（机械设计及理论专业论文）基于plib标准的滚动轴承cad标准零件库的建立.pdf

摘要 摘要 工业企业借助计算机辅助设计c a d 系统不断开发出高质量、低成本、上市快的新产 品。但由于不同c a d 系统的数据格式互不相同，阻碍了不同c a d 系统之间的数据交换。 在两个或更多的c a d 系统被集成为共享数据的大型应用程序时，就会出现零件信息数据 无法通信的问题。不同数据格式的c a d 系统在一定程度上也阻碍了不同c a d 系统之间标 准件库的零件数据交换和标准件的共享，会大大阻碍制造信息的流通，降低制造业的生 产效率。要解决这些问题必须先实现不同c a d 系统的数据的相互通信。c a d 系统间数据 通信有两种方法。 方法一：采用直接通信；方法- - ：采用间接通信。而为了便于所有c a d 系统不开发 过多的转换程序就能进行转换，提出了以p l i b 标准开发中性数据库作为中间媒介和通 信枢纽，实现不同c a d 系统通过中性数据库进行的间接通信。 本文针对用途广泛的轴承类零件采用了回转方法，立体差方法等精确的建立滚动轴 承零件的实体模型，并编写基于p l i b 标准的零件中性文件，建立了中性数据库结构。 从众多类型的轴承中，文中选择了结构有代表性的单列圆柱滚子轴承、双列圆柱滚子轴 承，单列圆锥滚子轴承、双列圆锥滚子轴承、调心球轴承、调心滚子轴承以及用于调心 球轴承的葵型保持架为对象。 并在圆锥滚子轴承建模过程中，为了解决建模中由于滚子的轴线与x 轴的夹角和滚 子在轴承内位置的不确定性带来的困难，建立新的参考系统。此参考系统以轴承中心轴 线为x 轴，圆锥滚子轴线和轴承中心轴线的交点为圆心。在新参考系统中，p l i b 标准 中的实体旋转函数和u g o p e ng r i p 中的实体旋转函数相互一致，利于相互转换；并 在后处理器中加入了不存在的实体旋转函数的转换过程。最终精确的建立了圆锥轴承和 其他轴承的实体模型。开发了滚动轴承的中性描述程序，完善标准零件库系统。 文中轴承零件的建模方法为以后的轴承类零件的建模提供了一些参考意见。并且通 过本文可以实现基于p l i b 标准的中性数据库到u g 系统的数据通信过程。 关键词：p l i b 标准；滚动轴承；参数化，中性数据库 大连交通人学f ：学硕十学何论文 a b s t r a c t i n d u s t r ye n t e r p r i s ec o n t i n u a l l ye x p l o i tt h eg o o dq u a l i t y ，l o wc o s t ，s w i f tc o m ei n t ot h e m a r k e tp r o d u c tb yv i r t u eo fc o m p u t e ra i d e dd e s i g n ( c a d ) s y s t e m b u tb e c a u s ed a t af o r m a to f d i f f e r e n tc a ds y s t e mi sd i f f e r e n t ，i tb a f f l e st h ed a t ae x c h a n g eo ft h ed i f f e r e n tc a ds y s t e m w h i l et w oa n dm o r ec a ds y s t e ma r ei n t e g r a t e dt h el a r g ea p p l i c a t i o nw i t hs h a r ed a t a ，t h e r ei s ap r o b l e mt h a tt h ep a r ti n f o r m a t i o nd a t ac a nn o tc o m m u n i c a t i o n s d i f f e r e n td a t af o r m a to f c a ds y s t e mb a f f l et h ep a r td a t ae x c h a n g eo fs t a n d a r dp a r tl i b r a r ya n ds h a r eo fs t a n d a r dp a r t i nd i f f e r e n tc a d s y s t e m 。i tb a f f l e sp a s so fm a n u f a c t u r ei n f o r m a t i o na n dr e d u c ee f f i c i e n c yo f m a n u f a c t u r i n g i fy o uw a n t t os e t t l et h ep r o b l e m ，t h ed a t ae x c h a n g eo fd i f f e r e n tc a ds y s t e m i st h ec h i e ft a s k t h ed a t ae x c h a n g e so fc a d s y s t e mh a v et w ow a y t h ef i r s tw a yi sd i r e c tc o r r e s p o n d n es e c o n d a r yw a yi si n d i r e c tc o r r e s p o n d i td o e sn o t n e e dm o r ep r o c e s s o rb yt h en e u t r a ld a t al i b r a r yw i t hs t a n d a r dp l i b w h e nw ee x c h a n g et h e d a t ab yt h en e u t r a ll i b r a r y t e x te x p l o i t st h er o l lb e a t i n g sn e u t r a if i l ew i t hs t a n d a r dp l i b ，a n df o u n dt h en e u r a l d a t al i b r a r y is e l e c tt h es i n g l e ，d o u b l er o wc o l u m nr o l lb e a r i n g ，s i n g l e ，d o u b l er o wt a p e rr o l l b e a r i n g ，m o v ec e n t e rb a l lr o l lb e a r i n g ，m o v ec e n t e rr o l l e rr o l lb e a r i n ga n de s p e c i a lh o l d i n g f r a m e d u r i n ge s t a b l i s h i n gt h et a p e r e dr o l l e rb e a r i n g sm o d e l ，t h e r ei sd i f f i c u l t yt h a ti s c a u s e d f r o mt a p e r e dr o l l e rb e i n go nas l i g h tt i l tt oa x i sxa n di t sl o c a t i o nb e i n gn o tc e r t a i n t yi n b e a r i n g s s oie s t a b l i s ht h en e ww c s t h eb e a r i n g s sa x i si st h en e w w c s sa x i sxa n dt h eo p o i n ti st h ep o i n tw h e r et h eb e a r i n g s sa x i sa n dr o l l e r sa x i si n t e r s e c t p l i bs t a n d a r d sr o t a t e f u n c t i o ni si na c c o r d a n t ew i t ht h eu g o p e ng r i p sr o t a t ef u n c t i o ni nt h en e ww c s t h e n e ww c s s i m p l i f yt h eg e n e r a t i o no fm o d e l w eu s ef u n c t i o no fp l i bs t a n d a r df o re x p l o i t i n g t h en e u t r a lp r o g r a mo ft a p e r e dr o l l e rb e a r i n g sa n dp e r f e c t i n gt h es t a n d a r dp a r t sl i b r a r y t e x tb e a r i n gp a r tm o d e l i n gw a yo f f e rs o m er e f e r e n c e dm i n df o ra f t e rm o d e l i n g b e s i d e s ，i tc a na c h i e v et h ed a t ae x c h a n g ef r o mt h en e u t r a ll i b r a r yw i t hp l i b t ou gs y s t e m k e y w o r d ：p l i bs t a n d a r d ；r o l lb e a r i n g ；p a r a m e t e r ；n e u t r a ll i b r a r y 第一章绪论 第一章绪论弟一早三百下匕 工业企业不断开发出具有高质量、低成本、上市快的新产品，才能在国际竞争中生 存和发展。因此，他们借助于计算机强大的存储能力，快速的处理速度和交互式界面友 好的图形能力，实现复杂的，离散的工程设计或生产任务的自动化和集成化开发，以缩 短产品开发周期和降低生产成本。c a d c a e c e m 技术就是在产品周期中实现这一目的的 技术。并且国际竞争一方面在逐渐降低熟练劳动的可用性，另一方面又在不断加强对生 产质量的重视，这样的国际竞争也同样迫使生产厂家利用c a d c a e c e m 系统使产品设计 和生产过程实现自动化。而其中的c a d 系统所建立的几何模型是执行后续c a e 和c e m 中 其他功能的基础，这是c a d 最大的优点之一，因为它可以节省重新定义几何形状所需的 大量时间，也可以减少因此而造成的出错概率。 第一节c a d 技术发展现状和发展趋势 计算机辅助设计c a d 是在产品开发过程中使用计算机辅助产品创建，修改，分析和 优化的有关技术。这样，任何嵌入了计算机图形学的计算机程序和在设计过程中使工程 设计变得容易的应用程序，都归类为c a d 软件。换言之，c a d 工具包括了从创建形体的 几何建模工具到诸如分析，优化应用程序的所有工具。目前可以使用的典型工具包括公 差分析，质量属性计算，有限元建模和分析结果的可视化。但c a d 最基本的功能是定义 设计几何形状，这里所说的设计可以是机械零件，建筑结构，电子电路和建筑平面布局 等的设计。 c a d 技术产生于本世纪5 0 年代后期。因c a d 技术的发展与工业实际应用和需求密切 相关，随着实际应用的需要，一些计算机应用的新技术和一些新的算法在c a d 中不断出 现和发展，主要表现在以下三方面： 1 、c a d 建模技术的研究和发展 建模技术是c a d 的核心技术，建模技术的研究、发展和应用，就代表了c a d 技术的 研究、发展和应用。从5 0 年代至今建模技术的发展经历了二维建模、三维几何建模( 包 括线框建模、曲面建模、实体建模) 、特征建模( 包括参数化和变量化建模) 及产品集 成建模的发展过程。 二维建模是最初的c a d 技术用来解决二维绘图问题的，后来发展为三维的几何建模 技术。三维几何建模又分为线框建模、曲面建模和实体建模。线框建模是以线来构造三 维物体，其主要算法是空间自由曲线的拟合和表达，相对简单。曲面建模是由曲面来构 造三维物体，其主要算法是自由曲面或雕塑曲面的生成算法等，其算法较为复杂。实体 大连交通大学t 学硕十学位论文 建模是构成真实的实体，其算法比较复杂。在实体建模技术研究中提出了很多算法，常 用的有边界表示法b - r e p 和几何构造法c s ( ；。为了统一几何建模的表示，还研究开发了 新的算法即非均匀有理b 样条( n u r b s ) 算法。这种算法在几何建模中起了重要的作用。 随着几何建模技术的发展和实际应用的要求，到8 0 年代后期又出现了参数化和变量化 的建模技术。参数化建模技术一般是指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数 来约定尺寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显示对应关系，设 计结果的修改受尺寸驱动。变量化建模技术是指设计对象的修改需要更大的自由度，通 过求解一组约束方程来确定产品的尺寸和形状。约束方程可以是几何关系，也可以是工 程计算条件，设计结果的修改受约束方程的驱动。特征建模是c a d 建模方法的一个新发 展。特征建模是着眼于更好地表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立产品的集成 信息模型服务。特征包含了产品的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、 制造技术和公差要求等。特征的引用直接体现了设计意图，使得建立的产品模型更容易 为人理解和组织生产。 但由于传统的几何模型、特征模型已不能满足现代制造技术的要求。从而提出了面 向产品生命周期的关系璎产品模型的概念而产品集成建模就是面向产品生命周期的关 系型产品模型的概念。这一概念的提出，较好地解决了信息在设计、制造、检验和装配 等环节的共享问题，完整地描述了产品在概念设计装配设计零件设计全过程中 的各种属性和相互关系，实现了产品生命周期中的内部描述信息( 如产品设计、计划、 加工、检验等信息) 和外部过程信息( 如内部描述信息所依赖的环境、知识和规则等) 的集成。而基于p l i b 标准的c a d 技术的研究正是为了建立较好的产品模型在进行不断 研究。 2 、数据管理技术的研究和发展 c a d 技术的研究和应用中，数据管理技术是其又一重要的技术，特别是在c a d 集成 系统中更为重要。数据管理的研究开发经历了文件管理、数据库管理和产品数据管理 ( p d m ) 三个阶段。在7 0 年代之前，主要靠文件系统对数据进行管理；到7 0 年代，第 三代数据库技术的研究和开发集中在关系型数据库技术上，7 0 年代末8 0 年代初，出现 了商品化的关系型数据库管理系统，目前仍很流行。8 0 年代后期，开始了第四代数据库 技术的研究，即工程数据库和面向对象数据库的研究和开发。 尽管在数据管理方面作了大量的工作，但仍然满足不了企业对数据管理的实际要 求。到8 0 年代后期，在企业计算机制造环境中数据管理及设计过程自动化的需求的驱 动下，人们开始寻求一种崭新的产品数据管理技术，它能够提供一个产品开发的协作环 境，在该环境下，能够实现过程控制下的信息传递并实现数据的有序管理，即产品数据 2 第一章绪论 管理( p d m ) 系统。p d m 系统一出现，就成为企业关注和应用的热点，近几年来，p d m 技 术在国外已取得了突飞猛进的发展。目前，p d m 技术在网络上的应用、c a d 系统集成、 m r p e r p 的集成方面进行研究开发。 3 、标准化技术的研究和发展 由于c a d 技术的发展和广泛的应用，数据交换的格式和标准化技术也发展起来，并 且越来越重要。在c a d 领域出现了图形级的标准、图形交换级的标准、产品级的数据表 达和交换标准等。 图形级最早的标准有p h i g s 、g k s ，它们是i s o i e c 推出的图形信息系统标准。目前 还有一些其它的三维图形支持标准，如p e x 和o p e ng l 等也很受重视。 i g e s 是国际上最早、最成熟的数据交换标准，它主要是用于不同的c a d 系统之间进 行数据交换的标准。从1 9 8 0 年到1 9 9 2 年已先后发布了五个版本。i g e s 目前还在广泛应 用，其目的只是传输几何图形及相应的尺寸标准、说明等，即只是传输工程图。无法描 述工业环境所需要的产品定义数据的全部信息。 9 0 年代初，i s o 公布了产品数据表达与交换标准s t e p 。s t e p 是一个系列的国际标 准，它提供了必要的机制和定义，使得产品的数据表达能够在不同的计算机系统及与产 品定义和制造有关的环境中进行通信被称为电子形式的c a d 图纸标准或c a d c a m 数 据交换标准。该标准试图提供一种中性机制，以便解决在不同c a d 、c a m 系统之间的数 据交换问题。它可用于产品数据的传输、共享和存档。s t e p 标准是目前c a d 领域中最完 整的标准，正式发布的已经有两千多页。该系列标准还未全部完成，已公布了一部分。 p l i b 标准则确立了在制造业设计中建立零件信息库的一套机制。它不但能提高企 业c a d 设计效率和标准化管理水平，而且是企业之间零件信息流的重要标准格式。 第二节课题的来源和意义 正是由于c a d 系统对工业企业的巨大影响及工业企业对c a d 的需求促使下，使c a d 系统的供应商进行了激烈的商业竞争，在全球企业中应用的c a d 系统不下1 0 0 0 种。在 我国c a d 市场上比较流行的三维c a d 软件有s o l i d w o r k s 公司的s o l i d w o r k s 、a u t o d e s k 公司的a m d ：e d s 公司的u g ；p t c 公司的p r o e ；s d r c 公司的i d e a s 、这些软件在功能上 都是比较出色的，还有现在还未进入中国市场的i n t e r g r a p h 公司的s o l i d e d g e ；3 d e y e 公司的t r i s p e c t i r e s 。其中s o li d w o r k s 、a m d 、s o li d e d g e 、t r i s p e c t i v e s 是中低档 价位的软件产品，而u g 、p r o e 、都属高中档的价位产品。 不论中低档或高档的c a d 系统，这些商品化的c a d 系统中均配有零部件库( p a r t s li b r a r y ) 以提高产品的设计效率及加速产品的开发，增加自己的竞争力。但这些c a d 大连交通大学t 学硕士学位论文 系统的零部件库的数据格式不尽相同，且大部分都不完全符合国际标准。在两个或更多 的c a d 系统被集成为共享数据的大型应用程序时，就会出现零件信息数据无法通信的问 题。而在实际应用中，总是需要把几个系统集成在一起，不是在一个组织内部，就是在 几个转包制造商或部件供应商之间。此时，零件信息成为制造信息的一个重要组成部分， 不同格式的零部信息在一定程度上阻碍了不同c a d 系统之间标准件库的零件数据交换和 标准件的共享，就会大大阻碍制造信息的流通，降低制造业的生产效率。 要解决两个系统之间通信困难所带来的问题，把一个系统的产品定义数据转换成另 一个系统能使用的格式是必须的，反之亦然。 数据转换这个过程需要转换器( 也称为转换程序) 来实现。而系统之间的数据传输 是相互的。因此，每个系统将有自己的一对转换器，用于数据的双向转换。把数据从一 个给定系统的数据库格式转换成另一系统的数据库格式的转换器，和把数据从另一个系 统的数据格式转换成原给定系统的数据格式的转换器。 图1 2 1 在不同系统间交换数据两种方法 f i g u r e l 2 1a td i f f e r e n ts y s t e mc o m m u t a t i o nd a t a - t w ok i n d so fm e t h o d s 如图1 2 1 左图所示：图中每对系统之间的双向箭头表示两个转换器，每对特定系 统之问的转换器被称为直接转换器，若有n 个不同的系统，我们就需要提供n ( n 1 ) 个直 接转换器，因为有n ( n - 1 ) 2 对系统。因此，当必须考虑很多系统时，直接转换法需要 太多的转换器而不切实际，况且在已存在的1 1 个系统中增加一个系统将需要再开发2 n 个直接转换器。 为了便于所有的c a d 系统不开发过多地转换程序就能进行转换，提出几种存储产品 定义数据的标准格式。并以标准格式开发一个中性数据库结构来实现数据的间接转换， 所开发的中性数据库结构包含标准零件的中性文件( 零件的中性文件是指以符合 4 第一章绪论 f o r t r a n 语言格式并采用p l i b 标准第3 1 部分所规定的零件程序接口函数所编写的中性 程序文件) ，它独立于已有的或者将来的c a d 系统。这个中性数据库结构在不同的c a d 系统数据库结构之间充当了一个中间媒介和一个通信枢纽，如图1 2 1 右图所示。每个 系统依然有自己的一对处理器，用于数据的双向转换。但转换器不是在2 个c a d 系统之 间，而是在一个c a d 系统和中性数据库结构之间。把数据从一个给定系统的数据库格式 转换成中性格式的转换器被称为前处理器，而把数据从中性格式转换成另一个系统的数 据格式的转换器被成为后处理器，如图1 2 2 所示。 ( 酣前处理器 - 忙理器卜 图1 2 2 用中性文件做数据地间接交换 f i g u r e l 2 2d od a t ag r o u n di n d i r e c tc o m m u t a t i o nw i t ht h en e u t r a ld o c u m e n t 于是，n 个系统之间的通信只需要2 n 个处理器，且每增加一个新的系统只须增加两 个处理器即可。换句话说，这种间接方法不会遇到像直接方法中所出现的那样需要不断 增加转换器开发程序的问题。这也是间接方法作为不同系统之间典型的交换方法被接受 的主要原因【1 1 。 另一方面，一个企业的设计部门往往是若干人同时进行工作，若不进行标准化、规范 化的管理，每个人都会尽可能的发挥自己的创造才能去进行设计活动，所设计出的零件 信息就会迅速膨胀到不可容忍的地步，会造成产品生产成本的过度增长。而随着计算机 系统软硬件的生命周期越来越短，经过长期保存的c a d 数据在已经更新了若干代的计 算机软硬件系统中还应该能正确地读出并能得到再次使用。如果做不到那将是企业的灾 难。而这一点恰恰是很难做到的。非标准格式的零件数据信息变成了垃圾信息。 并且由于我国是一个制造业大国，随着我国加入w t o 和经济全球化进程的加快， 我国广大制造企业已经或正在把信息技术应用作为提高产品研发和创新能力、提高市场 竞争力的重点。在信息化过程中，企业内外部的技术平台、信息管理系统以及相关的产 品创新、业务创新等都会与产品数据发生关联。产品数据技术融合了企业从研发、设计、 制造、管理、营销到服务等产品全生命周期的各类技术，产品数据技术标准将为企业建 立基于知识的数字化、网络化产品设计制造系统和实现电子商务奠定基础。因此积极参 与国际标准化活动已经提到议事日程。我国的政府管理部门和广大企业已经清醒地认识 大连交通大学j i ：学硕十学位论文 到，要想提高我国产品在国际市场中的竞争能力，不但要积极采用国际标准，而且还要 积极参与国际标准化活动1 2 - 6 1 。 总之，建立符合国际标准的中性零件数据库结构的意义随着c i m s 技术应用的普及 和发展已成为当今世界的潮流。 第三节课题所要达到的目标 本文即是采用零件库标准p l i b 第3 1 部分几何编程接口中的函数编写几类典型结构 的滚动轴承中性文件，建立滚动轴承中性数据库结构。几何编程接口的函数形式及格式 在p l i b 标准中有统一的规定，遵循p l i b 标准中的具体内容进行零件中性文件的开发。 正确合理的对实体进行描述，可以简化数据交换过程。所以在轴承的建模中，从不同的 建模方法中选者最合理的方法进行建模以简化数据的交换，并实现参数化形状表达。参 数化形状表达是指不需用确定的数值，而用参数控制零件产品模型，变化一个参数值， 将自动改变所有与它相关的尺寸，通过调整参数来修改和控制几何形状，自动实现产品 的精确造型。p l i b 标准提供了参数化造型设计能力。 从众多的c a d 软件中选择u g 为验证平台。用已有的u g 后处理器( 用高级语言c 所 编写的数据转换器，实现从零件库标准p l i b 的第三十一部分的函数到u g o p n eg r i p 函 数语句的l = 1 的映射) 来转换所编写的滚动轴承标准零件的中性文件，把中性描述转 换为u g 可识别的g r i p 数据格式，并把转换后的所有u g o p e ng r i p 文件组成一个中性 标准件库，在u g 系统中通过在中性数据库中选择相应得参数组来生成轴承的三维实体 模型图。整个过程具体表述了中性数据结构到u g 系统之间的通信。 所完成的中性零件库系统将最大限度地重用企业内部和外部的零件信息资源，打破 不同c a d 系统之间的数据壁垒，使各c a d 系统有大量的知识资源可以利用，对加快设计 制造的周期、提高企业的竞争能力是极为重要的。 本章小结 从c a d 的发展现状和未来的发展趋势上，说明课题的意义，以及需要完成的具体 工作。 6 第二章p l i b 标准概述 第二章p l i b 标准概述 第一节p l lb 标准的概念及意义 p l i b 标准是由i s o t c t 8 4 s c 4 中设有的工作组w g 2 “零件库p - l i b 负责制定。所 制定的p l i b 标准主要是关于c a d 标准件库的表示与交换的国际系列标准，标准号为i s o 1 3 5 8 4 。p l i b 标准是面向多平台信息共享和交换的国际先进技术标准，它强调零件库结 构信息的中性表示、交换和共享。而零件库是产品设计过程中的知识积累，提供的方法 学为企业有效应用提供了有力的帮助。目前，p l i b 已成为建立、表达、维护零件库，在 多个应用系统中共享统一零件库的一个重要技术基础。 p l i b 标准的意义在于它是一个计算机可解释的零件库数据表达和交换的国际标准， 其目的是提供能够交换零件库数据的中性机制，且独立于任何使用零件库数据的应用系 统。这种描述的本质使得它不仅适合零件文件的交换，也是实现和共享零件库数据的数 据库基础。标准的第三十一部份规定的生成独立于目标用户系统的几何模型的应用程序 接口，使p l i b 零件库中零件族的参数化形状表达的描述程序具有可移植性。 第二节p l i b 标准的组成及结构 p l i b 零件库标准是系列标准，按功能分为七大类：概念描述，逻辑资源，实现资源， 描述方法，一致性测试，试图交换协议，标准化的相关环境。迄今，i s 0 t c l 8 4 s c 4 w g 2 已制定十余项零件库标准： p a r t l 综述与基本原理 p a r t 2 0 逻辑资源：通用资源 p a r t 2 4 逻辑资源：供应商库逻辑模型 p a r t 2 5 逻辑资源：带聚合值和显示内容的供应商库逻辑模型 p a r t 2 6 逻辑资源：供应商表示： p a r t 3 1 实现资源：图形编程接口 p a r t 4 2 描述方法学：构造零件族的方法学 p a r t l 0 1 试图交换协议：由参数程序确定的稽核试图交换协议 p a r t l 0 2 视图交换协议：由i s 0 1 0 3 0 3 一致性规范确定的稽核视图交换协议 p a r t 5 0 1 参考字典：测量仪器的参考字典 p a r t 5 11 参考字典：通用紧固件参考字典 零件库标准起源于德国的d i n 4 0 0 0 标准，借鉴d i n 4 0 0 0 标准制定的i s o 零件库标准 p l i b 的结构在i s o1 3 5 8 4 1 中描述，采用与s t e p 相同的体系结构，由概念层、逻辑层 7 大连交通大学丁学硕+ 学位论文 和物理层构成。在概念层定义了零件库的框架结构和允许零件库交换和更新的机制：在 逻辑层用e x p r e s s 语言描述零件库信息模型以及所需的资源构件；在物理层规定了零件 库信息模型的实现方式；s t e p 中性文件形式、内存工作形式、数据库共享等方式。p l i b 标准所规定的零件库系统的结构是独立于任何具体的计算机系统，它将零件库结构的表 示与零件的几何表示分离开来l ，j 。 第三节零件库标准p l | b 与数据交换标准s t e p 的关系 既然标准s t e p 己解决在不同c a d 、c a m 系统之间的数据交换问题。且s t e p 标准 是目前c a d 领域中最完整的标准，正式发布的已经有两干多页。并在大多c a d 软件中有 相应的中性零件库。为什么还要采用p l i e 标准开发中性数据库呢? 零件库标准p l i b 和产品数据交换标准s t e p 两者同为国际标准化组织i s 0 t c t 8 4 s c 4 工业数据分技术委员会制订的关于产品数据技术的标准。p l i b 标准与s t e p 标准都是 数据交换与共享的一种标准，对信息模型的表示与描述均采用了中性描述语言e x p r e s s ； 具体实现方式上，p l i b 采用与s t e p 相同的实现形式：s t e p 中性文件、内存工作形式、数 据库共享形式。s t e p 标准为产品信息的中性表达提供了基础，但其缺乏层次结构方面的 语义表达，而p l i b 标准以各种已有标准和协议为基础，以面向对象方法，类及类之间的 层次结构来表达零件信息。 并且p l i b 标准对实体的描述更具通用性，它与产品数据交换标准s t e p 标准描述实体 的方式有些不同。比如立体的生成，在s t e p 中，每一个多面立体都是封闭壳体c l o s e 卜 s h e l l ，封闭壳体都是由立体的各个表面高级面a d v a n c e d f a c e 组合而成，a d v a n c e d f a c e 又由面的内外边界确定，随后又相继用到边界环、边界曲面、有向边、边界曲线等， 最后每一个a d v a n c e d f a c e 都归结到方向d i r e c t i o n 和点坐标c a r t e s i a n p o i n t 。s t e p 的这种描述方式是针对单个实体的，因而难以满足参数化的设计要求，使文件看起来复 杂冗长而不易读懂1 8 】。虽然p l i b 描述实体最终也会用到方向或点坐标，但是p l i b 的描述 显得更为简略、更容易被接受。比如立体可以由a p i 平面( a p i 为应用编程接口的英文缩 写) 直接拉伸而成，当然面的生成也要用到边界曲线、方向或点坐标，但是省去了对实 体各个表面的描述，使程序大大简略，而且p i i b 标准的立体还包括c s g 体素，c s g 体素的 存在使立体的描述更为简化，比如球体可以由给出的中心点和半径直接生成? 总之，p l i b 的实体描述方式使参数化设计成为可能，这种描述方式是针对一族零件而不是单个零 件：这样，较之庞大而复杂的s t e p 中性文件，p l i b 标准中性文件就显得简单而更具有可 读性。 因此，国际标准协会，制定了零件库标准p l i b ，用以建立中性零件库，实现两个不 8 第二章p l i b 标准概述 同c a d 系统之间的数据交换 9 - 1 0 】。 本章小结 从概念、意义、结构、组成四方面介绍了零件库标准p l i b 。从产品数据交换标准s t e p 和零件库标准的关系出发，总结出p l i b 标准的优点，并解释了为何选用p l i b 标准建立中 性数据库结构。 9 大连交通火学1 ：学硕十学4 1 奇：论文 第三章检验平台u g 介绍 第一节u g 介绍 u n i g r a p h i c s ( 简称u g ) 起源于美国麦道飞机公司，1 9 9 1 年并入美国e d s 公司。2 0 0 1 年，e d s 公司并购了u g s 和s d r c ，获得了世界两大领先c a d 软件产品u g 和i d e a s 。 u n i g r a p g i c sn x 3 0 ( 简称u g n x 3 0 ) ，是美国德克萨斯州普莱诺公司于2 0 0 4 年8 月 推出的产品全生命周期管理( p l m ) 软件。该软件的功能覆盖了整个产品的开发过程， 即覆盖了概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程，在航空、汽 车、机械、电器电子等各工业领域的应用非常广泛。 在课题研究过程中选者u gn x3 0 版本的c a d 软件为验证平台。通过转换器把轴承零 件的中性文件转换成u g o p e ng r i p 程序，并在u g 软件界面中生成三维实体模型，从而验 证所开发的轴承中性文件的正确性。 第二节u g 二次开发介绍 u g 在c a d c a m 上表现出了强大的功能，但u g 为通用支撑软件系统，仅具有c a d c a m 的 基本功能，没有提供专用产品所需要的完整计算机辅助设计制造功能。由于机械产品 的千变万化，需要针对具体对象在选用的c a d c a m 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c a d c a m 系统。 u g o p e n 二次开发模块为u g 软件的二次开发工具集，便于用户进行二次开发工作， 利用该模块可对u g 系统进行用户化剪裁和开发，满足用户的开发需求。u g o p e n 包括以 下几个部分：u g o p e nm e n u s c r i p t 开发工具，对u g 软件操作界面进行用户化开发，无 须编程即可对u g 标准菜单进行添加、重组、剪裁或在u g 软件中集成用户自己开发的软 件功能；u g o p e nu i s t y l e 开发工具是一个可视化编辑器，用于创建类似u g 的交互界面， 利用该工具，用户可为u g o p e n 应用程序开发独立于硬件平台的交互界面；u g o p e na p i 开发工具，提供u g 软件直接编程接口，支持c 、c + + 、f o r t r a n 和j a v a 等主要高级语言； u g o p e ng r i p 开发工具是一个类似a p t 的u g 内部开发语言，利用该工具用户可生成n c 自动化或自动建模等用户的特殊应用。在课题中，建立的中性文件可通过数据转换器转 换成u g o p e ng r i p 的数据格式，在u g 系统中直接生成实体模型。以下对u g o p e ng r i p 作了详细的介绍。 g r i p ( g r a p h i c si n t e r a c t i v ep r o g r a m m i n g ) 是一种专用的图形交互编程语言，开发 者可以用g r i p 编程的方法自动实现在u g 下进行的绝大部分操作。g r i p 命令很像英语单 词，语法与b a s i c 和f o r t r a n 相似，有某些情况下对于一些高级操作，用g r i p 编程的 l o 第王章检验平台u g 介绍 方法比用u g 交互的方法更有效，在u g 交互环境下可以实现的功能用g r i p 几乎全都可 以实现。u g 提供了一个名叫u g o p e ng r i p 的g r i p 语言编辑器，用这个工具可以编辑、 修改、编译、连接程序并且g r i p 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g r i p 语句是由 一个或几个g r i p 命令组成，g r i p 命令是g r i p 语言的基本组成部分。g r i p 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 ) g p a 符号格式。g p a 是全局参数 存取( g l o b a lp a r a m e t e ra c c e s s ) 的缩写，用于访问u g 系统中各种对象的状态和参数。 c ) e d a 符号格式。e d a 是实体数据存取( e n t i t yd a t aa c c e s s ) 的缩写，用于访问u g 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u g 进行交互操作时，其参数可用e d a 格式的命令取得。在课题中，中性程序转换为 陈述格式的g r i p 命令来生成精确的轴承零件图形实体【】。 第三节基于u g 的标准件库的建立原则 ( 1 )每个标准件都应有一个中心基准( 如基准点或基准轴或基准面，主要使用三面 基准) ，一般情况下建立标准件时，坐标系( 相对坐标和绝对坐标) 应在该标准件 的对称中心位置。 ( 2 ) 应尽量减少特征数，特征间尺寸用关系表达式表示。将特征参数分为主参数和 次要参数，用主参数去控制和约束次要参数。 对于一个由几个标准零件装配在一起组成的标准部件，要注意建立标准部件内各个 标准零件之间的参数值传递，即建立各个标准零件之间的尺寸链接关系，并用一个主要 的标准零件去控制和约束其它的次要标准零件。 本章小结 简要的介绍了作为验证平台的三维绘图软件u g ，以及用于u g 二次开发的工具 模块u g o p e n 。 大连交通人学t 学硕十学位论文 第四章基于p l i b 标准的滚动轴承实体模型的实现 第一节滚动轴承概述 将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的 机械元件，叫滚动轴承。其是通用标准件，广泛用于各种机械设备中。由于滚动轴承的 磨擦系数小，仅为滑动轴承的1 1 0 ，且支撑结构简单，使用维护方便，因此在许多领域 取代了滑动轴承。 滚动轴承的基本工作原理是：滚动轴承内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承装配。 通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可以使外圈回转而内圈不动，或者内、外圈同 时回转。当内、外圈相对转动时，滚动体即在内外圈的滚道问滚动。 4 1 1 滚动轴承的特点 ( 1 ) 由于滚动摩擦代替滑动摩擦，摩擦阻力小、起动快，起动阻力矩小，效率高。 ( 2 ) 对于同一尺寸的轴颈滚动轴承的宽度小，可使机器轴向尺寸小，结构紧凑。 ( 3 ) 运转精度高，径向游隙比较小并可用预紧完全消除。 ( 4 ) 冷却、润滑装置结构简单、维护保养方便。 ( 5 ) 不需要用有色金属j 对轴的材料和热处理要求不高。 ( 6 ) 滚动轴承为标准化产品，统一设计、制造、大批量生产、成本低。 ( 7 ) 点、线接触，缓冲、吸振性能较差，承载能力低，寿命低，易点蚀。 4 1 2 滚动轴承的结构 内圈：与轴配合 外圈：与轴承配合 滚动体：球、滚子、滚针、园锥、鼓形滚子。 保持架：滚动轴承有带和不带保持架的两种结构。大型轴承一般要求承受较大的负 荷，常不带保持架，而在内外滚道间装满滚动体；大多数中小型滚动轴承都带有保持架。 保持架的主要作用是： 1 、保持架将滚动体等距离的隔开，均布在滚道的圆周上以防止工作时滚动体间相 互碰撞和磨擦； 2 、引导并带动滚动体在正确的滚道上滚动； 3 、在分离型轴承中，将滚动体和一个套圈组合在一起，以防止滚动体脱落。 第四章基于p l i b 标准的滚动轴承实体模型的实现 结构特点： 保持架有多种结构类型、形状复杂。但所有类型的保持架上都有许多等距离的形式 各异的兜孔，用来隔离和引导滚动体，兜孔的形状有球形，圆形，椭圆形，矩形和齿形 等，其尺寸大于滚动体，两者之差成为兜孔间隙，兜孔间隙使保持架在径向和轴向有一 定的活动量，径向的总活动量成为保持架的间隙。在滚子保持架窗口之间的连接部分称 为过梁，它起连接和增加保持架强度的作用。 滚动轴承工作时内外圈间有径向游隙，是指一个套圈固定不动，而另一个套圈在垂 直于轴承轴线方向，由一个极端位置移动到另一个极端位置的移动量；保持架与滚动体 之间也有轴向间隙；轴向和径向的间隙可以统称为轴承游隙。轴承游隙选择正确与否， 对机械运转精度，轴承寿命，磨擦阻力，温升，振动与噪声等都有很大的影响，因此， 实体建模中选择合适的游隙值，具有十分重要的意义【1 2 彤1 。 4 1 3 滚动轴承分类 滚动轴承种类繁多，在我国国家标准中，按轴承所能承受的负荷方向、公称接触角 及滚动体形状，分为以下几类： ( 1 )向心轴承：主要用于承受径向负荷的滚动轴承，其公称接触角0 。 - - 4 5 。 按公称接触角不同，又分为： a 径向接触轴承公称接触角0 。的向心轴承； b 向心角接触轴承工程接触角0 。 - - 4 5 。的向心轴承； ( 2 ) 推力轴承：主要用于承受轴向负荷的滚动轴承，其公称接触角大于4 5 。 - 9 0 4 。按公称接触角不同，又分为： a 轴向接触轴承公称接触角为9 0 。 b 推力角接触轴承公称接触角4 5 。 - - 9 0 。的轴承 ( 3 ) 组合轴承 轴承按其滚动体的种类，分为： ( 1 ) 球轴承滚动体为球的滚动轴承； ( 2 ) 滚子轴承滚动体为滚子的滚动轴承。 滚子轴承按滚子种类又分为： a 圆柱滚子轴承 b 滚针轴承 c 圆锥滚子轴承 d 调心滚子轴承 大连交通大学一r 学硕十学位论文 轴承按其工作时能否调心分为： ( 1 ) 刚性轴承： ( 2 ) 调心轴承。 通常轴承按其所能承受的负荷方向或公称接触角、滚动体的种类综合分为： e 深沟球轴承 f 圆柱滚子轴承 g 滚针轴承 h 调心球轴承 i 角接触球轴承 j 调心滚子轴承 k 圆锥滚子轴承 1 推力角接触球轴承 m 推力调心滚子轴承 n 推力圆锥滚子轴承 0 推力球轴承 p 推力圆柱滚子轴承 q 推力滚针轴承； 卜组合轴