【文章內容簡介】 件實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化造型已成為設計者的迫切需求，齒輪體參數(shù)化造型有重要的意義 ： （ 1）齒輪傳動的參數(shù)化設 計與建模系統(tǒng)是 CAD 技術與齒輪設計相結合的產物，也是兩者發(fā)展的趨勢所在。 （ 2）實現(xiàn)設計過程自動化避免了設計人員手動查閱大量的數(shù)據(jù)，也避免了手工取點造型的復雜過程，該系統(tǒng)的開發(fā)，可以將手算設計的工作人員從繁瑣、低效的工作中解放了出來。 （ 3）實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設計以及漸開線齒廓的精確造型，可以將設計計算、三維 3 造型與繪制工程圖的無縫結合，同時為齒輪的有限元分析、機構仿真和數(shù)控加工等工作奠定基礎。 （ 4）采用建立原始齒輪結構模型并驅動其特征參數(shù)，為其它復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 ,為解決齒輪參數(shù)化設計問題提供了可行的方法 ,通過直接輸入齒輪設計條件，利用計算得出的有關設計參數(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 ) 進行實體建模 ,實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化設計 ,提高齒輪設計的效率和準確性。 課題的研究內容和解決方法 本課題利用大型軟件 來實現(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)，生成其相應齒輪。要達到相應的設計要求，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參數(shù)間的關系，還應熟知漸開線的數(shù)學模型，精確畫出漸開 線。畫出齒輪模型后，還應知道 UG 二次開發(fā)的知識，靈活運用 UG 系統(tǒng)提供的二次開發(fā)工具，在模型的基礎上編制相應的程序，最后完成齒輪參數(shù)化設計模塊的開發(fā)。具體內容和步驟如下： (1) 研究直齒 和 斜齒圓柱齒輪的基本嚙合理論和各參數(shù)間的關系并建立數(shù)學模型； (2)漸開線數(shù)學模型的建立，通過對齒輪的嚙合原理的深入研究，建立漸開線數(shù)學模型，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)學模型的基礎上，對各齒輪實現(xiàn)三維參數(shù)化造型； (4) 在構建齒輪模塊框架的基礎上，深入研究菜單的制作技術以確定本課題應采用的最佳菜單制作技術。 UG 軟件是集 CAD/CAM/CAE 一體化的三維參數(shù)化軟件，是當今世界上最為先進的計算機輔助設計、制造和分析軟件，在國內使用相當廣泛。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 及其良好的高級語言接口，使 UG 的圖形功能和計算功能有機的結合起來，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 中任何一個模塊都能實現(xiàn) UG 的二次開發(fā)，再結合輔助模塊，就能開發(fā)出 UG 界面的應用模塊。因此，合理利用 UG 的二次開發(fā)語言模塊和輔助模塊，就可以實現(xiàn)在 UG 環(huán)境下對齒輪進行參數(shù)化設計。 基于 UG的齒輪的參數(shù)化設計 4 第二章 UG 二次開發(fā)的研究 Unigraphics(簡稱 UG)是當前世界上最先進和緊密集成的、面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM 高端軟件。它為制造業(yè)產品開發(fā)的全過程提供解決方案，主要功能包括：概念設計、工程設計、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，然后簡單介紹二次開發(fā)各功能模塊的特點和應用。 UG 軟件概述 Unigraphics NX 是 EDS 公司的一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。 Unigraphics NX 針對用戶的虛擬產品設計和工藝設計的需求，提供了經(jīng)過實踐驗證的解決方案。 Unigraphics NX 為設計師和工程師提供了一個產品開發(fā)的嶄新模式，它不僅對幾何的操縱，更重要的是團隊將能夠根據(jù)工 程需求進行產品開發(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，事實證明為企業(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)字化產品開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)向產品全生命周期管理轉型的目標。 NX 包含了企業(yè)中應用最廣泛的集成應用套件，用于產品設計、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，通過產品開發(fā)的技術創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評審更多的可選設計方案，而且在開發(fā)過程中必 須根據(jù)以往經(jīng)驗中所獲得的知識更早地做出關鍵性的決策。 NX 是 UGS PLM 新一代數(shù)字化產品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅動產品革新。 NX 獨特之處是其知識管理基礎，它使得工程專業(yè)人員能夠推動革新以創(chuàng)造出更大的利潤。 NX 可以管理生產和系統(tǒng)性能知識，根據(jù)已知準則來確認每一設計決策。 NX 建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗基礎之上，這些解決方案可以全面地改善設計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產品生命周期的技術創(chuàng)新， NX 的成功已經(jīng)得到 了充分的證實。這些目標使得 NX 通過無可匹敵的全范圍產品檢驗應用和過程自動化工具，把產品制造早期的從概念到生產的過程都集成到一個實現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。 UG 軟件的功能介紹 UG 是知識驅動自動化技術領域中的領先者。它實現(xiàn)了設計優(yōu)化技術與基于產品和過程的知識工程的組合，顯著地改進了如汽車、航天航空、機械、消費產品、醫(yī)療儀器和工具等工業(yè)的生產率。它為各種規(guī)模的企業(yè)遞交可測量的價值；更快地遞交產品到市場；使復雜產品的設計簡化；減少產品成本和增加企業(yè)的競爭實力 [7]。 NX 是一個交互的計算 機輔助設計、計算機輔助制造和輔助工程（ CAD/CAE/CAM）系統(tǒng)。 CAD 功能自動化是在今天制造公司中見到的一般工程、設計和制圖能力； CAM功能利用 NX 描述完成零件的設計模型，為現(xiàn)代機床提供 NC 編程； CAE 功能橫越一廣范的工程學科，提供許多的產品、裝配和零件的性能防真能力。 NX 是一個全三維、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，用戶可以設計、分析產品和建立他們的工程圖。一但設計完成，制造應用允許用戶選擇描述零件的幾何體，加入制造信息，如刀具直徑并自動生成一刀具位置，源文件（ CLSF），它可用來驅動大多數(shù) NC機床 [8]。目前 UGS 公司已經(jīng)推出 NX5產品，本次設計中使用的是 NX4版本的軟件。 NX4 的特點是： 為了數(shù)字化產品開發(fā)集成的自動化； 在所有開發(fā)學科中的新能力，包括工業(yè)設計、防真、工裝、加工和管理； 在一個全面的產品生命周期管理（ PLM）解決力案內的領先前沿的 CAD、 CAE 和 CAM 技術。 UG 功能模塊 利用 NX，可以建立、存儲、恢復和操縱設計與制造信息，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 “應用（ Application） ”共18 個模塊，各模塊分別為： 入口（ Gateway）：對所有其他交互應用的首要必備的應用； 建模（ Modeling）：包括實體、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； 產品和制造信息（ PMI Introduction）：可用于在三維環(huán)境中對產品形成文檔說明； 分析（ Analysis）：包括注塑模流動分析、運動應用和 ICAD； 制圖（ Drafting）：可將三維模型生成二維視圖； 高質量圖像（ High Quality Image）：生成逼真照片的圖像； 知識熔接（ Knowledge Fusion）：允許用戶應用工程知識驅動規(guī)則和設計意圖到 NX 中的幾何模型和裝配； 制造（ Manufacturing）：可進行虛擬加工和自動加工編程； 1開放的用戶界面設計（ Open User Interface Styler）：允許用戶和第三方開發(fā)商生成 NX 對話框； 1編程語言（ Programming Languages）：包括 GRIP和 API； 1質量控制 （ 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）：包括鈑金設計、沖壓和多零件加工的柵格；1電子表格（ Spreadsheet）：提供一在 Xess 或者電子表格應用和 NX 間的智能界面；1 Web Express； 1 Wire Harness:可在用于描述產品機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)相關工具概述 UG 軟件提供了 CAD/CAE/CAM 業(yè)界最先進的編程工具集，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，以開放性架構面向不同的軟件平臺提供靈活的開發(fā)支持。 UG/Open 包括以下幾個部分： UG/Open Menu scrip 開發(fā)工具，對 UG 軟件操作界面進行用戶化開發(fā)，無須編程即可對 UG 標準菜單進行添加、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 應用程序開發(fā)獨立于硬件平臺的交互界面； 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 等主要高級語言；UG/Open GRIP 開發(fā)工具是一個類似 API 的 UG 內部開發(fā)語言，利用該工具用戶可生成 NC自動化或自動建模等用戶的特殊應用 [9]。利用 UG/Open提供的應用程序和開發(fā)工具，用戶可以在其提供的平臺上開發(fā)出適合自己需要的 CAD 產品。 UG/Open GRIP 基于 UG的齒輪的參數(shù)化設計 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，有其自身的語法結構，程序結構，內部函數(shù)，以及與其他通用語言程序相互調用的接口。 一個 GRIP 語句是由一個或幾個 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體。 b)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 系統(tǒng)中各種對象的狀態(tài)和參數(shù)。 c)EDA 符號格式。 EDA 是實體數(shù)據(jù)存取 (Entity Data 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)。例如在屬性、繪圖和尺寸標注以及幾何體等領域與 UG 進行交互操作時，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 的記事本中進行，記為 *.grs；或者在 GRIP 高級開發(fā)環(huán)境 (GRADGrip Advanced Development Environment)中編寫。執(zhí)行GRIP 程序必需進入 UG 環(huán)境中，運行 File—Execute UG/Open—Grip。 GRIP 編程語言是面向工程師的語言，具有 簡單、易學、易用的特點，但是所編寫的程序長、復雜。要考慮程序的各個細節(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)編程則可實現(xiàn)功能復雜的操作 [10]。 UG/Open API 作為 UG 與外部應用程序之間的接口， UG/Open API 是一系列函數(shù)的集合。通過 UG/Open API 的編程，用戶幾乎能夠實現(xiàn)所有的 UG 功能。開發(fā)人員可以通過用 C++語言編程來調用這些函數(shù)，從而實現(xiàn)用戶 的需要。 （ 1） 對 UG part 文件及相應模型進行操作，包括建立 UG 模型、查詢模型對象、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象等。 應用函數(shù)時應注意所有的 UG/Open API 應用必須及時進行初始化和終止，以確保獲取或者釋放 UG/Open API 的執(zhí)行許可權限。 初始化函數(shù)是 UF_ initialize ()，當開始調用 UG/Open API 的函數(shù)時應先調用 UF_ initialize()來獲取執(zhí)行許可權限。一般來說，我們在變量聲明完成后 ，第 1個調用 UG/Open API 的函數(shù)就是 UF_ initialize()。 終止函數(shù)是 UF_ terminate()，當不再調用 UG/Open API 的函數(shù)時必須調用 UF_ terminate()來釋放執(zhí)行許可。 U