shù)

Auto LISP語言中定義了正弦、余弦、反正切函數(shù)可供調(diào)用，但未定義反正弦、反余弦、正切、余切和反余切函數(shù)，而在設(shè)計計算過程中要經(jīng)常用到這些函數(shù)，所以，此模塊定義了正切補充函數(shù)、余切補充函數(shù)、反正弦補充函數(shù)、反余弦補充函數(shù)和反正切補充函數(shù)共同組成了三角函數(shù)補充函數(shù)。反正弦補充函數(shù)程序如下：

圖2 角度轉(zhuǎn)換程序框圖Fig.2 Flow sheet of angular transformation

2 標注類函數(shù)

2.1 粗糙度標注函數(shù)rough（ptangtxt）

在AutoCAD環(huán)境下標注表面粗糙度都是將其定義為塊然后插入，應(yīng)用不便，而開發(fā)的對話框式表面粗糙度標注工具采用交互式，不適用于在程序中自動完成標注。因此，通過定義表面粗糙度標注函數(shù)在系統(tǒng)中實現(xiàn)了表面粗糙度的自動標注，并且可以標注任意角度的表面粗糙度符號且使數(shù)值書寫方向均符合國標規(guī)定。

在蝸輪滾刀工作圖中，標注表面粗糙度時只有高度參數(shù)，其國標要求形式如圖3a）所示。

具體設(shè)計時首先在指定的pt位置按圖3b）實線所示的形式繪制一個向上的表面粗糙度符號，然后按照系統(tǒng)讀取的角度以pt點為基點進行旋轉(zhuǎn)，使其在pt點處保證圖3b）中的虛線與該點處的輪廓線垂直。

粗糙度數(shù)值書寫位置分2種情況：當表面粗糙度符號尾端偏上或偏左時，書寫基點為p點，文本對齊方式為BR即右下對齊，文本旋轉(zhuǎn)角度同標注角度，如圖3b）所示；當偏下或偏右時，書寫基點同樣為p點，但文本對齊方式為TL即左上對齊，文本旋轉(zhuǎn)角度為（標注角度－π），如圖3c）所示。

該函數(shù)通過指定點pt、旋轉(zhuǎn)角度ang和由數(shù)據(jù)文件中讀取粗糙度數(shù)值txt而標注表面粗糙度。表面粗糙度數(shù)值字高與表面粗糙度符號高度均通過讀取設(shè)定的尺寸字高而自動設(shè)置。

2.2 基準符號標注函數(shù)

圖3 表面粗糙度的標注Fig.3 Surface roughness labeling

蝸輪滾刀工作圖中要求標注形位公差和基準符號，為此定義了基準符號標注補充函數(shù)datum（ptangtxt）。其中pt表示標注點，如圖4所示，ang表示標注方向角度，txt是基準字母，其書寫基點為cenpt。利用該函數(shù)標注的基準符號粗實線、細實線和基準名稱字母分別繪制在各自的圖層，但組合成為一個“組”，除可以單獨改變名稱字母外，不可對各部分進行單獨操作。

利用該補充函數(shù)，在編程中通過讀取標注處輪廓線的角度而標注不同方向的基準符號?；鶞拭Q字母的字高通過讀取設(shè)定的尺寸標注字而自動設(shè)置。

2.3 雙半徑標注函數(shù)

在蝸輪滾刀工作圖中，標注齒形圖圓角和退刀槽圓角等時一般是用如圖5a）所示R1和R2的形式，即兩圓角用兩條尺寸線共用一尺寸文本表示，自定義函數(shù)庫內(nèi)定義了此種類型的半徑標注函數(shù)。

標注時各位置點的確定如圖5b）所示，通過指定pt1和pt2兩點以及pt點相對于pt1和pt2連線的方向進行標注。系統(tǒng)首先搜索讀取pt1，pt2和pt范圍內(nèi)的圓弧半徑和圓心cen1，cen2的坐標，則pt1，cen1連線和pt2，cen2連線的交點即為pt，然后以pt為起點，分別沿pt，pt1連線和pt，pt2連線方向繪制包含箭頭的多義線，多義線的長度為pt至cen1的長度與圓弧半徑的和。文本“R1”和“R2”的書寫基點為pt，“R1”形式的文本對齊方式為TC即中上對齊，“R2”形式的文本對齊方式為BC即中下對齊。

圖4 基準符號標注Fig.4 Fiducial mark labeling

圖5 雙半徑標注Fig.5 Double radius mark

3 繪圖類函數(shù)

3.1 圖層變換函數(shù)

繪制滾刀工作圖時刀齒等需要進行陣列，若逐條線選擇再進行陣列不僅增大編程的工作量，而且使得程序復(fù)雜。因此，通過定義圖層變換函數(shù)，可以在繪圖時將待陣列圖形繪制在備用圖層內(nèi)，然后選擇該圖層內(nèi)全部圖形對象進行陣列，再用圖層變換函數(shù)自動將其轉(zhuǎn)換到應(yīng)在圖層，使得程序簡單，容易維護。同樣，利用該函數(shù)還可以對其他類似的繪圖操作進行圖層轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換圖層語句如下。

3.2 填充螺旋升角線函數(shù)

在蝸輪滾刀工作圖中有一種特殊的表示方法，即用相互交叉的雙點劃線以剖面線的形式填充主視圖的未剖部分，雙點劃線的方向和傾斜角度要符合蝸輪滾刀的旋向和螺旋升角。若用AutoCAD中的剖面線填充方式實現(xiàn)此功能編程比較繁瑣，不易判斷旋轉(zhuǎn)角度，并且需要在不同圖層間反復(fù)轉(zhuǎn)換。因此，在自定義函數(shù)庫中定義了填充螺旋升角線函數(shù)hat（pt），通過從系統(tǒng)中自動讀取螺旋升角和旋向并以pt點為填充區(qū)域的內(nèi)部點而自動填充螺旋升角線。填充螺旋升角線函數(shù)hat（pt）的LISP程序如下。

另外，還有其他一些類似問題需要解決，因此，在此自定義函數(shù)庫中，還定義了其他一系列函數(shù)與以上函數(shù)共同組成自定義函數(shù)庫，供整個系統(tǒng)各模塊調(diào)用。

4 結(jié) 語

設(shè)計開發(fā)了數(shù)值計算、標注、繪圖3大類補充函數(shù)共同組成自定義函數(shù)庫，該函數(shù)庫已成功應(yīng)用在筆者開發(fā)的蝸輪滾刀CAD系統(tǒng)中。本函數(shù)庫所開發(fā)的自定義函數(shù)作為Auto LISP函數(shù)的補充，不僅滿足了蝸輪滾刀CAD系統(tǒng)設(shè)計的特殊需要，而且豐富了Auto LISP的函數(shù)，擴展了AutoCAD的功能，并且可以用于其他CAD系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)。

［1］董金華，李才潑，劉順芳，等.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下三維CAD技術(shù)研究［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報（Journal of Hebei University of Science and Technology），2010，31（4）：342-345.

［2］董金華，楊松林.標準單元測試環(huán)境的CAD二維圖形自動判別技術(shù)研究［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報（Journal of Hebei University of Science and Technology），2009，30（3）：223-226.

［3］吳永進，林美櫻.Auto LISP＆DCL基礎(chǔ)篇［M］.北京：中國鐵道出版社，2003.

［4］徐 巖，湯百智，張艷華.蝸輪滾刀CAD系統(tǒng)中工作圖的自動繪制［J］.現(xiàn)代制造工程（Modern Manufacturing Engineering），2005（7）：54-56.

［5］馬新廣.蝸輪滾刀的計算機輔助設(shè)計［J］.機械工程與自動化（Mechanical Engineering ＆ Automation），2010，16（6）：14-15.

［6］田培棠.齒輪刀具設(shè)計與選用手冊［M］.北京：國際工業(yè)出版社，2011.

Development of self-defined function database for the worm hob CAD system

ZHAO Ming－jie，XU Yan
（Vocation Technology College，Hebei Normal University，Shijiazhuang Hebei 050024，China）

When making use of Auto LISP of AutoCAD to develop the CAD system of the worm hob，the functions provided by Auto LISP can＇t fulfill all requirements in the design process of the worm hob.So some complementary functions such as calculating，dimensioning and drawing are developed to make an unattached module.It can be transferred by every module of the system.Through running the system，the necessity and the validity of the database are verified.

worm hob；mechanical CAD；Auto LISP；self-defined function database

TP391.72

A

1008-1542（2012）04-0347-04

2012-03-19；責(zé)任編輯：馮 民

河北省教育廳基金資助項目（2010143）

趙明潔（1960-），女，遼寧大連人，副教授，主要從事機械設(shè)計方面的研究。