基于UG/Open API的齒輪參數(shù)化建模研究

王孝寧 何新華合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥 230009

基于UG/Open API的齒輪參數(shù)化建模研究

王孝寧 何新華
合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽合肥 230009

本文介紹了UG環(huán)境下利用UG/Open API編程通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)漸開(kāi)線齒輪的建模方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)齒輪的參數(shù)化、系列化。數(shù)據(jù)庫(kù)的引入，可視化窗口的應(yīng)用，使?jié)u開(kāi)線齒輪的參數(shù)更方便存儲(chǔ)，修改，以及讀取。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口，可以使數(shù)據(jù)更方便交流。

UG/Open API；二次開(kāi)發(fā)；參數(shù)化；齒輪；數(shù)據(jù)庫(kù)

引言

UG(unigraphics)軟件是美國(guó)EDS公司推出的當(dāng)今世界上最先進(jìn)的主流軟件之一，廣泛地應(yīng)用于航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶、家用電器等行業(yè)。它是一個(gè)集CAD／CAM／CAE于一體的軟件系統(tǒng)，可應(yīng)用于整個(gè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)概念到實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，包括：概念設(shè)計(jì)、建模、工程圖、裝配、產(chǎn)品分析和加工等內(nèi)容。此外，UG軟件還提供了強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)功能。設(shè)計(jì)者可根據(jù)設(shè)計(jì)需要，為實(shí)現(xiàn)某種特定的功能，開(kāi)發(fā)面向企業(yè)或用戶的專用軟件。UG軟件自身的二次開(kāi)發(fā)工具有：UG/Open API，UG/Open MenuScript，UG/Open UIStyler， UG/Open Grip。另外UG還支持諸如VC++等開(kāi)發(fā)程序。

齒輪是眾多產(chǎn)品的主要零部件，特別是在機(jī)械行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，因此改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，采用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）來(lái)提高設(shè)計(jì)效率，就顯得特別有意義。

1 基于參數(shù)化思想的UG二次開(kāi)發(fā)的工作原理

1.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法選擇

目前，基于參數(shù)化思想的UG二次開(kāi)發(fā)的方法主要有以下兩類：

（1）利用UG提供的參數(shù)化功能模塊實(shí)現(xiàn)模型的設(shè)計(jì)變量驅(qū)動(dòng)，即在模型構(gòu)建過(guò)程中用變量來(lái)控制模型的幾何尺寸和約束關(guān)系。該方法主要是利用UG的全參數(shù)化功能，利用設(shè)計(jì)變量控制模型的形狀和大小，即用戶通過(guò)直接修改變量表中的數(shù)值實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的編輯。但此方法零件庫(kù)存在于主模板零件（template part）文件中，而不是獨(dú)立存在于UG環(huán)境之外，不利于數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，且能存儲(chǔ)的參數(shù)種類有限，參數(shù)化驅(qū)動(dòng)受到很大的限制，此外，零件庫(kù)數(shù)據(jù)不能共享，限制了異地協(xié)同工作和并行設(shè)計(jì)的功能；

(2）利用程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，即利用UG提供的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序接口，運(yùn)用UG二次開(kāi)發(fā)、高級(jí)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)化模型的建立、管理和使用，是一種高級(jí)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。該方法不需要在UG環(huán)境中進(jìn)行各種特征的操作，將零件的特征操作寫入語(yǔ)句，通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、修改，交流。再通過(guò)UG二次開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，能夠更深層次的實(shí)現(xiàn)UG的二次開(kāi)發(fā)。

鑒于以上兩種方法，本文運(yùn)用UG/Open API技術(shù)采用編程的方法建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪的參數(shù)化建模，通過(guò)MFC編輯對(duì)話窗口。該方法更方便齒輪參數(shù)的存儲(chǔ)、修改，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)接口能夠更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交流。

1.2 基于UG/Open的UG開(kāi)發(fā)方法

UG/Open是UG軟件為第三方開(kāi)發(fā)人員提供的主要開(kāi)發(fā)工具，是一系列開(kāi)發(fā)工具的總稱。主要包括如下模塊：

(1) UG/Open API，它是UG與外部應(yīng)用程序之間的接口，是一系列函數(shù)和過(guò)程的集合，支持C/C++等高級(jí)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。

(2) UG/Open MenuScript，它是一種定義UG菜單的腳本語(yǔ)言，是以.men為擴(kuò)展名的文本文件。開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)添加腳本文件創(chuàng)建自定義的用戶菜單。

(3) UG/Open UIStyler，它是開(kāi)發(fā)UG對(duì)話框的可視化工具，生成的對(duì)話框方便用戶高效地與UG進(jìn)行交互操作。

(4) UG/Open GRIP，它是UG內(nèi)嵌式的圖形交互編程語(yǔ)言。

2 齒輪關(guān)鍵曲線

2.1 齒輪端面齒廓漸開(kāi)線表達(dá)式

根據(jù)漸開(kāi)線的形成原理可知漸開(kāi)線的極坐標(biāo)方程為：

圖1 直角坐標(biāo)系

2.2 斜齒輪螺旋線方程

在斜齒輪建模過(guò)程中，螺旋線是一條關(guān)鍵曲線，如圖2所示

由機(jī)械原理得到斜齒輪螺旋線參數(shù)方程為：

圖2 螺旋線直角坐標(biāo)圖

3 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用C/S(client/server)結(jié)構(gòu)。它由客戶層和數(shù)據(jù)層兩個(gè)層次組成。客戶層主要完成標(biāo)準(zhǔn)件的信息查詢、信息入庫(kù)、信息刪除及參數(shù)化建模等內(nèi)容；數(shù)據(jù)層主要用于存儲(chǔ)零件的數(shù)據(jù)信息，為客戶層提供數(shù)據(jù)支持，系統(tǒng)的組成參見(jiàn)圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

數(shù)據(jù)庫(kù)是應(yīng)用程序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中占有很重要的位置，簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程分為數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯設(shè)計(jì)與物理設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。以漸開(kāi)線圓柱齒輪的數(shù)據(jù)庫(kù)建立為例，其邏輯設(shè)計(jì)實(shí)際上就是要確定標(biāo)準(zhǔn)件的關(guān)系模型，詳見(jiàn)表1所示。關(guān)系模型一定要反映出該零件的主要特征，且符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；而物理設(shè)計(jì)是建立在邏輯設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用Access來(lái)創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫(kù)表。

表1 漸開(kāi)線齒輪關(guān)系模型

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.2.1 齒輪三維建模

對(duì)于齒輪來(lái)說(shuō)，先根據(jù)數(shù)學(xué)模型繪制相應(yīng)的曲線，掃描的到齒輪齒槽實(shí)體。

（1）確定齒輪的基本參數(shù)，包括模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、螺旋角、齒高系數(shù)、頂隙系數(shù)、齒寬等。參數(shù)窗口如圖4所示：

圖4 齒輪參數(shù)化窗口

（2）繪制漸開(kāi)線、螺旋線等曲線，形成齒槽輪廓，掃描生成齒輪單個(gè)齒輪齒槽實(shí)體。如圖5所示：

圖5 齒輪槽實(shí)體

（3）以齒頂圓創(chuàng)建齒輪毛坯，然后通過(guò)復(fù)制旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)布爾減，創(chuàng)建鍵槽等操作完成齒輪的三維建模。如圖6所示：

圖6 齒輪三維實(shí)體

[1]鄭文緯,吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社.2005

[2] 黃勇，張博林，薛運(yùn)鋒.UG二次開(kāi)發(fā)與數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用基礎(chǔ)與典型范例[M].北京：電子工業(yè)出版社.2008

[3] 張廣玉,李隆球,郭鑫民. 基于MFC和UG的汽輪機(jī)葉片工裝參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[J].信息技術(shù).2006

[4] 周卿，趙韓等. 基于UG／OPEN API的蝸桿傳動(dòng)參數(shù)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].機(jī)械傳動(dòng).2008

3.2.2 建模的主要程序

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用UG/Open API功能編程實(shí)現(xiàn)了齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)。程序采用界面向?qū)驮O(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)者可以快速完成齒輪的設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)效率。為齒輪后續(xù)的動(dòng)態(tài)仿真、NC加工、干涉檢驗(yàn)以及有限元分析提供了精確的模型。

The study of gear parametric 3D modeling technology based on UG/Open API

Wang Xiaoning He Xinhua
School of Mechanical and Automotive Engineering,HeiFei University of Technoligy ,hefei,230009

The article introduces the modeling method of involute gear in the way of using UG/Open API in database with the software of UG, which can establish gear models of parameterization and serialization. Parameters of involute gear could be easy to save, modify and read with the introduction of database and application of visual studio. Data would be more convenient for communication with data base interface.

UG/Open API;secondary development;parametric;gear;database

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.066