典型平面连杆机构的运动分析及程序设计

洛阳理工学院毕业设计（论文）I典型平面连杆机构的运动分析及程序设计摘要VISUALLISP语言是一种内嵌在AUTOCAD系统的智能编程语言,它可以直接调用几乎全部的AUTOCAD命令,不仅具有一般高级语言的基本结构和功能,而且具有强大的图形处理功能,是对系统进行二次开发和实现参数化绘图程序设计的重要工具。本文主要介绍在AUTOCAD环境下,用AUTOLISP语言和对话框控制语言DCL进行机构运动分析及仿真，它具有操作方便、计算和绘图速度快等特点,可以大大提高设计效率。采用AUTOCAD本身具有的二次开发功能，利用其内嵌的AUTOLISP语言编制绘图程序，只需通过DCL对话框进行简单的参数设定，系统就能自动完成图形的绘制过程，实现图形参数化及智能化，使设计者从繁琐重复的绘图劳动中解放出来，提高绘图的效率。程序采用模块化设计,用AUTOLISP语言编制而成,在AUTOCAD环境下运行。每种类型机构的运动分析由一个独立的函数完成,各函数由主程序控制。通过调用绘图程序绘制出位移、速度、加速度曲线，然后根据这些曲线判断机构的运动性质。关键字AUTOCAD，机构运动分析，DCL对话框，AUTOLISP，运动仿真洛阳理工学院毕业设计（论文）IITYPICALANALYZINGTHEMOVEMENTOFPLANARLINKAGEMECHANISMANDPROGRAMDESIGNABSTRACTVISUALLISPLANGUAGEISAKINDOFEMBEDDEDINTHEINTELLIGENTAUTOCADSYSTEMPROGRAMMINGLANGUAGESITCANDIRECTLYCALLALMOSTALLOFTHEAUTOCADCOMMAND,NOTONLYHASGENERALLYHIGHLEVELLANGUAGEBASICSTRUCTUREANDFUNCTION,BUTALSOHASPOWERFULGRAPHICSPROCESSINGFUNCTIONSOFTHESYSTEM,ISTHESECONDDEVELOPMENTANDIMPLEMENTATIONOFPARAMETERIZEDDRAWINGPROGRAMDESIGNTHEIMPORTANTTOOLUSINGAUTOCADITSELFHASTHESECONDDEVELOPMENTFUNCTION,USETHEAUTOEMBEDDEDINSIDELISPLANGUAGEPROGRAM,SIMPLYBYCOMPILINGDRAWINGSIMPLEDIALOGDCLPARAMETERSETTING,SYSTEMCANAUTOMATICALLYACCOMPLISHGRAPHICRENDERINGPROCESSTOREALIZEAGRAPHICSPARAMETRICANDINTELLIGENT,ENABLESDESIGNERSFROMREPEATEDLYREPETITIVEDRAWINGLABORLIBERATE,IMPROVETHEEFFICIENCYOFTHEDRAWINGPROGRAMUSINGMODULARDESIGN,USEAUTOLISPLANGUAGEANDBECOME,INAUTOCADCOMPILEDUNDERTHEENVIRONMENTOFOPERATIONEACHTYPEINSTITUTIONSBYANINDEPENDENTMOVEMENTANALYSISFUNCTIONOFEACHFUNCTIONCOMPLETE,BYMAINPROGRAMCONTROLBYCALLINGTHEDRAWINGPROGRAMMAPPEDDISPLACEMENT,VELOCITYANDACCELERATIONCURVES,ANDTHENACCORDINGTOTHESECURVESASKINEMATICPROPERTIESOFJUDGMENTKEYWORDSMECHANISMMOTIONANALYSIS,AUTOCAD,AUTOLISP,DIALOG,DCLMOTIONSIMULATION洛阳理工学院毕业设计（论文）III目录前言1第1章连杆机构与仿真311平面连杆机构运动分析及仿真的现状312课题的主要内容与意义413连杆机构的历史回顾和发展趋势5第二章VISUALLISP语言基础621VISUALLISP发展历史622VISUALLISP介绍解释性语言623VISUALLISP的特点724VISUALLISP的功能7241VISUALLISP程序格式和结构特点825VISUALLISP数据类型826VISUALLISP常用函数9第3章绘图程序软件AUTOCAD1031AUTOCAD1032AUTOCAD发展现状1033意义11第4章连杆机构及其运动分析1341机构的简介1342平面机构具有确定运动的基本条件1443运动分析的目的1444运动分析的基本方法1545典型的机构运动仿真示例15451曲柄摇杆机构处于不同位置的分析16452拉包机机构的运动特点分析18553铰链滑块机构运动分析21454牛头刨床机构的运动分析22第5章加工仿真24洛阳理工学院毕业设计（论文）IV51基本原理2452加工仿真程序设计结构2453典型的简单零件的加工模拟26531简单圆类零件的加工26532星类零件的加工2754典型的复杂零件的加工模拟28541轴承座的加工29542工形零件的加工30543弧形零件的加工31544吊钩的加工错误未定义书签。结论32谢辞33参考文献34附录36洛阳理工学院毕业设计（论文）1前言计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速做出图形显示出来，使设计人员及时对设计做出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。AUTOCAD允许用户定制菜单和工具栏，并能利用内嵌语言VISUALLISP、VBA、ADS、ARX等进行二次开发还可以加载运行脚本，实现系统本身所没有的功能，比如三维自动旋转。AUTOLISP是由AUTODESK公司开发的一种LISP程序语言，LISP是LISTPROCESSOR的缩写。通过AUTOLISP编程，可以节省工程师很多时间。AUTOLISP语言作为嵌入在AUTOCAD内部的具有智能特点的编程语言，是开发应用AUTOCAD不可缺少的工具AUTOCAD软件包中包含大多数用于产生图形的命令，但仍有某些命令末被提供。例如，AUTOCAD中没有在图形文本对象内绘制矩形及作全局改变的命令。通过AUTOLISP，你可以使用AUTOLISP程序语言编制能够在图形文本对象内绘制矩形或作全局选择性改变的程序。事实上，可以用AUTOLISP编制任何程序，或把它嵌入到菜单中，这样定制你的系统会取得更高的效率。机构的运动运动分析，机构是由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统按组成的各构件间相对运动的不同，机构可分为平面机构（如平面连杆机构、圆柱齿轮机构等）和空间机构（如空间连杆机构、蜗轮蜗杆机构等）；按运动副类别可分为低副机构（如连杆机构等）和高副机构（如凸轮机构等）；本文主要介绍平面连杆机构，平面连杆机构中最常用的是四洛阳理工学院毕业设计（论文）2杆机构，它的构件数目最少，且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构，它能实现一些复杂的运动，但杆多且稳定性差。面连杆机构运动设计的方法主要是几何法和解析法，此外还有图谱法和模型实验法。几何法是利用机构运动过程中各运动副位置之间的几何关系，通过作图获得有关运动尺寸，所以几何法直观形象，几何关系清晰，对于一些简单设计问题的处理是有效而快捷的，但由于作图误差的存在，所以设计精度较低。解析法是将运动设计问题用数学方程加以描述，通过方程的求解获得有关运动尺寸，故其直观性差，但设计精度高。随着数值计算方法的发展和计算机的普及应用，解析法已成为各类平面连杆机构运动设计的一种有效方法10。仿真，当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。仿真的重要工具是计算机。仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。仿真的过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的。因此计算机仿真在仿真技术中占有重要地位，在本次设计中用计算机仿真主要是对刀具轨迹的仿真，能够在产品未生产之前进行模拟加工，减少产品的报废率，因而具有很高的使用价值。洛阳理工学院毕业设计（论文）3第1章连杆机构与仿真11平面连杆机构运动分析及仿真的现状机构运动分析是机构运动学的一个分支，即已知机构主动输入，构件尺度及构件装配构形，确定从动件的运动规律（包括奇异位形问题及运动误差问题）；或已知机构主动输入和构件尺度，确定所有装配构形并从中选优，然后确定从动件的运动规律。机构的运动分析，就是对机构的位移、速度和加速度进行分析。有了这些运动参数，才能分析、评价现有机械的工作性能，同时它也是优化综合新机械的基本依据。通过位移的分析，可以确定某些构件运动所需的空间或判断它们运动时是否发生相互干涉；还可以确定从动件的行程；考察构件或构件上某点能否实现预定位置变化的要求12。通过对速度的分析，可以确定机构中从动件的速度变化是否满足工作要求。同时速度分析也是机构的加速度分析和受力分析的基础。机构的加速度分析，是计算惯性力不可缺少的前提条件。在高速机械中，要对其动强度、振动等动力学性能进行计算，这些都与动载荷或惯性力的大小和变化有关。因此，对于高速机械，加速度分析不能忽略。平面连杆机构运动分析的方法有很多，主要有图解法、解析法和实验法。当需要简捷直观地了解机构的某个位置的运动特性时，采用图解法比较直观、方便，但其缺点是精度不高，而且当对机构一系列位置进行运动分析时，需要反复作图，工作繁琐。图解法包括速度瞬心法和相对速度图解法。当需要确切地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘出机构相应的运动曲线图。国外CAD领域中关于机构分析和仿真技术的研究开展的较早，美国CADSI等专业公司的机构运动学和动力学仿真软件DADS,ADAMS等早已商品化。UG,PRO/ENGINEER等大型的CAD/CAM/CAE软件都有自己的机构分析模块13。机构分析与仿真软件在全球的内燃机、飞机、汽车、工程机械、冶金机械、石油钻采机械、纺洛阳理工学院毕业设计（论文）4织机械、轻工机械等行业中得到广泛的应用。国内关于机构运动学分析和仿真技术的研究也发展的较早，但对相关软件的研究起步却较晚。这类软件可分为三类第一类用于教学目的，使用VB等软件工具开发一些常见机构的动画演示；第二类是出于某一工程实际应用需要所编写的运动学分析软件，这些软件一般能相应解决某一类机构的问题，而通用性受到限制；第三类是一些高校自主研发的比较通用的运动学分析软件，比如大连理工大学研发的平面连杆机构分析与仿真专家系统，就能实现平面连杆机构的运动学分析。在一些机构分析及仿真论文中也有类似研究14。12课题的主要内容与意义连杆机构的最基本形式是平面四杆机构，它是其它连杆机构的基础。所以，对平面四杆机构进行研究可以概括连杆机构内在的基本原理，从而用以连杆机构的设计。机构运动学综合是按照给定的运动特性对机构进行系统的设计的过程，包括型综合和尺度综合两大主要内容，主要综合方法有解析法、作图法和实验法。作图法和实验法工作量大，设计精度低，仅适用于对机构精度要求不高的场合。近几十年来，随着工业技术的高速发展，人们对机构的复杂程度和精度要求越来越高，作图法和实验法已不能满足要求，而基于计算机辅助设计（CAD）的解析法得到了广泛的应用。本课题的主要内容是平面四杆机构的连杆曲线及轨迹综合，其意义在于深入研究计算机在设计和仿真连杆机构连杆曲线方面的应用，从而指导实践；总结出四杆机构轨迹综合的理论基础，从而指导多杆或复杂的低副平面机构的综合。此课题的主要目标是系统地对平面四杆机构连杆曲线进行研究，从而来获得连杆机构基本的原理和综合方法，以便在实际中得到应用；主要特色是在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言编程来辅助设计和仿真平面四杆机构。洛阳理工学院毕业设计（论文）513连杆机构的历史回顾和发展趋势在各种机构型式中，连杆机构的特点表现为具有多种多样的结构和多种多样的特性。仅就平面连杆机构而言，即使其连杆件数被限制在很少的情况下，大量的各种可能的结构型式在今天仍难以估计。它们的特性在每一方面是多种多样的，以致只能将其视为最一般形式的机械系统。在古代和中世纪许多实际应用方面的发明中就有连杆机构，例如我国东汉时期张衡发明的地震仪、达芬奇所描述的椭圆车削装置等，在这些发明中，都巧妙地应用了平面连杆机构。在近代，随着工业越来越高度自动化，在大量的自动化生产线上，许许多多的连杆机构得到了应用。特别是机器人学成为目前一个前沿学科，连杆机构又有了新的应用，例如日本等国家开发的类人型机器人等。在仿生学上，连杆机构巧妙地实现了人类关节的功能，例如国外研制的六杆假肢膝关节机构1。当今，工业生产自动化程度越来越高，连杆机构以及它与其它类型的机构组成的组合机构将得到更加广泛的应用，特别是形状丰富多样的连杆曲线将应用在更多的场合中。洛阳理工学院毕业设计（论文）6第二章VISUALLISP语言基础21VISUALLISP发展历史AUTOLISP语言作为一种嵌入在AUTOCAD内部的LISP语言，它采用了与标准LISP语言最为相近的语法和约定。作为第一代AUTOCAD用户化CAD开的标准语言，AUTOLISP的优点是显而易见的源于LISP的AUTOLISP语言语法规则简单、灵活且易学；AUTOCAD的二次开发，主要是根据各专业的具体要求，实现对AUTOCAD的图形实体和各种参数表的数据进行存取和编辑，或是对AUTOCAD进行文件的传输。但是随着计算机技术的飞速发展，CAD在工程中的应用层次也在不断提高，集成化、智能化的CAD系统已成为当今CAD工程的主流，这样给开发CAD系统带来的是相关设计，计算处理越来越多，程序设计越来越复杂、源代码越来越庞大，这使得AUTOLISP的不足变得日益明显。由于AUTOLISP存在自身无法解决的问题，为了适应AUTOCAD环境下的较大型用户化CAD应用系统的开发，AUTODESK公司从AUTOCADR11开始，推出采用C语言的开发环境ADS（ADVANCEDEVELOPMENTSYSTEM），借助C/C语言的性能和资源，完成许多AUTOLISP语言难以实现的任务。随着WINDOWS平台、面向对象编程技术等先进技术的日益成熟和普及，AUTOCAD也和其他系统一样迫切需要一种全新的面向对象编程的开发环境。在AUTOCADR13之后，又推出了新一代的直接面向对象的二次开发工具ARX（AUTOCADRUNTIMEEXTENSION）以及更新的AUTOCADR14OBJECTARXSD开发工具包。为开发高自动化程度、高集成化及高性能的用户CAD系统提供了一种极为有效的工具。是AUTOCAD目前用户化的主流开发工具。22VISUALLISP介绍解释性语言VISUALLISP是自带的一个集成的可视化AUTOLISP开发环境，最早的AUTOLISP程序需要用文本编辑工具如记事本等编辑，然后在AUTOCAD中洛阳理工学院毕业设计（论文）7加载调试，很不方便。从AUTOCAD2000开始，有了集成的开发环境VISUALLISP。作为开发工具，VISUALLISP提供了一个完整的集成开发环境（IDE），包括编译器、调试器和其他工具，可以实时调试AUTOLISP命令。定义AUTOCAD的效率。VISUALLISP具有自己的窗口和菜单，但它并不能独立于AUTOCAD运行。从AUTOCADR14开始，VISUALLISP被引入到AUTOCAD中，它增强并扩展了AUTOLISP语言，可以通过MICROSOFTACTIVEXAUTOMATION接口与对象交互，并扩展了AUTOLISP响应事件的能力。VISUALLISP作为一个完整的集成开发环境（IDE），具有自己的窗口和菜单，但它并不能独立于AUTOCAD运行。当用户从VISUALLISPIDE中运行AUTOLISP程序时，经常需要与AUTOCAD图形交换或在命令窗口响应程序提示。23VISUALLISP的特点与AUTOLISP完全兼容VISUALLISP采用了向标准LISP语言看齐的标准。面向对象的编程技术可通过关系型数据库套用；允许使用现成的AUTOLISP套装应用程序来调用或转换一个ADX或ARX模块。功能强大的集成环境，它采用即载即编译技术来实现与AUTOLISP完全兼容的环境；它采用支持AUTOLISP与DCL色彩编码以及其他AUTOLISP语言的全屏幕文版编辑器；它支持多种检验器9。其中，语法检验器可以用来检验AUTOLISP程序结构错误和内部函数中的变量错误。综合检验器可以对数据结构中的变量和表达式值的浏览和编辑功能；它可以在一个窗口执行AUTOLISP的原始代码，而在AUTOCAD窗口同时显示该程序所执行的结果；它可把AUTOLISP的原程序编译成二进制文件，并将之包装成一个ADX或ARX模块；24VISUALLISP的功能LISP语言于1959年创立。其主要功能算术运算、文字处理；调用AUTOCAD的系统命令；程序自动绘图；自定义AUTOCAD系统命令；读写AUTOCAD系统变量和外部文件；它高级语言实现数据共享；对洛阳理工学院毕业设计（论文）8AUTOCAD命令进行扩展。如C、VB、DELPHI等在AUTOCAD系统上进行软件开发。241VISUALLISP程序格式和结构特点VISUALLISP语言函数通用规则；VISUALLISP的函数都要包含到括号中，括号成对出现。一对括号包围单个函数。VISUALLISP运算规则为从左至右。VISUALLISP括号内的第一个字符串是运算符。内存变量；VISUALLISP语言内存变量同其他系统变量一样工作。VISUALLISP的内存变量使用SETQ函数来赋值，它需要两个以上的变量，第一个是内存变量，第二个是内存变量的值。内存变量名以字母开头，长度任意，不包括空格和分隔符。嵌套；VISUALLISP可以嵌套100个深度，系统总是从嵌套最深处开始计算。系统变量；VISUALLISP系统变量为一些特殊的内存变量，与AUTOCAD的绘图环境有关。VISUALLISP有一百多个系统变量，详见AUTOCAD使用手册。系统变量的值通过SETVAR函数来改变。弧度度量角度时AUTOLISP使用弧度4。25VISUALLISP数据类型符号又称变元，VISUALLISP使用符号存放数据。表用圆括号括起来的一组数据，如（元素1，元素2，）。如（253641）、（SIN05PI字符串可任意长。字符串的最大长度为100；另任何字符都可以用“|NNN”的格式表示，其中反斜杠“是ASCII码的前导标识字符，“NNN”是该字符八进制的ASCII码。例如，字符串ABCD也可表示为“101102103104“整数VISUALLISP内部使用32位值，但VISUALLISP和AUTOCAD之间的数据传递使用16位。实数1和1之间的实数必须以0开头。文件描述符用于描述VISUALLISP所需打开的文件，类似于文件指针。实体名实体名是一个分配给实体的数字符号，是一个VISUALLISP所维护的文件中的指针；通过该指针VISUALLISP能够找到该实体在数据库中的记录和它显示在屏幕上的矢量。选择集包含一个或多个实体的组。子程序和外部子程序所有VISUALLISP的函数都是内部子程序，一个子程序可以用DEFUN洛阳理工学院毕业设计（论文）9函数重新定义，与之同名的函数将被冲掉，外部子程序是用ADS应用程序定义的子程序。表达式VISUALLISP表达式具有如下形式，每一个函数本身是个单独的表达式，每个表达式都返回一个值，该值可被引用该表达式的其他外层表达式所使用。26VISUALLISP常用函数OR函数格式为OREXPR功能主要是求OR运算，找到任意一排非NIL表达式，则返回T,否则返回NIL。AND函数格式为ANDEXPR功能主要是找到任意一NIL表达式，则返回F,否则返回T。DEFUN函数定义一个有名函数。主程序中调用格式为（DEFUNCDAOCHA其中CDAOCHA为函数名。C不是指一个磁盘驱动器，而是指一个用于命令行的函数，中间部分为构成函数的表达式。POLAR函数求一点的极坐标。函数返回一个点，该点的相对角度为ANGLE,与点PT相距DISCANTEANGLE是从PT点到返回点以X轴开始逆时针方向计算。GETSTRING函数输入字串符。若有且非空，输入串可以包含空格，以回车结束否则输入的串可以有空格或回车结束。|PROMPT为提示。COMMAND函数执行AUTOCAD命令。为避免重新定义，命令前加小圆点，最后空串等效于回车键。（可以不要）PROGN函数按顺序计算每个表达式，返回最后表达式的求值结果，可用PROGN完成多个表达式的计算，并把它与IF函数搭配使用。COND函数计算每个表项中的第一项，直到有一项中的返回值不为NIL，函数返回该表项表达式的值。如果子表中只有一个表达式（无结果项），则返回测试表达式的值。可以用T作为缺省测试表达式。REPEAT函数循环结构函数表达式（REPEA（数）（表达式）（数）表示任意一个正整数，表示循环次数，返回最后（表达式）的计算结果。洛阳理工学院毕业设计（论文）10第3章绘图程序软件AUTOCAD31AUTOCADAUTOCAD是目前微机上应用最为广泛的通用交互式计算机辅助绘图设计软件包。AUTOCAD的通用性为其二次开发提供了必要条件，而AUTOCAD放的体系结构则使其二次开发成为可能。在很多行业中都会使用AUTOCAD软件，包括机械、土木工程、建筑和电力等等，但是每个行业都有其自身的特点。AUTOCAD软件主要是由工程设计者和绘图者使用，如何提高其对AUTOCAD软件的使用效率如何更短的时间可以完成设计和绘图这些问题一直困扰着我们，直到推出新一代可视化LISP编程软件VISUALLISP。本文主要是论述在机械行业中我们可以对AUTOCAD的二次开发，设计和编制出可以提高设计者或者绘图者工作效率的程序。主要使用VISUALLISP对AUTOCAD二次开发，主要完成了以下功能丰富AUTOCAD的绘图功能；在已知斜面上绘图和写文字，增加初始化设置，对于单行文字自动加注圆，自动标注粗糙度，快速计算封闭曲线的面积；自动生成常用的标准零件图；对数据表格的读取处理和运用3。32AUTOCAD发展现状AUTOCAD是由美国AUTODESK公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完美，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AUTOCAD可以绘制任意二维和三维图形，并且同传统的手工绘图相比，用AUTOCAD绘图速度更快、精度更高、而且便于个性，它已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用，并取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。AUTOCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断洛阳理工学院毕业设计（论文）11提高工作效率。AUTOCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320200到20481024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AUTOCAD的普及创造了条件。AUTOCAD的发展过程可分为初级阶段、发展阶段、高级发展阶段、完善阶段和进一步完善阶段五个阶段。1在初级阶段里AUTOCAD更新了五个版本1982年11月，首次推出了AUTOCAD10版本；1983年4月，推出了AUTOCAD12版本；1983年8月，推出了AUTOCAD13版本；1983年10月，推出了AUTOCAD14版本；1984年10月，推出了AUTOCAD20版本2。2在发展阶段里AUTOCAD更新了以下版本1985年5月，推出了AUTOCAD217版本和218版本；1986年6月，推出了AUTOCAD25版本；1987年9月后，陆续推出了AUTOCAD90版本和903版本。3在高级发展阶段里，AUTOCAD经历了三个版本，使AUTOCAD的高级协助设计功能逐步完善。它们是1988年8月推出的AUTOCAD100版本、1990年推出的110版本和1992年推出的120版本3。4在完善阶段中，AUTOCAD经历了三个版本，逐步由DOS平台转向WINDOWS平台1996年6月，AUTOCADR13版本问世；1998年1月，推出了划时代的AUTOCADR14版本；1999年1月，AUTOCAD公司推出了AUTOCAD2000版本。5在进一步完善阶段中，AUTOCAD经历了两个版本，功能逐渐加强2001年9月AUTODESK公司向用户发布了AUTOCAD2002版本；2003年5月，AUTODESK公司在北京正式宣布推出其AUTOCAD软件的划时代版本AUTOCAD2004简体中文版。33意义随着设计软件的不断推出，原使用绘图板进行模拟的时代已经过去。现在使用软件绘图是设计人员必备的技能，但是如何更加快捷高效的完成设计这就需要使用软件的二次开发，建立相对的数据库。机械设计绘图时洛阳理工学院毕业设计（论文）12最常用的软件是AUTOCAD。AUTOCAD是美国AUTODESK公司推出的一种通用的微机辅助绘图和设计软件包。1998年3月底宣布推出新一代可视化LISP编程软件VISUALLISP。其中VISUALLISP编程软件可以帮助设计者解决上述问题。洛阳理工学院毕业设计（论文）13第4章连杆机构及其运动分析41机构的简介连杆机构是由低副将若干构件连接而成的低副机构。它能够实现多种运动规律和运动轨迹的要求，其传动性能好，能满足不同轨迹的设计要求，而且运动副结构简单，便于加工制造。因而，它在各种机械和仪器设备中广泛应用。近些年来CAD软件在机械行业中获得广泛应用，计算机辅助绘图、各种大型的工程计算软件以及模拟仿真软件的出现，大大缩短了设计周期，保证分析结果的正确性，生动形象的模拟运动过程，能够完成复杂机构的设计与分析。无论是传统设计还是计算机辅助设计都没有明确体现出对平面四杆机构传动性能的要求6。以曲柄摇杆机构的图解法设计为例（图41）。图41曲柄摇杆机构的图解法设计衡量平面四杆机构传动性能的主要参数是传动角，越大，机构的传动效果越好。设计中A在圆弧CF2或CG1上任意一点都可以满足已知的设计要求（行程速比系数K、摇杆摆角及摇杆长度），但各点的最小传动角的最大值却不同，即在机构的设计中应尽量取到最小传动角的最大值，使机构具有最佳的传动性能。图41曲柄摇杆机构的图解法设计随着洛阳理工学院毕业设计（论文）14现代工业的迅猛发展，如何能将具有最佳传动角的平面四杆机构的设计变得更简单、直接和高效就显得势在必行12。42平面机构具有确定运动的基本条件为了使机构具有确定的相对运动，必须研究机构的自由度。机构能够产生独立运动的数目称为机构的自由度。平面机构具有确定运动的基本条件机构的原动件个数应等于机构的自由度数目；若原动件数小于自由度数，机构无确定运动；若原动件数大于自由度数，机构在薄弱处损坏平面机构的自由度的计算方法HLP2P3NF1式中N活动构件数；LP机构中的低副数目；HP机构中的高副数目；F机构中的自由度数；NN1,其中N为机构中的构件数，包括机架在内。简单的平面基本杆组是由二个构件和三个低副所组成的，称为级杆组，它是应用得最广泛的基本杆组。由于平面低副中有回转副用R表示和移动副用P表示两种类型，对于由二个构件和三个低副组成的级杆组，根据R副和P副的数目和排列顺序的不同，它具有五种型式。除级组外，还有级、级等高级的基本杆组。43运动分析的目的机构运动分析是机构运动学的一个分支，即已知机构主动输入，构件尺度及构件装配构形，确定从动件的运动规律（包括奇异位形问题及运动误差问题）；或已知机构主动输入和构件尺度，确定所有装配构形并从中选优，然后确定从动件的运动规律。机构的运动分析，就是对机构的位移、速度和加速度进行分析。有了这些运动参数，才能分析、评价现有机械的工作性能，同时它也是优化综合新机械的基本依据。通过位移的分析，可以确定某些构件运动所需的空间或判断它们运动时是否发生相互干涉；还洛阳理工学院毕业设计（论文）15可以确定从动件的行程；考察构件或构件上某点能否实现预定位置变化的要求。通过对速度的分析，可以确定机构中从动件的速度变化是否满足工作要求。同时速度分析也是机构的加速度分析和受力分析的基础。机构的加速度分析，是计算惯性力不可缺少的前提条件。在高速机械中，要对其动强度、振动等动力学性能进行计算，这些都与动载荷或惯性力的大小和变化有关。因此，对于高速机械，加速度分析不能忽略3。44运动分析的基本方法平面连杆机构运动分析的方法有很多，主要有图解法、解析法和实验法。当需要简捷直观地了解机构的某个位置的运动特性时，采用图解法比较直观、方便，但其缺点是精度不高，而且当对机构一系列位置进行运动分析时，需要反复作图，工作繁琐。图解法包括速度瞬心法和相对速度图解法。当需要确切地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘出机构相应的运动曲线图。对话框的应用有助于操作者与计算机之间彻底实现人机互换，所以是必不可少的，我们的对话框是使用DCL语句所编写的，该语言以ASCII文件形式定义对话框,对话框中的各种元素又称为控件,控件的尺寸和功能由控件的属性控制。运用NEW_DIALOG函数初始化对话框运用START_DIALOG函数将对话框的控制传递给AUTOCAD以便演示给用户调用UNLOADDIALOG函数,在用户响应后从内存中删除对话框。在其上可以选择所要的机构，其界面如图42所示，对话框程序见附录。45典型的机构运动仿真示例在AUTOCAD中通过对一些典型的四杆机构的运动分析可以得到由位移、速度、加速度组成的曲线，并且对这些曲线进行直观的分析可以得到平面四杆机构的运动规律。从而根据运动规律来判断机构的合理性。且根据这些运动规律来设计机构，是机构在实际生活中得到更合理的应用。洛阳理工学院毕业设计（论文）16机构的运动是虽说是通过力的作用来实现的，但是在AUTOCAD中运动的分析不需要考虑力的现实作用，只需分析机构运动后由计算机运算得到的曲线即可，这样就节省更多的时间，提到工作的效率。所以说用计算机仿真是最省时的1。下面就一些典型的具体实例，例如像曲柄摇杆机构、拉包机机构、铰链滑块机构、牛头刨床机构等，来说明一下机构的运动仿真。451曲柄摇杆机构处于不同位置的分析图43图形为用户在AUTOCAD环境中通过人机交互输入方式输入的四杆机构以及根据机构运动特性，并通过计算机内部运行自动生成的摇杆位移S，速度V和加速度A在转动一个周期T2内变化规律的模拟运动曲线。机构的运动特性主要反映在摇杆的位移S，速度V和加速度A的变化上，通过对一些几何参数调整，可获得不同的运动特性。并进行以下分析。ABCDTVSAO图43曲柄摇杆机构的运动及产生的模拟曲线曲柄摇杆机构摇杆为图43所示位置时，AB为曲柄、BC为连杆、CD洛阳理工学院毕业设计（论文）17为摇杆并且处于中间位置，四杆机构的较平稳，回程时急回特性不太明显，速度和加速度的曲线波动较大。TVSAOABCD图44曲柄摇杆机构的运动及产生的模拟曲线曲柄摇杆机构摇杆为图44所示位置时，由图线可以看到四杆机构的运动不平稳。这时AB为曲柄、BC为连杆、CD为摇杆，但是图线在回程时显示出有明显大的急回特性，四杆机构的这种急回作用在各种机器中可以用来节省空回行程的时间，以节省动力和提高生产率，工作效率较高，因此在工程中有极广泛的应用洛阳理工学院毕业设计（论文）18ABCTVSAOD图45曲柄摇杆机构的运动及产生的模拟曲线曲柄摇杆机构摇杆为图45所示位置时，AB为曲柄、BC为连杆、CD为摇杆，回程时四杆机构的加速度交平稳即回程运动较平稳，急回特性不明显。452拉包机机构的运动特点分析以四杆机构中摇杆所处的不同的位置和拉包机构中所连滑块所运动的轨迹不同来进行分析。洛阳理工学院毕业设计（论文）19FEDCBA图46拉包机构的四杆运动及运动所产生的模拟曲线图46拉包机构及运动模拟曲线我们可以看出，机构运动较平稳，空回时急回特性不太明显，工作效率不高，加速度A有较大波动。ABCDTSAV图47拉包机构的四杆运动及运动所产生的模拟曲线洛阳理工学院毕业设计（论文）20图47拉包机构及运动模拟曲线我们可以看出，机构运动不太平稳，空回时有明显的急回特性，工作效率高，速度V和加速度A有较大波动。ABCDETVSAO图48拉包机构的四杆运动及运动所产生的模拟曲线图48所示的拉包机构，采用曲柄摇杆机构作机构的主体，当主动曲柄AB等速回转时，通过连杆和摇杆的动作使从动摇杆CD作摆动，从而使拉包体E有较大变化的加速度，利用此加速度产生的惯力使被拉达到理想的拉包效果。由运动特性曲线可知机构运动较平稳，空回时急回特性不太明显。洛阳理工学院毕业设计（论文）21553铰链滑块机构运动分析TAVOSEDCBA图49铰链滑块机构中四杆运动及运动所产生的模拟曲线从图49铰链滑块机构及运动模拟曲线我们可以看出，运动平稳缓慢，空回时，急回特性不太明显，工作效率很低，速度V和加速度A动较大ABCDEOSATV图410铰链滑块机构中四杆运动及运动所产生的模拟曲线从图410铰链滑块机构及运动模拟曲线我们可以看出，运动不平稳洛阳理工学院毕业设计（论文）22有较大的冲击，空回时，急回特性很大，工作效率很高，速度V和加速度A为无穷大。SOEDCBA图411铰链滑块机构中四杆运动及运动所产生的模拟曲线从图411铰链滑块机构及运动模拟曲线我们可以看出，运动平稳缓慢，空回时，急回特性不太明显，工作效率很低，速度V和加速度A波动较大。454牛头刨床机构的运动分析图412为牛头刨床机构，采用曲柄摇杆机构做机构的主体，当主动曲柄AB等速回转时，从动摇杆CD作摆动，从而使筛体有较大变化的加速度，利用此加速度产生的惯力使被筛材料达到理想的筛分效果牛头刨床的运动分析主要是通过铰链B相对于A所在位置不同而进行的分析。图412牛头刨床机构中四杆运动及运动所产生的模拟曲线从图412牛头刨床机构及运动模拟曲线可看出，铰链B处于A的正下方，机构运动平稳，空行程工作时，有急回特性，速度V不大且有波动，加速度A有向上的波动，加工效率不高但刨出的东西质量好。洛阳理工学院毕业设计（论文）23VASTOCABDE图图413牛头刨床机构中四杆运动及运动所产生的模拟曲线从图413牛头刨床机构及运动模拟曲线可看出，铰链B处于A的右下方，机构运动不太平稳，空行程工作时，急回特性很大，效率很高，速度V不大且有波动，工作行程适宜较大的场合。洛阳理工学院毕业设计（论文）24第5章加工仿真51基本原理一般来说，一个好的程序设计，给人的第一印象往往是操作简单，界面友好，本程序具备一定的较为友好的人机交互界面，具体的操作流程如下AUTOCAD下的机械图纸设计；运行捕获信息的子程序；提示用户选择加工路线；数据处理；自动模拟仿真加工过程；构件信息文件输出；NC代码的输出17。52加工仿真程序设计结构1基本结构本程序由一个主调程序和六个子程序组成，如图51所示。各个分程序结构及其功能介绍（1）、NCLSP这是本设计程序的主程序，主要的作用是组织子程序的运行次序和对子程序的调用。（2）、NC代码这个子程序是写备用文件用的，每次程序运行的时候，都会自动生成一个TTTXT文件，用以对结论的判断和资料的保存。（3）、ZDWLSP此子程序的作用是捕获所绘图形的基本信息，并配合模拟加工。（4）、仿真LSP这是对整个加工路线进行仿真模拟的程序。（5）、加工代码LSP这是本程序的关键段，它根据所绘图形的基本数据，如图51程序结构图生成线切割源代码，从而可直接与线切割机床形成对接。（6）、线方向计数器LSP这是针对所绘直线的进行参数确定用的。（7）、圆转向及起点象限计数器LSP这是对所绘的圆及圆弧进行参数确定用的，此关系如下图（51）所示。洛阳理工学院毕业设计（论文）25NCNC代码仿真加工代码线方向计数器圆转向及起点象限计数器ZDW图51程序结构设计基本结构图2程序的基本操作及运行流程本程序充分利用了AUTOCAD软件对所绘图形的资源库及表较好的组建及管理功能，结合实际应用的需要，对生成的备用文件及NC加工代码的所许数据进行统一的分配及处理，提高了程序的可靠性，也精简了程序的设计过程18。由于设计本程序的初衷是面向对象的，是为解决通过AUTOCAD软件进行自动编写线切割代码的，因此在原理上是比较简单的。首先是利用了AUTOCAD的精确的绘图功能，及对对象的准确地信息捕捉功能，通过列表将工件的主要参数进行存储，为编写NC代码做好数据的搜集工作11。其次，在前面的基础上，通过调用子程序，对工件所需的加工步骤进行自动运算，确定分几个加工工序对工件进行加工，而后让操作者选择工件的加工路径，当操作者输入完成后，程序自动运行仿真加工程序，让操作者有更明了的视觉效果，从而更能直观地确认工件的加工工序是否正确16。进而生成备用文件及NC加工代码。不过，这些过程除了让用户选择加工路线这一需要人工干预的过程以外，其余均由程序自动完成。当NC代码生成后，就可以直接在线切割机床上使用了。洛阳理工学院毕业设计（论文）2653典型的简单零件的加工模拟531简单圆类零件的加工六边形属线性零件。这种工件较易加工。加工工件外形如图52，53。图52简单圆的工件图图53简单圆的加工仿真后的图程序生成的代码如下图54仿真后生成的加工代码一些圆弧直线相结合的图形如55,56所示洛阳理工学院毕业设计（论文）2755简单圆弧直线结合工件图56简单圆弧直线结合仿真后程序生成的代码如下图57仿真后生成的加工代码532星类零件的加工这类零件的对中精度较高，不易加工。加工工件外形如图58，59。洛阳理工学院毕业设计（论文）28图58加工前的工件图图59加工仿真后的图程序生成的代码如下图510仿真后生成的加工代码54典型的复杂零件的加工模拟洛阳理工学院毕业设计（论文）29541轴承座的加工图511轴承座图图512轴承座加工仿真后的图程序生成代码如下图513仿真后生成的加工代码洛阳理工学院毕业设计（论文）30542工形零件的加工图514工形零件图图515工形零件加工仿真后的图程序生成的代码如下图516仿真后生成的加工代码洛阳理工学院毕业设计（论文）31543弧形零件的加工图517弧形工件图518弧形工件加工仿真后的图程序生成的代码如下图519仿真后生成的加工代码洛阳理工学院毕业设计（论文）32结论在三个多月的毕业设计期间，我深刻了解到软件设计在应用方面的用途很广泛，而且第一次了解到在AUTOCAD界面上可以进行运动仿真，并且当把VISUALLISP嵌入AUTOCAD中后，AUTOCAD绘图平台具有更强的专业性和针对性，功能更加强大。这样就使运动仿真和加工仿真能在AUTOCAD绘图软件中达到理想的模拟效果。在这次的毕业设计中所做的运动模拟仿真，主要利用VISUALLISP语言编程和DCL对话框辅助，实现了机构简图的参数化设计,并且可以使机构运动曲线自动的生成。本文通过对机构的运行情况加以对生成的模拟曲线图的分析，以平面曲柄摇杆机构为研究基础，利用摇杆在设计的位置不同而进行运动分析。本文所做的加工模拟仿真系统主要是利用NC代码，在AUTOCAD中把设计好的图形按照设计的路线进行走刀，自动生成加工代码并且把加工代码输入到线切割机床就可以在线切割机床上直接进行切屑加工。洛阳理工学院毕业设计（论文）33谢辞本论文是在导师张旦闻教授的精心指导下完成的。在论文完成之际，谨向方老师致以深深的谢意。感谢方老师三年来对我的关心和帮助，张老师严谨的治学作风、敏锐的学术洞察力、认真负责、一丝不苟的工作作风和宽厚的为人都给我留下了深刻的印象，使我在工作中受益匪在本次毕业设计中，我得到了张旦闻老师的耐心辅导。张老师自始至终关心督促毕业设计进程和进度，帮助解决毕业设计中遇到的许多问题。还不断向我们传授分析问题和解决问题的办法，并指出了正确的努力方向。经过近连三个月的努力，我顺利的完成了毕业设计。这份毕业设计既是对过去三年所学知识的总结，也是提高自己学习能力的好机会，同时也使我的综合素质得到了进一步的提高。在这里我非常感谢张旦闻老师的指导和帮助，并致以诚挚的谢意同时，身边的同学给了我许多的帮助。在此，我向身边关心我的同学致以诚挚的谢意同时感谢学院对我这三年的培养。洛阳理工学院毕业设计（论文）34参考文献1刘会英杨志强机械原理M机械工程出版社,200302，92冀晓红同时按K和最佳传动性能设计平面曲柄摇杆机构J机械研究与应用,2005,182,84853储宁启曲柄摇杆机构在给定速比系数时最小传动角的可能最大值J机械设计,2004,218,52544金映丽,王继军,顾宏民蜗轮蜗杆传动CAD系统的研究与开发J沈阳工业大学学报,2004,2621241265机械设计手册编委会M机械设计手册北京机械工业出版社,2004，116王玉琨,任卫红,茅艳,等CAD二次开发技术及其工程应用M北京清华大学出版社,2008,787李学志VISUALLISP程序设计AUTOCAD2006M北京清华大学出版社,2006,268曹帷庆,徐曾荫机构设计M北京机械工业出版社,19992582619RLNORTON美,著陈立周,韩建友,李威,等译机械设计机器与机构综合与分析M北京机械工业出版社,200321252127,6810康博创作室VISUALLISP实用教程M北京人民邮电出版社,19991012135,8911郭朝勇AUTOCAD2002定制与开发北京清华大学出版社,2002,3412李涛学用AUTOCAD2000北京清华大学出版社,2000,787913陈伯雄,冯伟VISUALLISPFORAUTOCAD2000北京机械工业出版社,2000,343514王玉新,姜彬,邰晓梅面向对象机构运动分析自动化方法研究J机械设计,2000,7,192215王允地,王良文平面连杆机构运动分析方法的新探讨J陕西科技大学学报,2005,233,97101洛阳理工学院毕业设计（论文）3516MCCORMICKBHDEFANTITABROWNM