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1、基于UG的二次开发技术实现齿轮参数化设计学生：江风指导教师：王祥机械与材料学院摘要：渐开线齿轮是机械传动中的常用零件，由于齿形轮廓复杂，其参数化设计困难。本课 题基于Unigrphics二次开发平台，应用其UG/Open API开发工具和VC+6.0开发环境对 渐开线齿轮三维参数化造型系统进行了研究。在研究了 Unigrphics与应用程序的接口 UG/Open API的基础上，引入参数化建模的思想，基于UG构建了渐开线齿轮的三维参 数化造型系统。该系统具有友好的用户界面，能方便地进行齿轮的三维参数化建模。Abstract: Helical gear is a part in mechanic
2、al drives in common use,while because of its complex tooth profile, it is difficult to conduct parameterized design.In this paper, the 3D parametric modeling system for helical gear is researched using the UG/Open API and VC+6.0 based on Unigrphics secondary development. By researching the interface
3、-UG/Open API between the Unigrphics and application procedures, the 3D parametric modeling system for typical gear is constructed based on Unigrphics and the concept of parametric modeling. This system has friendly user interface, can conveniently construct 3D parametric model of helical gear.关键词：齿轮
4、；参数化建模；二次开发；UnigrphicsKeywords: Gear; Parametric modeling; Secondary developing; Unigrphics-1-Z1刖吕日益激烈的市场竞争，迫切要求企业具备快速响应市场的能力，在产品设计和开发过 程中，零部件的标准化、通用化和系列化是提高产品设计质量、缩短产品开发周期的有效 途径。U G是市场上优秀的三维设计软件,它是集CAD/ CAE/CAM于一体的软件集成系统, 其功能覆盖了整个产品的开发过程，即从概念设计、功能工程、分析到制造的过程。但是 没有一个CAD系统能够完全满足用户的各种需求，因此主流的CAD软件都提供二
5、次开发 工具和用户定制功能。目前，关于CAD应用的UG二次开发方面的研究逐渐推广开来,UGS 公司提供了一个开放的二次开发平台,软件用户或者第三方开发商在其基础上进行客户 化的开发，如上海同捷数字化技术有限公司开发的Gear Engineering Wizard等。UG软件是现在市场上比较成熟的三维建模软件，但是对于复杂的零件来说，UG本 身因功能复杂，往往在生产中操作显得繁琐，加上许多企业对其的应用一般只限于若干 应用模块，不需要全部的功能，企业也有许多通用件、常用件、标准件，也不必每次都 进行重复的设计操作，单纯的使用软件本身所带的工具已经无法满足客户的需求，如渐 开线的绘制就很难达到精确
6、绘制的目的。考虑到这些，UG专门提供了多种二次开发工 具，供企业根据自身特点，开发用户自定义模块。目前，国内外有不少学者对UG平台下 齿轮参数化建模进行了研究，但通常采用的方法是表达式生成法和创建模板零件。本文 提出了一种在UG4.0环境下，采用自身的编程语言UG/Open API,调用UG造型函数来实 现渐开线的绘制，达到提高设计效率的目的。目前，常用的利用UG二次开发进行参数化设计的方法分为图形交互设计和编程方 法两种。图形交互设计是指在现有的参数化CAD系统环境下，通过交互操作来完成产品 的参数化模型设计，是在产品设计中不可缺少的方法。编程方法是指在现有的CAD系统 基础上，利用二次开发
7、接口、高级语言和数据库等相关技术，来定义产品的参数化模型, 并支持对参数化模型的建立、管理和使用，它是一种高级的参数化设计方法。本文将采 用编程的方法实现齿轮的参数化设计。利用UG/Open APR UlStyler和MenuScript进行菜 单和界面设计，使用户有一个良好直观的操作环境，通过VC+6.0建立齿轮的人机交互 界面。本文根据上述基本情况，针对渐开线齿轮进行参数化建模，并利用UG二次开发工具 UG/Open APL UlStyler和MenuScript对其进行对话框的设计和菜单文件的添加，以达到 本课题所要求的基于UG的二次开发技术实现齿轮的参数化设计的目的。1绪论1. 1 U
8、nigraphics简介与发展现状Unigraphics(简称UG)是美国Unigraphics Solutions公司五大主要产品(UG, Parasolid, iMAN, Solid Edge, Productvision)之一，以CAD/CAE/CAM一体化而著称。其主要具有 如下优势：(1) 可以为机械设计、模具设计以及电器设计单位提供一套完整的设计、分析和制造 方案。(2) UG是一个完全的参数化软件，为零部件的系列化建模、装配和分析提供了强大 的基础支持。(3) 可以管理CAD数据以及整个产品开发周期中所有相关数据，实现逆向工程和并行 工程等先进设计方法。(4) 可以完成包括自由曲
9、面在内的复杂模型的创建，同时在图形显示方面运用了区域 化管理方式，节约系统资源。(5) 具有强大的装配功能，并在装配模块中运用了引用集的设计思想，为节省计算机 资源提出了行之有效的解决方案，可以极大地提高设计效率。UG软件自1990年进入中国市场，经过十余年的发展，目前国内用户己近千家。国内 许多大型企业、公司均采用UG作为其产品设计生产的支撑软件。国内外关于UG应用包 括两种类型，一是直接利用UG软件进行产品的建模、分析、制造，二是在UG平台上进 行二次开发。具体应用有以下儿类。1开发用户自定义模块进行快速建模UG现有的建模功能完全能够实现复杂零件的建模要求，快速建模的目的是提高建模 速度以
10、缩短产品的整个研制周期。快速建模通常是针对某一复杂零件。这类零件的特点 是设计参数多，各参数满足一定的函数关系，从设计参数向结构参数转化需要复杂的数 学运算。通常的设计方法是:首先根据设计参数计算出结构参数，然后用UG软件建模。 这种方法的缺点是:模型生成速度慢且不易修改设计。一旦调整某一设计参数，则牵一动 全身，模型所有结构参数均可能改变;建模就得从头开始。如果利用UG/Open API或 UG/Open GRIP创立用户程序，使设计计算和UG建模集成在一起，实现设计、建模的自 动化，则建模速度将大大提高，改动设计也十分方便，非常适合系列化零件的建模设计。 有些模型的生成是以实测的数据为基础
11、，则可通过用户程序实现数据的自动采集、处理, 最后建立模型。2建立用户参数图库UG软件没有标准零件库，更没有具体行业的专用零件库，而具体行业的产品设计 总是经常会用到标准件、相似件。若每次设计对每一零件均从头开始建模，则要做许多 重复性的工作。建立用户参数图库即是把常用的标准件、结构相似件建成特征库，使用 时只需输入确定参数，直接调用，提高建模速度。3建模与分析的用户集成UG软件木身带有建模和分析模块，若要对模型进行分析，通常先在建模模块中建 立模型，然后切换到分析模块中进行分析，如果模型需要不断改变，则设计过程要在建 模与分析模块之间反复切换。并且分析过程是固定的标准过程，用户无法提取计算过
12、程 数据进行优化控制，用户的特殊要求没有途径实现。利用UG/Open API或UG/Open GRIP 可以实现建模与分析的用户集成，也可实现分析过程的用户化。4 CAD/CAPP/CAM集成UG软件不含零件的工艺设计功能。在CAD/CAPP/CAM集成系统中，利用 UG/Modeling和UG/Manufacturings功能实现零件建模和刀具轨迹牛成，再利用UG/Open API功能增加工艺特征定义。CAPP系统则利用UG/Open API功能读取UG模型数据进行 工艺过程决策处理。集成系统以数据库为基础完成必要数据的传递及工艺规程的保存、 发送，为生产现场提供工艺准备数据。5UG的专家系
13、统专家系统(Expert System)是问题求解的智能软件系统;在某一专业领域内，把有关专 家的经验和知识表示成计算机能够接受和处理的符号形式，采用专家的推理方法和控制 策略;解决该领域中只有专家才能解决的问题并达到专家级水平。基于UG的专家系统研究，利用UG/Open API和UG/Open GRIP编程，针对具体零件 或简单系统，建立知识库、推理机、解释系统等专家系统的基木结构，把专家系统和UG 结合起来，在建模、分析、制造过程中随时得到专家级的指导.提高产品设计的质量。1.2本课题的研究目的与意义1.2.1本课题的研究目的齿轮作为最重要的基础传动部件被广泛地应用于机械、冶金、石化、煤炭
14、、水电等 行业。在齿轮设计和生产过程中，需要大量的分析、绘图工作,采用现代设计方法可彻底改 变过去依靠手工绘图时的效率低、易出错等局面，使齿轮设计人员借助计算机CAD/CAM 技术可迅速、高效、准确地进行设计方案的确定、比较、分析和绘图，为牛产企业以高 技术、高质量、低成木占领市场提供技术保障。Unigraphics是当今世界上最流行的三维CAD软件之一，其功能十分强大，具有很多 模块可以实现不同的功能，广泛应用于航空、航天、模具、汽车、造船、通用机械、家 用电器、医疗设备和电子工业等行业。同众多的CAD软件一样，它也具备二次开发功能, UG的二次开发工具有两个模块，分别是UG/OPEN GR
15、IP和UG/OPEN APL但是由于在UG中建模过程比较复杂，特别是像齿轮零件特征较多，外型轮廓复杂, 要想快速的建立模型比较困难，需要用户对UG的功能十分熟悉。由于齿轮的结构型式 是固定的，不同的型号之间可能只有细微的差别，因此，可以建立参数化模型，通过改 变其参数，派主出外型相同的不同尺寸要求的零件。因此木课题将基于UG软件，利用UG提供的二次开发包UG/Open API和VC+ 6.0 编程，建立一种齿轮零件快速参数化建模系统，能够方便改变模型参数，实现友好的参 数化交互界面，充分发挥计算机绘图的准确和快速性，同时发挥木系统的专业性，提高 效率，减少重复性劳动。1.2.2本课题的研究意义
16、本课题主要针对渐开线圆柱齿轮的参数化设计而进行的，可显著地提高设计的精度 和效率。渐开线齿轮是各种机械传动设备中常用的零件，在设计制造中工程设计人员经常需 要对齿轮齿形进行精确的造型。由于其复杂性，有一些软件（如SolidWorks, AutoCAD） 没有提供齿形的精确造型功能。UG作为通用三维CAD/CAM系统在功能上完全能够满 足机械产品的设计要求，但是在系统操作的人性化和易用性方面并非完全尽人意。为此, 本文应用了 UG的开发工具的开发接口，开发了基于UG的渐开线齿轮参数化设计系统， 来解决齿轮精确造型方面的难题。系统的开发具有如下意义：（1）保证了齿形造型的精 确性。（2）造型速度快，避免了手工造型的复杂繁琐过程。（3）为后续的齿轮CAE、CAM 等提供了精确的三维实体。（4）对UG二次开发的有益探索。1.3 UG ZZ次开发的基本思路与方法1.3. 1 UG二次开发的基本思路本系统开发
