2869 基于DCL語言的交互式標準件輔助設計 — 銷

2869 基于DCL語言的交互式標準件輔助設計 — 銷,基于,dcl,語言,交互式,標準件,輔助設計 1西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：基于 DCL語言的交互式標準件輔助設計—銷系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 B070203 姓 名 李超 學 號 B07020310 導 師 姚慧 2010 年 11 月 18 日21.畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況）1.1 題目背景： 本 題 是 基 于 DCL（Dialog Control Language）交 互 式 標 準 件 輔 助 設 計 ,是 在結合現代計算機技術和 Auto CAD 的二次開發(fā)技術實現銷 類 標準件的參數化設計，采 用 了 模 塊 化 設 計 思 想 ， 利 用 AutoLISP 對 機 械 零 件 進 行 參 數 化 設 計 ， 在AutoCAD 平 臺 上 對 標 準 件 建 立 數 據 庫 并 進 行 參 數 化 繪 圖 ， 使 用 了 知 識 工 程 參 數 化設 計 方 法 對 機 械 零 件 進 行 了 參 數 化 設 計 。與 傳 統(tǒng) 的 設 計 相 比 ， 本 次 設 計 可 快 速 ， 方 便 地 幫 助 設 計 者 繪 制 國 家 標 準 件 ，進 行 機 械 零 件 參 數 化 設 計 ， 將 大 大 提 高 設 計 人 員 的 速 度 ,同時參數化設計以及建庫工具的研究對進一步提高設計和繪圖效率以及柔性化設計具有十分重要的意義。參 數 化 設 計 的 最 重 要 的 優(yōu) 勢 就 在 于 它 是 一 個 自 動 生 成 多 種 選 擇 方 案 的 系 統(tǒng) ，這 個 至 關 重 要 。 參 數 化 設 計 從 根 本 上 改 變 了 線 性 不 可 逆 設 計 的 流 程 ,它 的 靈 活 性是 具 有 里 程 碑 的 意 義 的 。1.2 研究意義：在 參 數 化 設 計 系 統(tǒng) 中 ， 設 計 人 員 根 據 工 程 關 系 和 幾 何 關 系 來 指 定 設 計 要 求 。要 滿 足 這 些 設 計 要 求 ， 不 僅 需 要 考 慮 尺 寸 或 工 程 參 數 的 初 值 ， 而 且 要 在 每 次 改 變這 些 設 計 參 數 時 來 維 護 這 些 基 本 關 系 ， 即 將 參 數 分 為 兩 類 ： 其 一 為 各 種 尺 寸 值 ，稱 為 可 變 參 數 ； 其 二 為 幾 何 元 素 間 的 各 種 連 續(xù) 幾 何 信 息 ， 稱 為 不 變 參 數 。 參 數 化設 計 的 本 質 是 在 可 變 參 數 的 作 用 下 ， 系 統(tǒng) 能 夠 自 動 維 護 所 有 的 不 變 參 數 。 因 此 ，參 數 化 模 型 中 建 立 的 各 種 約 束 關 系 ， 正 是 體 現 了 設 計 人 員 的 設 計 意 圖 。 參 數 化 設 計 可 以 大 大 提 高 模 型 的 生 成 和 修 改 的 速 度 ， 在 產 品 的 系 列 設 計 、 相似 設 計 及 專 用 CAD 系 統(tǒng) 開 發(fā) 方 面 都 具 有 較 大 的 應 用 價 值 。 目 前 ， 參 數 化 設 計 中 的參 數 化 建 模 方 法 主 要 有 變 量 幾 何 法 和 基 于 結 構 生 成 歷 程 的 方 法 ， 前 者 主 要 用 于 平面 模 型 的 建 立 ， 而 后 者 更 適 合 于 三 維 實 體 或 曲 面 模 型 。CAD 技 術 在 即 寫 工 業(yè) 中 的 一 個 重 要 應 用 就 是 參 數 化 設 計 ,能 否 實 現 參 數 化 設計 也 成 為 評 價 CAD 系 統(tǒng) 優(yōu) 良 好 的 重 要 技 術 指 標 ,它 更 符 合 和 貼 近 CAD 中 概 念 設計 以 及 并 行 設 計 思 想 ,工 程 技 術 人 員 在 設 計 開 始 階 段 可 以 快 速 草 擬 產 品 的 零 件 圖 ,通 過 產 品 形 狀 及 大 小 的 約 束 最 后 精 確 成 圖 。 同 一 產 品 的 第 二 次 設 計 可 直 接 通 過修 改 第 一 次 設 計 來 實 現 ,設 計 參 數 不 但 可 以 驅 動 設 計 結 果 ,而 且 影 響 產 品 的 整 個12周 期 ,設 計 參 數 可 以 來 自 其 他 系 統(tǒng) 。 參 數 化 設 計 又 是 變 量 設 計 的 前 提 ,借 助 變 量化 設 計 思 想 可 實 現 動 態(tài) 設 計 ,機 構 設 計 的 仿 真 模 擬 等 。 同 時 ,參 數 化 設 計 還 能 夠使 設 計 人 員 在 設 計 的 同 時 可 實 現 參 數 化 建 立 標 準 的 數 據 庫 ,極 大 地 方 便 后 續(xù) 工 作 。因 此 , 參 數 化 設 計 以 及 建 庫 工 具 的 研 究 對 進 一 步 提 高 設 計 和 繪 圖 速 度 以 及 柔 性 化設 計 具 有 十 分 重 要 的 意 義 。1.3 國外研究狀況： CAD/CAE 技術發(fā)展至今,已經歷了二維繪圖,線框模型 ,自由曲面造型,三維實體造型,特征造型等重要階段,其間又有參數化,變化量等輔助技術的出現。 參 數 化 設 計 是CAD 技 術 在 實 際 設 計 應 用 中 被 提 出 來 ,并 得 到 道 發(fā) 展 ,有 著 強 大 實 用 價 值 的 技 術 。國 外 在 參 數 化 方 面 的 起 步 比 較 早 ,上 世 紀 七 十 年 代 末 八 十 年 代 初 美 國 麻 省 理工 大 學 的 Grossard 教 授 等 人 就 提 出 了 參 數 化 設 計 思 想 。 直 到 1987 年 底PARAMETRIC TECI-INOLOGY 公 司 推 出 了 參 數 化 造 型 軟 件 PRO/ENGINER 后 ,參 數 化設 計 技 術 得 到 了 迅 猛 的 發(fā) 展 ,并 且 參 數 化 技 術 成 了 新 的 CAD 標志。 隨 后 涌 現 出大 量 的 參 數 化 的 商 品 軟 件 。 如 麻 省 理 工 大 學 畢 業(yè) 的 幾 位 博 士 創(chuàng) 辦 了 Premise 公司 ,吸 收 了 Gossard 的 理 論 思 想 ,形 成 了 微 機 和 工 作 站 上 的 商 品 軟 件 ,稱 作Design View,之 后 ,CV 公 司 吸 收 了 Design View,形 成 了 CV 的 系 列 產 品 。1.4 國 內 研 究 狀 況 ：國 內 從 上 世 紀 70 年 代 中 期 開 始 研 究 參 數 化 的 技 術 ,并 且 形 成 了 與 國 外 不 同的 參 數 化 技 術 ,如 參 數 尺 寸 代 碼 法 ,輔 助 線 作 圖 法 等 。 但 由 于 CAD 技 術 的 普 及 程度 不 夠 ,所 以 在 參 數 化 技 術 研 究 以 及 開 發(fā) 商 品 化 軟 件 方 面 相 對 滯 后 與 國 外 。 近 些年 ,國 家 科 委 和 各 部 委 共 同 實 施 CAD 應 用 工 程 項 目 的 推 廣 ,推 動 了 參 數 化 技 術 的發(fā) 展 ,各 種 學 術 研 討 會 和 技 術 骨 干 X101 上 發(fā) 表 的 論 文 數 量 增 加 ,出 現 了 一 些 二 次開 發(fā) 和 自 主 版 權 的 參 數 化 軟 件 加 高 華 CAD,開 目 CAD 機 械 工 程 師 和 緯 衡 CAD 等 ,但 軟 件 的 總 體 水 平 任 停 留 在 AutoCAD 功 能 上 ,且 缺 少 三 維 參 數 化 功 能 ?，F 今 ,傳 統(tǒng) 意 義 上 的 CAD 系 統(tǒng) (軟 件 )技 術 已 進 入 了 成 熟 的 發(fā) 展 時 期 ,隨 著 計算 機 軟 硬 件 技 術 的 快 速 發(fā) 展 ,機 械 設 計 產 品 正 經 歷 著 由 二 維 CAD 設 計 想 三 維 設計 延 伸 和 發(fā) 展 的 過 度 時 期 。 國 內 外 眾 多 機 械 CAD 軟 件 一 方 面 向 標 準 化 ,集 成 化的 方 向 發(fā) 展 。 另 一 方 面 由 二 維 圖 形 軟 件 向 三 維 實 體 軟 件 轉 化 。 與 傳 統(tǒng) 的 二 維 設計 相 比 ,三 維 設 計 更 符 合 人 們 的 思 維 習 慣 且 可 視 化 程 度 高 ,它 已 成 為 今 后 機 械 設計 的 主 流 方 向 。 今 后 技 術 的 總 體 發(fā) 展 趨 勢 是 不 斷 地 向 設 計 ,產 品 開 發(fā) 和 應 用 的 全1過 程 拓 寬 其 內 涵 ,在 更 高 的 層 次 上 ,更 廣 泛 的 范 圍 內 ,向 智 能 化 與 一 體 化 ,集 成 化與 并 行 工 程 ,通 用 化 與 標 準 化 以 及 商 品 化 與 實 用 化 方 向 發(fā) 展 。2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1 工具的選擇：目前在AutoCAD中主要使用二次開發(fā)工具的有三種: 使用C/C++的ARX、ADS（AutoCAD Development System）即AutoCAD開發(fā)系統(tǒng)、Auto LISP/Visual LISP等開發(fā)工具。 ADS語言是在C語言環(huán)境下編寫的程序，ARX的面向對象是C++編程環(huán)境,他們較Auto LISP具有如編程復雜、難懂、使用起來比較麻煩等缺點。Auto LISP 是一種簡便易學的解釋性語言,并不苛求用戶具有程序員的水平，是為普通用戶設計的，而且它具有很強的數據表格處理功能,是開發(fā)AutoCAD 的一種重要手段。Auto LISP 語言是嵌套于AutoCAD內部,將LISP (List Processing Language) 語言和AutoCAD 有機結合的產物,它是AutoCAD 開放式體系結構的具體表現。使用Auto LISP可直接調用幾乎全部AutoCAD 命令,Auto LISP 語言既具有一般高級語言的基本結構和功能,又具有一般高級語言所沒有的強大的圖形處理功能,是當今世界上CAD 軟件廣泛采用的語言之一 。此外,Auto LISP 語言還能夠利用PDB 函數DCL(Dialog Control Language) 文件創(chuàng)建自己的對話框。Auto LISP語言最典型的應用之一就是實現參數化繪圖程序設計。在本題目中，銷類零件標準件的設計將采用 Auto LISP 語言編程。2.2 課題研究的主要內容：以最新機械設計手冊為依據，題目銷類包括以下幾類：名稱圓柱銷 內螺紋圓柱銷 螺紋圓柱銷 彈性圓柱銷標準GB/T119.1-2000GB/T119.2-2000GB/T120.1-2000GB/T120.2-2000GB/T878-1986GB/T897.1-2000GB/T897.5-2000名稱圓錐銷 內螺紋圓錐銷 螺尾圓錐銷 開尾圓錐銷標 GB/T117-2000 GB/T118-2000 GB/T881-2000 GB/T877-19861準名稱槽銷 銷軸 帶孔銷 安全銷標準GB/T882-1986 GB/T880-1986①名稱開口銷標準GB/T91-2000JB/ZQ 4355-19972.3 實現參數化方式：（1）在建立模型過程中，模型的幾何量直接取自某一變量值、表中值或某一尺寸值。（2）先繪制模型草圖，然后利用一些軟件的編輯功能，將模型中的幾何量改為去變量值、表中值或尺寸值。（3）對于定型的產品，需要形成系列，可將模型設計成用戶元素，然后對模型中的幾何量實現參數化操作，操作用戶如同操作點、直線等基本元素一樣直觀、方便。為方便管理和采用，對各個銷分別編制參數化程序，每個繪圖程序都有完整的繪圖功能，所開發(fā)的各個繪圖程序依靠對話框管理。2.4 方案選擇：通過大量的閱讀參考資料，可選的方案有以下兩種：方案一：銷有很多種類，現以GB119.1-2000 圓柱銷的參數化為例說明編程參數化方法的實現過程。1)確定繪圖參數: 零件的完整信息包括結構信息、位置信息等。結構信息可由4個結構參數完全確定（圖1-a）；位置信息則需要由插入點Base Point和螺旋角度site這兩個參數來確定（圖1-b）；因此，繪制參數需要5個參數才能完整無誤的繪制出圓柱銷的工作。1a.結構參數 b.位置參數圖1 圓柱銷參數2）畫出點位圖: 點為圖是指標出了全部控制點序號的零件結構示意圖，它是編程參數化的的一個重要工具。點位圖有助于程序的調試和維護，它使編程參數化的程序編制點位圖是指標出了全部控制點序號的零件結構示意圖，它使編程參數化的工作變得井井有條。圖2是圓柱銷（GB119.1-2000）的點位圖。圖2 圓柱銷點位圖3）編寫繪圖程序4）建立人機接口界面5）建立 AutoCAD 命令方案二：1)制作基本圖塊（Block）:標準圓柱銷圖形可分解為若干個十分簡單的基本幾何單元，如圖 3（a）為一圓柱銷的徑向視圖，圖 3(b) 將該視圖分解為 3 個簡單的基本幾何單元，在繪制圓柱銷銷時，大部分基本幾何單元將在不同公稱尺寸和不同類型的銷視圖中出現，例:每個標準圓柱銷的徑向視圖中總會出現基本幾何單元段 3，因此，在編制程序前先將這些基本幾何單元制作成長度和寬度均為一個單位的圖塊，并預先將圖塊中線條的基本屬性作合適的定義，例:將基本幾何單元螺紋段 3 定義為圖 3(c)所示的圖塊，圖塊名1為 jb-block5 外徑線定義在名為 csx 的圖層上，而底徑線定義在名為 xsx 的圖層上，并設置該兩圖層的基本屬性,如線寬、顏色等，在編程過程中，需要繪制這些基本幾何單元時，可用插入圖塊的方法快速完成，并將圖塊對象的基本屬性同時帶入當前圖形文件。不同的標準圓柱銷圖形自然還有其特殊性，因此，編程時完全用插入圖塊的方法是遠不能完成標準圓柱銷的繪制的，每種螺釘的特殊部位，特別是被聯接件的邊界線，將用合適的命令進行繪制和處理。圖3 圓柱銷視圖2）編程參數的設定及圓柱銷標準參數的錄入: 編程時設定的主要圖形基本參數和部分中間變量如圖4所示，其中：P1 、P 2 ——在AutoCAD繪圖區(qū)內拾取的兩個點，兩點之間的距離P 1 、P 2 確定了圓整前的圓柱銷長度，該兩點可用AutoCAD 中點的輸入方法中的任意一種方法輸入，例:可用特殊點捕捉的方法輸入a——繪制圓柱銷的方向角，AutoCAD中X正方向與P 1指向P 2的方向矢量之間的夾角D——圓柱銷公稱高度K——圓柱銷頭部寬度Dk1 ——墊圈的外徑LL——螺釘公稱長度（由P 1 、P 2確定的距離按螺釘長度系列圓整后得到）1圖4 圖形基本參數和部分中間變量圓柱銷的標準參數均用Auto LISP 語言中的標準表錄入到程序中，在程序中根據條件判斷后，用相應的Auto LISP 代碼提取標準參數。錄入的標準參數主要有：圓柱銷的高度D和長度LL系列；圓柱銷的寬度K系列；每一公稱直徑所限定的最大公稱長度L MAX 和最小公稱長度L MIN 系列；緊定銷端部的標準參數系列等。3）設置DCL（Dialog Control Language）對話框 選用和繪制標準圓柱銷的程序運行時采用了直觀、易操作的對話框形式，對話框分為3層，第1層對話框為選擇圓柱銷的對話框；第2層對話框為參數選擇對話框；第3層對話框為信息對話框，是提示用戶給定圓柱銷時存在的問題，具有輔助設計的功能。2.5 本課題擬采用的設計思路： 1）參照方案二，采用制作基本圖塊法，熟悉以上幾類銷的結構形狀，將銷的圖形分解為若干個簡單的基本幾何單元，提取特征參數；2）采用 Auto LISP 語言對這幾類鉚釘分別編寫參數化繪圖程序。在編程過程中，需要繪制這些基本幾何單元，可用插入圖塊的方法快速完成，并將圖塊對象的基本屬性同時帶入當前圖形文件。3）應用 AutoCAD 二次開發(fā)技術編寫交互式用戶界面（對話框） ；4）并將參數化繪圖程序與用戶界面程序實現鏈接，形成完整的圓柱銷標準件庫的一個分支系統(tǒng)；5）應用 AutoCAD 繪制設計圖紙。 3. 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作3.1 重點：了解參數化設計的概念，怎樣將無形的概念與有形的實體零件銷聯系起1來。掌握 Auto LISP 語言程序的編寫以及將參數化程序與用戶界面程序實現鏈接方法。3.2 已開展工作：調研并收集資料，大量閱讀與本課題相關的中文資料對參數化設計的概念有一定了解。3.3 難點：(1) 參數化能處理的圖形比較簡單，難以處理如剖面線、粗糙度等等復雜的工藝標注與約束。對三視圖聯動缺乏有效的處理方法。多解問題與拓撲變異沒有很好地解決。(2) 對帶有循環(huán)約束的約束圖有向化與求解還缺乏有效的解決辦法。(3) 對二維圖形的參數化研究仍停留在低層次簡單線素如點、線、圓、圓弧上，因此，參數化技術面向高層次圖素如由子圖形集構成的關聯圖形發(fā)展是一個必然的趨勢。(4) 把傳統(tǒng)針對點、線、圓、圓弧的二維圖形參數化技術推廣到由曲線、曲面構成的二維或三維幾何圖形上去，這既是參數化發(fā)展的一個必然結果，也是一個令人感興趣的嶄新課題。4． 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）4.1 工作方案：(1) 了解參數化設計的概述，包括設計參數化和圖形參數化。(2) 了解銷的設計準則，參數化設計流程。(3) 圖表化設計 。(4) 用戶交互式界面的設計與應用。(5) 參數化繪圖系統(tǒng)的設計流程。4.2 進度計劃：第 1-2 周 檢索資料，準備開題報告。第 3 周 了解參數化設計流程，開題答辯。第 4-5 周 熟悉資料，掌握銷類件的結構及國標畫法。第 6-8 周 完成用戶界面程序的編寫和外文資料翻譯。第 9-15 周 中期報告，檢查，編寫該幾類銷類標準件的參數化繪圖程序。第 16 周 交互式界面設計，完成繪圖程序和用戶界面程序的鏈接。第 17 周 參數化繪圖設計，調試和完善程序并完成設計圖紙，查漏補缺。1第 18 周 完成論文， 結題答辯。參考文獻1. 　紀豐偉,陳懇,張根保. 二維參數化技術發(fā)展現狀及趨勢分析.機械設計與制造工程,2000 ,29 :38～402. 　金建國,潭建榮,董玉德. 一個基于圖基約束集映射的參數化設計模型. 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