【文章內(nèi)容簡介】 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一組較為合理的齒輪副要反復(fù)修正參數(shù)、多次校核計(jì)算，花費(fèi)很長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。因此 ， 現(xiàn)代齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模技術(shù)有著廣泛的工程應(yīng)用背景和研究意義 。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的迅速發(fā)展 ， 三維設(shè)計(jì)軟件尤其是Unigraphics 在機(jī)械零件和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的日益普及，齒輪實(shí)體在三維軟件特別是在 UG中的繪制變得越 來越重要。但基于 UG 的齒輪設(shè)計(jì)系統(tǒng)一般都局限于齒輪二維輪廓的繪制或三維實(shí)體建模 ， 齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算難以與 CAD 系統(tǒng)很好地集成 ， 給齒輪的CAD/ CAM 帶來不利影響。 建模技術(shù)是 CAD 的核心技術(shù)，參數(shù)化造型技術(shù)和特征造型技術(shù)是新一代繼承化 CAD 系統(tǒng)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)理論。 目前國內(nèi)外對二維圖形參數(shù)化和簡單三維實(shí)體的參數(shù)化造型較為成熟。對復(fù)雜的三維實(shí)體的參數(shù)化造型尚不多見，特別是齒輪這類形狀復(fù)雜、精確齒形的三維實(shí)體參數(shù)化造型設(shè)計(jì)更少。隨著塑料齒輪的廣泛應(yīng)用和快速成型與虛擬制造技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的二維圖形已不能滿 足現(xiàn)在的設(shè)計(jì)、加工要求。因此，在三維軟件上繪制齒輪實(shí)體變得十分重要。但是，由于齒輪形狀復(fù)雜，且齒形曲線有一定的規(guī)律，繪制齒形曲線較復(fù)雜。齒輪并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，它的各個(gè)參數(shù)隨著設(shè)計(jì)要求的不同而不同。如果每設(shè)計(jì)一個(gè)齒輪都要畫一個(gè)對應(yīng)的實(shí)體部件的話，那不僅增加了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)量， 還 大大降低了設(shè)計(jì)效率，阻礙了企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展。 參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化 CAD 系統(tǒng)的核心內(nèi)容，也是當(dāng)前 CAD 技術(shù)的研究熱點(diǎn)。 UG 軟件是集 CAD/CAM/CAE 一體化的三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今世界上最為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和分析 軟件，在國內(nèi)使用相當(dāng)廣泛。另外它所提供的二次開發(fā)語言模塊 UG/Open API、 UG/Open GRIP 和輔助開發(fā)模塊 UG/Open Menu script 與基于 UG 齒輪 的 三維 參數(shù)化、可視化設(shè)計(jì) 2 UG/Open UI Styler 及其良好的高級語言接口，使 UG 的圖形功能和計(jì)算功能有機(jī)的結(jié)合起來，便于用戶去開發(fā)各種基于自身需要的專用 CAD 系統(tǒng)。使用 UG/Open API 和UG/Open GRIP 中任何一個(gè)模塊都能實(shí)現(xiàn) UG 的二次開發(fā)，再結(jié)合輔助模塊 ， 就能開發(fā)出 UG 界面的應(yīng)用模塊。因此，合理利用 UG 的二次開發(fā)語言模塊和輔助模塊，就可以實(shí)現(xiàn)在 UG 環(huán)境下 對齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。 主要內(nèi)容及意義 本課題利用大型軟件 來實(shí)現(xiàn)齒輪的三維參數(shù)化造型，通過改變齒輪的一些基本參數(shù)，生成其相應(yīng)齒輪。要達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，首先要知道如何在 UG 中繪制齒輪部件，要繪制齒輪必然要知道齒輪的嚙合原理及各個(gè)參數(shù)間的關(guān)系，還應(yīng)熟知漸開線的數(shù)學(xué)模型，精確畫出漸開線。畫出齒輪模型后，還應(yīng)知道 UG 二次開發(fā)的知識(shí)，靈活運(yùn)用 UG 系統(tǒng)提供的二次開發(fā)工具，在模型的基礎(chǔ)上編制相應(yīng)的程序，最后完成齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊的開發(fā)。 UG 軟件是集 CAD/CAM/CAE 一體化的三維參數(shù)化軟件 ，是當(dāng)今世界上最為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和分析軟件，在國內(nèi)使用相當(dāng)廣泛。參數(shù)化設(shè)計(jì)就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)。對于變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，就可得到不同大小和形狀的零件模型。從而提高了工作效率 和 工作質(zhì)量 。 UG 是當(dāng)前三維矢量化設(shè)計(jì)軟件中應(yīng)用最為廣泛的軟件之一，也是參數(shù)化設(shè)計(jì)的首選。本課題 是利用 UG 建模功能建 立出齒輪的 模型 并且實(shí)現(xiàn)其參數(shù)化。參數(shù)化設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和過程 ， 使原有的二維工程圖設(shè)計(jì)的工作量大部分由軟件自動(dòng)控制完成 ， 把設(shè)計(jì)重點(diǎn)放到結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和創(chuàng)新上 ， 大大提高了產(chǎn)品 設(shè)計(jì)的效率 ， 便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化 ， 有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 用大型的三維軟件實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化造型已成為設(shè)計(jì)者的迫切需求，齒輪體參數(shù)化造型有重要的意義 ： （ 1）齒輪傳動(dòng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)與建模系統(tǒng)是 CAD 技術(shù)與齒輪設(shè)計(jì)相結(jié)合的產(chǎn)物，也是兩者發(fā)展的趨勢所在。 （ 2）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化避免了設(shè)計(jì)人員手動(dòng)查閱大量的數(shù)據(jù)，也避免了手工取點(diǎn)造型的復(fù)雜過程，該系統(tǒng)的開發(fā)，可以將手算設(shè)計(jì)的工作人員從繁瑣、低效的工作中解放了出來。 （ 3）實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)以及漸開線齒廓的精確造型，可以將設(shè)計(jì)計(jì)算、三維造型與繪制工程圖的無縫結(jié)合，同時(shí) 為齒輪的有限元分析、機(jī)構(gòu)仿真和數(shù)控加工等工作奠定基礎(chǔ)。 本課題利用 UG 的二次開發(fā)技術(shù) ， 為解決齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)問題提供了可行的方法 ，通過直接輸入齒輪設(shè)計(jì)條件，利用計(jì)算得出的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù) (模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、變位系數(shù)、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)等 ) 進(jìn)行實(shí)體建模 ， 實(shí)現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì) ， 提高齒輪設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2 章 Unigraphics 與 VC++ 軟件的 簡介 Unigraphics 簡介 與應(yīng)用 Unigraphics(簡稱 UG)是美國 EDS 公司推出的 集 CAD/CAE/CAM 于一體的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件。 該軟件模塊多、功能強(qiáng)，可以輕松實(shí)現(xiàn)虛擬裝配、輔助制造與工業(yè)分析等方面的工業(yè)設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用在航天、汽車制造等領(lǐng)域，是目前國內(nèi)外公認(rèn)的世界一流、應(yīng)用廣泛的大型多功能軟件之一。其主要具有如下優(yōu)勢 : (1)可以為機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)以及電器設(shè)計(jì)單位提供一套完整的設(shè)計(jì)、分析和制造方案。 (2)UG 是一個(gè)完全的參數(shù)化軟件，為零部件的系列化建模、裝配和分析提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)支持。 (3)可以管理 CAD 數(shù)據(jù)以及整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)逆向工程和并行工程等先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。 (4)可以完成包括自由曲面在內(nèi)的復(fù)雜模型的創(chuàng)建 ，同時(shí)在圖形顯示方面運(yùn)用了區(qū)域化管理方式，節(jié)約系統(tǒng)資源。 (5)具有強(qiáng)大的裝配功能，并在裝配模塊中運(yùn)用了引用集的設(shè)計(jì)思想，為節(jié)省計(jì)算機(jī)資源提出了行之有效的解決方案，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。 UG 軟件自 1990 年進(jìn)入中國市場，經(jīng)過十余年的發(fā)展，目前國內(nèi)用戶已近千家。國內(nèi)許多大型企業(yè)、公司均采用 UG 作為其產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的支撐軟件。國內(nèi)外關(guān)于 UG應(yīng)用包括兩種類型，一是直接利用 UG 軟件進(jìn)行產(chǎn)品的建模、分析、制造，二是在 UG平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā)。具體應(yīng)用有以下幾類。 （ 1） 開發(fā)用戶自定義模塊進(jìn)行快速建模 UG 現(xiàn)有的建模功 能完全能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜零件的建模要求，快速建模的目的是提高建模速度以縮短產(chǎn)品的整個(gè)研制周期?？焖俳ＭǔＪ轻槍δ骋粡?fù)雜零件。這類零件的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)參數(shù)多，各參數(shù)滿足一定的函數(shù)關(guān)系，從設(shè)計(jì)參數(shù)向結(jié)構(gòu)參數(shù)轉(zhuǎn)化需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。通常的設(shè)計(jì)方法是 :首先根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算出結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后用 UG 軟件建模。這種方法的缺點(diǎn)是 :模型生成速度慢且不易修改設(shè)計(jì)。一旦調(diào)整某一設(shè)計(jì)參數(shù)，則牽一動(dòng)全身，模型所有結(jié)構(gòu)參數(shù)均可能改變 。建模就得從頭開始。如果利用 UG/Open API或 UG/Open GRIP 創(chuàng)立用戶程序，使設(shè)計(jì)計(jì)算和 UG 建模集成 在一起，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、建模的自動(dòng)化，則建模速度將大大提高，改動(dòng)設(shè)計(jì)也十分方便，非常適合系列化零件的建模設(shè)計(jì)。有些模型的生成是以實(shí)測的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，則可通過用戶程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理，最后建立模型。 （ 2） 建立用戶參數(shù)圖庫 UG 軟件沒有標(biāo)準(zhǔn)零件庫，更沒有具體行業(yè)的專用零件庫，而具體行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)總是經(jīng)常會(huì)用到標(biāo)準(zhǔn)件、相似件。若每次設(shè)計(jì)對每一零件均從頭開始建模，則要做許多重復(fù)性的工作。建立用戶參數(shù)圖庫即是把常用的標(biāo)準(zhǔn)件、結(jié)構(gòu)相似件建成特征庫，使用時(shí)只需輸入確定參數(shù)，直接調(diào)用，提高建模速度。 （ 3） 建模與分析的 用戶集成 UG 軟件本身帶有建模和分析模塊，若要對模型進(jìn)行分析，通常先在建模模塊中建立模型，然后切換到分析模塊中進(jìn)行分析，如果模型需要不斷改變，則設(shè)計(jì)過程要在建基于 UG 齒輪 的 三維 參數(shù)化、可視化設(shè)計(jì) 4 模與分析模塊之間反復(fù)切換。并且分析過程是固定的標(biāo)準(zhǔn)過程，用戶無法提取計(jì)算過程數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化控制，用戶的特殊要求沒有途徑實(shí)現(xiàn)。利用 UG/Open API 或 UG/Open GRIP 可以實(shí)現(xiàn)建模與分析的用戶集成，也可實(shí)現(xiàn)分析過程的用戶化。 （ 4） CAD/CAPP/CAM 集成 UG 軟件不含零件的工藝設(shè)計(jì)功能。在 CAD/CAPP/CAM 集成系統(tǒng)中，利用UG/Modeling和 UG/Manufacturings功能實(shí)現(xiàn)零件建模和刀具軌跡生成，再利用 UG/Open API 功能增加工藝特征定義。 CAPP 系統(tǒng)則利用 UG/Open API 功能讀取 UG 模型數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝過程決策處理。集成系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)完成必要數(shù)據(jù)的傳遞及工藝規(guī)程的保存、發(fā)送，為生產(chǎn)現(xiàn)場提供工藝準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。 （ 5） UG 的專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng) (Expert System)是問題求解的智能軟件系統(tǒng) 。在某一專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，把有關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示成計(jì)算機(jī)能夠接受和處理的符號形式，采用專家的推理方法和控制策略 。解決該 領(lǐng)域中只有專家才能解決的問題并達(dá)到專家級水平。 基于 UG 的專家系統(tǒng)研究，利用 UG/Open API 和 UG/Open GRIP 編程，針對具體零件或簡單系統(tǒng)，建立知識(shí)庫、推理機(jī)、解釋系統(tǒng)等專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，把專家系統(tǒng)和UG 結(jié)合起來，在建模、分析、制造過程中隨時(shí)得到專家級的指導(dǎo) .提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。 UG 功能 UG 本身因功能復(fù)雜，往往在生產(chǎn)中操作顯得繁瑣，加上許多企業(yè)對其的應(yīng)用一般只限于若干應(yīng)用模塊，不需要全部的功能，企業(yè)也有許多通用件、常用件、標(biāo)準(zhǔn)件，也不必每次都進(jìn)行重復(fù)的設(shè)計(jì)操作?？紤]到這些， UG 專門提供了多種二次開發(fā)工具，供企業(yè)根據(jù)自身特點(diǎn)，開發(fā)用戶自定義模塊。用戶自定義特征是 UG 提供的造型特征之一，其 可提供一個(gè)三維實(shí)體的若干特征，形成一個(gè)特征集，并入庫，這個(gè)庫是依賴于 UG而存在的。 UDF 是 UG 實(shí)現(xiàn)參數(shù)化快速設(shè)計(jì)與零件建庫的一個(gè)重要模塊。適合于不太復(fù)雜的零件，特別是不同零件之間有部分特征類似，只是尺寸、組合或位置不同的場合。其突出的是特征的自由導(dǎo)出，與調(diào)入的重新組合，故在變參變結(jié)構(gòu)快速設(shè)計(jì)上有明顯的優(yōu)勢。用戶菜單腳本 UG/open MenuScript 提供一套用于定義 Unigraphics 菜單的腳本語言， Unigraphics 的菜單也是用該語言寫成的，開發(fā)者使用該腳本語言可以修改Unigraphics 界面的菜單結(jié)構(gòu)，如添加、刪除和定制菜單，以及改變菜單的顯示文本或響應(yīng)行為等。 用戶工具是一種生成用戶對話框的工具。它有兩種功能 :一是在 UG 主菜單的 User Tools 下拉菜單中添加用戶項(xiàng) 。二是生成彈出式對話框。用戶工具生成的界面風(fēng)格和 UG界面一致，通過它可運(yùn)行對話框文件、宏文件、 UG/Open API 及 UG/Open GRIP 程序。用戶工具生成的文件擴(kuò)展名有 *.utm和 *.utd，其中 *.utm 文件用于 UG160 以前的版本，在主菜單 User Too1s 中添加用戶項(xiàng)，這需在 UG 的初始化文件 文件中指明路徑，自動(dòng)裝載。 *.utd 文件可通過 *.utm文件調(diào)用或由 *.men 菜單文件調(diào)用。 *.utm文件和 *.utd 文件可用微軟中的寫字板制作，最后改動(dòng)擴(kuò)展名即可用戶自定義對話框(UG/Open UIStyler)提供了強(qiáng)大的制作 UG 風(fēng)格窗口的功能。其主要功能如下。 (1)提供了讓開發(fā)人員建造 UG 風(fēng)格對話框的可視化環(huán)境，并能生成 UG/Open UIStyler 文件和 C 代碼，從而使用戶在 使用 UG/Open UIStyler 產(chǎn)生的對話框時(shí)，不必考慮圖形界面的實(shí)現(xiàn)。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 (2)利用可視化環(huán)境快速生成 UG 風(fēng)格對話框，從而減少開發(fā)時(shí)間。 (3)通過選取和放置控件 ， 從而能實(shí)現(xiàn)所見即所得。 (4)可以在對話框中實(shí)現(xiàn)用戶自定義位圖。 (5)提供了屬性編輯器，從而允許開發(fā)人員設(shè)置和修改控件屬性。 (6)UIStyler 產(chǎn)生的對話框可以在 MenuScript 中被調(diào)用，因此可以實(shí)現(xiàn)在 UG 菜單項(xiàng)上調(diào)用 UIStyler 產(chǎn)生的對話框，從而將用戶應(yīng)用程序和 UG 完全融合。 UG 二次開發(fā)相關(guān)工具概述 UG/OPEN GRIP UG/OPEN GRIP(Graphics Interactive Programming)是 UGS 公司提供的一個(gè)用于 UG二次開發(fā)的軟件工件，開發(fā)者可以用 GRIP 編程的方法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在 UG 下的絕大部分操作。 GRIP 命令很像英語單詞，語法與 BASIC 和 FORTRAN 相似，有某些情況下對于一些高級操作，用 GRIP 編程的方法比用 UG 交互的方法更有效，在 UG 交互環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)的功能用 GRIP 幾乎全部都可以實(shí)現(xiàn)。 UG 提供了一個(gè)名叫 UG/Open 的 Grip 語言編輯器，用這個(gè)工具可以編輯、修改、編譯 、連接程序。 GRIP 語言與一般的通用語言一樣，有其自身的語法結(jié)構(gòu)、程序結(jié)構(gòu)、內(nèi)部函數(shù)及與其他通用語言程序相互調(diào)用的接口。一個(gè) GRIP 語句由一個(gè)或幾個(gè) GRIP 命令組成， GRIP 命令是 GRIP 語言的基本組成部分。 GRIP 命令有 3 種表示格式 :(1)陳述格式，主要用于生成和編輯實(shí)體 (2)GPA 符號格式。 GPA 是全局參數(shù)存取 （ Global Parameter Access)的縮寫，用于訪問 UG 數(shù)據(jù)庫，能夠訪問各種對象的功能性數(shù)據(jù)。