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1、平面二次包络环面蜗杆传动数控转台的设计平面二次包络环面蜗杆传动数控转台的设计3D 建模与装配建模与装配摘要摘要：蜗杆传动是机械设备中最常用的传动装置，在机械设计中蜗杆的设计占有相当大的比重。基于涡轮蜗杆各参数间的关系，在 UG 中利用涡轮蜗杆参数表达式绘制涡轮蜗杆实体模型，实现涡轮蜗杆在 UG 中的参数化设计。UG/Open 二次开发模块是 UG 软件的二次开发工具集，利用该模块可对 UG 系统进行用户化开发，可满足用户进行各种二次开发的需求。学习了 UG 二次开发的各种工具，了解了各种工具的特点和适用范围。选择 UG/Open API 编程语言，结合使用 UG/Open Menu Scrip
2、t 和 UG/Open UI Styler 开发工具，实现了基于 UG 二次开发工具的涡轮蜗杆的参数化设计。关键字关键字：涡轮蜗杆；二次开发；参数化；UG/Open APIPlane double enveloping worm gear design of the NC rotary table3D Construction mode and AssemblyAbstractAbstract：Machinery and equipment belt transmission is the most commonly used pulley in mechanical design in th
3、e design of pulley occupy a large proportion. Based on the relationship of the Turbo-Worm parameters, draw Turbo-Worm solid model use expression in UG NX, achieve parameters design in UGNX. UG/Open module is the open tools in UG, using the tools we can empolder our UG system as we need, users can al
4、most satisfy all kinds of secondary development needs by use the tools. Understand the characteristics and scope of application of all the tools of UG/Open after studying each kind of tools. Select UG/Open API programming language,a combination of UG/Open Menu Script and UG/Open UI Styler developmen
5、t tools. Achieve parameters design of Turbo-Worm base on the UG/Open tools.Key Words：Turbo-Worm; parameter;pulley;UG/Open API第第 1 1 章章 绪论绪论1.11.1 课题的研究背景课题的研究背景平面二次包络蜗杆传动，其蜗杆齿面是以一个平面为母面，通过相对圆周运动，包络出环面蜗杆的齿面；再以蜗杆的齿面为母面，通过相对运动包络出涡轮出面。它的主要特点表现在：1）工艺性良好，可获得高精度硬齿面蜗杆副；2）啮合齿数多、重合度大；3）安装工艺好；4）涡轮齿面上有效共轭啮合区大，接
6、触线性状好呈双接触线。 “修正型”有更好的啮合特性和工艺性能好，故目前广泛采用。平面二次包络蜗杆传动设计在蜗杆制造应用过程中占有重要地位。传统的蜗杆传动设计过程繁冗，效率低，采用传统的设计方法设计较为合理的蜗杆传动要反复修正参数、多次校核计算，花费很长时间才能实现。另外，蜗杆传动类零件的绘图工作(包括几何绘图、标注、参数表填写等内容)也是一项繁杂而费时的工作。但蜗杆传动类零件大部分具有相似的结构和形状，在新产品的设计和图纸绘制过程中，不可避免地要多次反复修改，进行零件形状、尺寸的综合协调和优化，这时寻求一种简便、合理的设计方法，提高设计工作效率，是蜗杆传动设计工作者的迫切愿望。因此，借助 CA
7、D 技术实现其绘图过程的参数化和自动化，对于提高设计效率和保证设计质量具有重要意义。因此，现代蜗杆传动机构的设计建模技术有着广泛的工程应用背景和研究意义 。随着计算机技术和现代设计理论与方法的迅速发展，三维设计软件尤其是 Unigraphics 在机械零件和产品设计中的日益普及，蜗杆传动实体在三维软件特别是在 UG 中的绘制变得越来越重要。但基于 UG 的蜗杆传动设计系统一般都局限于皮带轮二维轮廓的绘制或三维实体建模，蜗杆传动参数的设计计算难以与 CAD 系统很好地集成, 给蜗杆传动的 CAD/ CAM 带来不利影响。建模技术是 CAD 的核心技术，参数化造型技术和特征造型技术是新一代继承化
8、CAD 系统应用研究的热点理论。目前国内外对二维图形参数化和简单三维实体的参数化造型较为成熟。对复杂的三维实体的参数化造型尚不多见，特别是涡轮蜗杆这类形状复杂、种类繁多的三维实体参数化造型设计更少。这有多方面原因：一方面蜗轮蜗杆蜗杆二维图形参数化设计能够满足传统的涡轮蜗杆加工要求；另一方面运用低级 CAD 软件对复杂的三维实体很难实现参数化虚拟造型设计。随着涡轮蜗杆的广泛应用和快速成型与虚拟制造技术的迅速发展，传统的二维图形已不能满足现在的设计、加工要求。因此，在三维软件上绘制涡轮蜗杆实体变得十分重要。但是，由于涡轮蜗杆状复杂，给设计、绘图带来很大不便。并且涡轮蜗杆各参数间都有严格的函数关系，
9、再加上随着当代机械制造业的不断发展，涡轮蜗杆的精度要求也越来越高，涡轮蜗杆实体的绘制较为麻烦。涡轮蜗杆并不是一个标准件，它的各个参数随着设计要求的不同而不同。如果每设计一个涡轮蜗杆都要画一个对应的实体部件的话，那不仅增加了设计者的劳动量，还大大降低了设计效率，阻碍了企业的生产和发展。参数化设计是新一代智能化、集成化 CAD 系统的核心内容，也是当前 CAD 技术的研究热点。用大型的三维软件实现涡轮蜗杆的参数化造型已成为设计者的迫切需求，涡轮蜗杆参数化造型有重要的意义：（1）涡轮蜗杆的参数化设计与建模系统是 CAD 技术与涡轮蜗杆设计相结合的产物，也是两者发展的趋势所在。（2）实现设计过程自动化
10、避免了设计人员手动查阅大量的数据，也避免了手工取点造型的复杂过程，该系统的开发，可以将手算设计的工作人员从繁琐、低效的工作中解放了出来。（3）实现涡轮蜗杆的参数化设计以及精确造型，可以将设计计算、三维造型与绘制工程图的无缝结合，同时为涡轮蜗杆的有限元分析、机构仿真和数控加工等工作奠定基础。（4）采用建立原始涡轮蜗杆结构模型并驱动其特征参数，为其它复杂曲面的造型提供了有益的参考。本课题利用 UG 的二次开发技术,为解决涡轮蜗杆参数化设计问题提供了可行的方法，通过直接输入涡轮蜗杆的设计条件，利用计算得出的有关设计参数进行实体建模，实现涡轮蜗杆的参数化设计，提高涡轮蜗杆设计的效率和准确性。1.21.
11、2 课题的研究内容和解决方法课题的研究内容和解决方法本课题利用大型软件 UG NX5.0 来实现涡轮蜗杆的三维参数化造型，通过改变涡轮蜗杆的一些基本参数，生成其相应的涡轮蜗杆。要达到相应的设计要求，首先要知道如何在 UG 中绘制涡轮蜗杆部件，要绘制涡轮蜗杆必然要知道涡轮蜗杆的各个参数间的关系，精确知道涡轮蜗杆的三维模型。画出涡轮蜗杆模型后，还应知道 UG 二次开发的知识，灵活运用 UG 系统提供的二次开发工具，在模型的基础上编制相应的程序，最后完成涡轮蜗杆参数化设计模块的开发。具体内容和步骤如下：(1) 分析涡轮蜗杆产品，设计其基型：考虑产品的零部件尺寸约束及几何约束，基于模型驱动技术，构建三
12、维参数化模型库，然后提取变形参数。(2) 利用 UG 二次开发工具创建交互式程序界面，通过用户菜单以及涡轮蜗杆参数设计对话框的设计，使用户通过输入参数即可在 UG 中实现皮带轮的自动生成。UG 软件是集 CAD/CAM/CAE 一体化的三维参数化软件，是当今世界上最为先进的计算机辅助设计、制造和分析软件，在国内外使用相当广泛。另外它所提供的二次开发语言模块 UG/Open API、UG/Open GRIP 和辅助开发模块 UG/Open Menu Script 与 UG/Open UI Styler 及其良好的高级语言接口，使 UG 的图形功能和计算功能有机的结合起来，便于用户去开发各种基于自
13、身需要的专用 CAD系统。使用 UG/Open API 和 UG/Open GRIP 中任何一个模块都能实现 UG 的二次开发，再结合辅助模块，就能开发出 UG 界面的应用模块。因此，合理利用 UG的二次开发语言模块和辅助模块，就可以实现在 UG 环境下对涡轮蜗杆进行参数化设计。第第 2 2 章章 UGUG 二次开发工具二次开发工具Unigraphics(简称 UG)是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的 CAID/CAD/CAE/CAM 高端软件。它为制造业产品开发的全过程提供解决方案，主要功能包括：概念设计、工程设计、性能分析和制造。此外，UG 软件还提供了 CAD/CAE/CAM
14、 业界最先进的编程工具集，以满足用户二次开发的需要。本章先讨论 UG 软件的主要功能，然后简单介绍二次开发各功能模块的特点和应用。2.12.1 UGUG 软件概述软件概述2.1.12.1.1 UGUG 软件的功能介绍软件的功能介绍UG 是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合，显著地改进了如汽车、航天航空、机械、消费产品、医疗仪器和工具等工业的生产率。它为各种规模的企业递交可测量的价值，更快地递交产品到市场，使复杂产品的设计简化，减少产品成本和增加企业的竞争实力。NX 是一个交互的计算机辅助设计、计算机辅助制造和辅助工程（CAD/CAE/CAM）
15、系统。CAD 功能自动化是在今天制造公司中见到的一般工程、设计和制图能力；CAM 功能利用 NX 描述完成零件的设计模型，为现代机床提供NC 编程；CAE 功能横越一广范的工程学科，提供许多的产品、装配和零件的性能防真能力。NX 是一个全三维、双精度系统，它允许用户精确地描述几乎任一几何形状。通过组合这些形状，用户可以设计、分析产品和建立他们的工程图。一但设计完成，制造应用允许用户选择描述零件的几何体，加入制造信息，如刀具直径并自动生成一刀具位置，源文件（CLSF） ，它可用来驱动大多数 NC 机床。目前 UGS 公司已经推出 NX5 产品，本次设计中使用的是 NX4 版本的软件。NX4 的特
16、点是：1、为了数字化产品开发集成的自动化；2、在所有开发学科中的新能力，包括工业设计、防真、工装、加工和管理；3、在一个全面的产品生命周期管理（PLM）解决力案内的领先前沿的 CAD、CAE 和 CAM 技术。2.1.22.1.2 UGUG 功能模块功能模块利用 NX，可以建立、存储、恢复和操纵设计与制造信息，典型地通过建立描述一零件的几何体开始工作。NX 功能被划分成共同功能的一系列“应用（Application） ”共 18 个模块，各模块分别为：1、入口（Gateway）：对所有其他交互应用的首要必备的应用；2、建模（Modeling）：包括实体、特征、自由形状、钣金特征建模和用户定义特征；3、装配（Assembilies）：支持装配建模；4、几何公差模块（Geometric Tolerancing Module）：让用户捕捉公差；5、产品和制造信息（PMI Introduction）：可用于在三维环境中对产品形成文档说明；6、分析（Analysis）：包括注塑模流动分析、运动应用和 ICAD；7、制图（Drafting）：可将三维模型生成二维视图；8、
