【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(shì)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 3 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)。 （ 4）采用建立原始齒輪結(jié)構(gòu)模型并驅(qū)動(dòng)其特征參數(shù)，為其它復(fù)雜曲面的造型提供了有益的參考。 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。 課題的研究?jī)?nèi)容和解決方法 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)。具體內(nèi)容和步驟如下： (1) 研究直齒 和 斜齒圓柱齒輪的基本嚙合理論和各參數(shù)間的關(guān)系并建立數(shù)學(xué)模型； (2)漸開線數(shù)學(xué)模型的建立，通過對(duì)齒輪的嚙合原理的深入研究，建立漸開線數(shù)學(xué)模型，得到漸開線方程； (3) 深入掌握 UG 二次開發(fā)的各種方法，并熟練運(yùn)用 UG/OPEN 開發(fā)工具，在建立直齒圓柱齒輪、斜齒輪和直齒錐齒輪的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)各齒輪實(shí)現(xiàn)三維參數(shù)化造型； (4) 在構(gòu)建齒輪模塊框架的基礎(chǔ)上，深入研究菜單的制作技術(shù)以確定本課題應(yīng)采用的最佳菜單制作技術(shù)。 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(guó)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UG/Open UI Styler 及其良好的高級(jí)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(duì)齒輪進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。 基于 UG的齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì) 4 第二章 UG 二次開發(fā)的研究 Unigraphics(簡(jiǎn)稱 UG)是當(dāng)前世界上最先進(jìn)和緊密集成的、面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM 高端軟件。它為制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程提供解決方案，主要功能包括：概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、性能分析和制造。此外， UG 軟件還提供了 CAD/CAE/CAM業(yè)界最先進(jìn)的編程工具集，以滿足用戶二次開發(fā)的需要。本章先討論 UG 軟件的主要功能，然后簡(jiǎn)單介紹二次開發(fā)各功能模塊的特點(diǎn)和應(yīng)用。 UG 軟件概述 Unigraphics NX 是 EDS 公司的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。 Unigraphics NX 針對(duì)用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。 Unigraphics NX 為設(shè)計(jì)師和工程師提供了一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)的嶄新模式，它不僅對(duì)幾何的操縱，更重要的是團(tuán)隊(duì)將能夠根據(jù)工 程需求進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。 Unigraphics NX 能夠有效地捕捉、利用和共享數(shù)字化工程完整過程中的知識(shí)，事實(shí)證明為企業(yè)帶來了戰(zhàn)略性的收益。 來自 UGS PLM 的 NX 使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。 NX 包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。 如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤(rùn)的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評(píng)審更多的可選設(shè)計(jì)方案，而且在開發(fā)過程中必 須根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)中所獲得的知識(shí)更早地做出關(guān)鍵性的決策。 NX 是 UGS PLM 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品革新。 NX 獨(dú)特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng)造出更大的利潤(rùn)。 NX 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，根據(jù)已知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)計(jì)決策。 NX 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計(jì)過程的效率，削減成本，并縮短進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。通過再一次將注意力集中于跨越整個(gè)產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新， NX 的成功已經(jīng)得到 了充分的證實(shí)。這些目標(biāo)使得 NX 通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗(yàn)應(yīng)用和過程自動(dòng)化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成到一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。 UG 軟件的功能介紹 UG 是知識(shí)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中的領(lǐng)先者。它實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與基于產(chǎn)品和過程的知識(shí)工程的組合，顯著地改進(jìn)了如汽車、航天航空、機(jī)械、消費(fèi)產(chǎn)品、醫(yī)療儀器和工具等工業(yè)的生產(chǎn)率。它為各種規(guī)模的企業(yè)遞交可測(cè)量的價(jià)值；更快地遞交產(chǎn)品到市場(chǎng)；使復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化；減少產(chǎn)品成本和增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力 [7]。 NX 是一個(gè)交互的計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造和輔助工程（ CAD/CAE/CAM）系統(tǒng)。 CAD 功能自動(dòng)化是在今天制造公司中見到的一般工程、設(shè)計(jì)和制圖能力； CAM功能利用 NX 描述完成零件的設(shè)計(jì)模型，為現(xiàn)代機(jī)床提供 NC 編程； CAE 功能橫越一廣范的工程學(xué)科，提供許多的產(chǎn)品、裝配和零件的性能防真能力。 NX 是一個(gè)全三維、雙 5 精度系統(tǒng)，它允許用戶精確地描述幾乎任一幾何形狀。通過組合這些形狀，用戶可以設(shè)計(jì)、分析產(chǎn)品和建立他們的工程圖。一但設(shè)計(jì)完成，制造應(yīng)用允許用戶選擇描述零件的幾何體，加入制造信息，如刀具直徑并自動(dòng)生成一刀具位置，源文件（ CLSF），它可用來驅(qū)動(dòng)大多數(shù) NC機(jī)床 [8]。目前 UGS 公司已經(jīng)推出 NX5產(chǎn)品，本次設(shè)計(jì)中使用的是 NX4版本的軟件。 NX4 的特點(diǎn)是： 為了數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)集成的自動(dòng)化； 在所有開發(fā)學(xué)科中的新能力，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、防真、工裝、加工和管理； 在一個(gè)全面的產(chǎn)品生命周期管理（ PLM）解決力案內(nèi)的領(lǐng)先前沿的 CAD、 CAE 和 CAM 技術(shù)。 UG 功能模塊 利用 NX，可以建立、存儲(chǔ)、恢復(fù)和操縱設(shè)計(jì)與制造信息，典型地通過建立描述一零件的幾何體開始工作。 NX 功能被劃分成共同功能的一系列 “應(yīng)用（ Application） ”共18 個(gè)模塊，各模塊分別為： 入口（ Gateway）：對(duì)所有其他交互應(yīng)用的首要必備的應(yīng)用； 建模（ Modeling）：包括實(shí)體、特征、自由形狀、鈑金特征建模和用戶定義特征；裝配（ Assembilies）：支持裝配建模； 幾何公差模塊（ Geometric Tolerancing Module）：讓用戶捕捉公差； 產(chǎn)品和制造信息（ PMI Introduction）：可用于在三維環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品形成文檔說明； 分析（ Analysis）：包括注塑模流動(dòng)分析、運(yùn)動(dòng)應(yīng)用和 ICAD； 制圖（ Drafting）：可將三維模型生成二維視圖； 高質(zhì)量圖像（ High Quality Image）：生成逼真照片的圖像； 知識(shí)熔接（ Knowledge Fusion）：允許用戶應(yīng)用工程知識(shí)驅(qū)動(dòng)規(guī)則和設(shè)計(jì)意圖到 NX 中的幾何模型和裝配； 制造（ Manufacturing）：可進(jìn)行虛擬加工和自動(dòng)加工編程； 1開放的用戶界面設(shè)計(jì)（ Open User Interface Styler）：允許用戶和第三方開發(fā)商生成 NX 對(duì)話框； 1編程語言（ Programming Languages）：包括 GRIP和 API； 1質(zhì)量控制 （ Quallity Control）； 1走線（ Routing）：定義圍繞和通過其他NX 裝配的裝配； 1鈑金（ Sheet Metal）：包括鈑金設(shè)計(jì)、沖壓和多零件加工的柵格；1電子表格（ Spreadsheet）：提供一在 Xess 或者電子表格應(yīng)用和 NX 間的智能界面；1 Web Express； 1 Wire Harness:可在用于描述產(chǎn)品機(jī)械裝配的同一三維空間建立電氣布線的表示。 UG 二次開發(fā)相關(guān)工具概述 UG 軟件提供了 CAD/CAE/CAM 業(yè)界最先進(jìn)的編程工具集，以滿足用戶二次開發(fā)的 需要，這組工具集稱之為 UG/Open，是一系列 UG 開發(fā)工具的總稱，它們隨 UG 一起發(fā)布，以開放性架構(gòu)面向不同的軟件平臺(tái)提供靈活的開發(fā)支持。 UG/Open 包括以下幾個(gè)部分： UG/Open Menu scrip 開發(fā)工具，對(duì) UG 軟件操作界面進(jìn)行用戶化開發(fā)，無須編程即可對(duì) UG 標(biāo)準(zhǔn)菜單進(jìn)行添加、重組、剪裁或在 UG 軟件中集成用戶自己的軟件功能；UG/Open UI Styler 開發(fā)工具是一個(gè)可視化編輯器，用于創(chuàng)建類似 UG 的交互界面，利用該工具，用戶可為 UG/Open 應(yīng)用程序開發(fā)獨(dú)立于硬件平臺(tái)的交互界面； UG/Open API開發(fā)工具提供了 UG 軟件直接編程接口，支持 C、 C++、 Fortran和 Java 等主要高級(jí)語言；UG/Open GRIP 開發(fā)工具是一個(gè)類似 API 的 UG 內(nèi)部開發(fā)語言，利用該工具用戶可生成 NC自動(dòng)化或自動(dòng)建模等用戶的特殊應(yīng)用 [9]。利用 UG/Open提供的應(yīng)用程序和開發(fā)工具，用戶可以在其提供的平臺(tái)上開發(fā)出適合自己需要的 CAD 產(chǎn)品。 UG/Open GRIP 基于 UG的齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì) 6 UG/Open GRIP(Graphics Interactive Programming)是一種專用的圖形交互編程語言。這種語言與 UG 系 統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn) UG 下的絕大多數(shù)的操作。 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)，以及與其他通用語言程序相互調(diào)用的接口。 一個(gè) GRIP 語句是由一個(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 命令有三種表示格式： a)陳述格式。主要用于生成和編輯實(shí)體。 b)GPA符號(hào)格式。 GPA 是全局參數(shù)存取 (Global Parameter Access)的縮寫，用于訪問 UG 系統(tǒng)中各種對(duì)象的狀態(tài)和參數(shù)。 c)EDA 符號(hào)格式。 EDA 是實(shí)體數(shù)據(jù)存取 (Entity Data Access)的縮寫，用于訪問 UG 數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠訪問各種對(duì)象的功能性數(shù)據(jù)。例如在屬性、繪圖和尺寸標(biāo)注以及幾何體等領(lǐng)域與 UG 進(jìn)行交互操作時(shí)，其參數(shù)可用 EDA 格式的命令取得。 用 GRIP 語言編寫 GRIP 源程序，可以在 windows 的記事本中進(jìn)行，記為 *.grs；或者在 GRIP 高級(jí)開發(fā)環(huán)境 (GRADGrip Advanced Development Environment)中編寫。執(zhí)行GRIP 程序必需進(jìn)入 UG 環(huán)境中，運(yùn)行 File—Execute UG/Open—Grip。 GRIP 編程語言是面向工程師的語言，具有 簡(jiǎn)單、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，但是所編寫的程序長(zhǎng)、復(fù)雜。要考慮程序的各個(gè)細(xì)節(jié)問題。因此， GRIP 語言常用于開發(fā)一些規(guī)模比較小的程序，例如，同類零件建模、計(jì)算和分析、數(shù)據(jù)訪問等程序。與 GRIP 語言相比較，用 API 函數(shù)編程則可實(shí)現(xiàn)功能復(fù)雜的操作 [10]。 UG/Open API 作為 UG 與外部應(yīng)用程序之間的接口， UG/Open API 是一系列函數(shù)的集合。通過 UG/Open API 的編程，用戶幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)所有的 UG 功能。開發(fā)人員可以通過用 C++語言編程來調(diào)用這些函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)用戶 的需要。 （ 1） 對(duì) UG part 文件及相應(yīng)模型進(jìn)行操作，包括建立 UG 模型、查詢模型對(duì)象、建立并遍歷裝配體，以及創(chuàng)建工程圖等。 （ 2） 在 UG 中創(chuàng)建交互式程序界面。 （ 3） 創(chuàng)建并管理用戶定義對(duì)象等。 應(yīng)用函數(shù)時(shí)應(yīng)注意所有的 UG/Open API 應(yīng)用必須及時(shí)進(jìn)行初始化和終止，以確保獲取或者釋放 UG/Open API 的執(zhí)行許可權(quán)限。 初始化函數(shù)是 UF_ initialize ()，當(dāng)開始調(diào)用 UG/Open API 的函數(shù)時(shí)應(yīng)先調(diào)用 UF_ initialize()來獲取執(zhí)行許可權(quán)限。一般來說，我們?cè)谧兞柯暶魍瓿珊?，第 1個(gè)調(diào)用 UG/Open API 的函數(shù)就是 UF_ initialize()。 終止函數(shù)是 UF_ terminate()，當(dāng)不再調(diào)用 UG/Open API 的函數(shù)時(shí)必須調(diào)用 UF_ terminate()來釋放執(zhí)行許可。 U