基于UG的油缸的参数化设计基于UG的油缸的参数化设计

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摘要通过CAD/CAM平台,UG体现出了其强大的功能,但UG为了支持一般的CAD/CAM软件系统,只拥有其中一部分最基本的功能,缺少用于设计制造专用产品所需要的完整的计算机功能。机械设计产品花样繁多,需要对具体的设计制造对象对CAD/CAM软件二次开发,以此来创建出功能优异,界面完善,使用便捷的CAD/CAM系统通过UG的二次开发工具,可以扩展UG的功能,实现某些特定产品的参数化设计和管理。可以大大提高产品设计的效率。此次设计的题目是基于UG二次开发的油缸参数化设计管理。总体思路是输入预荷油缸的原始设计参数,通过相关公式及查表获得油缸的几何参数,再通过油缸的几何参数建立油缸模型,从而达到油缸参数化设计,再通过对油缸的各个零部件的管理达到基于UG二次开发的油缸参数化管理。关键词油缸;设计参数;几何参数;参数化设计;管理ABSTRACTUGDISPLAYTHEFORMIDABLEFUNCTIONONCAD/CAM,BUTUGISTHEGENERALSUPPORTSOFTWARESYSTEM,ONLYHASTHECAD/CAMBASICFUNCTIONANDNOTPROVIDETHECOMPLETECOMPUTERAIDEDDESIGN/MANUFACTUREFUNCTIONWHICHTHESPECIALPURPOSEPRODUCTNEEDEDASARESULTOFTHEEVERCHANGINGMECHANICALPRODUCT,ITNEEDSTOAIMATTHECONCRETEOBJECTINTHECAMSOFTWAREPLATFORMWHICHSELECTSTOCARRYONTHEREDEVELOPMENTANDDESIGNSTHENODDINGACQUAINTANCEGOODANDITISEASYTOOPERATESPECIALPURPOSEPRODUCTCAD/CAMSYSTEMTHROUGHTHEUGREDEVELOPMENTTOOL,WEMAYEXPANDTHEFUNCTIONOFUGANDREALIZECERTAINSPECIFICPRODUCTPARAMETRIZATIONDESIGNANDTHEMANAGEMENTWEALSOMAYENHANCETHEEFFICIENCYOFPRODUCTDESIGNGREATLYTHISDESIGNTOPICISBASEDONTHEUGREDEVELOPMENTONHYDROCYLINDERPARAMETRIZATIONDESIGNMANAGEMENTTHEOVERALLTRAINOFTHOUGHTISTHATWESHOULDINPUTTHEPRIMITIVEDESIGNVARIABLEOFTHEPREDUTCHHYDROCYLINDER,ANDOBTAINSTHEGEOMETRYPARAMETEROFTHECYLINDERTHROUGHTHECORRELATIONFORMULAANDTHETABLE,ANDTHENESTABLISHTHEHYDROCYLINDERMODETHROUGHGEOMETRYPARAMETEROFHYDROCYLINDER,THUSWEACHIEVETHEHYDROCYLINDERPARAMETRIZATIONDESIGNANDHYDROCYLINDERPARAMETRIZATIONMANAGEMENTKEYWORDSHYDROCYLINDER,DESIGNPARAMETER,GEOMETRYPARAMETER,PARAMETRIZATIONDESIGN,MANAGEMENT目录摘要错误未定义书签。ABSTRACT错误未定义书签。目录错误未定义书签。1绪论111本课题的研究内容和意义112国内外的发展概况113本课题应达到的要求22相关软件321UNIGRAPHICSNX的简介3211UNIGRAPHICSNX的概述3212UNIGRAPHICSNX的功能322VISUALC的简介6221VISUALC的概述6222VISUALC的功用7223设计选用的原因73液压缸的介绍931液压缸的分类和特点9311活塞式液压缸[3]9312柱塞式液压缸12313摆动液压缸13314其他144预荷油缸的尺寸参数的确定1541液压缸的主要尺寸15411活塞杆直径D15412液压缸内径D1542液压缸的校核16421缸体壁厚的校核16422液压缸缸盖固定螺栓直径1D的校核16423活塞杆稳定性的验算1643动系统及元件缸内径及活塞杆外径选定标准17431液压缸的缸内径应符合下表44的规定[7]17432液压缸的活塞杆外径应符合下表45的规定175UG/OPENAPI的介绍1851UG/OPENAPI的基础知识18511UG/OPENAPI应用程序的初始化与终止20512函数名称及参数规范20513UG对象类型及操作236创建UG应用程序的用户界面2761MENUSCRIPT菜单技术27611简介27612菜单脚本文件及其语法2762UISTYLE对话框技术35621缸筒的参数化设计的对话框35622活塞的参数化设计的对话框39623卡键帽的参数化设计的对话框41624载荷预设值的对话框447编译环境设置4671创建VC4672配置调试环境478编写UG/OPENAPI程序5081简介5082创建应用程序主体函数建模函数50821缸筒建模函数[10]5083应用程序的自动加载51831应用程序的自动加载5184应用程序的运行结果52841应用程序的运行结果529结论与展望5591结论5592不足之处及未来展望55致谢56参考文献57附录581绪论原始的机械设计及制造过程艰难且充满复杂性,从设计的整体思路初现端倪开始设计者就要不间断的反复进行产品设计的整个过程,由于缺少一个人性化的产品设计系统,设计的整体过程就会显得比较复杂,随之而来的便是效率的及其低下。随着设计软件及CAD/CAM技术的不断发展,开发者通过编写程序将设计过程中最抽象,最通用及最最通用的部分抽取出来并使使用者能够根据实际的情况进行功能的组合,以实现参数化的CAD/CAM交互系统。11本课题的研究内容和意义UG在CAD/CAM上显示出了强大的功能,但UG为了支持一般软件的运行于操作,仅具有CAD/CAM的一些基础性功能,没有开发出完善且系统的功能来支持专用产品的计算机设计及制造。机械设计的复杂性及产品功能的繁复性决定了需要对CAM软件平台进行二次开发以适应具体变化的对象。同样,通过UG二次开发工具,可以扩展UG的功能,实现某些产品的参数化设计加工和管理,由此,产品设计的效率将被大大的提高。产品的设计制造过程中,产品自身的形状及相应的尺寸必然需要经过多次的协调,优化与修正。如果通过CAD/CAM进行非参数化建模,那么即使只是改变图形的一个结构与尺寸,也要对产品的具体数据进行修改,甚至是重新进行建模,能否在进行产品设计的时候,通过添加某些特定的数据从而获得产品设计所需的各个机构及零部件的具体尺寸;同样,若产品的总体设计发生变化,是否可以通过只修改其中一部分的数据而获得产品全新的数据信息呢这便是是参数化设计的具体思想。12国内外的发展概况UG因其强大的功能成为了当今世界上最为被广泛应用的设计软件,其中包含了世界上最强力、最广泛的产品设计应用模块。UG软件作为先进的CAD/CAM设计软件,拥有产品的开发制造,设备全自动生产、设备无缝精确装配、三维图形资源库的功能。UG在当今机械产品的设计与制造行业中被运用的日渐广泛及深入,相较于AUTOCAD等平面绘图系统,UG的运用较为繁复,但也无法阻碍人们对其深入了解的脚步。从这一点也可以看出来UG拥有人们所希望的良好的性能和全面的开发方法。伴随着我国GDP的快速增长及制造业技术的不断发展,对于电脑制图能力的要求越来越高,并且现在的制图软件功能也越来越强大,所以UG的应用也越来越广泛,现在,这些制图软件已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、模具、工厂自动化、土木建筑、地质、家电等各个领域得到广泛应用。制造商在进行产品的研发时所需要的工具及软件可以完全的被NX开发方案所支持。UGSPLM的一些解决方案均能与NX开发方案完美结合。如今,UG已经被包括通用汽车,通用电气,福特,波音麦道,洛克希德,劳斯莱斯,日产,克莱斯勒,及美军方所运用,UG几乎包办了所有飞机及汽车发动机的设计,体现出了其在高端工程领域及军工领域的实力。在高端领域与CATIA并驾齐驱。对一般的设计人员来说,要运用UG进行复杂产品的三维机械设计,设计师首先要花费大量的时间熟悉整个软件的运行过程,同时要在较短的时间内对三维建模有较为深刻的认识,这是一个极其困难的任务。UG的二次开发工具应运而生,通过其对复杂机械结构的参数化设计,设计的整体效率被大大的提高。由于UG软件的通用性只包含有CAD\CAM的一些基本功能,无法提供进行专门产品设计是所需要的特定的功能。机械产品具有繁复性,需要针对具体对象在选用的CAM软件平台上进行二次开发,来设计出界面友好、功能强大和使用方便的专用产品的CAD/CAM系统UG/OPENUISTYLER、UG/OPENGRIP和UG/OPENAPI的二次开发技术。13本课题应达到的要求此次设计的题目是基于UG平台的油缸的参数化设计总体思路是输入油缸的原始设计参数,通过相关公式及查表获得油缸的几何参数,再通过油缸的几何参数运用UNIGRAPHICSNX及VISUALC等三维软件及编程软件建立油缸模型,从而达到油缸参数化设计。2相关软件21UNIGRAPHICSNX的简介211UNIGRAPHICSNX的概述UGNX作为机械设计领域用途最为广泛的三维建模软件,其主要的作用是创建从设计到制造的整套自动化流程,作为全新一代的CAD\CAM的系统软件,其在机械设计方面用途广泛。相对于传统CAD\CAM软件功能的局限性,UGNX不仅能进行产品结构的绘制与建立,更能为此建立一套健全的产品设计制造方案,包括产品设计、结构设计、模型建立、加工成型、结构分析、产品的分析及数据管理、甚至产品使用寿命的评估,因此UGNX是集合了多种功能的设计系统。UGNX已成为世界商最优秀公司广泛使用的设计系统。这些公司包括通用电气、波音飞机、松下、飞利浦、爱立信、柯达、精工。从1990年登陆中国以来,经历了多次迅猛的发展已成为中国航天业、汽车制造、机械制造业及家用电气等领域的首选软件。[1]212UNIGRAPHICSNX的功能几个不同的模块构成了UGNX软件,其中包括了CAD、CAM、注塑件、金属件、工程质量检测、管路应用、WEB、逆向工程等不同模块,其中每个功能模块都以GATEWAY环境为基础,它们之间既相互独立又互相联系。2121CAD模块由于在三维建模领域拥有很强的能力,因此UGNX软件早已被世界上多家航天及汽车制造厂商所运用。CAD模块又由以下许多独立功能的子模块构成(1)建模模块此模块作为全新的产品设计造型模块,提供实体化建模、特性建模、曲面建模等一系列先进的造型和辅助功能。草图工具适合于全参数化设计;曲线工具虽然参数化功能不如草图工具,但用来构建线框图更为方便;实体工具完全整合基于约束的特性建模和显示几何建模的特征,由此各种特征实体、线框架构等功能能被自由的使用;曲面工具是基于整合了实体化建模和曲面建模基础技术上的设计工具,可以设计出如工业造型设计产品的复杂曲面外形。(2)工程制图模块UG工程制图模块中的平面工程图由实体模型自主生成,也可用曲线功能直接绘制。此模块还提供自主的视图布局(包括基本视图、剖视图、向视图等),而且可以自动或者手动对尺寸进行标注,自动进行剖面线的绘制、对形位公差和表面粗糙度进行标注等。由于3D模型的变化,工程图将会进行同步的更新,进而使二维工程图与三维模型达到基本一致,同时也减少了因3D模型改变而更新二维工程图的时间。另外,消隐线与截面视图也包括于视图之中,模型修改完成后也会进行相应的更新,且可以运用自动的视图布局能力提供快速的图纸布局,从而减少工程图更新所需的时间。(3)装配建模模块UG装配建模模块是用于产品的模拟装配,支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。在总装配文中可以对装配模型进行设计和改造,组件通过对齐、偏移等方法进行定位及配对,加强了性能,减少了对存储的要求。(4)模具设计模块模具设计模块是UGS公司提供的运行在UG软件基础上的一个智能化、参数化的注塑模具设计模块。此模块能够对产品的分型、型腔、滑块、推杆、镶块、型腔轮廓,以及创建电火花加工的电极、模具的模架、浇注系统和冷却系统等提供了方便的设计途径,最终的目的是生成与产品参数相关的、可用于数控加工的三维模具模型。此外,3D模型的每一改变均会自动地关联到型腔和型芯。2122CAM模块作为UGNX在计算机上的辅助制造模块,CAM模块提供了CLSFS编译与创建实现了对NC的加工,提供了包括铣、车、切割、钣金等加工方法的交互操作,还具有机床数据文件生成器及图形后置处理的支持。同时又提供了系统资源制造系统、刀具轨迹编辑器、模拟切削、模拟机床等一系列功能。2123UG/GATEWAY模块GATEWAY是运行另外一些对应模块的前提条件,该模块为UGNX6另外模块的运作提供了底层相一致的数据库支持和一个图形交互环境。通过它能够打开已经保存的部件文件、建立全新的部件文件、画出工程图像及支持不同格式的文件等操作,也提供图层控制、屏幕布局及视图的定义、表达式及特征查询、对象信息及分析、显示控制及隐藏和再现对象等操作。2124MOLDWIZARD模块MOLDWIZARD是UGS公司设计的能够在UNIGRAPHICSNX软件基础上运行的一个注塑模具设计模块。MOLDWIZARD为产品的分型、型腔、推杆、滑块、镶块、复杂型创建电火花加工的电极和模具的模架、冷却系统和浇注系统等提供了方便的设计途径,最终可以生成与产品参数相同的、可用于数控加工的三维模具模型。2125有序的开发环境UGNX开发工具统称为UG/OPEN,是一系列基于UG的应用软件在一个开放的平台上集成的。他们随UGNX一起发布,主要包括API、UISTYLER、GRIP、KF、NXOPEN、MENUSCRIPT。213设计选用的原因UG/OPEN是一系列UGNX开发工具的总称,主要包括UISTYLER、MENUSCRIPT、GRIP、UIAPI、NXOPEN、KF。(1)UG/OPENUISTYLER作为开发对话框的工具,UG/OPENUISTYLER能使设计的对话框于UG相集成,使用户的操作更加方便、更有效的与UG进行联动操作。免除了对繁复的图形与用户接口进行编程,直接使用对话框里的基本空间进行不同的组合从而形成功能相异的对话框。启动入UG,点击【开始】【所有应用模块】【用户界面样式编辑器】即可启动UG的对话框自主设计功能。可通过选择点击工具栏上的各个控件实现设计对话框上各控件的添加及删除;通过对象浏览器能观察到各个控件所包含的信息;可运用资源编辑器对对话框中的各个控件的信息及功能进行修改与删除;同时,可通过设计对话框观察所设计的对话框的界面情况。界面设计结束后,将设计完成的对话框保存后即可自动生成三个文件DLG、_TEMPLATEC和H文件。其中DLG用于保存对话框中的图形文件;H是对话框的头文件,其中包含了对话框和对话框中控件的标识符号及其原型函数;_TEMPLATEC作为对话框中C语言的头文件,包含了各种指令及定义。之后的工作是修改_TEMPLATEC模板文件并在其中加入相应的代码,以确保对话框能调用函数以实现预期的功能。模板文件_TEMPLATEC的修改应该在VC中修改完成,然后和H编译连接生成DLL文件这种DLL文件可以直接通过3种方式调用1)通过OPENGRIP函数调用2)通过MEN调用,需要写在MEN文件中3)通过UISTYLER二次开发的对话框DLG中的按钮响应函数来调用开发人员可以通过UISTYLER工具方便、快捷地设定出和UG的界面风格相统一的对话框界面,防止进行复杂的编程。而且可以和用其他开发工具开发出的结果进行集成。(2)UG/OPENMENUSCRIPT用这一工具可以使菜单实现用户化。UG/OPENMENUSCRIPT支持UG菜单及对话框的设计及修改,我们可以使用此功能对UG的菜单进行重新编排或增加新的功能来实现用户所编译的二次开发程序、用户的工具文件以及系统的各项命令等。以下介绍两种能够通过UG/OPENMENUSCRIPT实现的UG菜单的用户化操作1)添加了用户菜单文件将已经经过用户编辑的且符合要求与规定的文件添加到与其对应的目录下,这是一种较好的方法。2)修改编译用户标准菜单文件用户编辑与修改已经存在的菜单文件但运用这种办法将会改变UG原有的菜单布局并且无法恢复。(3)UG/OPENGRIPGRIP作为一种独有的图形交互编程语言可以使用户实现在UG平台下的大部分操作,GRIP命令与英语词汇惊人的相似,语法方面与其他编程语言有某些相同之处,在一些情况下GRIP编程语言对于某些较高级的操作似乎比UG交互更为有效,UG交互所能实现的功能都能通过GRIP编程语言实现。UG/OPENGRIP作为最被广泛运用的GRIP语言编辑器由UG所提供,用户可以通过它实现修改、编辑、编译、连接程序。和普通的语言一样,GRIP语言拥有其自身的程序、语法、函数和与其他不同的语言进行互动的接口,单个GRIP语句中包含了单个或多个GRIP命令,作为GRIP语句的基本成分。GRIP命令有三种表示格式AGPA符号格式以此访问UG系统中各个对象及参数。B陈述格式在编辑于生成实体中起作用。CEDA符号格式在访问UG数据库中各个对象的功能时起作用。作为工程师的语言,GRIP语言具有简明,易懂的特点,由于所编写的程序长而繁复且要求对细节的精准把握。GRIP语言常只适用于一些规模相对较小的程序。(4)UG/OPENAPIUG/OPENAPI(USERFUNCTION),是一个允许程序访问并改变UG对象模型的程序集合。UG/OPENAPI装载了接近2000个UG操作的函数,通过它可以在C程序和C程序中以库函数的形式调用UG内部的将近2000个操作,该函数几乎可以实现UG平台上的所有操作,包括对UG中文件及数据的管理、对图形终端和数据库的操作。由于编译连接的不同,UG/OPENAPI程序可以两种不同的环境中运行,分别是外部(EXTERNAL)及内部(INTERNAL)。通过EXE的方式,外部类型可以直接运行于操作系统之中,虽然能在计算机中生成所需的图形文件,但是此类型没办法显示出图形与用户相交互的特性;内部类型的运行环境限制于UG中,并且以DLL的方式被加入到到UG的运行进程中,并常驻于内存之中。与外部类型相比,更快的连接速度、更小的程序大小及更好的互动性是其显著的优点。UG/OPENAPI程序通过C或C语言进行编译,这里给出两种方法在VC中建立用于UG平台的二次开发程序1)采用向导构建程序的基本的框架;2)手工构建一个工程。第一种方法通过向导的指引按照规定的步骤逐步构建出程序的基本框架;第二种方法则繁琐得多,通过在VC中手动加入各个配置,以建立起UG软件和VC之间的关联,所以最好使用向导来建立UG平台的二次开发工程。22VISUALC的简介221VISUALC的概述C语言作为计算机的高级语言已经在国际上处于主流地位,既可以用它来编译系统内的软件,也可以用它来编译应用软件。汇编语言普遍运用于早期操作系统中程序的编译。由于汇编语言对计算机的依赖性较强,所以为了加强系统软件的可读性及可移植性,应该改用高级语言。但是,由于汇编语言的某些功能难以用高级语言来实现(汇编语言可以直接对硬件进行操作)。人们希望找到一种同时具备两种语言优点的语言,于是,C语言由此应运而生了。VISUALC60不仅仅作为C编译器,更是一个运用于WINDOWS操作平台的可视化集成开发状况。VISUALC60由许多部件组成,包括调试器、编辑器以及向导APPWIZARD、类向导CLASSWIZARD等一些开发工具这些组件通过一个名为DEVELOPERSTUDIO的组件集成成为一个和谐的开发状况。[2]222VISUALC的功用VISUALC它大概可以分成以下三个主要部分(1)MFC理论上说,MFC也不是专门用于VC语言的处理,其他类型的VC语言也可用MFC来进行处理。于此同时,通过VISUALC编写代码并不意味着必须要用MFC,用VISUALC、ATL、STL来编写SDK程序一样可以。不过,VISUALC原本就是为MFC打造的,VISUALC中许多特征和语言扩展也是为MFC专门而设,所以用VISUALC而不是MFC就等于丢弃了VISUALC中极大部分的功能。但是,VISUALC也不完全等于MFC。(2)DEVELOPERSTUDIO作为集成开发环境,生活中的大部分工作都是通过此平台完成的,另外由于其标题上写着“MICROSOFTVISUALC”,所以有很多人必定会认为这便是VISUALC。其实并不是这样,虽然DEVELOPERSTUDIO提供了多种多样的WIZARD和及其完善的编译器,但事实上并不包含有任何链接的程序及编译的功能,真正完成这些工作的幕后英雄另有其人。DEVELOPERSTUDIO不是专门用于VC的,同样也可用于VJ,VB,VID等。(3)PLATFORMSDK才是VISUALC及整个VISUALSTUDIO的灵魂和精华,虽然我们很少能直接与它相接处。总体说来,PLATFORMSDK是以MICROSOFTC/C编译器为基础搭配MASM,以其他一些工具及文档资料作为辅助程序。上文中提到DEVELOPERSTUDIO不含有编译程序的应用,那此项工作改由谁来完成是NMAKE,是CL,和其它多种多样的命令行程序,这些我们不可见的程序才是组成VISUALSTUDIO的基础。[9]223设计选用的原因UG/OPENAPI应用程序是利用UG/OPENAPI,采用C语言进行程序设计,使用C语言编辑器和连接器创建的能够在外部环境及内部环境运行的可执行的程序文件名后缀名为EXE或者动态库文件名后缀为DLL形式的程序。基于有差别的操作系统平台,在编译和链接产生UG/OPENAPI应用程序的同一时间,编译的选项和所需要系统的文库有所不同。为了使UG/OPENAPI应用程序能够正常的运作,一定要对编译和链接的选项进行正确的设置。这里以最常用的WINDOWS操作系统,VISUALC60集成开发环境来创立UG/OPENAPI应用程序的方式及步骤。而且VC工程中自带了一个UG向导“UNIGRAPHICSNXAPPWIZARD”,通过它进行UG/OPENAPI应用程序的设计,创建和调试无疑是一种最佳选择。可通过一下方法在VC工程中获得UG向导将这两个文件放入VC安装目录C\PROGRAMFILES\MICROSOFTVISUALSTUDIO\COMMON\MSDEV98\TEMPLATE下。3液压缸的介绍31液压缸的分类和特点图31液压缸的分类图311活塞式液压缸[3](1)定义在缸体内作相对往复运动的且组件为活塞的液压缸。(2)分类①按伸出活塞杆不同可分为“双杆活塞式液压缸”及“单杆活塞式液压缸”。②按固定的形式可将类型分为“以缸体固定”及“以活塞杆固定”两种形式。(3)单杆活塞式液压缸图32单杆活塞式液压缸A简单连接形式的单杆活塞缸特点①两腔面积不等,21AA。②压力相同时,推力不等;流量相同时,速度不等。即不具有等推力等速度性质。速度、推力计算无杆腔进油时/4/11CVQACVQV2DCMAPAPF22111CMPDDPD4/4/222124/212PPDCMD42有杆腔进油时/4/2222DDCVQACVQVCMAPAPF12212CMPDPDD4/4/22122CMPDPDD4/4/2212221AA21VV21FF故活塞杆伸出时,推力较大,速度较小;活塞杆缩回时,推力较小,速度较大。活塞杆伸出时,适用于重载慢速;活塞杆缩回时,适
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