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Visual LISP開發三維圓柱螺旋線程序
發布時間：2010/3/16
Visual LISP開發三維圓柱螺旋線程序
摘 要 本文介紹了用AutoCAD 2000 中的Visual LISP開發工具開發三維圓柱螺旋線程序，給出了開發程序代碼和運行結果，以及三維彈簧、螺紋繪制實例。
1、 引言
在眾多的AutoCAD開發工具中，AutoLISP是使用最簡單、應用最廣泛、使用者最多的一種開發工具。但是，AutoLISP只是一種解釋型語言，且不能加密。為了解決這個問題，Autodesk公司在AutoCAD R14中推出了Visual LISP的測試版，隨后在AutoCAD 2000中推出了Visual LISP的正式版本。Visual LISP完全兼容以前的AutoLISP，同時應用了AutoCAD的另一個開發工具-----ObjectARX面向對象技術和ActiveX技術，使Visual LISP開發的應用程序功能更強大，運行速度更快，從而真正成為一個能開發商業軟件的開發平臺。本文作者采用AutoCAD 2000 中的Visual LISP進行了三維圓柱螺旋線程序開發，并與AutoCAD 2000交互繪圖結合，快速繪制三維螺紋和彈簧。
2、 問題的提出
筆者在用AutoCAD 2000繪制三維工程圖時，經常遇到繪制螺紋、彈簧這類三維圓柱螺旋線的問題。在AutoCAD中，繪制三維線的命令有很多，如Line、3Dpoly、Spline等命令，而可以作為三維拉伸路徑的線只有3Dpoly命令繪出的線可以勝任，而且不能使用其中的擬合項。因此，為了保證繪制的三維圓柱螺旋線尺寸精確，就必須輸入大量精確數據，才能一點一點地畫出所需的螺旋線，這樣做起來非常麻煩。有關資料介紹采用圓弧近似構成螺旋線[1]，但是這樣畫出的螺紋不能通過裝配干涉檢查。由于在AutoCAD中不方便繪制螺旋線，為了解決這個問題，筆者采用編制一個LISP程序來實現。該程序可以實現圓柱螺旋線自動繪圖，不僅可以用于繪制彈簧螺旋線和螺紋的螺紋線。還可以進行參數化繪圖。
3、 圓柱螺旋線的繪制
3.1 圓柱螺旋線數學模型
* 圓柱螺旋線的形成
圓柱螺旋線是技術上應用最廣的空間曲線，其形成如圖1所示。一動點M沿圓柱的母線AB作等速直線運動，而該母線又繞圓柱的軸線作等角速旋轉時，點M的運動軌跡即為圓柱螺旋線。
* 數學模型
當圓柱螺旋線的軸線與坐標系的Z軸重合時，
圓柱螺旋線上動點M（x，y，z）的參數方程如下：
x=rcosα
y=rsinα
z=±t1*α/(2π)
在參數方程中：r為圓柱面的半徑，α為螺旋線升角，t1為導程（即母線AB旋轉一周時，動點M沿軸線方向上升的距離），右旋取正號，左旋取負號。
3.2 程序框圖
開始
參數r、t1、k賦值
給出基點坐標
計算x, y, z各點坐標
繪制螺旋線
結 束
3.3 程序代碼
打開AutoCAD2000進入Visual LISP開發環境，新建一個文件，在Visual LISP文本編輯器窗口進行程序代碼編制。
繪制圓柱螺旋線的AutoLISP程序代碼如下：
; This program is using for drawing a helix
(setq b1 (getpoint "請輸入基點："))
(setq r (getreal "半徑 r=："))
(setq t1 (getreal "節距 t1=："))
(setq k (getint "段?k=："))
(setq n (getint "圈數 n=："))
(setq ta (/ (* 2 3.14159) k))
(setq j1 (/ t1 k))
(setq a 0)
(setq jj 0)
(setq ii 0)
(command "ucs" "o" b1)
(command "3dpoly" (list r 0 0))
(repeat n
(repeat k
(setq jj (+ jj 1))
(setq a (+ ta a))
(setq x (* r (cos a)))
(setq y (* r (sin a)))
(setq z (* j1 jj))
(setq p2 (list x y z))
(command p2)
)
(setq ii (+ ii 1))
(setq z (* t1 ii))
)
(command "" )
段數k 最好為36或36的倍數（72）。繪彈簧時，n為彈簧的總圈數；繪螺紋時，若螺紋的長度為L，則n=L / t1。將這個LISP程序保存為“helix.lsp"。
在編寫LISP程序時，應注意輸入一定要正確，括號和空格都必不可少，否則會影響到螺旋線的軌跡。
3.4 程序運行結果
加載并運行 "helix.lsp" 程序，首先在AutoCAD2000繪圖窗口命令行出現提示，按提示輸入參數r、t1、k、n值后，螺旋線即畫好。
4、 應用
* 繪制彈簧
在AutoCAD2000 繪圖窗口改變坐標系，用“畫圓”的命令繪制彈簧截面，再將螺旋線作為彈簧拉伸路徑拉伸，進行適當剖切繪制支承段即畫好如圖5所示彈簧。
我們繪制的彈簧參數如下：
外徑D=14mm，d=1mm，節距t=4mm，有效圈數n1=10，支承圈數n2=2.5，右旋。
* 繪制螺紋
如果用“畫多邊形”的命令繪制三角形或矩形截面，再將螺旋線作為螺紋拉伸路徑拉伸。然后進行適當修整，我們可以得到如圖6 所示螺紋。
5、 結論
（1） 在Visual LISP開發環境加載并運行圓柱螺旋線AutoLISP程序，在AutoCAD2000繪圖窗口命令行后，按提示輸入不同的參數，即可繪制所需要的三維圓柱螺旋線。故此，可以參數化快速繪制各種三維螺紋和壓縮彈簧。
（2）以前AutoLISP應用程序要另找文本編輯器編寫源代碼，然后回到AutoCAD中加載運行，不便于程序的調試。用Visual LISP 集成開發環境，我們可以在一個單獨的環境中執行文本編輯、程序調試、與AutoCAD及其他應用程序的交互等操作，極大地方便了AutoCAD的二次開發，滿足技術人員AutoCAD的二次開發需要。
摘 要 本文介紹了用AutoCAD 2000 中的Visual LISP開發工具開發三維圓柱螺旋線程序，給出了開發程序代碼和運行結果，以及三維彈簧、螺紋繪制實例。
1、 引言
在眾多的AutoCAD開發工具中，AutoLISP是使用最簡單、應用最廣泛、使用者最多的一種開發工具。但是，AutoLISP只是一種解釋型語言，且不能加密。為了解決這個問題，Autodesk公司在AutoCAD R14中推出了Visual LISP的測試版，隨后在AutoCAD 2000中推出了Visual LISP的正式版本。Visual LISP完全兼容以前的AutoLISP，同時應用了AutoCAD的另一個開發工具-----ObjectARX面向對象技術和ActiveX技術，使Visual LISP開發的應用程序功能更強大，運行速度更快，從而真正成為一個能開發商業軟件的開發平臺。本文作者采用AutoCAD 2000 中的Visual LISP進行了三維圓柱螺旋線程序開發，并與AutoCAD 2000交互繪圖結合，快速繪制三維螺紋和彈簧。
2、 問題的提出
筆者在用AutoCAD 2000繪制三維工程圖時，經常遇到繪制螺紋、彈簧這類三維圓柱螺旋線的問題。在AutoCAD中，繪制三維線的命令有很多，如Line、3Dpoly、Spline等命令，而可以作為三維拉伸路徑的線只有3Dpoly命令繪出的線可以勝任，而且不能使用其中的擬合項。因此，為了保證繪制的三維圓柱螺旋線尺寸精確，就必須輸入大量精確數據，才能一點一點地畫出所需的螺旋線，這樣做起來非常麻煩。有關資料介紹采用圓弧近似構成螺旋線[1]，但是這樣畫出的螺紋不能通過裝配干涉檢查。由于在AutoCAD中不方便繪制螺旋線，為了解決這個問題，筆者采用編制一個LISP程序來實現。該程序可以實現圓柱螺旋線自動繪圖，不僅可以用于繪制彈簧螺旋線和螺紋的螺紋線。還可以進行參數化繪圖。
3、 圓柱螺旋線的繪制
3.1 圓柱螺旋線數學模型
* 圓柱螺旋線的形成
圓柱螺旋線是技術上應用最廣的空間曲線，其形成如圖1所示。一動點M沿圓柱的母線AB作等速直線運動，而該母線又繞圓柱的軸線作等角速旋轉時，點M的運動軌跡即為圓柱螺旋線。
* 數學模型
當圓柱螺旋線的軸線與坐標系的Z軸重合時，
圓柱螺旋線上動點M（x，y，z）的參數方程如下：
x=rcosα
y=rsinα
z=±t1*α/(2π)
在參數方程中：r為圓柱面的半徑，α為螺旋線升角，t1為導程（即母線AB旋轉一周時，動點M沿軸線方向上升的距離），右旋取正號，左旋取負號。
3.2 程序框圖
開始
參數r、t1、k賦值
給出基點坐標
計算x, y, z各點坐標
繪制螺旋線
結 束
3.3 程序代碼
打開AutoCAD2000進入Visual LISP開發環境，新建一個文件，在Visual LISP文本編輯器窗口進行程序代碼編制。
繪制圓柱螺旋線的AutoLISP程序代碼如下：
; This program is using for drawing a helix
(setq b1 (getpoint "請輸入基點："))
(setq r (getreal "半徑 r=："))
(setq t1 (getreal "節距 t1=："))
(setq k (getint "段?k=："))
(setq n (getint "圈數 n=："))
(setq ta (/ (* 2 3.14159) k))
(setq j1 (/ t1 k))
(setq a 0)
(setq jj 0)
(setq ii 0)
(command "ucs" "o" b1)
(command "3dpoly" (list r 0 0))
(repeat n
(repeat k
(setq jj (+ jj 1))
(setq a (+ ta a))
(setq x (* r (cos a)))
(setq y (* r (sin a)))
(setq z (* j1 jj))
(setq p2 (list x y z))
(command p2)
)
(setq ii (+ ii 1))
(setq z (* t1 ii))
)
(command "" )
段數k 最好為36或36的倍數（72）。繪彈簧時，n為彈簧的總圈數；繪螺紋時，若螺紋的長度為L，則n=L / t1。將這個LISP程序保存為“helix.lsp"。
在編寫LISP程序時，應注意輸入一定要正確，括號和空格都必不可少，否則會影響到螺旋線的軌跡。
3.4 程序運行結果
加載并運行 "helix.lsp" 程序，首先在AutoCAD2000繪圖窗口命令行出現提示，按提示輸入參數r、t1、k、n值后，螺旋線即畫好。
4、 應用
* 繪制彈簧
在AutoCAD2000 繪圖窗口改變坐標系，用“畫圓”的命令繪制彈簧截面，再將螺旋線作為彈簧拉伸路徑拉伸，進行適當剖切繪制支承段即畫好如圖5所示彈簧。
我們繪制的彈簧參數如下：
外徑D=14mm，d=1mm，節距t=4mm，有效圈數n1=10，支承圈數n2=2.5，右旋。
* 繪制螺紋
如果用“畫多邊形”的命令繪制三角形或矩形截面，再將螺旋線作為螺紋拉伸路徑拉伸。然后進行適當修整，我們可以得到如圖6 所示螺紋。
5、 結論
（1） 在Visual LISP開發環境加載并運行圓柱螺旋線AutoLISP程序，在AutoCAD2000繪圖窗口命令行后，按提示輸入不同的參數，即可繪制所需要的三維圓柱螺旋線。故此，可以參數化快速繪制各種三維螺紋和壓縮彈簧。
（2）以前AutoLISP應用程序要另找文本編輯器編寫源代碼，然后回到AutoCAD中加載運行，不便于程序的調試。用Visual LISP 集成開發環境，我們可以在一個單獨的環境中執行文本編輯、程序調試、與AutoCAD及其他應用程序的交互等操作，極大地方便了AutoCAD的二次開發，滿足技術人員AutoCAD的二次開發需要。