減速器系列參數(shù)繪圖在Auto CAO 上的實現(xiàn)
l 尺寸驅(qū)動
1.1 尺寸驅(qū)動的概念
所謂尺寸驅(qū)動，是指正式圖或者是徒手勾畫的圖一經(jīng)標注尺寸后杆故，允許任意修改尺寸值。繪圖系統(tǒng)自動保持圖形與最新尺寸保持一致的圖形編輯方法诈豌。其中费赋，操作對象是尺寸值悦浙，而操作結(jié)果是圖形的變換酌非，這種方法顯然與傳統(tǒng)的繪圖過程是截然不同的全新方法胃肖。尺寸驅(qū)動實質(zhì)上是變量幾何的思想．這種思想最初是由美國麻省理工大學D . C . Gos-sand 教授在70 年代末提出的，現(xiàn)在已成為熱門研究課題。目前徊激，在國內(nèi)隨著用戶對軟件產(chǎn)品的使用要求日益增強．這一新技術(shù)正在逐步發(fā)展應用［l］窥扭。如果要實現(xiàn)真正的完全尺寸驅(qū)動，借助于徒手勾圖來生成標準規(guī)范圖還有一段距離贿汞。在這里逼肯，暫時我們只是局部地討論這方面的問題。
1.2 約束判定及尺寸驅(qū)動
約束可分為2 大類：幾何約束和結(jié)構(gòu)約束[2-3]
幾何約束是用于描述幾何元素形狀及位置的尺寸約束否副，如：直線長度和角度大小等汉矿。結(jié)構(gòu)約束是用于描述幾何元素之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的約束崎坊，即幾何元素間的連接關(guān)系和相互位置關(guān)系．如：平行备禀、垂直等。每個被約束實體總是由一個或幾個幾何約束與結(jié)構(gòu)約束所確定奈揍。而每一種實體的自由度是固定的曲尸，如：在圖紙的二維空間中，點有2 個自由度男翰；直線由2 個端點確定另患，有4 個自由度。每一種約束所限制的自由度也是固定的蛾绎。因此昆箕，只要將所處理對象的受約束自由度與對象本身所固有的自由度相比較，就可以判定所處理的對象是過約束租冠、欠約束或者是約束一致．有利于對處理對象作進一步分析和約束參數(shù)化鹏倘。
例如：平面上一個矩形（矩形L 邊與x 軸的平角為α）有4個點。共有8個自由度电味。而矩形的2條對邊相互平行气穴，且相鄰2邊的夾角為直角，就出現(xiàn)了3個約束晌箍，減少了3個自由度還剩下5個自由度（如圖1）肉敏。
為限制整個圖形的整體位移旋轉(zhuǎn)．選擇一基點及旋轉(zhuǎn)角限制3 個自由度，2 對邊的長度（L 剿恬、B ）限制2 個自由度索击，這時的矩形就是約束一致，即該矩形是唯一確定的铡暂，其各點坐標由下列式子確定：
x1=x1,y1=y1
x2=x1+Lcosα,y2=y1+Lsinα
x3= x1+Lcosα-Bsinα
y3= y1+Lsinα+Bcosα
x4= x1- Bsinα,y4= y1+ Bcosα
方程式的右端僅含5個需控制約束的自由度阿绣，方程式的左端即是唯一確定四邊形的4個頂點的坐標。如果隨時修改x1标腮、y1郁邪、α、L、B這5個參數(shù)中的任意一個或幾個昧识，此矩形的尺寸钠四、位置就會發(fā)生變化，整個圖形這時已受于尺寸值的變化控制下跪楞。
尺寸驅(qū)動的程序步驟如圖2缀去。
2 參數(shù)化繪圖
為了完成零件圖的繪制，必須知道繪圖所需的每個尺寸甸祭、尺寸公差和一些特殊數(shù)據(jù)缕碎。因此，在生成數(shù)據(jù)文件時池户，這些數(shù)據(jù)必須全部輸出咏雌，建立數(shù)據(jù)文件之最初依據(jù)是減速器殼體的一些原始數(shù)據(jù)，如：壁厚校焦、中心距赊抖、地腳螺栓直徑、減速器內(nèi)腔寬等寨典。我們根據(jù)這些最原始參數(shù)氛雪，用減速器設(shè)計的經(jīng)驗公式便可算出所需基本尺寸，軟件中我們采用FORTRAN 來實現(xiàn)之耸成。
但是灶昏，上述基本尺寸不包括國標值，如螺紋直徑和銷孔直徑等台泥。這些標準尺寸必須根據(jù)我們所得出的基本尺寸在標準手冊上查找才能得出言雀，而且，尺寸基本偏差以及形位公差也必須從手冊上查找粉只。這些工作都得程序自動去做吟叙，而建立合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進行相應的數(shù)據(jù)查找是必須的暇鸦。在建立數(shù)據(jù)文件時揍丘。還涉及到各種形式的數(shù)據(jù)圓整處理方法，在本文中將進行討論牺胎。
2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立及查找
根據(jù)本案例所涉及的數(shù)據(jù)特點楞庸，顯然應采用線性表結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系僅由記錄之間的排列順序決定暂一。在計算機內(nèi)晾胡，可用不同的方式來表示線性表，其中最簡單和常用的方式是用一組地址連續(xù)的存儲單元依次存儲線性表的元素拐云。線性表的這種機內(nèi)表示稱做線性表的順序存貯結(jié)構(gòu)［4 ] 罢猪，在這種存貯結(jié)構(gòu)中近她，很容易實現(xiàn)對線性表的操作。
以順序表表示靜態(tài)查找表膳帕，用順序查找的方法來實現(xiàn)查找粘捎。順序查找的查找過程為：從表中第n 個記錄開始，逐個進行記錄的關(guān)鍵字和給定值的比較危彩，若某個記錄的關(guān)鍵字和給定值比較相等攒磨。則查找成功，找到所查記錄汤徽。反之娩缰，若直至第一個記錄。其關(guān)鍵字和給定值都不等谒府，則表明表中沒有聽查記錄拼坎，查找不成功。此查找過程可用下列算法描述之：
FUNC Seqsrch （r：Sqlisttp狱掂； K演痒；Keytype）:
Integer;
k 為給定值亲轨，i為關(guān)鍵字陈伪，等于k 的記錄在表r 中的序號，返回i 值為零表明查找不成功熬席。
R[0]key=k泛倦；I:=n；
WHILEr[i]key≠k Koi=-1
RETURN(i)贝狈；
END F,{Seqsrch}习环；
2.2 標準尺寸、尺寸基本偏差及形位公差的查找
螺紋直徑芦终、銷孔直徑芍规、尺寸基本偏差、形位公差等都得用查找的方法來獲得．根據(jù)前幾節(jié)的論述眉堪，我們采用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)翰倡，建立查找表來實現(xiàn)之。下面以形位公差的查找為例奉堵。
首先吹似，建立2 個數(shù)組。數(shù)組實際上是屬于線性表的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)抚垃，2 個數(shù)組分別以D1=ai（i=l喷楣，…，n ）, D2=bi （i=1鹤树，…铣焊，n）表示逊朽，用數(shù)組D1存儲基本尺寸，數(shù)組D2存儲形位公差曲伊，具體數(shù)組元素的值可以在標準手冊中預先查得惋耙。然后，用這2 個數(shù)組組成一個靜態(tài)查找表（表l ）.
表1兩個數(shù)組的靜態(tài)表
|
a1 |
a2 |
a3 |
… |
an |
|
b1 |
b2 |
b3 |
… |
bn |
a1,a2,a3,…,an熊昌，作為關(guān)鍵字绽榛，通過公式我們得出基本尺寸L（非標準），與關(guān)鍵字比較（即）與標準基本尺寸比較
婿屹，若L≤ai,則我們知道L屬于ai-1灭美，ai之間，于是可求出基公差為bi昂利，具體算法如圖3所示届腐。
用上術(shù)方法，我們來查找三級減速器箱蓋一級軸承孔的圓柱度榕哩，已知軸承孔徑DZA = 110 仪荞。首先建立查找表（如表2 ）。然后督近，將DZA 與數(shù)組Dl的元素從第1 個開始比較江构，直到找到比它大或者等于它的元素為止。從表2 中可以看出笋途，Dl 的第8 個元素120 比DZA 大在缆，此時，記下i 值隅凡，i=8茫失。對應D2數(shù)組的第8 個元素便是所要查找的圓柱度，值為中φ0.10绵捡。
表2軸承孔的圓柱度查找表
|
i值 |
… |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
D1 |
… |
18 |
30 |
50 |
80 |
120 |
180 |
|
D2 |
… |
0.05 |
0.06 |
0.07 |
0.08 |
0.10 |
0.12 |
從上面真王，我們清楚地知道了形位公差的獲得方法，我們可用同樣的方法查得螺紋直徑安揣、銷孔直徑和尺寸基本偏差街立，這里就不再一一贅述。
2.3 數(shù)據(jù)處理
本節(jié)所討論的數(shù)據(jù)處理生要指根據(jù)生產(chǎn)實際對數(shù)據(jù)進行加土處理化撕。我們用公式推出的很多數(shù)據(jù)是理論型的數(shù)據(jù)几晤，而這些數(shù)據(jù)如果不進行加工，往往不符合生產(chǎn)實際植阴，給產(chǎn)品的制造帶來一定困難蟹瘾。
由于是用FORTRAN 語言編制此程序[l5] ，對于此種圓整掠手，只須用Fortran 庫函數(shù)中的ANINTO 函數(shù)實現(xiàn)之憾朴。例：Ll=ANINT（Ll）狸捕，此函數(shù)作用為舍人到最接近的整數(shù)。
2）以0 , 5 結(jié)尾圓整
如果要求向上圓整众雷。用如圖4 所示算法實現(xiàn)之灸拍，假設(shè)數(shù)據(jù)名為L。其中AINTO函數(shù)的功能是舍掉一個數(shù)的尾數(shù)砾省。
如果要求向下圓整結(jié)束鸡岗，我們要用到fortran中的AINT（）函數(shù)：L =AINT（）（L/5 .）*5.
最近似的圓整，我們要用到fortran中的AMOD（）函數(shù)．即求余函數(shù)编兄。
3）以0咕烟，2, 5, 8結(jié)尾圓整，此種圓整較為麻煩淀祟，我們用下邊算法實現(xiàn)之憎对。
3 本軟件尺寸驅(qū)動的實現(xiàn)
AutoCAD 是目前最優(yōu)秀的圖形繪圖及支撐軟件，內(nèi)嵌有AuoLISP 語言酌铺，提供了與用戶高級語言程序的接口（SCR 散岩、DXF) ，可將用戶編制的高級語言程序與AutoCAD 圖形連接起來辕洗，根據(jù)用戶程序提供的數(shù)據(jù)進行參數(shù)化繪圖萌圣。圓柱齒輪減速器殼體自動化設(shè)計系統(tǒng)軟件之參數(shù)法繪圖就是以AutoCAD 為支撐平臺，以AutoLISP 和C語言為編程語言開發(fā)成的殴客。
本項目包括一級曾辙、二級衅逝、三級減速器殼體的參數(shù)化繪圖傀铃，這里以一級焊接減速箱座地腳螺栓的繪制為例來說明是如何實現(xiàn)尺寸驅(qū)動進行參數(shù)化繪圖的。一級焊接減速箱座地腳螺栓的分布有一個數(shù)學模型忠伊，當?shù)啬_螺栓為6 個時茫经，可按數(shù)學公式推導出各地腳螺栓的位置及大小萎津；當?shù)啬_螺栓的個數(shù)大于6 個時卸伞。采用人工干預，由人機界面輸人數(shù)據(jù)锉屈，再依照此數(shù)據(jù)繪圖荤傲，這時又詢問是否愿意調(diào)整，如果愿意颈渊，則重新輸人值遂黍，程序就抹掉原圖，按新值繪圖俊嗽。在本項目中雾家，由于地腳螺栓座的長铃彰、寬、高尺寸以及地腳螺栓孔的尺寸都是已知定值芯咧，唯一可調(diào)整的就是下一螺栓孔與上一螺栓孔的相對位置牙捉。AutoLISP [6]有一重要特性，可以使用遞歸定義函數(shù)妆吱。在這里采用新的處理思路橘凿，其流程圖如圖2。
4 結(jié)語
本文著重討論如何用智能化尺寸驅(qū)動法實現(xiàn)參數(shù)化繪圖啃端，并在開發(fā)的圓柱齒輪減速器殼體自動化設(shè)計系統(tǒng)軟件之參數(shù)法繪圖中得以實現(xiàn)禽忧，有關(guān)技術(shù)人員在使用中反映該系統(tǒng)良好。希望本文的討論對參數(shù)化繪圖研究工作能起到一定的借鑒作用书尚。
［參考文獻］
[l] Roller D . Dimension-driven geometry in CAD: A survey, theory and practice of geometric modeling [M]. Strasser W, Seidel H-P. Springer-Verlag, 1989.
[2］李蓉衙乡，張樹生，高滿屯沐刷，等．掃描工程圖二維重建中約束關(guān)系的建立及表示研究［J] ．工程圖學學報箱歪，200l（4）：1-6。
[3］石峰验柴，張永清揽膏，婁臻亮，等．參數(shù)化CAD 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].工程圖學學報姊宗，2001（2）: 7-13.
[4］苗雪蘭歹朵，劉瑞新，宋會群．數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應用[M]．北京：機械工業(yè)出版社撼泛，2005 .
[5］彭國倫．Fortran95 程序設(shè)計[M]．北京：中國電力出版社挠说，2002 .
[6] 希望公司．AutoLISP 程序設(shè)計手冊[M]．北京：希望出版社，1966.
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