全参数化机械CAD的应用研究

李宏1卢广顺2

（1、唐山劳动高级技工学校，河北唐山0640002、河北理工大学机械工程学院，河北唐山064000）

摘要：实现产品设计系列化是提高设计效率的有效途径，参数化计算机绘图是实现设计系列化的最好方法。介绍了一种适合设计系列化的全参数化CAD的基本原理、数据结构和相关技术。

关键词：全参数化；CAD；设计系列化

1概述

计算机辅助设计(CAD)已经成为一项比较成熟的应用技术，如AutoDesk公司的AutoCAD绘图软件从八十年代就已经被人们所熟悉，近二十年来，随着版本的不断翻新，功能越来越强，给我们带来很大方便。国内的一些二维绘图软件也都有许多优点，尤其在机械行业，自主版权的和二次开发的软件更是各具特色。有代表性的如PICAD和CAXA等，都是较受用户喜爱的软件。它们在参数化绘图方面都做了大量的工作，有参数化图库供用户选用，给定参数即可插入图纸中，大大提高了绘图效率。

对于企业来说，如何提高自身的快速反应能力，缩短产品的生产周期以适应市场经济的不断变化，设计是一个关键问题，而产品技术资料的准备工作就显得非常重要。要想解决这个问题，就必须提高产品的“标准化、系列化、集成化”水平，许多企业也都根据成组技术的相似性原理建立了适合自己实际情况的企业标准，制定了相似零件图册。对提高“三化”水平起了很大作用。

计算机辅助设计软件的研究与开发只有符合企业的实际需要，才能真正发挥计算机软件的优越性。目前，大多数二维绘图软件的参数化功能都是部分参数化，图形插入后一般不能再进行尺寸驱动，失去了参数化功能的方便和灵活性。为了提高软件的参数化功能，给用户提供更方便的设计环境，我们研究开发了全参数化二维绘图软件，它的主要功能如下：

1.1全参数化尺寸驱动

可以在图形打开以后，随意驱动某一尺寸，图形随尺寸修改，如图1，尺寸D1和D2可以分别由30和25(图1（a）)驱动成25和15，图形随之变小(图1（b）)。

1.2相同尺寸关系

在绘图过程中，如果指定D1与D2的尺寸相同，那么在驱动D1之后图形随之变成正方形(图1（c）)。

1.3表式关系

在绘图过程中，如果指定表达式关系D2=D1/2，那么驱动D1为50，图形变成长方形，另一边长的长度是25(图1（d）)。

1.4图形与数据库关联

图形可以很方便地与DBF文件相连接，以一个尺寸变量为主参数，其他参数便直接从数据库中得到，主参数可以是一个也可以是两个。用此项功能可以方便地建立企业标准数据库和企业标准相似零件图形库。

图2是一个轴段，直径尺寸φ25f7，在标注尺寸时给定公差带f7，此时自动查出上偏差值为-0.020，下偏差为-0.041。标注形位公差时，指定一个尺寸变量为主参数尺寸，再给出精度等级即可自动查出公差值。如图2轴段上标注圆柱度，主参数尺寸φ25，精度等级为5级，查出公差值是0.0025。现在，我们将尺寸驱动成φ60，则上偏差值为-0.030，下偏差为-0.060。圆柱度公差为0.003。

1.6尺寸的多态性

尺寸有三种状态：尺寸变量状态、尺寸值状态和尺寸代号状态（代号状态用于特征代码，这里不加讨论）。变量状态用于参与表达式计算和连接数据库，尺寸值状态用于读图和图形打印输出。

我们认为，有了以上几种基本功能，就能够满足绘制参数化系列图形的要求。

2参数化的基本原理

2.1图素的数据结构

我们先看一下图素的数据结构：

structEN{//基本图素结构

structcoord;//x，y，z坐标

int;//线型

int;//约束关系代号

int;//特征代号

char*;//变量代号

structEN*;//前趋指针

structEN*;//后趋指针

structEN*;//链表前指针

structEN*;//链表后指针

……

}

用以上结构形成图素链表，结构中的坐标、线型等确定图素本身的特性，用约束关系代号确定图素之间的几何约束关系，用前后趋指针确定图素之间的相互变化的先后动作关系，例如画一个键槽(见图3)，假定圆弧C1为原始图素，圆弧C2由圆弧C1做相同尺寸而得，直线L1和直线L2分别与圆弧C1和C2相切，所以，它们的前后关系如图4。图形关系确定后，如果C1的尺寸发生变化，就会引起C2的相同尺寸变化，而C1C2的变化又会使与之相切的L1L2发生变化。这样，就实现了尺寸驱动，只有C1是可驱动尺寸，其他均为被动尺寸。

再考虑一种情况，我们让C2不与C1保持相同尺寸关系，那么C1和C2都是可驱动尺寸。让C1大于C2就得到图5所示图形，在尺寸驱动意义上而言C1和C2为同一水平，如图6。

2.2尺寸数据结构

上面我们讨论了图素的结构，那么尺寸标注怎样与图素产生关系，使得改变尺寸数值就能引起图形变化呢？下面是尺寸标注的数据结构：

structDN{//尺寸结构

int;//类型代号

char*;//公差代号

structEN*;//指向基准图素

structEN*;//指向标注图素

structEN*;//标注点1

structEN*;//标注点2

structDN*;//链表指针

……

}

不难看出，结构中除了有类型代号、标注点这样的尺寸特性参数以外，还有指向基准图素、指向标注图素的参数，它们的数据类型是EN，也就是指向某一图素的指针。尺寸数值有了变化，就会使基准图素或标注图素所指向图素的参数产生变化，也就使图素与尺寸产生了关联关系。

3数据库应用

数据库支持在CAD软件中占有重要地位，我们采用标准DBF格式建立数据库，其中包括部分常用国标数据库，也为某些企业建立过企业标准数据库。下面以键槽孔为例介绍数据库的使用。图7是键槽孔，图中有三个参数D1、D2、D3，以D1为数据库检索主参数，借助X，Y中间变量则有以下表达式：

X=DATA（011，1，D1，2）;

Y=DATA（011，1，D1，14）;

其中X，Y为中间变量；DATA为软件规定的关键字；011为数据库代码；D1为检索主参数；1为主参数在数据库中的字段位置；2和14为需要检出的字段位置。

用DATA关键字从数据库中提取了键槽的宽度尺寸X和深度值Y（对应国标的b和t1），用下述表达式为尺寸变量D2和D3赋值，即可将尺寸与数据库产生关联关系。

D2=D1+Y；D3=X；

确定了表达式与数据库的关系之后，我们将D1驱动为φ25JS9，也就是从数据库中取出键槽的宽和深，D2和D3分别变成28.3和8，同时自动查出偏差值为±0.018，如果将D1驱动成φ40，则D2和D3的尺寸变成43.3和12JS9（±0.021）。

结束语

以上简单介绍了一种适合于企业产品系列化CAD软件的基本原理，它也适用于国标图形库的建立。要更好地在实际设计工作中应用，还需要做细致的工作。文中存在的不足之处，希望大家指正。