（机械电子工程专业论文）基于autocad的机械设计辅助工具的研究与开发.pdf

摘要 计算机辅助设计是机械行业快速持续发展的技术基础和必要手段，在市场竞争 日趋激烈的今天，适合企业的专业c a d 软件在缩短设计周期、提高生产效率方面起 到了至关重要的作用。传统的机械设计在公差配合、几何公差和表面结构参数的选 取及工程材料的选用等方面主要是依靠工程师的经验和设计手册，但是对于缺乏经 验的工程师来说无疑存在很大的困难，而且查阅手册费时易出错。所以，将专业的 绘图软件a u t o c a d 开发为兼绘图与设计于一体的辅助设计软件具有重要的实际应 用价值。 本文以a u t o c a d2 0 1 0 为开发平台，利用其提供的o b j e e t a r x 二次开发工具， 结合a c c e s s2 0 0 3 数据库，依据最新推出的国家标准，用v i s u a lc + + 2 0 0 8 n e t 开发 出一套机械设计辅助工具，应用本系统可以显著的提高设计效率。 首先对相关文献和手册进行了研读，把机械设计时需要用到的资料进行分类整 理，建立数据库以备查询；进而对a u t o c a d 的开发机制进行研究，确定系统总体设 计方案和各模块的实现方法；最后用v i s u a lc + + 2 0 0 8 n e t 编程语言编程实现，并结 合m f c 开发出良好的人机交互界面。本文开发的机械设计辅助系统包括五个模块， 分别为图块、序号及明细表模块、公差配合模块、几何公差模块、表面结构模块和 常用工程材料模块。公差配合模块、几何公差模块和表面结构模块不仅可以实现符 号的选用和标注，而且还给出相关参数的推荐选择。 硕士研究生徐金娟( 机械电子工程) 指导教师沈精虎教授 关键字：a u t o c a d 二次开发；o b j e c t a r x ；数据库；参数推荐选择 a b s t r a c t c o m p u t e ra i dd e s i g n ( c a d ) h a sb e c o m e t h et e c h n i c a lb a s i sa n dn e c e s s a r ym e a n sf o t h ef a s ta n de o n t i o u si nm e c h a n i c a lp r o f e s s i o n n o w a d a y s ，m a r k e tc o m p e t i t i o ni sg e t t i n g m o r ea n dm o r ei n t e n c e ，s op r o f e s s i o n a lc a ds o f t w a r et h a tf i t ss p e c i f i ce n t e r p r i s e sp l a y s a ni m p o r t a n tr o l ei ns h o r t e n i n gd e s i g nc y c l ea n di m p r o v i n gt h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y 1 1 h e t r a d i t i o n a lm e c h a n i c a ld e s i g ni sm a i n l yd e p e n d e do ne x p e r i e n c e so fe n g i n e e r sa n dm a n a u l h o w e v e r , t os o m ee n g i n e e r sl a c ko fe x p e r i e n c e s ，i t sv e r yd i f f i c u l tt oc h o o s et h e p a r a m e t e ro fs o m ea s p e c t s ，s u c ha st o l e r a n c em a t c h i n g , g e o m e t r i ct o l e r a n c e ，s u r f a c e s t r u c t u r ea n dm a t e r i a l s i ng e n e r a l ，i t sv e r yu s e f u lt od e v e l o pa u t o c a di n t os u c hk i n do f s o f t w a r et h a ti san o to n l yd r a w i n gb u tr e a l l ya i d e dd e s i g ns o f t w a r e b a s e do na u t o c a d2 0 1 0 ，u s i n gs e c o n d e r yd e v e l o p i n gt o o lo b j e c t a r x ，c o m b i n i n g a c c e s s2 0 0 3 ，a c c o r d i n gt ot h el a t e s tn a t i o n a ls t a n d a r d s ，as e to fu s e f u lm e c h a n i c a ld e s i g n a i d e dt o o l sh a sb e e nd e v e l o p e di nv i s u a lc + + 2 0 0 8 n e t t h ed e s i g ne f f i c i e n c yw i l lb e s i a n i f i c a n t yi m p r o v e du s i n gt h e s et o o l s f i r s t l y , i n f o r m a t i o na b o u tm e c h a n i c l ad e s i g nh a sb e e ns a v e di nd a t a b a s eb ys t u d y i n g r e l a t e dl i t e r a t u r e sa n dm a n u a l t h e nt h ed e v e l o p m e n tm e c h a n i s mo fa u t o c a dh a sb e e n s t u d i e d ，s ot h eo v e r a l ld e s i g np l a na n dr e a l i z a t i o no fe v e r ym o d u l eh a sb e e nd e t e r m i n e d f i n a l l y , t h ef u n c t i o n sh a v eb e e r t r e a l i z e d b y v i s u a lc + + 2 0 0 8 n e t , a n d g o o d h u m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e sh a v eb e e nd e v e l o p e dc o m b i n e dw i t hm f c t h em e c h a n i c a l d e s i g na i d e dt o o l sd e v e l o p e db yt h i sp a p e rh a v eb e e nd e v i d e di n t o f i v ep a r t s ，n a m e l y f r a m ea n ds e r i a ln u m b e r sm o d u l e , t o l e r a n c em a t c h i n gm o d u l e ，g e o m e t r i ct o l e r a n c e m o d u l e ，s u r f a c es t r u c t u r em o d u l ea n dc o m m o ne n g i n e e r i n gm o d u l e t o l e r a n c em a t c h i n g m o d u l e ，g e o m e t r i ct o l e r a n c em o d u l e ，s u r f a c es t r u c t u r em o d u l ec a nn o to n l yr e a c ht h e f u n c t i o n so fm a r k i n g s y m b o l sb u tc a nr e c o m m e n do p t i o n sf o r t h ep a r a m e t e r s g r a d u a t es t u d e n t ：j i n j u a nx u ( m e c h a n i c s & e l e c t r o n i c se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d eb yp r oj i n g h us h e n k e y w o r d s ： a u t o c a d s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；0 b i e c t a r x ；d a t a b a s e ； r e c o m m e n d i n gp a r a m e t e r s 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题的目的和意义 a u t o c a d 是当前应用最为广泛的通用交互式计算机辅助绘图与设计软件包，在 机械、航空、电子、船舶、服装、建筑等领域得到了广泛的应用【l 】。但a u t o c a d 本 身所提供的只是一般通用的c a d 功能，如造型、编辑、注释等，不同行业标准使得 各领域在使用a u t o c a d 的过程中，均需根据自身特点进行二次开发，定制自己的 c a d 系统，以满足自身的需要【n 1 。 在生产实际中直接运用a u t o c a d 进行机械设计和绘制机械图时存在许多不方便 的地方，例如，装配图中零件序号的标注和明细表的填写极其繁琐，公差配合不能 自动查询、表面结构( 粗糙度) 标注不方便以及工程材料种类的获取较难等。 装配图是制造业用于表达机械产品中部件与部件、部件与零件以及零件间装配 关系、链接方式及主要零件基本结构的图样【4 】。在用a u t o c a d 绘图时，通常需要对 图中零、部件序号进行标注，编制零、部件和材料明细表。尽管a u t o c a d 本身带有 “引线”之类的标注命令，但难以达到令人满意的效果，尤其是对零件组进行标注一 时，无法按国标直接采用公共指引线【5 】。而编制明细表，往往是通过人机对话，交 互式手工绘制表格，并用鼠标选择坐标，逐项输入明细表内容。这样比较繁琐，难 以提高效率，而且出错的可能性会很高。 公差配合是实现互换性生产的基础，合理地选用公差配合，不仅可以更好地促进 互换性生产，同时有利于提高产品质量，降低生产成本。由此可见，公差的选择在 机械设计工程中是很重要的，如果能通过计算机智能的选择正确的公差值，将对提 高生产效率和产品质量有很大作用。表面结构( 粗糙度) 也是促进互换性生产的重 要因素，其选择的智能化也具有很重要的意义。 在机械零件的设计中，尺寸公差、形位公差( 几何公差) 和表面结构( 粗糙度) 的选择，以及常用工程的材料和热处理的选择是重点，也是难点，这些选择是否合 理与生产实践经验关系密切。而且，在a u t o c a d 中标注尺寸公差、形位公差( 几何 公差) 和表面结构( 粗糙度) 时很繁琐，该软件中并没有标注公差和表面结构( 粗 糙度) 的专用命令，需要用户手工输入或创建图块；因此，能够智能查询、选择和 标注这些内容成是机械工程师研究的重要方面。 a u t o c a d 作为绘图软件功能非常强大，但是作为辅助设计软件，其功能还有待 完善。在其绘图的基础上加入辅助设计的功能，不仅可以提高设计效率，降低生产 成本，还能给没有设计经验的新人提供参照。企业在自身发展和使用a u t o c a d 的过 青岛大学硕十学位论文 程中积累了许多有用的资料，如果能把这些资料加以整理分析，并将其挂靠在 a u t o c a d 软件系统的主菜单上，即编译生成可与a u t o c a d 软件系统无缝连接的应 用程序，这样一来，不但可以提高设计人员的设计效率，对市场需求做出快速反应， 及时赢得市场的份额，而且还能够提高企业的生产效率和经济效益，因此，对 a u t o c a d 系统进行二次开发是非常必要的。 针对a u t o c a d 机械设计方面的功能进行二次开发具有很重要的意义，作为通用 的交换式绘图软件，其在工程实际中存在许多不足，如果能够解决这些缺陷，就可 以提高绘图效率、产品的开发质量和效率，这对企业的发展也有着重要的意义。本 课题的目的就在于设计一套机械设计辅助工具，该工具不仅可实现图纸的设置、序 号的标注及明细表的填写，还具有辅助设计的功能，即可实现尺寸公差、表面结构 ( 形位公差) 、表面结构( 粗糙度) 的智能查询标注以及根据使用场合推荐机械工程 材料等功能，从而为缺乏设计经验的设计者提供参考。 1 2 国内外研究现状 1 2 1c a d 技术的国内外研究现状 c a d 概念是2 0 世纪5 0 年代末由麻省理工学院首次明确提出的，6 0 年代研制成功 试验c a d 系统【6 】，7 0 年代，c a d 开始实用化，从二维设计发展到三维设计，并在汽 车、飞机、造船等设计要求相对较高的领域有了一定的应用。8 0 年代，三维几何造 型、仿真等问题得以解决，应用范围不断扩大，大中型系统向微型化方向发展，出 现了应用极广的微机c a d 系统和性能优良的工作站c a d 系纠7 】。到了9 0 年代，计算 机硬件系统性价比大幅度提高，c a d 技术快速发展，c a d 系统开始在设计领域全面 普及，并成为必不可少的设计工具。同时出现了一系列成功的商用c a x 软件，如 a u t o c a d ，u g ，c i m a t r o n ，c a t i a ，s o l i d e d g e ，s o l i d w o r k s ，p r o e n g i n e e r ， m a s t e r c 锄等【8 1 。 我国c a d 技术的研究和开发工作起步较晚，始于2 0 世纪7 0 年代中期；从8 0 年代 开始，c a d 技术应用工作才逐步得以开展。国家在全国各个行业大力推广c a d 技术， 同时展开c a d 技术的开发和研制工作。最初的工作是在通用的二维c a d 系统上进行 二次开发，如清华大学的天河p c c a d 系统、中科院开发的大恒c a d 系统、中望c a d 系统等。而后，有许多高校从底层开始，开发了具有自主版权的二维和三维c a d 系 统，如清华大学和华中理工大学共同开发的高华c a d ，北京航空航天大学开发的熊 猫c a d 系统、金银花系统等。目前应用相对比较广泛的c a x a 系列软件包括电子图 板、三维造型、制造工程师、p d m 等模块，基本代表了国内此类软件的最高水准。 电子图版在绘图方面与a u t o c a d 极为相似，功能也比较全面，较之a u t o c a d 删 2 第一章绪论 繁就简，突出重点。c a x a 电子图板是一套高效、方便、智能化的二维设计和绘图 软件。它功能强大、易学实用，绘图功能不逊色于a u t o c a d ，比之a u t o c a d ，它有 如下几方面的优势： 1 ) 、自主版权、易学易用； 2 ) 、符合标准的开放体系，全面开方的开发平台；系统全面支持最新国家标准， 并通过国家机械c a d 标准审查。 3 ) 、参量化的标准图库，全开放的建库手段； 4 ) 、工程图纸任意输出；系统支持目前市面上主流的w i n d o w s 驱动打印机和绘图 仪。 5 ) 、实用的局部参数化设计。 中望c a d 与p c c a d 针对a u t o c a d 进行二次开发的情况不同，它是一个自主研发 的国内c a d 软件，拥有自己的著作权，其界面、操作习惯和命令方式与a u t o c a d 保 持一致，文件格式也可高度兼容，并具有国内领先的稳定性和速度，是c a d 正版化 的首选解决方案；中望c a d 的二次开发工具有l i s p 、v b a 、z r x 等。 但我们要清醒地看到，与欧美发达国家相比，我国c a d 技术无论在理论、技术 开发、应用，特别是系统商业化方面，都还存在着不小的差距，国外c a d 软件在中 国占有绝大部分的市场份额。国内c a d 系统开发工作做得较好的有清华大学、北京。 航空航天大学、浙江大学、上海交通大学、华中科技大学、西安交通大学以及与他 们合作的软件公司等。 1 2 2a u t o c a d 及其辅助机械设计软件的国内外研究现状 a u t o c a d 是由美国a u t o d e s k ( 欧特克) 公司于二十世纪八十年代初为微机上应 用c a d 技术而开发的绘图程序软件包【9 】，经过不断地完美，现已经成为国际上广为 流行的绘图工具。 a u t o d e s k 公司在1 9 8 2 年推出了a u t o c a d 的第一个版本v 1 o 【9 1 ，随后经由v 2 6 、 r 9 、r 1 0 、r 1 2 、r 1 3 、r 1 4 、2 0 0 0 、2 0 0 2 、2 0 0 4 、2 0 0 6 、2 0 0 7 、2 0 0 8 、2 0 0 9 等典型 版本，发展到目前最新的a u t o c a d2 0 1 2 版。在这2 0 多年的时间里，a u t o c a d 产 品在不断适应计算机软硬件发展的同时，自身功能也日益增强且趋于完善。早期的 版本只是绘制二维图的简单工具，画图过程也非常慢，但现在它已经集平面作图、 三维造型、数据库管理、渲染着色、互联网等功能于一体，并提供了丰富的工具集。 可以这样说，a u t o c a d 已经成为微机c a d 系统的标准，而d w g 格式文件已是工 程设计人员交流思想的公共语言【9 】。 国内基于a u t o c a d 的辅助机械设计软件，已经成形的商业软件有清华京渝天河 的p c c a d ，这是国内做得比较成熟的一个软件，其在a u t o c a d 的基础上增加了一 3 青岛大学硕十学位论文 些模块，实现了绘图、设计、出图及管理等工作的微机化、科学化、标准化。其他 的同类软件还有大恒c a d 、武汉天喻的i n t e c a d 、微捷c a d 、中望c a d 等： 综上，a u t o c a d 的研究与开发已有多年，但主要侧重于辅助绘图系统，在辅助 设计方面的研究还比较少，比如零件图上尺寸公差参数、表面结构( 粗糙度) 参数 以及几何公差( 形位公差) 参数的选取和标注，机械工程材料的选择等，这对提高 工作效率，缩短设计周期，增加效益会产生积极的效果。虽然三维绘图越来越普遍， 其在造型、模拟等方面比较直观方便，但是在国内，二维图纸还是国家标准中必须 要使用的；国内大多数的a u t o c a d 二次开发软件都只针对于如何使绘图更加中国 化，但是在a u t o c a d 的设计功能方面没有做太多的研究，例如只是给出了表面结构、 尺寸公差等的国标标注，但是为什么选用特定的参数就需要设计人员去查询设计手 册或相关资料。由此，对于a u t o c a d 设计功能方面的开发是很有必要的。 1 3 本课题主要研究内容 在使用a u t o c a d 的过程中，设计人员在绘图时遇见许多问题，许多人尝试着针 对提高绘图效率的问题对a u t o c a d 进行二次开发，但是他们一般未考虑没有或缺乏 设计经验的用户，本课题就是针对这种需求，对a u t o c a d 进行二次开发，配置出一 个辅助机械设计系统。 本课题的主要研究内容： 结合生产实际，对没有或者缺乏设计经验者在设计过程中需要查询的资料进行 收集、整理和分类，然后运用a u t o c a d 的二次开发工具开发出一个专用系统来解决 这些问题。本课题选用o b j e c t a r x 作为开发工具，结合a c c e s s2 0 0 3 数据库和v i s u a l s t u d i o2 0 0 8 n e t 编程语言，以a u t o c a d2 0 1 0 为开发平台开发一个专用系统。内容 主要包括： 1 对没有或缺乏设计经验者使用a u t o c a d 进行设计开发时需要查询的资料进 行收集、整理和分类，并以数据库的形式进行存储；对机械设计手册的常用 设计资料、机械制图精度设计、常用机械工程材料等分册以及互换 性与技术测量、机械工程材料等进行了研读。 2 研究a u t o c a d 系统的二次开发方法，学会用o b j e c t a r x 进行开发，并结合 m f c 设计出良好的人机交互界面。 3 编写模块程序；初学者在运用a u t o c a d 进行设计时，该模块能起到提示的作 用，并通过多个提示框和询问框帮助初学者快速准确地完成设计，提高设计效率和 质量。 4 第一章绪论 系统结构图如图1 1 所示： 1 4 小结 图1 1 系统结构图 本章主要介绍了课题的选题背景、a u t o c a d 及其开发技术的国内外研究动态及 本课题的主要研究内容。a u t o c a d 作为一款通用型的设计软件，对其进行有针对性 的二次开发会使设计过程智能化、快速化，从而加快产品的更新过程，实现较高的 效益。 5 青岛人学硕十学位论文 6 第二章机械葭计辅助t 具开发的基础知识 第二章机械设计辅助工具开发的基础知识 a u t o c a d 是通用的计算机辅助设计软件，在各行业中均有广泛的应用。对于机 械行业来说，由于其并非专门为机械领域而开发的软件，所以存在许多不便之处。 机械工程师可以对a u t o c a d 进行有针对性的二次开发，以缩短产品的设计周期，提 高企业的生产效率。 本课题开发的机械设计辅助工具主要有五个模块：图纸、序号及明细表模块、公 差配合模块、几何公差模块、表面结构模块和机械工程材料模块，完成装图纸的初 始化、配图中图框的插入、序号的标注和明细表的填写，公差、表面结构的智能选 择和标注，以及常用工程材料的智能选择。本课题以a u t o c a d2 0 1 0 为开发平台， 以o b j e c t a r x2 0 1 0 为二次开发工具，利用v i s u a lc + + 2 0 0 8 n e t 、m f c 和a c c e s s2 0 0 3 来设计和开发。 2 1a u t o c a d 及其二次开发技术简介 a u t o c a d 是国际上广为流行的绘图工具，是机械设计中普遍应用的计算机辅助 软件，d w g 文件格式成为二维绘图的事实标准格式【1 0 】，d w g 格式的文件成为工程 师们交流的语言。a u t o c a d 是一款通用软件，它广泛的应用于建筑、机械等设计领 域，但是在具体行业的设计和图形的绘制当中还存在许多的问题，于是许多公司、 科研机构和大学对a u t o c a d 的辅助设计功能进行研究，以便提高设计效率、生产质 量和生产效益。 a u t o c a d 提供了一系列二次开发工具，如a u t o l i s p 、a c t i v e x 、o b j e c t a r x 等， 供用户来开发满足本行业特殊需求的应用程序，使a u t o c a d 更高效地为用户服务。 2 1 1a u t o c a d 简介 a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司推出的通用计算机辅助绘图和设计软件包，是 目前在w i n d o w s 环境下应用最广泛、使用人数最多的c a d 支持软件，具有易于掌 握、使用方便等特点，还具有开放性结构和易于用户定制的功能i l 。 a u t o c a d 具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操 作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用，在不断实践 的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。 从a u t o c a d 2 0 0 0 开姗该系统又增添了许多强大的功能，如a u t o c a d 设计中 心( a d c ) 、多文档设计环境( m d e ) 、i n t e m e t 驱动、新的对象捕捉功能、增强的 7 青岛人学硕十学位论文 标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使a u t o c a d 系统更加完善。 2 0 0 9 年a u t o d e s k 公司发布a u t o c a d 2 0 1 0 版本，在完善以前功能的基础上增加 了新的功能，主要为参数化绘图和动态块。参数化绘图可以做到基本的参数化，如 几何约束，可以进行水平、竖直、平行、垂直、相切、圆滑、同点、同线、同心、 对称等方式的约束；尺寸约束，标注也可以锁定对象，而且可以通过修改标注尺寸 来直接调整所约束的对象；而在动态块中，几何约束和尺寸约束都可以添加到动态 图块中去，动态块编辑器中还增强了动态参数管理和块属性表格功能；同时，在块 编辑器中，还可以直接测试块属性的效果。如今，最新的a u t o c a d 2 0 1 2 版本已经推 出，各种功能在a u t o c a d 2 0 1 0 的基础上得到了很大的完善。 2 1 2a u t o c a d 二次开发技术的现状及发展 a u t o c a d 具有开放的体系结构，用户和开发者可以利用各种方法来定制，以满 足他们各自的需求【1 2 】。对a u t o c a d 进行二次开发有很多优点【1 3 】，如可以依托 a u t o c a d 强大的优势加快开发进程，迅速满足需要；便于学习其先进成功的技术经 验，可以充分利用a u t o c a d 现有的和未来的开放式资源等。 a u t o c a d 具有强大的二次开发能力，利用它提供的二次开发工具开发出适合自 己的界面、工具、程序等，可以大大减少重复绘图的时间，提高设计效率【1 4 】。 1 9 8 6 年，a u t o c a dv 2 1 8 第一次支持a u t o l i s p 程序设计，开始可以在一个通用 平台上添加特殊功能；1 9 8 7 年，a u t o c a dv 2 6 在v 2 1 8 的基础上做了较大的改进； 1 9 8 8 年，a u t o c a dr 1 0 使a u t o l i s p 程序可以在扩展内存中运行，使编写稍大规模 的应用程序成为可能；1 9 9 0 年，a u t o c a dr l l 首次推出a d s 开发环境，即在p c 版中支持c 语言开发环境；1 9 9 2 年，a u t o c a dr 1 2 对该环境加以增强，添加了可 编程对话框( d c l ) 等许多新的特性；1 9 9 4 年，a u t o c a dr 1 3 第一次提供了对面向 对象的c + + 开发环境( o b j e c t a r x ) 的支持，a u t o c a d 的内核也发生了本质性的变 化，开始转向w i n d o w s 平台。1 9 9 7 年，a u t o c a dr 1 4f o rw i n d o w s 9 5 n t 对o b j e c t a r x 的支持更加稳定可靠，并提供了a c t i v e x 自动控制的支持【1 5 , 1 6 ；1 9 9 8 年5 月，专门 为中国用户推出了a u t o c a dr 1 4 中文版，而且，a u t o c a d 还增加了对j a v a 开发 环境的支持。1 9 9 9 年，为迎接二十一世纪的到来推出的a u t o c a d2 0 0 0 版本添加了 对m i c r o s o f t 公司的m i c r o s o f tf o u n d e dc l a s s ( m f c ) 的支持，使程序员可以利用m f c 强大的应用程序框架设计能力开发出共享a u t o c a d 运行空间的应用程序【。从 a u t o c a d2 0 0 6 开始，a u t o c a d 又增加了n e ta p i ，其二次开发实现完全面向对象 化。 q 8 第一二章机械设计辅助t 具开发的基础知识 2 1 3a u t o c a d 二次开发工具简介 a u t o c a d 通用性使其在各个领域得到了广泛的应用，但是，不同领域在使用 a u t o c a d 的过程中均需根据自身特点进行开发或定制。a u t o d e s k 公司为了满足广大 用户的需求，相继推出了三代开发工具：从早期的a u t ol i s p 、a d s 、d c l 到现在流 行的o b j e c ta r x 、a c t i v e xa u t o m a t i o n 、v i s u a ll i s p ，均可十分方便地对a u t o c a d 进行二次开发。 第一代开发工具为a u t o l i s p ( a u t o c a dl i s pp r e c e s s i n gl a n g u a g e ) ，是1 9 8 6 年 随a u t o c a dv 2 1 8 提供的二次开发工具，是嵌入a u t o c a d 内部的c o m m o n l i s p 的一个子集。a u t o l i s p 程序可以直接调用a u t o c a d 命令，具有强大的图形处理功 能，比较适合工程中的非结构化设计过程【1 8 】。a u t o l i s p 是直接针对a u t o c a d 的开 发语言，易于交互；其语言规则简单，易学易用，解释执行的运行方式使其效果立 竿见夥1 9 】。如今，第一代的a u t o l i s p 已经被第三代的v i s u a l l i s p 完全替代。 第二代开发工具为a d s ( a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ) ，是从a u t o c a dr 11 开 始支持的一种基于c 语言的灵活的开发环境 2 0 1 。a d s 可以直接利用c 编译器将应 用程序编译成可执行文件后在a u t o c a d 中运行，既利用了a u t o c a d 环境的强大功 能，又利用了c 语言的结构化编程、运行效率高的优势。从a u t o c a d2 0 0 0 版本开 始不再支持a d s 开发环境，a d s 已经完全被o b j e c t a r x 所取代。 第三代开发工具包括v i s u a l l i s p 、o b j e c t a r x 、v b a 和n e ta p i 等，它们各有 特性。 v i s u a l l i s p 2 1 ，2 2 】是a u t o l i s p 的升级产品，与a u t o l i s p 完全兼容，并提供其所有 的功能。s u a l l i s p 不仅是l i s p 编辑器，而且是其编译器，它提供了一套简单的可 视化环境去开发和维护用户原有的a u t o l i s p 源程序【2 3 】。l i s p 文件编译器可提高执 行速度和l i s p 文件的保密性，可以将文件编译成v l x 或a r x 文件格式。其运行 效率比解释型a u t o l i s p 程序快3 1 0 倍，但其运行速度和开发效率和a r x 相比还存 在一定差距【2 5 】。 v b a 的全称是v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n ，v b a 是完全面向对象体系结构的一 种编程语言，作为主程序的o f f i c e9 7 ( 及其以上) 和a u t oc a d 根据自身的特点，提供 对象体系结构，然后均可用v b a 格式调用，因而可以说，v b a 是一种万能的开发 工具其具有强大的开发能力。但是从a u t o c a d 2 0 1 0 开始，v b a 编程语言已不包含 在安装包中，如果需要则必须单独下载安装。 o b j e c t a r x 是a u t o c a dr 1 3 中推出的全新的面向对象的开发工具，其全称为 a u t o c a dr u n t i m ee x t e n s i o n ，是以c + + 语言为基础的面向对象的开发环境和应用程 序接口，o b j e c t a r x 2 6 2 7 1 程序本质上为w i n d o w s 动态链接库( d l l ) 程序，这些库与 a u t o c a d 在同一地址空间运行并能直接利用a u t o c a d 的核心数据和代码，使得二 9 青岛大学硕十学位论文 次开发者可以充分利用a u t o c a d 的开放结构，直接访问a u t o c a d 的图形数据库、 图形系统以及c a d 几何造型核心，能够在运行期间实时扩展c a d 的功能，同时它 也是一个可扩展的编程框架，可以扩展a u t o c a d 的对象和协议，a u t o c a d 自身的 许多模块均是用o b j e c t a r x 开发的，o b j e c t a r x 是a u t o c a d 最为强大的定制开发 工到2 引。由于a r x 是在w i n d o w s 及v i s u a lc + + 编程环境下运行，所以对开发者的 编程能力要求较高，同时开发过程也相当复杂。而且程序运行风险较大，a r x 程序 的崩溃，常常会连带a u t o c a d 甚至w i n d o w s 一起崩溃。 n e ta p i 是从a u t o c a d2 0 0 6 开始推出的一种编程环境。它提供了一系列托管 的外包类( m a n a g e dw r a p p e rc l a s s ) ，使开发人员可使用任何支持n e t 的语言，如 v b n e t 、c 撑和m a n a g e dc + + 等。虽然目前n e ta p i 在某些方面还有些不足，但随 着其版本的更新、完善，定会成为众多开发人员的首选工具【2 9 1 。a u t o c a d 各开发工 具的比较如图2 1 所示； 图2 1a u t o c a d 开发工具比较 2 1 4a u t o c a d 自定义实体简介 自定义对象是o b j e e t a r x 开发接口特有的功能【2 8 】，v b a 、v i s u a l l i s p 等开发语 言不支持此项功能。 自定义对象包含两方面的内容：一是从a c d b o b j e c t 派生自定义对象，二是从 a c d b e n t i t y 派生自定义实体。 a u t o c a d 数据库对象的层次关系如图2 2 所示。a c r x o b j e c t 是所有数据库对象 的基类，它主要实现对象运行时类型识别机制，a c d b o b j e c t 和a c d c e n t i t y 都派生自 此类。通常将派生自a c d b o b j e c t 的类称为自定义对象类，将派生自a c d b e n t i t y 及 其子类的类称为自定义实体类。a c d b o b j e c t 类执行文件操作协议，从该类派生的对 象通过重载文件操作函数可以被保存为d w g 或d x f 文件，或者从d w g 或d x f 1 0 如孢如加加加m 0 ( s ) 留擞 第二章机械设计辅助一i ：具开发的基础知识 文件读入；a e d b e n t i t y 类是实体类，从该类派生的对象除了可以支持文件操作外， 还可以通过重载绘制函数，按照开发者的要求绘制图形。 li 磐曼罄堡l 可绘靠蝌象 图2 2a u t o c a d 中数据库对象的层次关系 2 2 系统开发准备 系统开发前的准备工作主要包括选择开发工具、选择开发环境、选择开发方式 和选择数据库应用技术，如图2 3 所示。 图2 3 系统开发准备示意图 青岛人学硕十学位论文 2 2 1系统开发工具的选择 现在比较常用的二次开发工具为：o b j e c t a r x 、a c t i v e xa u t o m a t i o n 和v i s u a l l i s p 等，考虑到本系统需要设计良好的人机交互界面且实现的功能较多，结合上节中对 a u t o c a d 二次开发工具的介绍与比较，故选用o b j e c t a r x 作为二次开发工具。 2 2 2系统开发途径的选择 a u t o c a d 的二次开发途径主要有两个，即文件开发和程序开发【3 0 1 。文件开发是 指根据用户的具体开发需要，按照a u t o c a d 提供的方法和文件格式，通过编辑 a u t o c a d 系统所支持的文本文件或建立同种类型的文本文件来开发a u t o c a d ，使 其满足用户特定需要的方法。程序开发是指利用a u t o c a d 提供的编程环境和开发工 具，通过编写程序来实现对a u t o c a d 开发的方法。借助于程序开发，可为a u t o c a d 扩充新的命令或定义，以满足用户具体需要。 文件开发受文件格式和编辑方式的限制，用来进行简单功能的定制比较方便， 而程序开发具有灵活多变的特点，所以本系统采用此种方式进行a u t o c a d 的二次开 此 及o 2 2 3系统开发环境的选择 a u t o c a d 二次开发提供了两种开发语言，即v c 和v b ，其中v c 对应 o b j e c t a r x ，v b 对应a c t i v e xa u t o m a t i o n 。 本系统采用v i s u a lc + + 2 0 0 8 n e t 作为开发环境，其具有功能强大、面向对象、 a d o 数据库绑定、封装w i n d o w s 的a p i 、u s e r 、g d i 等函数、调试方便、多开发 商支持等优剧3 l 】。 2 2 4系统数据库应用技术的选择 本系统需要处理大量的数据，所以选用a c c e s s2 0 0 3 数据库来管理这些数据资料。 a c c e s s 是微软公司推出的基于w i n d o w s 的桌面关系数据库管理系统( r d b m s ) ， 是o f f i c e 系列应用软件之一。它提供了表、查询、窗体、报表、页、宏、模块7 种 用来建立数据库系统的对象；提供了多种向导、生成器、模板，把数据存储、数据 查询、界面设计、报表生成等操作规范化；为建立功能完善的数据库管理系统提供 了方便，也使得普通用户不必编写代码，就可以完成大部分数据管理的任务。 a c c e s s 支持多种数据链接技术；a c c e s s 支持o d b c ( 开发数据库互连，o p e n d a t ab a s ec o n n e c t i v i t y ) ，利用a c c e s s 强大的d d e ( 动态数据交换) 和o l e ( 对象 的联接和嵌入) 特性，可以在一个数据表中嵌入位图、声音、e x c e l 表格、w o r d 文 档，还可以建立动态的数据库报表和窗体等。 1 2 第二章机械设计辅助t 具开发的基础知识 2 3 基础知识介绍 本系统主要包括图框、序号及明细表模块、公差配合模块、几何公差( 形位公 差) 模块、表面结构( 粗糙度) 模块和常用工程材料模块。在各模块的设计和实现 过程中涉及到的相关国家标准和基础知识介绍如下。 2 3 1图框、序号及明细表模块 装配图是描述机器或部件装配关系及整体结构的一种图样，一般在设计过程中 是先画出装配图，然后再由装配图所提供的结构形式和尺寸拆画零件图【3 2 1 。装配图 是用来表达部件或机器的一种图样，是进行设计、装配、检验、安装、调试和维修 时所必需的技术文件。 一张完整的装配图应具有下列内容：一组视图，几类尺寸，技术要求和零件序号、 明细栏及标题栏。为了便于读图，便于图样管理，以及做好生产准备工作，装配图 中所有零、部件都必须编写序号，并在标题栏上方填写与图中序号一致的明细栏， 明细栏也称明细表【3 3 1 。常用的编写序号的方法有两种：一种是一般零件和标准件混 合一起编排；另一种是将一般件编号填入明细栏中，而标准件直接在图上标注规格、 数量和国标号。 在装配图中，明细栏一般配置在标题栏上方，按由下而上的顺序填写；当由下而 上延伸位置不够时，可紧靠在标题栏的左边自下而上延续。当装配图中不能再标题 栏的上方配置明细栏时，可作为装配图的续页按a 4 幅面单独给出，并在明细表的 下面配置标题栏。明细表一般由序号、代号、名称、数量、材料( 单件、总计) 、备 注等内容项目组成，也可按实际需要增加或减少【3 4 1 。明细栏中的编号与装配图上所 编序号必须一致。通常绘制明细栏的方法是非常繁琐并且容易出错，灵活适应性比 较差，而且在明细栏的填充过程中汉字输入占有很大份量，汉字的输入定位，单调繁 琐，极易出错。因此，有必要在a u t o c a d 中开发一套明细栏自定义填充工具，以提 高企业绘制明细栏的效率【3 5 】。 在用a u t o c a d 绘图时，通常需要对图中零部件序号进行标注、编制零部件和材 料明细表。尽管a u t o c a d 本身带有“引线”之类的标注命令，但难以达到令人满意 的效果，尤其是对零件组进行标注时，无法按国标直接采用公共指引线。而编制明 细表，往往是通过人机对话，交互式手工绘制表格，并用鼠标选择坐标，逐项输入 明细表内容。这样比较繁琐，难以提高效率，而且出错的可能性会很高。 2 3 2公差配合 尺寸公差( 简称公差) 是最大极限尺寸减最小极限尺