鄭州機(jī)械研究所 王 永 郭 鋼 蔣 晶 黃紅濤 潘軍遠(yuǎn)

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

鄭州機(jī)械研究所 王 永 郭 鋼 蔣 晶 黃紅濤 潘軍遠(yuǎn)

圓柱齒輪在機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛，并且品種、規(guī)格繁多。長(zhǎng)期以來(lái)，在齒形上以采用漸開線齒形為主，其傳動(dòng)的速度和功率范圍很大且效率較高。對(duì)中心距的敏感性小，裝配和維修方便?？梢赃M(jìn)行變位切削及各種修形、修緣，從而提高傳動(dòng)質(zhì)量。易于進(jìn)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(jì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易出錯(cuò)。本文應(yīng)用AutoLISP語(yǔ)言二次開發(fā)出漸開線圓柱齒輪的設(shè)計(jì)及繪圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)二維參數(shù)化繪制工程圖，將設(shè)計(jì)人員從大量繁瑣的計(jì)算和繪圖中解放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)漸開線圓柱齒輪精確和快速的繪制。

一、AutoLISP簡(jiǎn)介

LISP（List Processing Language）是一種計(jì)算機(jī)的表處理語(yǔ)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(jì)語(yǔ)言。AutoLISP語(yǔ)言是嵌套于AutoCAD內(nèi)部，將LISP語(yǔ)言和AutoCAD有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。美國(guó)AutoDESK公司在AutoCAD內(nèi)部嵌入AutoLISP的目的是使用戶充分利用AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)直接增加和修改AutoCAD命令、隨意擴(kuò)大圖形編輯功能、建立圖形庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)并對(duì)當(dāng)前圖形進(jìn)行直接訪問和修改、開發(fā)CAD軟件包等。

AutoLISP語(yǔ)言最典型的應(yīng)用之一是實(shí)現(xiàn)二維三維參數(shù)化繪圖程序設(shè)計(jì)，包括尺寸驅(qū)動(dòng)程序，鼠標(biāo)拖動(dòng)程序等。另一個(gè)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(duì)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(duì)象內(nèi)繪制矩形及作全局改變的命令。通過(guò)AutoLISP，你可以使用AutoLISP程序語(yǔ)言編制能夠在圖形文本對(duì)象內(nèi)繪制矩形或作全局選擇性改變的程序。事實(shí)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(huì)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(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖的CAD軟件，由于LISP語(yǔ)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(qiáng)大的工具性軟件。

除了FOKTRAN和COBOL，大多數(shù)在20世紀(jì)60年代早期開發(fā)出來(lái)的語(yǔ)言都過(guò)時(shí)了，可是LISP卻產(chǎn)生了出來(lái)，并且已經(jīng)成為人工智能（AI）的首先程序語(yǔ)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(guò)AutoR2.18及更高版本才可以使用AutoLISP語(yǔ)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(jì)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(jì)條件的函數(shù)。當(dāng)設(shè)計(jì)條件發(fā)生變化時(shí)，圖形尺寸便會(huì)隨之進(jìn)行相應(yīng)更新。

根據(jù)漸開線圓柱齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)化繪圖，其步驟如下：

1.對(duì)齒輪進(jìn)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(duì)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(biāo)系。繪圖環(huán)境是對(duì)AUTOCAD的系統(tǒng)變量進(jìn)行保存，并在繪圖完成后恢復(fù)原來(lái)的設(shè)定狀態(tài)，包括繪圖比例、圖紙幅面、線型、圖層、尺寸標(biāo)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(gè)參數(shù)，即齒輪旋向、齒輪模數(shù)、一對(duì)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(gè)參數(shù)（如圖1所示）。

圖1 齒輪軸參數(shù)輸入界面

5.標(biāo)記漸開線圓柱齒輪結(jié)構(gòu)的主要型值點(diǎn)并計(jì)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(tái)下運(yùn)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(yǔ)

運(yùn)用AUTOLISP語(yǔ)言在AUTOCAD軟件平臺(tái)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(jì)提供了一種準(zhǔn)確、快捷的辦法。在繪圖系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)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(guò)改變輸入?yún)?shù)，實(shí)現(xiàn)各種尺寸的漸開線圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)減輕了設(shè)計(jì)人員計(jì)算和繪圖的工作量，使其流程標(biāo)準(zhǔn)化，大大節(jié)約了用戶的繪圖時(shí)間，成倍的提高了工作效率。因而本系統(tǒng)對(duì)其他類似系統(tǒng)的開發(fā)也具有重要的參考價(jià)值。