基于ug的齿轮的参数化设计

基于ug的齿轮的参数化设计内容摘要：

件实现齿轮的参数化造型已成为设计者的迫切需求，齿轮体参数化造型有重要的意义 ： （ 1）齿轮传动的参数化设 计与建模系统是 CAD 技术与齿轮设计相结合的产物，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）实现齿轮的参数化设计以及渐开线齿廓的精确造型，可以将设计计算、三维 3 造型与绘制工程图的无缝结合，同时为齿轮的有限元分析、机构仿真和数控加工等工作奠定基础。 （ 4）采用建立原始齿轮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 ,为解决齿轮参数化设计问题提供了可行的方法 ,通过直接输入齿轮设计条件，利用计算得出的有关设计参数 (模数、齿数、压力角、变位系数、齿顶高系数、顶隙系数等 ) 进行实体建模 ,实现齿轮的参数化设计 ,提高齿轮设计的效率和准确性。 课题的研究内容和解决方法 本课题利用大型软件 来实现齿轮的三维参数化造型，通过改变齿轮的一些基本参数，生成其相应齿轮。 要达到相应的设计要求，首先要知道如何在 UG 中绘制齿轮部件，要绘制齿轮必然要知道齿轮的啮合原理及各个参数间的关系，还应熟知渐开线的数学模型，精确画出渐开 线。 画出齿轮模型后，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，最后完成齿轮参数化设计模块的开发。 具体内容和步骤如下： (1) 研究直齿 和 斜齿圆柱齿轮的基本啮合理论和各参数间的关系并建立数学模型； (2)渐开线数学模型的建立，通过对齿轮的啮合原理的深入研究，建立渐开线数学模型，得到渐开线方程； (3) 深入掌握 UG 二次开发的各种方法，并熟练运用 UG/OPEN 开发工具，在建立直齿圆柱齿轮、斜齿轮和直齿锥齿轮的数学模型的基础上，对各齿轮实现三维参数化造型； (4) 在构建齿轮模块框架的基础上，深入研究菜单的制作技术以确定本课题应采用的最佳菜单制作技术。 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 环境下对齿轮进行参数化设计。 基于 UG的齿轮的参数化设计 4 第二章 UG 二次开发的研究 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。 UG 软件概述 Unigraphics NX 是 EDS 公司的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。 Unigraphics NX 针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。 Unigraphics NX 为设计师和工程师提供了一个产品开发的崭新模式，它不仅对几何的操纵，更重要的是团队将能够根据工 程需求进行产品开发。 Unigraphics NX 能够有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程中的知识，事实证明为企业带来了战略性的收益。 来自 UGS PLM 的 NX 使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。 NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件，用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。 如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。 为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必 须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。 NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。 NX 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。 通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新， NX 的成功已经得到 了充分的证实。 这些目标使得 NX 通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中。 UG 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 [7]。 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）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 5 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 [8]。 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 的特点是： 为了数字化产品开发集成的自动化； 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； 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。 UG 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： 入口（ Gateway）：对所有其他交互应用的首要必备的应用； 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；装配（ Assembilies）：支持装配建模； 几何公差模块（ Geometric Tolerancing Module）：让用户捕捉公差； 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； 分析（ Analysis）：包括注塑模流动分析、运动应用和 ICAD； 制图（ Drafting）：可将三维模型生成二维视图； 高质量图像（ High Quality Image）：生成逼真照片的图像； 知识熔接（ Knowledge Fusion）：允许用户应用工程知识驱动规则和设计意图到 NX 中的几何模型和装配； 制造（ Manufacturing）：可进行虚拟加工和自动加工编程； 1开放的用户界面设计（ Open User Interface Styler）：允许用户和第三方开发商生成 NX 对话框； 1编程语言（ Programming Languages）：包括 GRIP和 API； 1质量控制 （ Quallity Control）； 1走线（ Routing）：定义围绕和通过其他NX 装配的装配； 1钣金（ Sheet Metal）：包括钣金设计、冲压和多零件加工的栅格；1电子表格（ Spreadsheet）：提供一在 Xess 或者电子表格应用和 NX 间的智能界面；1 Web Express； 1 Wire Harness:可在用于描述产品机械装配的同一三维空间建立电气布线的表示。 UG 二次开发相关工具概述 UG 软件提供了 CAD/CAE/CAM 业界最先进的编程工具集，以满足用户二次开发的 需要，这组工具集称之为 UG/Open，是一系列 UG 开发工具的总称，它们随 UG 一起发布，以开放性架构面向不同的软件平台提供灵活的开发支持。 UG/Open 包括以下几个部分： UG/Open Menu scrip 开发工具，对 UG 软件操作界面进行用户化开发，无须编程即可对 UG 标准菜单进行添加、重组、剪裁或在 UG 软件中集成用户自己的软件功能；UG/Open UI Styler 开发工具是一个可视化编辑器，用于创建类似 UG 的交互界面，利用该工具，用户可为 UG/Open 应用程序开发独立于硬件平台的交互界面； UG/Open API开发工具提供了 UG 软件直接编程接口，支持 C、 C++、 Fortran和 Java 等主要高级语言；UG/Open GRIP 开发工具是一个类似 API 的 UG 内部开发语言，利用该工具用户可生成 NC自动化或自动建模等用户的特殊应用 [9]。 利用 UG/Open提供的应用程序和开发工具，用户可以在其提供的平台上开发出适合自己需要的 CAD 产品。 UG/Open GRIP 基于 UG的齿轮的参数化设计 6 UG/Open GRIP(Graphics Interactive Programming)是一种专用的图形交互编程语言。 这种语言与 UG 系 统集成，实现 UG 下的绝大多数的操作。 GRIP 语言与一般的通用语言一样，有其自身的语法结构，程序结构，内部函数，以及与其他通用语言程序相互调用的接口。 一个 GRIP 语句是由一个或几个 GRIP 命令组成， GRIP 命令是 GRIP 语言的基本组成部分。 GRIP 命令有三种表示格式： a)陈述格式。 主要用于生成和编辑实体。 b)GPA符号格式。 GPA 是全局参数存取 (Global Parameter Access)的缩写，用于访问 UG 系统中各种对象的状态和参数。 c)EDA 符号格式。 EDA 是实体数据存取 (Entity Data Access)的缩写，用于访问 UG 数据库，能够访问各种对象的功能性数据。 例如在属性、绘图和尺寸标注以及几何体等领域与 UG 进行交互操作时，其参数可用 EDA 格式的命令取得。 用 GRIP 语言编写 GRIP 源程序，可以在 windows 的记事本中进行，记为 *.grs；或者在 GRIP 高级开发环境 (GRADGrip Advanced Development Environment)中编写。 执行GRIP 程序必需进入 UG 环境中，运行 File—Execute UG/Open—Grip。 GRIP 编程语言是面向工程师的语言，具有 简单、易学、易用的特点，但是所编写的程序长、复杂。 要考虑程序的各个细节问题。 因此， GRIP 语言常用于开发一些规模比较小的程序，例如，同类零件建模、计算和分析、数据访问等程序。 与 GRIP 语言相比较，用 API 函数编程则可实现功能复杂的操作 [10]。 UG/Open API 作为 UG 与外部应用程序之间的接口， UG/Open API 是一系列函数的集合。 通过 UG/Open API 的编程，用户几乎能够实现所有的 UG 功能。 开发人员可以通过用 C++语言编程来调用这些函数，从而实现用户 的需要。 （ 1） 对 UG part 文件及相应模型进行操作，包括建立 UG 模型、查询模型对象、建立并遍历装配体，以及创建工程图等。 （ 2） 在 UG 中创建交互式程序界面。 （ 3） 创建并管理用户定义对象等。 应用函数时应注意所有的 UG/Open API 应用必须及时进行初始化和终止，以确保获取或者释放 UG/Open API 的执行许可权限。 初始化函数是 UF_ initialize ()，当开始调用 UG/Open API 的函数时应先调用 UF_ initialize()来获取执行许可权限。 一般来说，我们在变量声明完成后 ，第 1个调用 UG/Open API 的函数就是 UF_ initialize()。 终止函数是 UF_ terminate()，当不再调用 UG/Open API 的函数时必须调用 UF_ terminate()来释放执行许可。 U。