AutoCAD二次开发论文41173.doc
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1、1 第一章 绪 论 自从 50 年代世界上第一台自动绘图机诞生以来,计算机图形学与 CAD 已成为一门 新兴的边缘学科。AutoCAD 交互图形包就是其中有代表性的一个, CAD 与计算机绘图 已经开始进入普及化与实用化阶段。AutoCAD 系统提供的开放式体系结构,允许用户 根据各自需求实现 AutoCAD 的定制与二次开发,使得通用 CAD 系统中增加一个专用 于某一具体产品的 CAD 环境和功能模块,使其越来越符合用户要求。 1.1 AutoCAD 二次开发的研究现状 众所周知,AutoCAD 是作为一个通用绘图系统而设计的。但每一行业和专业都有 自己的行业和专业标准,许多单位也有自己的
2、技术规格和企业标准,每个设计工程师和 绘图员更有各自独特的工作方式,因而,AutoCAD 不可能完全满足每个用户的具体要 求。于是,通过系统提供的开放式体系结构,AutoCAD 允许用户根据各自的需求来改 进和扩充 AutoCAD 的许多功能,实现对 AutoCAD 的二次开发,使 AutoCAD 更加 符合用户的需要。由此可见,AutoCAD 的二次开发意义十分重大。 1.1.1 AutoCAD 二次开发的发展过程 由 Autodesk 公司开发的 AutoCAD 自 20 世纪 80 年代以来一直独领风骚。成为各 工程领域首选的 CAD 系统,是市场上最流行的 PC 桟 AD 系统。全世界
3、有 80 个国家的 200 万人在使用 AutoCAD 绘制各种各样的图形。 1998 年 AutoCAD 在市场上的占有率 达 79%,成为事实上的世界范围内的计算机制图标准。 在二维 CAD 软件中,Autodesk 公司一直是以提供基础软件即 AutoCAD 软件为 其产品发展策略的,而其 AutoCAD 软件在过去的十年中无可厚非地是最优秀的 CAD 基础软件,在其上,国内的各个公司开发了大量的机械、建筑等领域的应用软件,其中 就有我公司一直所使用的 InteCAD 软件。Autodesk 公司推出其新版的 AutoCAD 2000 软件的同时,推出了他们的依托于 AutoCAD 20
4、00 的机械设计软件 AutoCAD Mechanical 2000,从而全面进入了二维机械应用软件领域。该软件不仅具有 AutoCAD2000 所提供的最新的技术,更重要的是它吸收了从 AutoCAD10.0 版以来, 大量二次开发商在 AutoCAD 软件上针对机械工程设计所做的各种二次开发中所提供的 功能和技术,集成了大量专门针对二维机械工程设计的强大工具,从而使其成为二维机 械设计软件中的最具代表性的优秀软件。 1.1.2 AutoCAD 二次开发的重大意义 2 AutoCAD 的巨大成功,首先得益于它的开放性,使得第三方很容易开发各种适用 的专用软件,给用户带来标准、廉价、方便、高效
5、等益处,从而进一步占领了市场。用 户通过对 AutoCAD 系统的定制开发,可以结合自己的专业特点,开发属于自己的专用 型 CAD 系统。目前,国内开发的工程制图软件大多采用 AutoCAD 作为其软件支撑平 台,进行二次开发而成,为工程设计和制图行业创造了巨大的经济效益和社会效益。 AutoCAD 是目前 Windows95/98/nt/2000 环境下应用最广泛、使用人数最多的 CAD 软件。但是 AutoCAD 所提供的只是一般的通用的 CAD 功能,如造型、编辑、 注释等。如果不利用 AutoCAD 开发系统,要想完成某一具体醒目的设计,就会显得较 为复杂。例如,我们要设计一台活塞式发
6、动机,就需要根据发动机功率先手工计算出活 塞直径,然后再调用 AutoCAD 的绘图命令,一笔一笔地绘出发动机的图形。这样,一 旦在设计完成后,要更改发动机的功率,则需要重复刚才的全部内容。如果使用 AutoCAD 开发系统,则我们可以将上述计算和绘图通过高级语言编制相应的程序,在 需要设计时,只一个命令便可以运行该程序,计算和绘图过程自动完成。显而易见,这 不仅大大提高了设计效率,而且通过开发系统可以定制出某些专业化模块,甚至大型设 计绘图软件。但是,对于绝大多数的用户来说,他们不会研究如何开发一个 AutoLISP 程序,就其原因是多方面的,总的来说大致有三点:一是 AutoCAD 系统提
7、供了丰富的 命令,基本满足了用户的需求;二是 AutoLISP 的内涵比较丰富,不可能像 AutoCAD 命令那样在屏幕上通过简单尝试就可以知道它使用的场合,而是需要用户花费比较多的 时间和精力才能初步掌握;三是用户可以从很多渠道免费获取各种功能的 AutoLISP 程 序,并且这些程序的功能还比较强大。但是如果作为一名 CAD 工程师,若在绘制一幅 大型图纸,能够使用许多别人或自己已经制订好的 AutoLISP 程序,那么其速速将搞得 令你难以置信。 随着社会的不但发展,AutoCAD 的功能也随之不断增强,与以前版本相比,在总 体性能,绘图生产率,协同设计,数据共享能力,管理工具,开发手段
8、等方面都有了程 度不同的改进,增强和提高,有近 3000 家注册开发商向市场提供了 5000 余种基于 AutoCAD 开发的适应各类专业领域及不同层次应用的增值软件。特别是在二次开发方 面,允许用户和开发者在几乎所有方面对其进行扩充和修改,能最大限度地满足用户的 特殊要求,特别是 AutoCAD 提供了各种编程工具与接口,为用户在其基础上进行修改 和扩充创造了便利条件。 1.2 齿轮参数化设计的意义 在机械领域中,齿轮机构占有很大的比重,大部分机构中都会用到齿轮,可见,齿 3 轮的使用率非常高,对其进行参数化设计,建立一个齿轮库,大大缩短了绘图人员的工 作时间,提高了工作效率,是十分有意义的
9、。 1.2.1 机械工业在现代化建设中的作用 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。人们所以要广泛 使用机器,是由于机器既能承担人力所不能或不便进行的工作,又能较人工生产改进产 品质量,特别是能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。同时,不论是集中进行大量 生产还是迅速完成多品种,小批量生产,都只有使用机器才便于实现产品的标准化,系 列化和通用化,尤其是便于实现高度的机械化,电气化和自动化。因此,机械工业肩负 着为国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务,在现代建设的进程中 起着主导和决定性的作用。所以通过大量设计制造和广泛使用各样先进的机器,就能大 大加强促进国
10、民经济发展的力度,加速我国的社会主义现代化建设。 1.2.2 齿轮机构在机械工业中的地位 一台现代化的机器中,常会包含着机械、电气、液压、气动、润滑、冷却、信号、 控制、监测等系统的部分或全部,但是机器的主体仍是机械系统。每个机构都是由许多 零件来组成的。齿轮属于通用零件的范围,被广泛应用于各种机器中,在机器组成中占 有很大的比例。 齿轮机构可以用来传递任意两轴之间的动力和运动,它是现代机器中应用最广泛的 一种传动机构。它能保证两轴的传动比恒定不变,结构紧凑,工作可靠,效率高,寿命 长,传递功率和适用速度的范围大。此外,齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一, 形式很多,应用广泛,传递的功率可达
11、近十万千瓦,圆周速度可达 200m/s。在常用的机 械传动中,以齿轮传动的效率最高,如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99%。这对大功率传 动十分重要,因为即使效率只提高 1%,也有很大的经济意义。在同样的使用条件下,齿 轮传动所需的空间尺寸一般较小,而且,设计制造正确合理,使用维护良好的齿轮传动, 工作十分可靠,寿命可长达一、二十年,这是其他机械传动所不能比拟的,再加上其传 动比稳定,齿轮传动获得了广泛应用,可见,齿轮在机械领域中有着举足轻重的地位。 1.2.3 齿轮参数化设计的重大意义 由上述内容可以看出,齿轮机构在机械工业中作用重大,齿轮传动亦机械传动中最 重要的传动之一,因此齿轮在机械领域
12、中应用广泛,使用频繁,对其进行参数化设计是 十分有意义的。利用 AutoCAD 软件开发制作出常用齿轮库,实现各类齿轮的自动绘图, 可以大大缩短工作人员的工作时间,省略了耗时最多的手工绘图部分,提高了整体的工 4 作效率,使各项工作具备了系统化,整体化的特点。 1.3 设计的主要内容 由 AutoCAD 软件二次开发而成的 GEAR 系统是一个功能齐全、使用简单的交互 式 CAD 软件,其主要作用是对各类常用齿轮进行参数化设计,实现自动绘图功能。用 户界面采用 Windows 风格的中文窗口图形界面,用于系统的流程控制、数据输入和结 果显示,使用户操作直观、方便。 本次设计各章节的安排如下:
13、第一章:本章中重点对 AutoCAD 二次开发的现状、发展历史、研究过程等进行了 阐述和分析,掌握其定制与开发的意义。 第二章:介绍了 DCL 语言的运行环境、语言特性等内容,以及对话框界面设计时所 需要注意的部分和设计方法。 第三章:对 AutoLISP 语言的基本内容进行简单阐述,介绍其语言特性,运行环境, 编程方法等 第四章:重点介绍了齿轮参数化设计的方案与实现过程,讲述如何选择齿轮的基本 参数,基本结构形式,对图幅进行设置,以及如何运行本系统等内容 第五章:对本次设计进行总结,对其主要内容进行概述,讲述本次设计的意义等 另外,论文中附录了中英文摘要,英文翻译,参考文献,符号说明等内容
14、5 第二章 DCL 对话框的设计 DCL 是一种对话框控制语言,采用该语言与 AutoLISP 等程序结合,可以定制与 开发用户自己的对话框。目前对话框是最为流行的一种人机交互界面。它支持以光栅扫 描显示器和鼠标为代表的输入设备,向用户提供图形与文本并存的可视化环境,使操作更 为自然、简捷。 2.1 DCL 对话框的组成 对话框由一个或若干个不同功能的小框组成。这些小框称为对话框的选项或成分。 根据功能的不同,选项可以分为按钮、文本编辑框、列表框、滑动杆等控件。当用户为 自己的应用程序建立对话框时,需要用 DCL 文件对拟建立的对话框的各个选项和其布局 格式进行定义。DCL 文件是按一定的语法
15、规则编写的文本文件,可以用任何文本编辑程 序建立。用户在编写程序建立。用户在编写 DCL 文件时,可以直接引用 BASE.DCL 文件中预定义的选项,也可以通过包含指令来引用除了 BASE.DCL 和 ACAD.DCL 文 件之外的其他 DCL 文件中定义的选项。 1)按钮(button) 每个对话框都有一个或几个按钮选项。 2) 文本编辑框(text edit box) 供用户输入和编辑单行文本或数值的对话框选项。 3)列表框(list box) 包含一系列的文本行,可以用其右侧的滑动杆上下移动,从该列表中选择某一表项。 4)滑动杆(slider ) 用于获取数值。通过左右上下移动它的滑块或
16、单击两侧的箭头,从而调整数值的大小。 2.2 DCL 对话框的基本内容 DCL 文件是带有 DCL 扩展名的 ASCII 文本文件,它可以包括一个或多个对话框 描述。DCL 文件还可以包括构件或子部件的原形定义,以便这些构件或子部件被其他对 话框引用。 2.2.1 定义选项的 DCL 表达式 AutoCAD 内部有一 PDB(Programmable Dialog Box)模块,它可以支持上节 所述的各种选项。在 DCL 文件中,各选项的定义采用规定的 DCL 表达式。表 2-2-1 给 6 出了 PDB 模块支持的各选项名、DCL 表达式及其含义。 表 2-2-1 定义选项的 DCL 表达式
17、 选项名 DCL 表达式 含义 按钮 button 作用相当于实际按钮,用于要求动作效果立即实现的场 合 编辑框 edit_box 供用户输入和编辑单行文本的区域 图像按钮 image_button 选择该按钮可显示出一个图像框 列表框 list_box 含有若干文本行的框,供用户从所列表项中选择 弹出式列表 popup_list 除能“弹出”外,功能和列表框相同 切换按钮 toggle 控制二进制值“0”和“1” ,即“打开”和“关闭” 列 column 一列中的选项。它们可以是任意类型的选项 加框列 boxed_column一种周围有边界线的列 单选列 radio_column 一种只包含
18、单选按钮的列 文本 text 显示一个用作标题行或提示信息的文本串 空白 spacer 不显示任何内容的选项。其用途仅是为了调整布局 在 AutoCAD 的子目录 SUPPORT 中有一个名为 BASE.DCL 的文件。该文件已 预定义了全部选项。通过将各选项组合成行或列,可以建立更为复杂的选项组。这个选 项组可以加框,也可以不加框,而且在 DCL 文件中可以作为单个选项来调用。但是,用 户选择时,不能选择选项组,只能选择其中的一个选项。 2.2.2 对话框的属性 对话框的属性(Attributes)用于定义它的布局和功能,类似于编程语言中的变量。 属性由属性名和属性值组成,属性值必须是以下几
19、种特定的类型之一。 1)数值 包括整数和实数。表示距离(如选项的宽度和高度)时,一般以字符宽度和高度为单 位用整数表示。如果属性值要用带小数的实数表示,小数点前的先导位不能省略。 2)保留字 保留字是由字母、数字和字符组成的标识符,它必须以字母开头。保留字的大小写是 有区别的,如 False 和 false 是不同的。 3)字符串 字符串是用双引号引起来的文本内容。若字符串中还要包含一个双引号,则在该双引 号前必须有一个反斜杠。 7 2.3 DCL 对话框程序的编写 当用户为自己的应用程序建立对话框时,需要用 DCL 文件对拟建立的对话框的各个 选项和其布局格式进行定义。DCL 文件是按一定的
20、语法规则编写的文本文件,可以用任 何文本编辑程序建立。 2.3.1 对话框的调用格式与程序代码 DCL 文件的编写必须遵循以下格式: 选项名:预定义选项名 1:预定义选项名 2:. . . . 属性名 1 = 属性 1 值; 属性名 2 = 属性 2 值; . . . . . . 格式 1:拟调用的选项名; 格式 2:拟调用的选项名 属性名 1 = 属性 1 值; 属性名 2 = 属性 2 值; . . . . . . 格式 3:拟调用的选项名 用格式 1 或格式 2 调用别的选项 . . . . . . 举例说明如下: image_button_test:dialog label=“Test
21、 image“; :boxed_column :image_button key=“image_button1“; color=graphics_background; 8 height=12; width=35; ok_cancel; 上述代码设置的是图形显示按钮,用来显示图形,拾取控件。 2.3.2 对话框的布局设计 在本次对话框布局设计中,主要考虑了以下几个方面的内容: 1)外形美观 对话框的外观十分重要。对话框的颜色配比、选项的布局等要使用户感觉舒适,具有 吸引力。颜色的使用尽可能与 ACAD 标准对话框一致。 2)使用方便 对话框使用的方便性是对话框设计时要考虑的最为重要的内容。对话
22、框中各选项的位 置及选项功能的合理搭配对使用的方便性有重要影响。在选项布局时要考虑把最频繁使 用的选项放在最显要的位置,最常用的几个选项之间的跳转应尽可能容易。要尽量避免 用对话框中的选项再调出下一级对话框。另外,对话框中安排了一个帮助按钮。 3)功能定义和提示的一致性 对话框中各选项的功能和显示的字符应与 ACAD 的标准对话框中的相应选项保持一 致,这样一方面便于用户学习和使用,另一方面也可直接借用 BASE.DCL 和 ACAD.DCL 中的有关程序编写用户的 DCL 文件。 4)选项的互锁功能 在对话框中,往往在选择了有关选项后,暂时不能选择别的选项。这时必须将不能选 择的选项置为 d
23、isable,使之变灰,以避免可能出现的严重后果。 5)良好的容错能力 对话框应具有良好的容错能力,也就是说,当用户选择对话框中的选项或用键盘输入 有错时,应能在对话框中报告错误,同时提供相应的选项使用户在不退出对话框的情况 下重新选择或输入,而不必退出对话框又重新进入。 6)选项编辑的一般要求 对话框中的各个选项应按行按列排布,相关的输入区(如编辑框和列表框等)要按水 平方向和垂直方向对齐,并尽可能沿水平方向和垂直方向对齐加框区域。在加框区外不 要留太多的空白区域。在对话框能清楚地显示出所有内容的前提下,应尽可能减小对话 9 框的总体尺寸。 第三章 AutoLISP 语言简介及程序设计 Au
24、toLISP 是一种嵌入 AutoCAD 内部的 LISP 语言,Autodesk 公司在 2.17 以后 的版本中开始将其引入。它可让用户和 AutoCAD 开发者以非常强大的高级语言编写出 宏语言程序和函数,按用户的需要定制出自己的系统,非常适合于图形的应用。且 LISP 很易于学习和使用,非常灵活多变。 3.1 AutoLISP 语言的简介 AutoLISP 语言是一种解释性语言,为用户处理了绝大部分的数据类型及结构的细节, 它不允许应用程序对操作系统及硬件进行操作,可用文本编辑器观看。 3.1.1 AutoLISP 语言的运行环境 AutoLISP 语言运行在 AutoCAD 环境下。
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