谈模型基于AutoCADCAD模型直接切层策略

论文导读：
摘要:本文在AutoCAD环境下,利用其内嵌的AutoLISP语言开发出一种等厚度直接切层方法,并对此切层方法进行了实验验证。以该切层方法得到的截面图形为动态掩膜,利用面快速成形系统成功制作出了三维实体原形,结果表明该直接切层方法适用于面快速成形系统。
关键词:AutoCAD;等厚度切层;快速成形
:A文章编号:1007-9599 (2012) 13-0000-02
面快速成形是一种新型的快速成形技术,其原理是:将三维CAD模型经分层软件切片,生成零件截面形状的视图文件,由该视图文件驱动动态视图发生器,光束经光路系统在光敏树脂液面上聚焦形成零件截面掩膜,后可一次固化整层的零件截面,依次重复进行,最后得到三维零件实体。
快速成形的切层方法分为基于STL模型的切层方法和基于CAD模型的直接切层方法。基于STL模型的切层方法先将CAD模型文件转换成STL模型文件,再将其导入切层软件中进行切层处理。虽然此种方法具有格式简单清晰、易于理解和分割等优点。但STL格式仅仅是对CAD模型的近似表示,对于复杂零件当精度要求很高时,三角面片数通常非常多,分层处理时间也大大增加。此外,STL文件易出现错误和缺陷。CAD模型直接切层方法从精确模型上获取数据,具有精度高、处理速度快等优点。直接切层有两种途径:一种是对CAD模型中的中性数据文件如STEP、DXF等进行数据读取和求交处理;另一种是在CAD软件系统中利用CAD软件的剖切功能求模型与切平面的交线,生成截面轮廓线。大部分CAD软件中具有剖切功能,如景天佑等对基于Pro/ENGINEER环境下的CAD模型直接切层方法进行了研究,通过调用prodb_create_parallel_xsec函数实现切层。张建平等对基于SolidWorks环境下的CAD模型直接切层方法进行了研究。SolidWorks软件在工程图环境下有可用的剖切功能,利用该功能,可对工程图中零件任一位置进行剖切,并显示截面信息。马锦华等对基于AutoCAD环境下的CAD模型直接切层方法进行了研究,它是利用该软件的剖切功能进行切层,但要进行大量的层片实体数据提取,通过AutoLISP的选择集操作函数实现切片实体信息的查询与存储。本文是通过调用AutoCAD的section命令,实现了对CAD模型的切层,将切层得到的截面图形直接保存为指定图片格式,该格式图片经过处理后可直接应用于面快速成形系统,为面快速成形技术提供了很大的便利。

一、AutoCAD的发展及优势

早期版本的AutoCAD R11.0使用AME模块进行三维实体模型的构造,但由于它是外挂模块,并非AutoCAD的核心模块,AutoLISP的command函数不能接受AME提供的大多数命令,因此只利用AutoLISP语言来实现所有截面图形的自动生成比较困难。随着AutoCAD的迅速发展,R13.0版本已经将AME模块纳入AutoCAD,这为二次开发提供了很大便利,随着AutoCAD版本的不断升级,三维绘图功能越来越强大,且AutoLISP可直接调用几乎全部的AutoCAD命令。
AutoCAD有很强大的开发接口和工具,除VBA和VC外,也可利用AutoLISP语言进行编程,它是一种嵌入式语言,它的语法简洁,表达能力强,函数种类多,程序控制结构灵活。最主要的是它能够直接在AutoCAD内部运行。利用AutoLISP语言编好的程序几乎适合于任何版本的AutoCAD,无需进行大的修改。因此它在机械、电子、建筑等行业都得到了广泛应用。

二、切层方法的实现

(一)切层程序说明

切层是在AutoCAD的布局环境下利用AutoLISP语言进行的,整个程序都是利用command函数调用各种AutoCAD命令来实现切层。首先利用command函数调用mspace命令,它可在布局环境下进行模型空间和图纸空间的切换,在导入模型前要将布局空间的视口激活,使切层在布局内该视口中的模型空间工作。再调用insert命令将CAD模型导入。然后进行坐标系的设置,默认情况下AutoCAD的用户坐标系(ucs)和世界坐标系(wcs)是重合的。wcs是固定不动的坐标系,而ucs可任意移动和旋转,调用ucs命令将模型的左下角点设置为wcs的原点,z轴正方向指向模型高度方向,也即切层方向。设置好后即可进行切层,切层的过程如下:
1.调用 section命令,它可在模型任意指定位置进行切层,切层是通过上下移动ucs坐标系来实现,ucs的xy平面与模型求交得到截面轮廓线;

2.调用trim命令,将实体模型剪切掉,剩下截面轮廓线;

3.调用view命令,将截面轮廓线投影到wcs坐标系的xy平面上;

4.调用hatch命令,进行填充,将AutoCAD背景设置为白色,剖面填充为实体色;

5.调用plot命令,将截面按指定路径以1:1的实际尺寸保存为JPG格式图片;

6.调用entdel命令,先删除当前截面,再恢复实体模型以便进行后续切层;

7.调用ucs命令,先使ucs和wcs重合,再将ucs移动至下一层切层位置。

(二)切层方法分析

切层算法的核心是建立剖切面,主要是控制切层厚度,即控制当前剖切面与基准位置之间距离的增量,选择wcs的xy平面为基准平面。图1为切层方法流程图。如图所示,首先指定模型高度h、切层厚度d以及层片的保存路径等。z 为当前切层位置与基准面的距离,z的初始值为d。然后程序调用切层命令创建剖面并进行显示、填充等操作。每切完一层都要将切层截面保存为JPG格式图片,再将其从视口的模型空间中删除,防止对下一层图片的打印造成干扰。最后令 ,若 ,则继续循环切层动作。若 ,程序运行结束。

三、切层方法验证

为验证本文论述方法的可行性,利用AutoCAD软件设计了如图2所示的实体模型。模型尺寸:20mmx20mmx8mm;切层厚度:0.1mm;切层数:80层。
先将建好的CAD模型保存在指定位置,切层时被程序调用,然后在Visual论文导读：ENGINEER的CAD模型直接切层研究.西安工程大学学报,2012,26(1):87马锦华,卢章平.AutoCAD环境下直接适应性切片方法及实现.机械设计与制造,2007,7上一页12
LISP编辑器中打开切层程序并加载,在AutoCAD布局环境下文本窗口的命令行调用程序。在运行过程中系统提示输入模型高度和中专生毕业论文www.7ctime.com
切层厚度,输入数值后开始切层。图3为切层后得到的第10层图片,如图所示,剖面实体部分为黑色,背景为白色。但该图片不能直接应用于面快速成形技术中,需要进行灰度化和二值化方可应用。图4是利用面快速成形系统制作的模型实体,实验结果表明该直接切层方法适用于面快速成形系统。
四、结束语
本文在AutoCAD环境下,利用其内嵌的AutoLISP语言对CAD模型直接切层的方法进行了研究。实现了对CAD模型的等厚度切层,为面快速成形技术提供了一种便捷的切层方法。
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