基于AutoLISP的漸開線圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計及繪圖系統(tǒng)

鄭州機械研究所 王 永 郭 鋼 蔣 晶 黃紅濤 潘軍遠

基于AutoLISP的漸開線圓柱齒輪參數(shù)化設(shè)計及繪圖系統(tǒng)

鄭州機械研究所 王 永 郭 鋼 蔣 晶 黃紅濤 潘軍遠

圓柱齒輪在機械產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛，并且品種、規(guī)格繁多。長期以來，在齒形上以采用漸開線齒形為主，其傳動的速度和功率范圍很大且效率較高。對中心距的敏感性小，裝配和維修方便?？梢赃M行變位切削及各種修形、修緣，從而提高傳動質(zhì)量。易于進行精密加工，可以取得高精度，是各種齒輪中應(yīng)用最為廣泛的一種齒輪?？紤]到傳統(tǒng)設(shè)計費時費力，且容易出錯。本文應(yīng)用AutoLISP語言二次開發(fā)出漸開線圓柱齒輪的設(shè)計及繪圖系統(tǒng)，實現(xiàn)二維參數(shù)化繪制工程圖，將設(shè)計人員從大量繁瑣的計算和繪圖中解放出來，實現(xiàn)漸開線圓柱齒輪精確和快速的繪制。

一、AutoLISP簡介

LISP（List Processing Language）是一種計算機的表處理語言，是在人工智能學(xué)科領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種程序設(shè)計語言。AutoLISP語言是嵌套于AutoCAD內(nèi)部，將LISP語言和AutoCAD有機結(jié)合的產(chǎn)物。美國AutoDESK公司在AutoCAD內(nèi)部嵌入AutoLISP的目的是使用戶充分利用AutoCAD進行二次開發(fā)，實現(xiàn)直接增加和修改AutoCAD命令、隨意擴大圖形編輯功能、建立圖形庫和數(shù)據(jù)庫并對當前圖形進行直接訪問和修改、開發(fā)CAD軟件包等。

AutoLISP語言最典型的應(yīng)用之一是實現(xiàn)二維三維參數(shù)化繪圖程序設(shè)計，包括尺寸驅(qū)動程序，鼠標拖動程序等。另一個AutoLISP的典型應(yīng)用就是利用AutoCAD提供的PDB模塊構(gòu)成DCL（Dialog Control Language）文件創(chuàng)建自己的對話框。

AutoCAD軟件包中包含大多數(shù)用于產(chǎn)生圖形的命令，但仍有某些命令未被提供。例如，AutoCAD中沒有在圖形文本對象內(nèi)繪制矩形及作全局改變的命令。通過AutoLISP，你可以使用AutoLISP程序語言編制能夠在圖形文本對象內(nèi)繪制矩形或作全局選擇性改變的程序。事實上，可以用AutoLISP編制任何程序，或把它嵌入到菜單中，這樣定制的系統(tǒng)會取得更高的效率。

自從AutoLISP嵌入到AutoCAD以后，使僅僅作為交互式圖形編輯軟件的AutoCAD變成能真正進行計算機輔助設(shè)計、繪圖的CAD軟件，由于LISP語言的靈活多變，又易于學(xué)習(xí)和使用，因而使得AutoCAD成為功能強大的工具性軟件。

除了FOKTRAN和COBOL，大多數(shù)在20世紀60年代早期開發(fā)出來的語言都過時了，可是LISP卻產(chǎn)生了出來，并且已經(jīng)成為人工智能（AI）的首先程序語言。AutoLISP解釋程序位于AutoCAD軟件包中，然而AutoCADR2.17及更低版本中并不包含AutoLISP解釋程序，這樣，只有通過AutoR2.18及更高版本才可以使用AutoLISP語言。

二、漸開線圓柱齒輪的參數(shù)化繪圖

參數(shù)化繪圖就是將圖形的尺寸與一定的設(shè)計條件（或約束條件）相關(guān)聯(lián)，即將圖形的尺寸看成是設(shè)計條件的函數(shù)。當設(shè)計條件發(fā)生變化時，圖形尺寸便會隨之進行相應(yīng)更新。

根據(jù)漸開線圓柱齒輪設(shè)計參數(shù)進行自動化繪圖，其步驟如下：

1.對齒輪進行分類。漸開線圓柱齒輪可分為分離式和整體式。

2.利用DCL文件創(chuàng)建自己的對話框，以齒輪軸為例，輸入界面如圖1所示，程序如下：

3.初始化繪圖環(huán)境及選擇坐標系。繪圖環(huán)境是對AUTOCAD的系統(tǒng)變量進行保存，并在繪圖完成后恢復(fù)原來的設(shè)定狀態(tài)，包括繪圖比例、圖紙幅面、線型、圖層、尺寸標注形式和文字樣式等。初始化程序代碼應(yīng)放在繪圖程序的最前端。

4.基本繪圖參數(shù)的選擇。繪制齒形部分需要7個參數(shù)，即齒輪旋向、齒輪模數(shù)、一對嚙合齒輪的齒數(shù)、齒輪嚙合中心距、螺旋角以及齒輪寬度。其他尺寸則需要12個參數(shù)（如圖1所示）。

圖1 齒輪軸參數(shù)輸入界面

5.標記漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)的主要型值點并計算。

6.根據(jù)以上參數(shù)設(shè)置，編寫繪圖程序。部分程序如下：

7.在AUTOCAD平臺下運行并生產(chǎn)的二維工程圖（如圖2所示）。

圖2 齒輪軸主視

三、結(jié)束語

運用AUTOLISP語言在AUTOCAD軟件平臺下開發(fā)漸開線圓柱齒輪的參數(shù)化繪圖系統(tǒng)，為漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)類型的選擇和設(shè)計提供了一種準確、快捷的辦法。在繪圖系統(tǒng)中，設(shè)計人員輸入的參數(shù)不同，生成的圖形就隨之更改。因此，可以通過改變輸入?yún)?shù)，實現(xiàn)各種尺寸的漸開線圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計。該系統(tǒng)減輕了設(shè)計人員計算和繪圖的工作量，使其流程標準化，大大節(jié)約了用戶的繪圖時間，成倍的提高了工作效率。因而本系統(tǒng)對其他類似系統(tǒng)的開發(fā)也具有重要的參考價值。