基于UG的漸開線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)碩士學(xué)位論文

1、 學(xué)校代碼: 10289 分類號:TP311 密 級:公 開 學(xué) 號: 0730302021 江蘇科技大學(xué)碩 士 學(xué) 位 論 文(工程碩士) 基于UG的漸開線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)開發(fā) 工學(xué)碩士學(xué)位論文(工程碩士) 基于UG的漸開線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)開發(fā) 學(xué)生姓名指導(dǎo)教師副教授 江蘇科技大學(xué)二OO九年十二月 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要奉獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承當

2、。 作者簽名: 日期:年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)校保存并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或局部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名:日期:年 月 日 導(dǎo)師簽名:日期:年 月 日 A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of EngineeringParam

3、etric Design Sysem of Involute Helical Gears Based on UGSubmitted byName Song ZhiguoSupervised byProfessor Name Yan Renwu Jiangsu University of Science and TechnologyDecember, 2021 論 文 獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除了文中特別加以標注和致謝的地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得江蘇科技大學(xué)或其它教育機構(gòu)的

4、學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何奉獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。 學(xué)位論文作者簽名: 日 期: 學(xué) 位 論 文 使 用 授 權(quán) 聲 明 江蘇科技大學(xué)有權(quán)保存本人所送交的學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文稿,可以將學(xué)位論文的全部或局部上網(wǎng)公布,有權(quán)向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交并授權(quán)其保存、上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的復(fù)印件或電子文稿。本人電子文稿的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外,允許論文被查閱和借閱。 研究生簽名: 導(dǎo)師簽名: 日 期: 日 期: 摘要 UG(Unigriphics)是全球領(lǐng)先的CAD/CAM集成化應(yīng)用軟件,除了提供數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)的全部功能模

5、塊外,系統(tǒng)所提供的開放編程語言O(shè)PEN GRIP和OPEN API具有強大的二次開發(fā)功能,能夠按需實現(xiàn)專業(yè)化、智能化和高效化的客戶應(yīng)用程序定制,從而提高企業(yè)CAD/CAM應(yīng)用水平。該工具集還提供常用編程語言如Visual C+等的接口工具,也可以結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)更強大的功能。 本文在建立漸開線斜齒輪設(shè)計的數(shù)學(xué)模型和UG軟件平臺根底上,利用UG二次開發(fā)語言UG/Open開發(fā)齒輪參數(shù)化模型,并結(jié)合Visual C+ MFC和Access數(shù)據(jù)庫建立開放的參數(shù)化斜齒輪庫,依此開發(fā)了一套漸開線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)。系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu),具有可視化的客戶界面和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫,客戶層可以實現(xiàn)齒輪的信息查詢、齒

6、輪信息入庫、齒輪信息修改、刪除及參數(shù)化建模等功能;數(shù)據(jù)層可以存儲齒輪數(shù)據(jù)信息,為客戶層提供數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)采用開放式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),具有一定的創(chuàng)新性和實用性。 本文圍繞“漸開線斜齒輪參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā),深入探討了UG二次開發(fā)工具、UG開發(fā)環(huán)境設(shè)置、菜單及工具條的編寫、UG對話框的制作、零件參數(shù)化系統(tǒng)的開發(fā),MFC及數(shù)據(jù)庫技術(shù)在UG二次開發(fā)中的應(yīng)用。經(jīng)過程序編制、調(diào)試和反復(fù)測試,證實該程序成功地實現(xiàn)了上述功能,驗證了其方法的正確性與實用性。 關(guān)鍵詞:漸開線斜齒輪;參數(shù)化設(shè)計;二次開發(fā);UG/OPENAbstract UG is the world's leading CAD / CAM in

7、tegrated software applications, in addition to digital product development, the system provides an open programming language OPEN GRIP and OPEN API which has a strong secondary development ability. Customs can achieve client application in need of the professionalization, intelligent and efficient,

8、so as to enhance CAD / CAM application level of company. The tool set also provides commonly used programming languages such as Visual C + and other interface tools, and can achieve more powerful functions combined to database technology In this paper, with the establishment of involute helical gear

9、 design of mathematical models and UG software platform, we develop gear parametric model using the UG secondary development language UG / Open, and established an open library of parameterized gear combined with Visual C + MFC and the Access database. The system uses C / S structure with a visual i

10、nterface and a stable customer database. The client layer achieved gears query information, gear information storage, gear information modify, delete, and parametric modeling capabilities; data layer can store the Gear data for the client tier to provide support data. The system uses an open databas

11、e structure, and has a certain innovation and practicality In this paper, around the "involute helical gear parametric design system," we deeply studied the UG secondary development tools, the set of UG development environment, the preparation of menus and toolbars, UG dialog box productio

12、n, spare parts parametric system development, MFC and database technology in the applications of UG secondary development. After programming, debugging and repeated tests, we confirmed that the program succeeded in achieving the above-mentioned functions, and verified the correctness and usefulness

13、of its methods Key words: involute helical gear, parametric design, secondary development, UG/OPEN 目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.1.1 參數(shù)化與特征建模技術(shù)的開展概況11.1.2 齒輪CAD系統(tǒng)的國內(nèi)外開展概況21.2 課題的來源和主要研究內(nèi)容及意義31.2.1 課題來源31.2.2 課題的主要研究內(nèi)容31.2.3 課題研究的意義4第2章 基于UG二次開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)研究52.1 UG軟件概述52.1.1 UG軟件的技術(shù)特性52.1.2 UG主要功能模塊介紹6

14、2.2 UG的二次開發(fā)技術(shù)72.2.1 二次開發(fā)技術(shù)概述72.2.2 UG/OPEN API92.2.3 UG/OPEN GRIP142.2.4 UG/OPEN MenuScript142.2.5 UG/OPEN UIStyler152.3 UG斜齒輪參數(shù)化開發(fā)系統(tǒng)的二次開發(fā)流程172.4 本章小結(jié)18第3章 系統(tǒng)菜單和主界面對話框的設(shè)計193.1 系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置193.1.1 創(chuàng)立二次開發(fā)文件所在的文件夾193.1.2 設(shè)置二次開發(fā)的文件夾的環(huán)境變量203.2 利用MenuScript制作系統(tǒng)菜單203.3 利用UG/Open UIStyler定制對話框223.3.1 對話框的設(shè)計223.3.

15、2 對話框的應(yīng)用程序設(shè)計253.4 本章小結(jié)28第4章 基于UG/OPEN GRIP開發(fā)斜齒輪參數(shù)化建模294.1 參數(shù)化設(shè)計概述294.2 UG/CAD中的參數(shù)化設(shè)計方法294.2.1 使用UG/Open API進行參數(shù)化設(shè)計294.2.2 使用UG/Open Grip進行參數(shù)化設(shè)計304.2.3 使用UG/Open API和UG/Open Grip進行參數(shù)化設(shè)計304.3 漸開線斜齒輪的三維參數(shù)化建模314.3.1 斜齒圓柱齒輪的當量齒輪314.3.2 斜齒輪的參數(shù)化設(shè)計流程324.3.3 斜齒輪端面齒形輪廓參數(shù)化設(shè)計324.3.4 齒形螺旋線的參數(shù)化設(shè)計364.3.5 掃描生成單齒的應(yīng)用

16、程序設(shè)計384.3.6 圓周陣列生成完整齒輪的GRIP程序設(shè)計404.3.7 編譯與連接404.4 使用UG/Open Grip和UG/Open API實現(xiàn)人機交互404.5 本章小結(jié)42第5章 漸開線斜齒輪數(shù)據(jù)庫的開發(fā)435.1 概述435.1.1 關(guān)系數(shù)據(jù)模型435.1.2 數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)設(shè)計445.2 C/S結(jié)構(gòu)開發(fā)模式445.2.1 C/S結(jié)構(gòu)445.2.2 ODBC數(shù)據(jù)庫訪問接口455.2.3 Visua C+平臺上基于MFC ODBC的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)465.3 漸開線斜齒輪數(shù)據(jù)庫的開發(fā)485.3.1 斜齒輪Access數(shù)據(jù)庫的建立485.3.2 注冊數(shù)據(jù)源505.3.3 利用API

17、和MFC實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)的訪問525.4 系統(tǒng)運行實例595.5 本章小結(jié)62結(jié)論63參考文獻65致謝68 ContentsAbstract(Chinese)IAbstract(English)IIChapter 1 Introduction11.1 Background of topic11.1.1 The development of parametric and feature-based modeling technology11.1.2 The development of CAD systems at home and abroad gear21.2 The source and th

18、e main research content and significance of of the topic31.2.1 The source of the topic31.2.2 The main research content of the topic31.2.3 Significance of of the topic4Chapter 2 research of Secondary development of UG-based key technologies52.1 Overview of UG52.1.1 The technical characteristics of UG

19、52.1.2 Introduction of main function modules of UG62.2 Secondary development technology of UG72.2.1 Secondary Development Technology Overview72.2.2 UG/OPEN API92.2.3 UG/OPEN GRIP142.2.4 UG/OPEN MenuScript142.2.5 UG/OPEN UIStyler152.3 Development process helical gear based on parameterized secondary

20、development of UG172.4 Summary18Chapter 3 the design of system menu and the dialog of the main interface193.1 The set of system environment193.1.1 create the folder where the files of Secondary development193.1.2 Set the environment variable of folder secondary development203.2 Design system menu us

21、e MenuScript203.3 Design dialog use menuScript223.3.1 Design of the dialog box223.3.2 Application Design dialog253.4 Summary28Chapter 4 Development helical gear Parametric Modeling based on the UOPEN GRIP294.1 Overview of Parametric Design294.2 The method of parameters design in UG/CAD294.2.1 Using

22、UG/Open API for Parametric Design294.2.2 Using UG/Open GRIP for Parametric Design304.2.3 Using UG/ Open GRIP and UG/Open API for Parametric Design304.3 3D Parametric Modeling of involute helical gear314.3.1 The equivalent helical gears Gear314.3.2 The parameters process of design of helical gear324.

23、3.3 Parameters design of end tooth profile helical gear324.3.4 Parametric design of helical curve364.3.5 Application design of sweeping to a single-tooth384.3.6 GRIP program design of circumferential array to a completegear404.3.7 Compile and link404.4 Realization of human-computer interaction404.5

24、Summary42Chapter 5 Development of database of involute helical gear435.1 Overview435.1.1 Relational Data Model435.1.2 Structural design of the database table445.2 Development patterns of C/S structure445.2.1 C/S structure445.2.2 Interface of ODBC database access455.2.3 Development of MFC-based datab

25、ase system in Visual C+ platform465.3 Design of the database on involute helical gear485.3.1 Access Database for helical gear485.3.2 Registration database source505.3.3 The use of API and MFC to achieve access to background data525.4 Iinstance of systems running595.5 Summary62Conclusion63References6

26、5Acknowlegement68 第1章 緒論1.1 課題背景 齒輪及其齒輪產(chǎn)品是機械裝備的重要根底件,絕大局部機械成套設(shè)備的主要傳動部件都是齒輪傳動。中國齒輪工業(yè)在“十五期間得到了快速開展,已成為中國機械根底件中規(guī)模最大的行業(yè)1。就市場需求與生產(chǎn)規(guī)模而言,中國齒輪行業(yè)在全球排名已超過意大利,居世界第四位。2021年1-10月,中國全部齒輪、傳動和驅(qū)動部件制造企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值1445億元,比上年同期增長32.92%。 中國齒輪制造業(yè)與興旺國家相比還存在自主創(chuàng)新能力缺乏、新品開發(fā)慢、市場競爭無序、企業(yè)管理薄弱、信息化程度低、從業(yè)人員綜合素質(zhì)有待提高等問題?，F(xiàn)階段齒輪行業(yè)應(yīng)通過自主知識產(chǎn)權(quán)

27、產(chǎn)品設(shè)計開發(fā),大力開展有特色的制造工藝、有特色的產(chǎn)品,通過技改,實現(xiàn)現(xiàn)代化齒輪制造企業(yè)轉(zhuǎn)型。 目前國內(nèi)自主開發(fā)的齒輪設(shè)計系統(tǒng)較多是按國內(nèi)標準,使用VB、VC等語言開發(fā),對于外向型的齒輪制造企業(yè)來說,接受的境外訂單多采取歐美標準或非標準齒輪,此外,目前齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向開展,并力求尺寸小、重量輕、壽命長和經(jīng)濟可靠。因此,積極借鑒國外的先進CAD技術(shù)及齒輪理論和制造工藝對于目前國內(nèi)齒輪行業(yè)產(chǎn)能雖不斷擴大,但急需轉(zhuǎn)型為現(xiàn)代化齒輪制造企業(yè)所關(guān)注2。 改變齒輪的傳統(tǒng)的設(shè)計方法,采用現(xiàn)代化的設(shè)計方法(計算機輔助設(shè)計)來提高工作效率,具有特別意義。鑒于目前UG、PRO/E、CATIA等

28、主流軟件已在國內(nèi)企業(yè)被廣泛應(yīng)用,UG利用其參數(shù)化混合建模技術(shù)和UG/OPEN GRIP二次開發(fā)技術(shù),實現(xiàn)漸開線齒輪的建模技術(shù)已經(jīng)比較成熟。對于已經(jīng)引入UG的齒輪專業(yè)廠家,希望能在此根底上,實現(xiàn)人機交互、后臺數(shù)據(jù)庫的的訪問,使齒輪的參數(shù)化設(shè)計的應(yīng)用更加容易實現(xiàn)人性化、快捷化、差異化。因此針對不同類型的齒輪的參數(shù)化設(shè)計開發(fā)一套設(shè)計系統(tǒng),具有可視化的客戶界面和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫。客戶層可以實現(xiàn)齒輪的信息查詢、齒輪信息入庫、刪除及參數(shù)化建模;數(shù)據(jù)層可以存儲齒輪數(shù)據(jù)信息,為客戶層提供數(shù)據(jù)支持。對眾多正積極進行技術(shù)升級,產(chǎn)品更新?lián)Q代快的中、小規(guī)模齒輪制造企業(yè)有廣闊的市場需求。1.1.1 參數(shù)化與特征建模技術(shù)的開

29、展概況 CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)是建模技術(shù),特征建模技術(shù)和參數(shù)化設(shè)計技術(shù)是當今主流CAD軟件的關(guān)鍵技術(shù),二者即有一定的區(qū)別,又有機集成 3。 “特征(Feature)是80年代后期為了表達產(chǎn)品的完整信息而提出的一個概念4,他描述零件的幾何信息、工程信息及其依賴關(guān)系,是幾何特征和工程特征的集成。特征模型紀錄了建模的歷史過程,這種基于特征的模型非常便于修改。一個完整的產(chǎn)品模型不僅僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合,還反映出各類數(shù)據(jù)的表達方法以及相互之間的關(guān)系。只有建立在一定表達方式根底上的產(chǎn)品模型,才能有效地為各應(yīng)用系統(tǒng)所接受和處理,作為完整表達產(chǎn)品信息的產(chǎn)品信息模型5。 參數(shù)化設(shè)計是新一代智能化、集成化CAD/CA

30、M系統(tǒng)的核心內(nèi)容。所謂參數(shù)化設(shè)計就是將設(shè)計要求、設(shè)計原那么、設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果用靈活可變的參數(shù)來表示,根據(jù)參數(shù)來調(diào)整相關(guān)尺寸,實現(xiàn)尺寸對圖形的驅(qū)動,以便在人機交互過程中隨時對設(shè)計對象加以更改6。參數(shù)化設(shè)計促進了設(shè)計手段的更新,提高了設(shè)計柔性,在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中發(fā)揮著越來越重要的作用7。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)以其強有力的草圖設(shè)計、尺寸驅(qū)動修改圖形的功能、成為初始設(shè)計、產(chǎn)品建模及修改、系列化設(shè)計、多種方案比較和動態(tài)設(shè)計的有效手段。1.1.2 齒輪CAD系統(tǒng)的國內(nèi)外開展概況 目前,市場上有很多關(guān)于齒輪傳動的設(shè)計系統(tǒng),但是都或多或少地存在著不完善的地方。例如,有些早期軟件只具有幾何參數(shù)設(shè)計功能,不能完成齒輪的參

31、數(shù)化三維模型8。后來即使實現(xiàn)了齒輪造型的功能,但模型精度較低,有些是使用圓弧等簡單曲線代替漸開線對齒廓曲線進行造型,不能很好的表達漸開線齒廓的幾何特性 9;少數(shù)單位也開發(fā)了較為完整的齒輪設(shè)計軟件,雖然比較適于生產(chǎn)實際的需要,價格卻很高。因此在生產(chǎn)實際中,很多設(shè)計人員為了在特定的要求下進行齒輪的設(shè)計和造型,仍然使用手動設(shè)計這一古老的方法,這種方法工作量大、效率很低、容易出錯。 漸開線齒輪,由于其主要建模元素漸開線的數(shù)學(xué)模型復(fù)雜,靠傳統(tǒng)的幾何建模方法,一般設(shè)計者很難精確造型,導(dǎo)致最終的產(chǎn)品質(zhì)量不高,且效率低下。隨著材料技術(shù)的迅猛開展,一些非金屬材料的齒輪(如塑料齒輪等)在工業(yè)產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用,由此

32、導(dǎo)致齒輪模具、快速成型及虛擬制造技術(shù)的迅速開展,用常用CAD軟件對齒輪三維基體和齒面進行參數(shù)化造型設(shè)計己成為設(shè)計者的迫切需求10。 (1)齒輪類零件參數(shù)化二維CAD研究現(xiàn)狀 關(guān)于齒輪類零件參數(shù)化二維計算機輔助設(shè)計,國內(nèi)外很多學(xué)者進行了研究。這在一定程度上解決了齒輪零件的快速出圖的問題。但運用AutoCAD進行二維設(shè)計存在著工作量大、不直觀、容易出錯和難于修改是其客觀存在的缺點。實際上,基于AutoCAD的二維設(shè)計技術(shù)還不能算是一種嚴格意義上的設(shè)計技術(shù),它只能說是一種輔助繪圖技術(shù)。它雖然能將工程設(shè)計人員從繁重的手工繪圖工作中解放出來,但對復(fù)雜投影線的生成、設(shè)計模型修改以后的圖紙更新等問題,基于A

33、utoCAD的二維設(shè)計技術(shù)是無法做到的11。 (2)齒輪類零件參數(shù)化三維CAD設(shè)計研究現(xiàn)狀 三維模型可以直觀地展示產(chǎn)品的虛擬數(shù)字化模型,在產(chǎn)品的可視化設(shè)計、裝配設(shè)計、仿真分析和加工等方面有著二維圖形無法比較的優(yōu)越性,是提高設(shè)計質(zhì)量的重要手段。目前,3D CAD設(shè)計以成為市場的主流。目前我國市場上推出的商品化軟件中,比較優(yōu)秀的國外軟件有Siemens UG、CATIA、SolidWorks、Pro/Engineer等。 關(guān)于齒輪類零件參數(shù)化三維計算機輔助設(shè)計,國內(nèi)外不少學(xué)者進行了研究,李新華分析了SolidEdge軟件在齒輪設(shè)計中存在的缺乏,以VBA作為開發(fā)工具,根據(jù)特征參數(shù)化造型思想,開發(fā)出了

34、基于特征的參數(shù)化齒輪系統(tǒng)生成模塊,提高了繪圖效率12。王穆選用大型軟件I-DEAS作為開發(fā)平臺,通過選擇齒輪系各零部件有關(guān)的根本結(jié)構(gòu)形式參數(shù)和主要的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)建立起各零部件及子系統(tǒng)的簡化模型庫13。朱風(fēng)芹在Pro/Engineer環(huán)境下實現(xiàn)了直齒圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計,只要改變相關(guān)參數(shù)就可以得到不同參數(shù)的齒輪,到達縮短齒輪設(shè)計周期、減少重復(fù)工作的目的14。劉文生通過闡述基于Pro/Engineer模型的參數(shù)化設(shè)計方法,介紹了參數(shù)化設(shè)計的根本原理和功能,給出了在Pro/Engineer下實現(xiàn)二次開發(fā)的過程和技術(shù),并通過圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計實例詳細闡述了設(shè)計的步驟及關(guān)鍵技術(shù)15。宋瑞芳結(jié)合計算機輔

35、助工業(yè)CAD/CAM的需要,介紹了在Solidworks中實現(xiàn)參數(shù)化齒輪三維造型的技巧和方法。應(yīng)用此方法可以在Solidworks環(huán)境下完成齒輪的參數(shù)化三維造型設(shè)計16。 本文在研究過程中,充分參考和吸收了國內(nèi)外的最新技術(shù)成果。采用UG二次開發(fā)技術(shù),并使用Visua C+編程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù),開發(fā)具有開放數(shù)據(jù)庫的漸開線齒輪開發(fā)系統(tǒng)。1.2 課題的來源和主要研究內(nèi)容及意義1.2.1 課題來源 本課題源于常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院國家示范性建設(shè)重點專業(yè)建設(shè)工程?基于UG的機械零件與機構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的一個子工程。漸開線圓柱齒輪的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)是這個系統(tǒng)的前期工作,為后期齒輪傳動設(shè)計、運動仿真等研究工作奠定根底

36、。 本文旨在通過消化吸收國內(nèi)外CAD設(shè)計及零件參數(shù)化方面的研究成果,開發(fā)針對漸開線圓柱齒輪以及錐齒輪三維建模系統(tǒng),利用三維軟件 UG6.0和Access數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化造型和齒輪庫的開發(fā),以提高建模效率,并為其后繼的設(shè)計、仿真和分析工作奠定根底。1.2.2 課題的主要研究內(nèi)容 本課題在斜齒輪設(shè)計的數(shù)學(xué)模型和UG軟件平臺根底上,利用UG二次開發(fā)語言UG/Open Grip、UG/Open API、UG/Open MenuScript和UG/Open UIStyler開發(fā)齒輪參數(shù)化模型,并結(jié)合ODBC MFC和Access數(shù)據(jù)庫建立開放的參數(shù)化斜齒輪庫,主要內(nèi)容如下: (1)系統(tǒng)菜單與對

37、話框的制作。這局部是系統(tǒng)的設(shè)計的重點。利用UG/Open MenuScript編寫菜單腳本,制作系統(tǒng)菜單;利用UG/Open UIStyler進行相應(yīng)程序的編寫,定制斜齒輪參數(shù)化設(shè)計界面的對話框。實現(xiàn)UG/Open API和UG/Open Grip人機交互。 (2)漸開線斜齒輪零件參數(shù)化建模的二次開發(fā)。參數(shù)化建模主要通過UG/Open Grip程序?qū)崿F(xiàn),依據(jù)漸開線方程,計算關(guān)鍵點的數(shù)據(jù),應(yīng)用Grip中的樣條指令繪制漸開線,然后根據(jù)斜齒輪的參數(shù)計算公式,得到相應(yīng)的曲線,最后用實體建模命令集變換矩陣得到漸開線斜齒輪實體模型。用戶界面調(diào)用斜齒輪參數(shù)化建模用函數(shù)實現(xiàn)。 (3)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立。數(shù)據(jù)庫是

38、應(yīng)用程序存儲數(shù)據(jù)的倉庫,在應(yīng)用程序開發(fā)過程中占有重要的位置,簡單的數(shù)據(jù)設(shè)計過程分為數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計與物理設(shè)計兩個局部。本系統(tǒng)采用ACCESS關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。 (4)后臺數(shù)據(jù)庫的訪問功能設(shè)計。利用UG/Open API和MFC實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)庫的1.2.3 課題研究的意義 在UG中利用UG/Open Grip程序,通過求解斜齒輪端面齒廓漸開線和過渡曲線的交點,形成端面齒廓,再沿螺旋線拖拉,直接生成了一對斜齒輪的參數(shù)化模型,模型端面上嚙合點與節(jié)點重合,便于進一步分析齒輪的齒面接觸應(yīng)力和齒根應(yīng)力以及斜齒輪的嚙合過程。通過改變相關(guān)參數(shù)及關(guān)系式,能夠快速地實現(xiàn)齒輪的參數(shù)化造型設(shè)計和修改定型,同時也解決了漸開線

39、斜齒圓柱齒輪精確造型的難題。 利用 UG/OPEN API 對 UG進行二次開發(fā),實現(xiàn)漸開線斜齒輪尺寸反向驅(qū)動建模,當零件尺寸參數(shù)發(fā)生變化時,設(shè)計人員通過調(diào)用自定義菜單和對話框?qū)崿F(xiàn)特征參數(shù)的重新輸入,保存為數(shù)據(jù)文件,驅(qū)動 UG重構(gòu)三維模型并生成相應(yīng)的工程圖。同時建立以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、特征參數(shù)為中心的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),通過人機交互界面實現(xiàn)管理與維護,又可與齒輪參數(shù)化設(shè)計形成的數(shù)據(jù)文件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 第2章 基于UG二次開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)研究2.1 UG軟件概述 UG(Unigriphics)是全球主流MCAD(Mechanical Computer Aided Design)系統(tǒng),是集成計算機輔助設(shè)計、輔助制造

40、、輔助工程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(CAD/CAM/CAE/PDM)一體化的軟件系統(tǒng)之一。自從UG推出以來,在航空航天、汽車、通用機械、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械以及其他高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機械設(shè)計和模具設(shè)計、加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 UG CAID/CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一種基于過程的產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境,使產(chǎn)品開發(fā)從設(shè)計到加工真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成,從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計與制造。UG面向過程驅(qū)動的技術(shù)是虛擬產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù),在面向過程驅(qū)動技術(shù)的環(huán)境中,用戶的全部產(chǎn)品及其精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開發(fā)全過程的各個環(huán)節(jié)保持相關(guān),從而有效地實現(xiàn)了并行工程17。2.1.1 UG軟件的技術(shù)特性 UG軟件不僅具有

41、強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計功能,而且在設(shè)計過程中可進行有限元分析、機構(gòu)運動分析、動力學(xué)分析和仿真模擬,從而提高了設(shè)計的可靠性。同時,可采用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼用于產(chǎn)品的加工。另外它所提供的應(yīng)用開發(fā)語言UG/Open GRIP和UG/Open API功能強大、簡單易學(xué),便于用戶開發(fā)專用CAD系統(tǒng)。具體來說,該軟件具有以下特點: (l)具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,真正實現(xiàn)了CAID、CAD、CAE和CAM等模塊之間無數(shù)據(jù)交換的自由切換,并且可實施并行工程。 (2)采用復(fù)合建模技術(shù),將實體建模、曲面建模、線框建模、顯式幾何建模與參數(shù)化建模等建模技術(shù)融于一體。 (3)采用基于

42、特征的建模和編輯方法作為實體造型的根底,形象直觀,類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計方法,并能采用參數(shù)驅(qū)動。 (4)曲面設(shè)計采用非均勻有理B樣條作為根底,可用多種方法生成復(fù)雜曲面,特別適合于汽車外形和汽輪機葉片等復(fù)雜曲面的造型。 (5)二維圖功能強大,可方便地從三維實體模型直接生成二維工程圖,可以按照ISO標準和國標生成各種剖視圖、標注尺寸、形位公差和漢字說明等。 (6)以Parasolid為實體建模核心,目前許多著名CAD/CAE/CAM軟件均以此作為實體造型的根底。 (7)提供了界面良好的應(yīng)用開發(fā)工具,并能通過高級語言接口,使UG的圖形功能與高級語言的計算功能緊密結(jié)合,便于用戶開發(fā)專用CAD系統(tǒng)。2.

43、1.2 UG主要功能模塊介紹 UG是一套完整的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)軟件18,包含產(chǎn)品的最初概念設(shè)計到最終的產(chǎn)品制造的完成過程,包含眾多的應(yīng)用模塊,下面簡單介紹它的主要功能 (1)工業(yè)設(shè)計和造型CAID 提供先進的自由曲面建模、分析和可視化功能,可以自由地研究和細化產(chǎn)品概念。通過UG UG產(chǎn)品組合內(nèi)全面集成工業(yè)設(shè)計和造型的解決方案,這些專用工具和傳統(tǒng)的CAD、CAE和CAM工具相結(jié)合,提供可獲得的最完整的工業(yè)設(shè)計和最高級的外表處理解決方案。 (2)幾何建模(Modeling) UG UG的混合建模提供了多種高性能工具,包括基于特征的參數(shù)化設(shè)計、傳統(tǒng)的顯式建模以及獨特的直接建模,能夠處理任何復(fù)雜的幾何模

44、型。該模塊支持實體建模Solid Modeling、特征建模Features Modeling、自由形狀建模Free-form Modeling等建模方式,該模塊是其他應(yīng)用模塊的根底。 (3)用戶自定義特征(User-Defined Features:利用用戶定義特征以交互方式捕捉、存儲并重復(fù)使用各個特征的智能局部?？梢栽谌魏螀?shù)化實體模型中,以特征變量和各個參數(shù)間關(guān)系的方式添加零件知識。這些用戶定義的智能特征可以存儲在知識庫里面,以便在創(chuàng)立零件的時候調(diào)用該特質(zhì),也可以在UG/OPEN API程序中調(diào)用它。 (4)鈑金設(shè)計(Sheet Metal Design)。UG鈑金設(shè)計解決方案為專業(yè)設(shè)計

45、人員提供了一整套工具,根據(jù)材料特性和制造過程方面的知識高效地創(chuàng)立并管理鈑金零件。鈑金部件的折疊和展開視圖既可以用于三維環(huán)境,又可以用于下游的二維文件和制造。 (5)裝配設(shè)計(Assembly Design)。裝配建模支持協(xié)同、高層次的設(shè)計方法。UG 支持自上而下和自下而上兩種裝配設(shè)計方法,提供高級裝配管理和導(dǎo)航。裝配環(huán)境里面的干擾、余隙和質(zhì)量特性分析工具可以檢測擬合、重量以及重心問題。UG的裝配管理功能,可以輕易地管理和操縱大多數(shù)產(chǎn)品里面都有的復(fù)雜產(chǎn)品關(guān)系,包括產(chǎn)品配置、選項和變型。 (6)工程制圖(Drafting) UG繪圖模塊提供了一套綜合性的自動化工具,利用已經(jīng)建立的參數(shù)化實體模型和裝

46、配模型的信息創(chuàng)立符合標準的零件圖和裝配圖。由于UG采用相關(guān)主模型數(shù)據(jù)庫管理,圖紙上的尺寸隨著模型的改變而自動更新,確保了圖紙尺寸和模型尺寸的一致性,從而極大地提高了工作效率。 (7)數(shù)字化仿真分析CAE 為了在產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境中實現(xiàn)最優(yōu)的數(shù)字仿真水平,UGS提供了一套綜合的CAE解決方案,包括高級仿真環(huán)境(Advanced Simulation)、設(shè)計仿真環(huán)境(UG Design Simulation)、運動仿真環(huán)境(UG Motion Simulation)和一系列設(shè)計驗證(Quick Check)工具。 (8)計算機輔助制造(CAM)。CAM提供了同一個系統(tǒng)中的各種NC編程功能(包括車削、根本

47、銑削和鉆孔、固定軸銑削、可變軸銑削、基于特征的自動編程、支持多功能加工和線切割等),還包括后處理器創(chuàng)立和編輯工具以及全面的3D機床仿真。 (9)編程和自定義(Programming&Customization) 利用UG? 數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)解決方案提供的編程和定制化工具,公司可以根據(jù)自身的特定需要擴展和自定義各項UG解決方案功能。這些工具可以支持UG的知識驅(qū)動型的自動化功能,可供產(chǎn)品開發(fā)人員和應(yīng)用程序開發(fā)人員使用。2.2 UG的二次開發(fā)技術(shù)2.2.1 二次開發(fā)技術(shù)概述 隨著CAD/CAM應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大和應(yīng)用水平的不斷提高,用戶需求與CAD/CAM系統(tǒng)規(guī)模之間的矛盾日益增加,沒有一個CA

48、D/CAM系統(tǒng)能夠完全滿足用戶的各種需求。作為商品化的CAD/CAM軟件產(chǎn)品,是否擁有一個開放的體系結(jié)構(gòu),是衡量該軟件的優(yōu)劣性、適用性和生命力的重要標志,而是否擁有一個開發(fā)簡便、運行高效的二次開發(fā)平臺又是開放式體系結(jié)構(gòu)的核心和關(guān)鍵19。目前,主流的CAD/CAM軟件都具有用戶定制功能并提供二次開發(fā)工具。 通過CAD/CAM軟件的二次開發(fā)工具可以把商品化、通用化的系統(tǒng)用戶化、本地化,即以CAD系統(tǒng)為根底平臺,在軟件開發(fā)商所提供的開發(fā)環(huán)境與編程接口根底之上,根據(jù)自身的技術(shù)需要研制開發(fā)符合相關(guān)標準和適合企業(yè)實際應(yīng)用的用戶化、專業(yè)化、知識化、集成化軟件,以進一步提高產(chǎn)品研發(fā)的效率。在通用CAD/CAM

49、根底上融入專業(yè)知識構(gòu)建專用CAD/CAM系統(tǒng)是當前深化CAD/CAM應(yīng)用的潮流20。 把用戶的設(shè)計思想轉(zhuǎn)化為特定的新功能需要以下根本要素,這些根本要素構(gòu)成了CAD/CAM軟件二次開發(fā)平臺的根本結(jié)構(gòu)21。圖2.1 CAD二次開發(fā)的層次結(jié)構(gòu)Figure 2.1 The hierarchical structure of CAD secondary development (1)通用CAD/CAM軟件?管理層。通用CAD/CAM軟件是整個開發(fā)的根底,是二次開發(fā)應(yīng)用程序的宿主。它應(yīng)具有比較完備的根本功能,即使沒有二次開發(fā)應(yīng)用程序,它也能滿足根本的使用需求。在二次開發(fā)平臺結(jié)構(gòu)中,通用CAD/CAM軟件屬

50、于管理層,它所負責(zé)的工作主要包括用戶界面定制、圖形顯示、文檔數(shù)據(jù)管理、交互流程控制、消息分發(fā)和應(yīng)用程序的管理等。 (2)編程開發(fā)環(huán)境?開發(fā)層。開發(fā)者采用某種計算機高級語言(如C/C+等)在特定的開發(fā)環(huán)境中進行應(yīng)用程序的開發(fā)。由于通用的集成開發(fā)環(huán)境(如VC+、VB和Delphi等)具有功能強大、使用簡單、可靠性強和生成代碼效率高等優(yōu)點,目前一般都在通用的集成開發(fā)環(huán)境中進行二次開發(fā)。在二次開發(fā)平臺結(jié)構(gòu)中,編程開發(fā)環(huán)境屬于開發(fā)層,它主要包括應(yīng)用程序源代碼的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和代碼優(yōu)化等。 (3)應(yīng)用程序編程接口(API)?支持層。編程開發(fā)環(huán)境僅提供了一般性的語言支持,在二次開發(fā)過程中,還需要提供

51、相應(yīng)的API支持。通過這些API接口,二次開發(fā)應(yīng)用程序可以建立與原軟件應(yīng)用程序的鏈接,使新開發(fā)的功能和原有的功能無縫集成。在二次開發(fā)平臺結(jié)構(gòu)中,應(yīng)用程序編程接口屬于支持層,它是用戶開發(fā)的應(yīng)用程序與CAD軟件之間進行鏈接、通信和互操作的通道。 (4)開發(fā)者的設(shè)計思想?知識層。一般來說,CAD/CAM軟件開發(fā)商通過以上3個層的引入就為用戶提供了二次開發(fā)的工具和方法。此外,二次開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)還需要融入開發(fā)者的設(shè)計思想。開發(fā)者將其設(shè)計思想通過二次開發(fā)工具和方法,并結(jié)合原有的CAD/CAM系統(tǒng)功能,才能構(gòu)成具有實用價值的應(yīng)用程序。在二次開發(fā)平臺結(jié)構(gòu)中,用戶設(shè)計思想屬于知識層,它是開發(fā)者知識和能力的表達,是二次開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用和實踐。 UG二次開發(fā)(又稱應(yīng)用開發(fā)