（机械设计及理论专业论文）内燃机滑动轴承薄壁轴套及止推片cad系统工装夹具设计.pdf

内燃机滑动轴承薄壁轴套及止推片 c a d系统工装夹具设计 摘 要 目前国内多数轴承生产厂家进行轴承设计时效率都普遍比较 低有的厂家还在使用手工绘图因而造成的大量重复劳动势必影 响整个生产效率部分厂家虽然能够借助计算机完成轴承的设计 但是往往受操作计算机水平设计经验等因素的影响设计出不符合 实际需要的产品同时设计周期也比较长从而使企业在日益激烈 的市场竞争中处于不利地位 本课题的目的就是开发一套内燃机滑动轴承cad 系统包括轴 承结构设计工艺设计和工装设计三大部分旨在提高现代轴承厂 内燃机滑动轴承设计的质量与效率缩短轴承设计周期从而提升 企业的竞争力软件开发伊始我们根据轴承种类和设计要求从 总体上对系统进行模块划分确定整个软件系统的总体结构根据 内燃机滑动轴承的种类大致把系统分为薄壁轴瓦翻边轴瓦薄壁 轴套翻边轴套和止推片五大部分本文主要介绍薄壁轴套和止推 片的工装夹具设计部分当然由于数据传输的问题本文也谈到了结 构设计和工艺设计部分 系统采用功能强大的 objectarx 作为开发语言在 visual c+ 开发环境下进行 autocad 二次开发力求最终的软件系统性能强 健用户界面友好同时又有良好的开发性以利于软件的不断完善 系统综合使用全局变量局部变量和专用数据文件高效地解决了 软件开发中有关的数据传输问题 工装夹具设计部分由于模具设计的复杂性等因素而变得比较难 于处理为此系统基于轴套结构相同则夹具相似的原则建立了一个 大型图形库采用图形模块的方法并对凸缘结构变化频繁的止推片 部分辅以参数化绘图从而有效解决了夹具图设计的问题此外图 形库的使用为产品更新换代时进行系统扩充也提供了方便 总之内燃机滑动轴承软件系统的开发为轴承生产厂家改善目 前的轴承设计现状提供了有效途径同时系统也需要在实际应用中 随着轴承产品的更新而不断完善和发展 关键词滑动轴承cad夹具设计数据传输 study of the cad system of engine plain bearings mould (bushing bearing and thrust flake) abstract at present, most domestic plain bearing manufacturers are inefficient when they design the plain bearing. even some corporations still design plain bearing by hand. repeated labor affected the efficiency of the corporation badly. although some others can utilize computers to help the designing, the efficiency of those designers is still very low because of inexperienced designers or low computer level. all of this put the corporation into the disadvantageous situation in the competitive market. we develop the cad system of plain bearing, which include the design of structure, arts and crafts, mould. the aim is to improve the efficiency of modern plain bearing manufacturers and shorten the cycle of designing and build up the advantage in the competitive market. when developing the software, firstly we divide the system into several modules according to the classification of plain bearing. the thesis is to introduce the designing mould of bushing bearing and thrust flake, and we also introduce something on the design of structure and craftwork. we develop the software with object-oriented technique using visual c+ and objectarx. the data transfer problem of the system is settled successfully and efficiently by using global variable, local variable and data files synthetically. the design of mould of bushing bearing and thrust flake is very difficult because of complex mould. the drawing is resolved successfully by using graphics template, and parameterized drawing is also utilized to help design the mould of thrust flake, which is helpful when the software need continuous improvement. in conclusion, the cad system of engine plain bearing is beneficial for the inefficient plain bearing manufacturers to help them improve the efficiency. key words: plain bearing, cad, mould, data transfer. 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式 标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名李奇勇 日期 2003 年 2 月 17 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规 定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版允许论文被查阅和借阅本人授权上海交通大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 李奇勇 指导教师签名李柱国 日期 2 0 0 3 - 2 - 1 7 日期 2 0 0 3 - 2 - 1 7 1 第一章 文献综述 随着时代进步技术日新月异作为高科技之一的先进制造技术越来越凸 现出其重要性而其中 cad 技术的发展与应用也俨然已成为衡量一个国家科 技进步和工业现代化水平的重要标志之一它一改过去依赖手工的技术方式 将计算机技术与各行业的具体专业知识相结合克服了许多诸如生产效率低下 产品设计周期长等问题大大提高了企业市场竞争力为社会带来了巨大的经 济效益 1 . 1c a d概述 cad (computer aided design) 是指以计算机为基础完成整个产品设计过 程产品设计过程是指从接受产品的功能定义开始到设计完成产品的材料信息 结构形状精度要求和技术要求等并且最终以零件图装配图的形式表达出 来的过程 广义的 cad 包括设计和分析两个方面设计是指构造零件的几何形状 选择零件的材料以及为保证整个设计的统一性而对零件提出的功能要求和技 术要求等设计一般分为概念设计工程设计和详细设计三个阶段概念设计 是指设计者根据设计协议把产品的功能价格使用寿命尺寸轮廓要求 质量要求等量化成设计过程可供使用的参数信息工程设计过程则完成几何形 状设计完整零件表及材料清单输出详细设计给出符合功能要求加工要求 和装配要求的详细零件图和装配图分析是指运用数学造型技术如有限元分 析法优化设计方法等从理论上对产品的性能进行模拟分析和测试以保 证产品设计的可靠性 cad 基本工作过程如下 1) 概念设计首先根据功能参数进行产品的总体设计这是在人机交互下 完成的设计者必须首先自主确定产品的性能结构和外形计算机可从已有的 设计中搜索各种相关信息供设计者参考并迅速形成产品的造型和外观图形 2) 零部件几何造型从产品结构总图分离零件图并分别对各零件进行造 型结构尺寸色彩等设计 3) 工程分析进行运动分析动力分析等以分析零件的运动状态受力和 变形等情况一般有有限元分析运动仿真优化设计等 4) 设计评价在工程分析基础上对设计进行全面评价优化以达到整体 最优 5) 自动绘图形成零件图装配图以及设计的各种信息文件 2 一个 cad 系统由硬件系统和软件系统组成根据系统的功能不同硬件 系统和软件系统的配置也不尽相同一般而言硬件系统主要是指计算机另 外再加上各种外设软件系统又包括系统软件应用支撑软件和应用软件系 统软件主要是操作系统网络系统等它提供支持应用基础软件的运行环境 应用支撑软件是在 cad 系统中支撑用户进行 cad 工作的通用性支撑软件 专业应用软件是专门针对特殊用户需要而开发的软件此外系统当然还应该 包括设计人员人在整个系统中始终都应该是第一位的正是人的主观能动性 cad 系统才有了长足进步 随着计算机硬件的发展cad 技术已形成了一个灵活协调的系统不再局 限于传统的绘制工程图纸设计者可以通过计算机和相应的软件对设计产品进 行分析计算仿真产品结构和性能的调整优化等利用计算机取长补短形 成人类智慧与计算机软硬件的巧妙结合正如国际信息处理联合会在 1973 年定 义的那样:cad 是将人和机器混编在解题专业中的一种技术从而使人和机器 的最好特性联系起来相对而言人逻辑思维能力较强富有创造性计算机 则具有速度快精度高不疲倦储量大且不易出错的特点cad 恰好是这样 一个人机混编系统充分发挥了两者的优势因此在实际工作中大大加快了 设计速度也使设计质量趋于最优设计产品最好 一个完整的机械 cad 软件包应包括计算机制图设计分析与计算功能 参数优化有限元分析机构运动分析 (包括运动学和动力学分析 )技术文 档资料的编写图形文档管理等内容因此 cad 不是局限于设计的个别阶段 只在部分内容上使用计算机而是将计算机及相关技术有机地综合应用到设计 中各个阶段和环节上形成一个高效高质地集成系统来完成整个过程勿庸 置疑cad 的使用将大大提高设计效率缩短设计周期同时还可以改善设计 质量提高产品的综合市场竞争力还有通过有限元法优化方法和计算机 仿真等的综合运用可以提高设计质量降低设计成本还可以实现数据共享 发展计算机智能技术等另外除了节省劳动力降低成本带来显著的效益外 cad 系统的开发应用还有利于拓宽市场与国际接轨实现网上商品交易提高 产品的开发能力和与其他企业的合作能力有利于提高企业的技术创新和市场 竞争能力提高企业对市场的敏捷性等表 11 列出采用 cad 对产品开发的 主要指标项目的影响 指标项目预期指标指标项目预期指标 节省劳动力88.5改进产品质量39 节省时间76降低成本23 促进标准化 52 表 1 1 c a d 对产品开发的影响 3 目前 cad 的发展其趋势可能有以下几个方面 1) 采用面向对象的数据库技术和数据库管理系统使工程数据库与 cad 结合保证数据的一致性统一性无需数据转换相关数据能自动更新提 高处理复杂工程数据信息的频率同时提供设计分析制造的共享信息为 cad/cam系统集成奠定基础 2) 新实用造型系统的开发提供参数模型设计实施与产品设计制造密切 相关的特征实体造型技术应用尺寸驱动编辑功能为产品设计与制造提供更 为方便的工具 3) 实现工程计算机网络化通讯技术提高将改善人与机器和机器之间的信 息更换使工程技术人员在不同地方同时工作既相对独立又随时可以交互 信息充分实现资源共享提高效率 4) 向智能化发展智能化是 cad 的方向利用人工智能技术辅助设计 可提高知识利用率用专家知识来解决专门问题专家系统的研究开发将大大 提高设计质量提高产品的市场竞争力 5) 提供结构分析有限元分析工程分析系统仿真capp数控编程 等实用性软件 6) 标准化为实现信息共享产品零件的描述标准至关重要国际组织制 定的产品数据交换标准 step 的实施将有利于零件在设计制造整个过程的数 据传递和交换 7) 微型计算机系统的大量使用 cad 技术的发展与推广将对企业带来巨大变革对工业发展产生深刻影 响企业的竞争力很大程度上决定于产品的研发能力而提高产品开发能力的 重要手段之一就是实施 cad 技术有理由相信在新世纪我国的 cad 技术一 定会有令人惊讶的发展也势必会涌现出更多的专门厂商来研究开发 cad 系 统并形成产业 1 . 2c a p p概述 工艺过程设计是指工艺师根据零件要求的形状尺寸公差表面粗糙度 及材料等决定工艺路线工序与工步选择加工机床确定毛坯形式夹具 刀具走刀路线切削速度和进给量等同时还要计算工时定额和加工费用 最后形成一系列工艺文件如工艺路线卡工序卡成本核算卡等 计算机辅助工艺设计 capp(computer aided process planning)就是应用计算 机快速处理信息和决策的功能软件来自动生成工艺文件的过程它从 cad 系 统或通过人机交互输入零件的各种数据借助于 capp 系统中的车间模型工 4 件模型以及工艺逻辑规则生成工艺路线工时定额以及成本核算数据等从 而借助计算机使得工艺人员快速地编制出完整详尽的工艺文件 传统的工艺规程设计方法主要依靠工艺设计人员积累的经验以手工方式 进行因此效率低下存在大量的重复劳动工艺规程缺乏一致性难以优 化且不能有效地对大量的工艺文件及数据进行管理不利于专家的知识和经 验的利用总之随着产品更新换代时间的减少产品品种的多样化等传统 的工艺规程设计方法势必严重制约整个制造业的发展而 capp 根据已有工艺 参数和专家的经验知识经过决策自动生成优化的工艺规程则很好的解决了这 个问题同时capp 还可以将 cad 和 cam 的信息有机连接起来从而实现 cad/capp/cam 的集成, 是建立 cims 的关键环节 用计算机生成工艺的基本原理是将经过标准化或优化的工艺编制工艺的 逻辑思想包括工艺师长期以来积累的经验知识通过 capp 系统存入计算机 在计算机生成工艺时capp 软件首先读取有关零件的信息然后识别并检索 一个零件族的复合工艺和有关工序经过删减和编辑或按照工艺决策逻辑进行 推理自动生成具体零件的工艺假如计算机读取的零件信息中部分信息超出计 算机能识别处理的范围即找不到零件对应的零件族或不能用预先确立的逻 辑生成工艺时则计算机将无能为力只能报错所以计算机只能按照 capp 软件规定的方式生成工艺过程而不能创造新的工艺方法一旦新的工艺方法 新的加工参数出现就必须修改 capp 系统中的某些部分使之适应新的加工 制造环境实际上这也是目前 capp 系统难以做到通用的主要原因同时 不同厂家加工同一产品可能使用不同工艺这也给我们带来了不少麻烦因此 在设计 capp 软件系统时不仅需要我们建立相对比较完整的库之外还必须 保证软件良好的开放性即允许以后其他设计人员根据实际情况进行程序改进 尽管 capp 系统种类繁多但其基本结构都离不开零件信息的输入工艺 决策工艺数据/数据库人机界面与工艺文件管理/输出等五大部分 1) 零件信息的输入 零件信息是系统进行工艺设计的对象数据计算机目前还不能像人一样识 别零图上的所有信息所以计算机内部必须有一个专门的数据结构对零件信息 进行描述如何输入和描述零件信息是 capp 系统最为关键的问题之一 2) 工艺决策 工艺决策是系统的控制指挥中心它的作用是以零件信息为依据按照预 先规定的顺序或逻辑调用有关工艺数据或规则进行必要的比较计算和决 策并生成零件的工艺规程 3) 工艺数据/知识库 工艺数据/知识库是系统的支撑工具它包含了工艺设计所要的所有工艺数 5 据如加工方法余量切削用量机床刀具夹具量具以及材料工时 成本核算等方面的信息和规则包括工艺决策逻辑决策习惯经验等众多 内容如加工方法选择规则排序规则等如何组织和管理这些信息并便于 使用扩充和维护使之用于各种不同的企业和产品是当今 capp 系统迫切 需要解决的问题 4) 人机界面 人机界面是用户的工作平台包括菜单工艺设计的界面工艺数据/知识 的输入和管理界面以及工艺文件的显示逻辑与管理界面等 5) 工艺文件管理输出 一个系统可能有很多工艺文件如何管理和维护这些文件既是 capp 系 统的重要内容也是整个 cad/capp/cam 集成系统的重要组成部分输出部 分包括工艺文件的格式化显示存盘和打印等系统一般能输出各种格式的 文件有些系统还允许用户自定义输出格式或直接输出零件的 nc 程序 分析国外近 40 年和我国 20 余年 capp 的发展情况就其研究方法而言 基本经过了变异式派生式创成式半创成式交互式智能式的过程 变异式派生式variantcapp 系统利用成组技术原理将零件按几 何形状及工艺相似性分类归族为每一族的一个样件设计出相应的典型工艺 文件存入工艺文件库中当需要设计一个零件工艺规程时输入零件信息 对零件进行分类编码按此编码有计算机检索出相应的零件族的典型工艺对 此进行修改得到所需的工艺规程这种方式难以适应生产技术条件和产品更新 换代的发展不能摆脱对人的工艺知识和经验的依赖 创成式 cappgenerative系统由系统中的工艺决策逻辑与算法对加工 工艺进行一系列的决策从无到有自动地生成零件地工艺过程这种方式设计 自动化程度高工艺设计结果一致性好但由于零件结构的多样性工艺决策 随环境变化的多变性及复杂性等诸多因素所以创成式 capp 目前还处在发展 阶段或只适用于特定的零件 半创成式 capp 系统将变异式与创成式结合起来利用变异式及创成式 各自的优点克服其缺点这种方式避免了变异式的局限性和创成式的高难度 性在目前的 capp 开发中较适用 交互式 capp 系统它以人机对话的方式为主使用人员根据系统的提示 回答工艺设计中的提示完成工艺规程的设计这种方式对人的依赖性很大系 统的运行效率低 智能式 capp 系统智能式 capp 系统是将人工智能ai技术用来解决 工艺设计中的问题他是 capp 系统的一个发展方向但在实际的运用上还有 很多工作和问题需解决 6 1 . 3c a f d概述 夹具是能够使工件按照一定技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备夹 具的设计与制造是保证加工精度提高生产效率的瓶颈环节随着机电产品向 着多品种小批量和高柔性的方向发展客观上要求夹具的设计与制造也应具 有较大的柔性cad 技术和人工智能技术的发展为夹具设计的柔性化快速化 和自动化提供了有效途径cafd(计算机辅助夹具设计)应运而生 随着计算机辅助技术的不断发展作为重要工艺装备之一的夹具其设计 过程制造和装备过程与传统的夹具设计制造和装配方法相比也发生了本质 变化cafd与传统夹具设计本质上的区别在于 夹具设计从传统的二维设计转变成三维设计首先利用计算机进行三维夹 具装配图的设计设计的思维程序仍然按照从内向外的原则即根据三维工序 图及其定位基准夹紧表面及加工表面位置与形状设计其三维定位机构夹 紧机构导向对刀机构支承件及夹具体然后从三维装配图拆出三维零件 图最后根据加工需要利用计算机将零件三维图转化成零件的二维图纸 随着数控加工技术和数控加工机床加工中心的普及应用夹具的结构设 计正朝着标准化简单化方向发展组合夹具成组可调整夹具合件应用越来 越广泛 基于特征与参数化设计的过程构造法在夹具设计中占据了主导地位专用 夹具元件的设计方法与传统的设计方法相比已经发生本质变异该方法构造一 个新零件的过程是首先在标准元件库中抽取一个功能形状相似的零件然后利 用参数化设计的原理修改其尺寸利用特征造型技术通过添加特征或删除特 征等方法修改其形状从而减少设计过程中不必要的重复性劳动提高了夹具 元件的设计效率 人工智能技术的发展和专家系统的应用使专家的设计装配经验得以继承 因而构建夹具设计与装配的知识库已成为 cafd的关键技术之一 cafd的基本方法大体可以分为四类 1交互式 cafd 交互式 cafd 是指夹具设计由夹具设计人员以人机对话的方式完成夹具的 概念设计布局设计与详细设计的全过程这种系统通常提供误差分析和夹紧 力分析等工具以及夹具的标准元件数据库交互式 cafd 系统可以大大缩短 夹具的设计周期节省绘图工作量但要求设计人员具有较强的夹具设计能力 设计质量主要取决于设计人员的经验和技术水平这种方法无法继承优秀夹具 设计人员的经验和技能难以适应 cad/cam 集成的需要 2派生式 cafd 7 派生式 cafd 的设计思想来源于成组技术(gt)这种设计方法对工件加 工方法和夹具进行分类编码建立典型夹具数据库在设计新夹具时首先 根据工件编码和加工方法编码查询相似的夹具然后根据要求通过人机对话方 式对检索到的夹具进行修改完成夹具设计的全过程这种方法可以继承优秀 的夹具设计成果但设计的质量在一定程度上仍依赖设计人员的经验和技能 3半智能化 cafd 半智能化 cafd 是一种智能推理与交互式设计相结合的夹具设计方法由 于夹具的定位元件夹紧元件和导向元件等的结构和尺寸已标准化元件选择 的规律性较强在半智能化 cafd 系统中采用智能推理的方法进行选件而夹 具装配过程的随机因素较多实现装配过程的自动化有一定难度因此在半智 能化 cafd 系统中采用人机交互的方式进行组装半智能化 cafd 是一种实用 性较强的夹具设计方法它不仅可以部分地继承夹具设计专家的经验和技能 也大大提高了夹具设计过程的自动化程度 4智能化 cafd 智能化 cafd 是将人工智能技术中的专家系统技术引入夹具设计过程的各 个阶段来实现的智能化夹具设计系统是基于知识集成的自动化系统由系统 自动生成加工所需的夹具这种系统通常包括人机接口夹具设计工程数据库 系统自动选择定位及夹紧面点自动选择夹具元件自动进行定位误差和夹 紧力分析并完成装配方案设计和装配模型生成采用智能化夹具设计方法对 于提高夹具设计效率和设计质量实现对优秀设计人员的经验和技巧的继承 实现夹具的优化设计从根本上提高产品质量和生产的自动化水平有着十分 重要的意义 夹具设计是一项复杂而富有创意的工作其设计过程依赖大量的专门知识 和经验知识在智能化夹具设计技术的研究过程中 各国专家和学者普遍认为 实现智能化夹具设计的最佳方法是利用专家系统技术目前夹具设计专家系 统已经成为夹具设计自动化领域的主导研究方向 1 . 4轴承c a d技术与软件开发 轴承 cad 技术是机械 cad 技术在轴承这一特定的机械产品中的应用针 对轴承设计制造的特点要求国内外的许多学者开发出不同的轴承 cad capp 软件这些轴承 cad 系统中主要是滚动轴承的 cad 软件滚动轴承虽 与滑动轴承在功能上有许多相似之处但在设计时却是有很大的不同滚动轴 承具有特定的结构标准而滑动轴承的结构有不确定性它可能有各种油槽 油孔的组合因而设计的思路有很大的不同 8 在以往开发的轴承 cadcapp 中主要有两大类型的系统一种是偏向 轴承性能分析结构几何参数的选择设计及运行参数的估计评价这种设计 系统主要适用于轴承设计开发而另一种系统是面向已设计好结构参数的各种轴 承通过现有的主要参数选取加工中的一些主要参数并实现整个设计图工艺 流程的自动完成这种系统适用于主要进行轴承加工的场合我们的开发的系 统属于后者 机械 cad 软件与普通的应用软件有许多共同的要求如正确性可靠性 完整性实用性可维护性等同时也有其独特的特点如表格曲线等数据 的处理等cad 软件开发是要用系统工程的观点对系统各成分的功能关系 信息关系组成关系及系统开发的各阶段工作进行分析与设计 cad 软件开发时强调使用生存周期方法把软件生命周期划分成若干阶 段每个阶段的任务尽可能相对独立便于不同人员分工协作从而降低整个 软件开发工程的困难程度且容易保证各阶段的质量提高软件的可维护性 一般把软件生命周期由软件定义系统分析软件开发和软件维护三个时期 软件定义时期的主要任务是确定软件开发完成的总目标确定可行性确 定策略估计成本制定工程进度表 软件开发时期通常包括总体设计系统的结构设计详细设计模型化 算法设计信息流动处理数据处理等编码和单元测试综合测试四个阶段 它是系统设计和实现的过程 维护时期的主要任务是使软件持久地满足用户地需要如改正使用过程中 发现的错误修改软件以适应新的环境改进软件以满足用户新的需要 面对对象分析和设计是现代软件设计发展的一个重要成果利用对象类 属性继承等方式面相对象技术可以重用许多现有的成果提高软件设计效 率和质量 cad 软件的开发也趋于用面向对象的语言来开发 如 c+ visual c+ 等这样不但可以缩短开发周期并且开发出来的软件质量较高人机界面友 善 人机交互界面的设计也是 cad 软件中重要的一个方面它对用户情绪和 工作效率产生重要影响一个好的用户界面可以对用户和潜在的用户产生吸引 力用户在使用系统时可以提高学习速度和使用速度降低操作失误率增强 记忆从而提高工作效率用户界面的设计应遵循下列的准则 1) 一致性使用一致的步骤一致的动作 2) 减少步骤使用户完成某件事的动作次数最少 3) 及时提供反馈信息 4) 提供撤销命令人在系统交互中难免有失误并且有时设计效果不理想 在这些情况下提供撤销命令是很有必要的 9 5) 无须记忆记忆某个窗口的信息是系统的责任而不是用户的任务应该 使用户在使用系统时把更多的时间化在他实际想做的事上 6) 易学人机交互界面应易学易用 7) 富有吸引力人机界面应友善使人在使用时不会产生烦躁感 开发机械 cad 软件时必须处理好设计数据资料的计算机处理问题在应 用机械 cad 进行机械设计时我们要充分利用计算机存贮容量大检索速度 快的特点将机械设计中的各种数表图表和线图等存贮在计算机中使我们 在进行机械设计时能方便迅速地从计算机上获取设计所需资料在机械 cad 软件的开发中针对不同的数据资料设计数据的处理有多种不同的方法 1 公式化的连续型数据可以对数据进行程序化处理将其设计成一子 程序 (如过程函数等)根据自变量数目设定形式参数输出参数就是我们需 要的设计数据在设计使用时调用该子程序由计算获得数据 2 以表格形式出现的离散型数据如果数据量较小可用数组的形式直 接写入程序若数据量较大可建立数据文件和数据库通过系统与数据库的 接口对数据库进行访问提取数据还可以用公式拟合的方法将表格变换成 公式转化为公式化的连续型数据进行处理用查表插值方法检索获得数据 3 采用线图方式表示的数据如果有曲线公式就将线图转化为程序进 行处理如果没有现成的公式表示可以考虑用公式拟合的数学方法进行处理 把线图变成拟合公式然后用程序方法进行处理 最后让我们看一看我们开发这套软件的项目来源及现实意义目前大多国 内轴瓦生产厂在进行内燃机滑动轴承的结构设计工艺卡片设计及工装夹具设 计时仍然停留在查手册图板绘图的阶段部分厂家虽然采用计算机绘图但 在设计等过程中的效率仍不高而实际上工程设计中许多是经验的积累和重复 的劳动在现有的这种设计模式下不能利用一些设计中的积累经验并且可能 会由于缺乏相应的经验而设计出不符合实际需要的产品工作效率低下因而 在现代日益激烈的市场竞争中处于不利的地位李柱国张晓洪等人开发的轴 承 cad 软件为解决这一问题提供了一个方向并取得了良好效果但在结构设 计的类型程序使用界面等方面还不够完善因此在上海市汽车总公司科技发 展基金项目的支持下我们与上海菲德尔莫古公司合作开发了这套适用于内燃 机滑动轴承结构设计工艺卡片设计及工装夹具设计的 cad 系统以提高现代 轴瓦厂轴瓦设计的质量与效率有理由相信这样一套内燃机滑动轴承 cad 系 统在生产实践中将产生显著的实际效用 10 第二章 a u t o c a d二次开发技术 目前大多数国内轴承生产厂家都是使用 autocad进行图纸绘制其较强 大的图形文字功能足以满足各厂家的实际需要但是autocad 所提供的只 是一般通用的绘图功能绘制一个轴套需要一步一个命令地画出图形然后标注 等设计完成后往往又因为一两个参数的变化需要整张图纸全部重绘设计效 率低下不能满足市场竞争日益激烈的需要所以对 autocad进行二次开发就 势在必行了目前可供使用的开发工具主要有 autolisp 及 visuallispads vbavc+ objectarx下面分别介绍各种定制和开发 autocad 应用程序的 方法通过比较不难看出为什么我们最终选择 objectarx 作为软件系统的开发 语言 2.1 autolisp 和visuallisp autolisp 是 autocad 最早的解释型开发语言环境不是面向对象的语言 主要用来完成重复性任务语言规则简单易学易用; 直接针对 autocad 解释 执行易于交互 但是随着应用程序层次和逻辑结构的不断复杂代码越来越庞大而二次 开发不再仅局限于交互性更多的是一些非交互处理如计算处理数据交换 等autolisp 开发环境的缺点就愈来愈明显主要表现为功能单一综合处 理能力差程序运行速度慢软件质量不高语言规则简单可读性和可维护 性差不适合大规模开发开发环境集成度低程序的编写加载和调试与 autocad 分离缺乏较好的保护机制不易保护软件成果另外 ,其表达式的 后缀表示法也不易让一般开发人员习惯和接受 为了克服 autolisp所存在的一些缺点在 autocad r14 中autodesk 公 司推出了一种新版本 visuallispvisuallisp是一种编译型的 api与 autolisp 完全兼容它提供 autolisp 的所有功能同时它还可以访问多文档设计环境 com/activex 用户界面和事件响应器等其面向对象的可视化集成开发环境 ide使得编译调试用 lisp编写的 autocad 程序更加方便功能更强但 仍然解决不了运行速度慢保密性差运行速度慢等缺点并且它在人机界面 的编程时主要是利用系统本身提供的可编程对话框工具(pdb)实现对话框界 面设计其基本方法是通过对话框控制语言(dcl)编写定义对话框窗口的组 成构件然后利用 aotolisp 的对话框处理函数设计驱动程序这种方法因为 局限于用 dcl文件形式描述对话框缺乏有视觉效果的直观设计工具因此也 不能满足现代软件的开发要求 11 2.2 ads autodesk 公司自 autocad r11 就开始支持 adsadvance development system它使用 c 语言作为开发环境它实际上是定义了一组可由 autolisp 调 用的外部函数不但具备 autolisp 程序的全部功能而且融合了语言本身众 多的优点 1) 直接对硬件操作 2 )自定义数据结构 3)编译后运行速度快 4)能读写任何格式的文件 5)丰富的库函数 ads 与 autolisp 相比它具备综合大规模处理的能力可以编写规模较 大的应用程序由于是编译开发环境它可以检查程序设计语言的逻辑错误 且运行速度快但 ads 开发环境复杂难以短时间内掌握对开发人员要求很 高并且ads 语言和 autolisp 语言一样内在结构不是面向对象的其程 序必须由 autolisp 解释器加载和调用它也是通过 ipc 与 autocad 通讯从 而其执行效率和速度都不高此外用 ads 编写的人机界面也不够友好效果 不理想不能适应今天应用软件发展的需要 2.3 vba autocad自 r14 起采用 activex automation的形式丰富了自身的 api 它为 autocad 的进一步发展开辟了新的途径由于 autocad 拥有了 activex automation接口 用户可以容易地用各种 activex客户编程语言 如 visual basic delphi等来定制 autocad 微软的 visual basicvb是 windows 环境下的极为典型的 activex automation控件vb 现已成为开发 autocad 应用程序常用的一种独立开发环 境visual basic for applicationvba是 vb的特殊形式它将 vb 环境植入 应用程序中使两者紧密集成在一起autocad 包含的 vba 提供了高质量的 用户化编程能力扩展了 autocad集成用户化工具的集成能力也可以很方便 的进行界面设计但是由于编程语言本身的原因vba 不适宜于开发规模较大 的应用程序而且其应用程序相对 objectarx程序而言其运行速度也不是很快 2.4 objectarx arxautocad runtime extension是在 ads 基础上发展起来的一种面 12 向对象的 c 语言开发环境 它与 ads 的最大差异在于 arx应用程序是 dll 动 态链接库共享 autocad 地址空间直接调用 autocad 内部命令函数避 免了 ipc的系统开销和由此引起的性能下降 很快在 autocad r14 中arx 就被完全面向对象的二次开发环境 objectarx 所代替原来组成 ads 库的全部函数全部纳入 objectarx 中作为 它的一个库 adsrx objectarx 是基于 autocad的应用程序接口它使用 visual c+编程环境且包 含一组动态连接库 (dll)这些库与 autocad 在同一地址空间内运行能直接 利用 autocad 核心数据结构和代码并对 auto cad 作直接的函数调用 objectarx 与 autocad 间的通信与其它 autocad 的二次开发语言的对比参见 图 21所示 图 2 1 各种 a u t o c a d 开发语言与 a u t o c a d 间通讯对比 fig.4-1 the contrast of communication between different developing language and atutocad objectarx sdk 主要提供有 acrx 类库acdb 类库acgi 类库acge 类库和 ads 类库此外objectarx 编程环境可利用丰富的 mfc 类库编制丰 富的 windows 风格界面并且由于采用了面向对象的编程技术开发人员可 以在其所提供的基类上派生出自定义类给开发工作带来极大的方便 比较 autocad 提供的各种 api不难看出为什么我们最终选择 objectarx 作为软件的开发环境 首先 众所周知 直接与 autocad通讯的 api比利用 ipc 进行通讯的 api 运行速度要快编译型的 api 比解释型的 api 速度要快因此 objectarx 的运行速度最快其次objectarx 应用程序因为能在运行期间实 时扩展 autocad 共享autocad地址空间 所以性能非常强大 以至于 autocad 自身的许多模块都是用 objectarx制作的当然另一方面由于共享地址空间 所以一旦应用程序失败autocad 进程也就随着崩溃而象 autolisp 开发的 应用程序并不危害 autocad自身进程此外objectarx比较难以掌握它使 用 c+作为开发语言在 visual c+开发环境下运行必须经过严格的编译链接 13 才能生成应用程序不像 autolisp和 vb 都是解释型语言简单易学开发周 期短 综合考虑我们还是决定采用功能强大的 objectarx 作为软件系统的开发 工具 2 . 4 . 1 o b j e c t a r x程序的特点 在 objectarx 环境下开发的程序称为 objectarx 应用程序objectarx应 用程序本质上就是 windows dll程序而 autocad 软件本身则是一个典型的 windows程序 objectarx 应用程序与 autocad windows之间均采用 windows 消息传递机制直接通讯objectarx 应用程序通过调用 acrxentrypoint()函数建 立与 autocad消息传递的入口在 acrxentrypoint()函数中用 switch语句处理来 自 autocad的各种消息 objectarx 应用程序与 autocad 在同一地址空间运行并能直接利用 autocad核心数据库结构和代码objectarx应用程序可以充分利用 autocad 的开发结构直接访问 autocad数据库结构图形系统和 cad几何造型核心 由 objectarx 应用程序定义的外部命令通过 acedregcmds()宏注册这些外部 命令与 autocad 自身固有命令一样由 autocad 本身执行享受 autocad 固 有命令的一切权利 objectarx 应用程序以 c+为开发语言具有面向对象编程方式的数据可 封装性可继承性以及多态性等特点用其开发的软件具有模块性好独立性 强连接简单使用方便内部功能高效实用以及代码可重用性强等优点并 且支持 mfc能简洁高效的实现许多复杂功能 arx 程序是 windows dll 程序arx 可与 autocad 的另外两个开发工 具 autolisp及 ads 共同工作从效率与功能来说arx 应用程序远高于前两 者autolisp 完全包含在 autocad 的内部ads 程序由 ads_init()初始化它 与 autolisp 的通信是一个被动地等待 autolisp 请求的无限循环也就是说 ads 程序与 autocad程序并不是直接通信而是以 autolisp 为中介联系起来 的 在 autolisp 和 ads 编程环境里数据库直接反映为当前的 dwg 文件 用户通过 autocad命令来操作其中的实体但不知道数据库的内部组织结构 从 arx 开发者的角度来看autocad 图形数据库是一个对象管理器它管理 的是图形及其属性数据开发者可以根据应用的需要添加和建立新的管理机制 并加入到这个体系中去objectarx 应用程序以 c+为基本开发语言具有面 向对象编程方式的数据可封装性可继承性及多态性等特点用其开发的工程 cad 软件具有模块性好独立性强连接简单使用方便内部功能高效实现 以及代码可重用性强等优点并且支持 mfc 基本类库能简洁高效地实现许多 复杂功能 arx 采用 c+方法与 autocad 对象交互通过动态加载的 dll 建立对 autocad直接函数调用arx应用程序是动态链接库它是 autocad 进程空 间的一部分不仅运行快而且使用简单 14 2.4.2 objectarx类库 objectarx 环境主要包含以下五个类库 acrx aced acdb acgi和 acge 以及一个与原来的 ads 兼容的函数库其核心是两组关键的 api即 acdb 和 aced 类库 acrx 库autocad 实时扩展该类库提供了系统级的类和 c+的宏指令 集用于 dll 应用程序的促初始化连接和实时类的注册与标识该库的基类 是 acrxobject利用它可以实现对象实时类的标识及继承分析对现有类的扩 充定义对象的比较和检验以及对象的拷贝等功能 aced 库autocad 编辑器它为 autocad 图形编辑器提供核心接口 这一接口提供了用来定义登记新的 autocad 命令的类定义后的新命令和 autocad 内部命令占有相同的内部堆栈具有相同的运行模式该类库库中一 个重要的类是 aceditorreactor它用来监视 autocad 的状态并报告应用程序 事件的发生如命令的开始结束和中止 acdb 库autocad 数据库该类库提供了可以直接访问 autocad 数据 库结构的类autocad 数据库中包含了各种构成 autocad 图形的图形对象即 实体以及层线型字体风格等非图形对象的信息利用该类库提供的类 开发者可以对已经存在的 autocad实体及对象进行查询等操作并可创建新的 数据库对象autocad 数据库包含九个命名唯一的符号表对象一个对象词典 和近 200个系统变量 acgi 库autocad 图形接口该类库提供了许多图形界面工具用来绘制 autocad 的实体该类库中的函数 worlddraw()viewportdraw()及 saveas()主 要作为 acdbentity 类的成员函数在所有用户自定义的实体中必须重新定义 worlddraw函数 acge 库autocad 几何库该类库可以被 acdb 类所引用并提供诸如向 量点及转换矩阵等用于普通二维和三维的几何操作同时也提供简单的几何 对象如点曲线和曲面acge 库中的类主要由两个集合组成2d 几何体类 和 3d几何体类主要的基类是 acgeentity2d 和 acgeentity3d 另外还有一个兼容 ads 的全局函数库它建立 autocad应用的 c 语言库 兼容原先 ads 的功能从而可以使新系统能兼容老的 ads 函数和程序单独 通过它也能开发应用程序不过现在我们讨论 ads通常是指按照 objectarx 应用程序来处理 ads 的而不是我们过去可以独立执行的程序 2.4.3 objectarx应用程序的基本功能 从宏观上讲利用 objectarx 可以开发面向对象的 autocad 应用程序 15 具体而言用户可使用 objectarx完成以下任务 1)访问 autocad 数据库一个 autocad 图形是保存在图形数据库中对象 的集合objectarx 能够让用户的应用程序访问这些数据库中的图形符号表 字典等还可以为指定的应用程序创建数据库 2)与 autocad 编辑器进行交互objectarx 提供了可以与 autocad 编辑 器进行交互的类和成员函数用户的应用程序可以接收和响应发生在 autocad 中的各种事件的通知 3)使用 mfc