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中文摘要 花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿真系统开发 中文摘要 随着我国机械制造业的迅速发展，工业生产对高强度、高精度的轴类零件( 花键、 螺纹) 的需求量日益增加。采用无切削冷滚压工艺加工花键、螺纹在生产中受到越来 越多的重视与应用。但是，针对冷滚压工艺的计算机辅助制造、计算机辅助分析系 统的开发相对滞后。企业在产品的研究开发中使用通用型的建模与仿真系统设计周 期长，很难一次性满足企业产品设计要求。如果企业能够研发出针对自己产品的参 数化自动建模与仿真系统，利用该系统，设计人员只需根据提示输入一些必要参数， 从而很快地设计出多品种，多规格，小批量的产品，同时促进工艺理论的研究和分析， 将极大地提高产品的设计效率，缩短产品的设计周期。 在已有花键、螺纹冷滚压加工过程及原理理论的基础上，建立花键、螺纹冷滚 压成形自动建模设计系统，对u g 进行二次开发，实现了花键、螺纹冷滚压加工零 件的自动化建模、自动生成二维工程图、应用o d b c 建立了花键、螺纹冷滚压成形 用户数据库管理系统；建立了花键、螺纹冷滚压成形仿真系统，对a n s y s 进行二 次开发实现了花键、螺纹冷滚压加工过程的参数化数值模拟；并实现了花键、螺纹 冷滚压成形自动建模与仿真系统的协同工作。花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿 真系统能够方便地实现花键、螺纹冷滚压零件的自动化建模、有效的加工数据管理、 准确的参数化数值模拟，从而为花键、螺纹冷滚压成形加工制造企业提供研究开发 服务。 花键、螺纹冷滚压成形自动建模设计系统能够预测生产中的问题，并针对生产 中的不足提出加工意见，为实际生产提供修正后的加工工艺参数，可直接应用于生 产。系统的开发使计算机指导冷滚压生产成为可能，使冷滚压花键、螺纹加工向计 算机集成制造迈出了具有基础意义的一步。 关键词：花键；螺纹；自动建模；二次开发；仿真 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fa u t o m a t i cm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ns y s t e mo n c o l dr o l l i n gp r o c e s so fs p l i n ea n dt h r e a d a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n gi nc h i n a ， s h mp a r t s ( s p l i n e s ，t h r e a d s ) w i t hh i g hs t r e n g t ha n dh i g hp r e c i s i o na r e i n c r e a s i n g l yd e m a n d e d m a n u f a c t u r i n gs h a f tp a r t st h r o u g ht h en o n c u t t i n g c o l dr o l l i n gf o r m i n gt e c h n o l o g yi sa t t r a c t i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o na n d w i d e l yu s e di nt h em a n u f a c t u r e h o w e v e r ，r e s e a r c h e so na u t o m a t i cm o d e l i n g a n ds i m u l a t i o ns y s t e mo fc o l dr o l l i n gf o r m i n ga r er e l a t i v e l yf e w e r ，t h eu s eo f ac o m m o nm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ns y s t e md e s i g ni ne n t e r p r i s e sn e e ds o m e t i m e i fe n t e r p r i s e sc a nd e v e l o pt h e i rp r o d u c t sf o rt h ep a r a m e t r i ca u t o m a t i c m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ns y s t e m ，t h eu s eo ft h es y s t e md e s i g n e rs i m p l y p r o m p t e d t oe n t e rt h e p a r a m e t e r s i no r d e rt o q u i c k l yd e s i g n a m u l t i - s p e c i e s ，m u l t i s t a n d a r dp r o d u c t s ，w h i l ep r o m o t i n gt e c h n o l o g yr e s e a r c h a n da n a l y s i s ，w i l lg r e a t l yi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fp r o d u c td e s i g na n d s h o r t e nt h ep r o d u c td e s i g nc y c l e t h ed e v e l o p m e n t ，b a s e do nt h et h e o r i e so fs p l i n ea n dt h r e a dc o l dr o l l i n g p r o c e s s e s ，c r e a t ea u t o m a t i cm o d e l i n gs y s t e m ，g e n e r a t es p l i n ea n dt h r e a d m o d e l su s i n gp a r a m e t r i cm e t h o db yr e d e v e l o p i n gt h eu n i g r a p h ，d e v e l o p e n g i n e e r i n gd r a w i n ga u t o d r f fa p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gm o d u l e s ，d e s i g n s p l i n ea n dt h r e a dd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mb yo d b c ；f i n i s h t h e s i m u l a t i o ns y s t e m ，r e a l i z ep a r a m e t e rn u m e r i c a ls i m u l a t i o no fc o l dr o l l i n g m a n u f a c t u r ei so b t a i n e db yr e d e v e l o p i n gt h ea n s y s ；a tt h em e a n t i m e ，b a s e d o nt h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，r u j las p l i n e s i m u l a t i o nw o r kb ys p l i n ea u t o m a t i cm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ns y s t e m a l lt h e a b o v ea r ec o m p r e s s e di n t op a r a m e t e rr e v i s i n ga n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n s y s t e mo fs h a f tp a r t s c o l dr o l l i n g ，w h i c hc o u l dr e a l i z et h ef u n c t i o n so f t h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o n ，r o l l e rd e s i g n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dp r e c e s s i n g p a r a m e t e r sr e v i s i n go fr o l l i n gm a n u f a c t u r eo f s h a f tp a r t s i l l t h ea u t o m a t i cm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o nc a np r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i s w i t hp a r a m e t e rr e v i s i n ga n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o ns y s t e mo ff o r m i n go 士s h a f t 一 一一 ， 一 p a r t sc o l dr o l l i n g p r o b l e m si nm a n u f a c t u r ec o u l db ep r e d i c t e db yt h i ss y s t e m ； m a n u f a c t u r ea d v i c ea n dr e v i s e dp r o c e s s i n gp a r a m e t e rf o rp r a c t i c a lp r o d u c t i o n c a nb ep r o p o s e da n dp r o v i d e d t h et h e o r i e sc o u l db ea p p l i e di np r o d u c t i o n d i r e c t l y t h es y s t e mm a k e si tp o s s i b l et h a tc o m p u t e r sg u i d em a n u f a c t u r i n g s h a f tp a r t st h r o u g hc o l dr o l l i n ga n dm o t i v a t e st h et e c h n i q u e so fs h a f tp a r t s m a n u f a c t u r ed e v e l o pg r e a t l yt o w a r dc o m p u t e ri n t e g r a t i o nm a n u f a c t u r e k e yw o r d s ：s p l i n e ；t h r e a d ；a u t o m a t i cm o d e l i n g ；r e d e v e l o p m e n t ： s i m u l a t i o n i v 声明户明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 作者签名：兰查型 日期：垒啤墼图! 垄旦 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原科技大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件、复印 件与电子版；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存 学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交 流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 作者签名么垄益迨日期：2 篮厶凰! 圣旦 导师签名：日期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的研究背景、目的及意义 随着现代产品设计的需求以及三维建模技术、人工智能等相关技术的发展，三 维建模系统从以零件图为主的辅助设计延伸到零件图、装配图并重的阶段，从支持 详细设计延伸到功能定义的概念设计和方案设计阶段【l 】。但在我国，三维建模技术 的发展相对比较落后，从八十年代初才逐步发展，虽然在近几年，我国在三维建模 技术开发和应用方面己经取得了较大的进展，但与国外发达国家相比仍存在较大的 差距。因此，开发适合于花键、螺纹冷滚压成形冷滚压成形设计领域的自动建模系 统具有现实意义。 在仿真分析方面，有限元理论的逐步成熟及计算机硬件的迅速发展使得仿真技 术经历了从上世纪6 0 年代的探索发展时期，7 0 年代至8 0 年代的独立发展专家应用时 期，直n 9 0 年代与三维建模相辅相成的共同发展。在花键、螺纹冷滚压成形冷滚压 成形设计中，设计多采用经验设计，而不做详细的应力和变形的分析及计算，手算 方法过于繁琐，并且效率较低。这种用经验设计方法生产的产品通常没有确切的设 计数据。尚缺乏一套切实可行、运行结果可靠的分析软件。 本课题来源于青岛生建机械厂的生产实际，该公司主要生产多种系列的花键、 螺纹冷滚压成形滚轧机。由于目前花键、螺纹冷滚压成形冷滚压成形工艺理论的不 完善、需要做大量的重复性建模与仿真工作。因此，如何能在保证产品质量的基础 上，最大限度地节省生产成本，以及发展与之配套的自动建模与仿真设计系统，成 为迫切需要解决的问题。通过在公司的生产实习，对冷滚压成形工艺流程有了比较 详尽的了解。按照公司的要求，对花键、螺纹冷滚压成形冷滚压成形的整个设计和 分析过程进行了探讨和研究。经过近两年的课题研究，课题的完成为公司进行自动 化设计和分析提供了有效的解决方案，已初步应用于生产实践中。 在已有的花键、螺纹冷滚压成形冷滚压成形机理研究基础上，本研究借助 u n i g r a p h i c s 和a n s y s l s - d y n a 软件，开发花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿真系 统，实现参数化花键、螺纹冷滚压成形自动建模造型，对冷滚压花键、螺纹冷滚压 成形成形过程进行模拟。本研究为冷滚压轧花键、螺纹冷滚压成形合理选择工艺参 数提供依据，完善了花键、螺纹冷滚压成形冷滚压工艺分析理论。同时，为机械行 业产品研究开发中的自动建模与仿真系统的开发进行有益的探索。 花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿真系统开发 1 2 国内外研究进展和现状 目前，在花键、螺纹冷滚压成形生产中，对于一些具有标准规格的产品的设计， 自动三维建模技术应用较为常见，但对于非标准规格的产品，由于其产品系列化和 规格化不够，多为根据客户提出的特殊要求进行设计，加之设计过程没有一定的规 范，自动三维建模技术的发展较为滞后。 从6 0 年代开始，法国达索公司就开始在产品设计中进行自动化三维建模的研究 和开发。近年来，三维建模技术在我国得到了迅猛的发展，并被广泛地应用于各行 各业。正是在这种新形势下，自动建模技术得到了更多的重视和更广泛的应用【2 j 。北 方交通大学研究者们采用u n i g r a p h 参数化设计技术和二次开发工具u g o p e na p i ， 以v i s u a lc + + 6 0 为开发工具开发出标准件库，用户界面友好，具有开放式的库结构。 江南大学的蒋晓通过应用实例，利用u n i g r a p h - 次开发工具，总结了建立标准件库的 方法和技巧，只要简单的步骤就非常方便地生成标准件库，但缺点是界面仍不够友 好，交互性有一定缺陷。之后，哈尔滨工业大学汽车工程学院的刘海芳，介绍了 u n i g r a p h 平台下建立机械设计标准件库的方法和步骤。华南理工大学的研究者们利用 u n i g r a p h 提供的二次开发工具u g o p e na p i ，在u n i g r a p h 的基础上进行二次开发，比 较方便地实现了面向特定产品的程序自动建模功能。 近年来，我国的计算机辅助仿真技术研究开发和推广应用在许多行业和领域己 取得了一定的成绩。但从总体来看，某些方面与发达国家相比仍存在不小的差距。 我国的计算机分析软件开发是一个薄弱环节，严重地制约了技术的发展。在国外， 计算机辅助仿真技术已经广泛应用于不同领域的科学研究，并普遍应用于实际工程 问题，在解决许多复杂的工程分析方面发挥了重要作用。这一方面主要得益于计算 机在高速化和小型化方面取得的成就，另一方面则有赖于通用分析软件的推出和完 善。对于花键、螺纹冷滚压成形的计算机辅助仿真分析来说，目前国内外一般只对 某一特殊部位进行力学分析，大多结构方面的分析都还集中在设计经验和理论的手 工计算模式上，这主要由于花键等自身的结构比较复杂，另一方面是因为计算机辅 助仿真的求解设置和各种参数的数值确定方面理论上尚不完善。就计算机辅助仿真 技术的工业化应用而言，发达国家目前已经达到了实用化阶段。通过计算机辅助仿 真、计算机辅助设计等技术的结合，增强了企业的市场竞争能力。因此我们必须加 大力度开发自己的计算机分析软件，只有这样才能改变在技术上和经济上受制于人 的局面。 在计算机建模与仿真系统开发方面，美国的安世公司提出了“精益研发 的概 2 第一章绪论 念，用户在协同系统下工作，不用进入不同的软件系统去单独完成建模、仿真任务， 从而避免了繁琐的软件切换和数据丢失。精益研发是围绕企业研发活动来展开的， 而研发离不开协同仿真技术的支持；同时，协同仿真也是精益研发不可或缺的一部 分。今天的仿真技术，已经由过去的单学科、单参数、事后验证以及无协同的仿真， 发展到多学科、多参数、多场耦合、高性能计算的协同仿真环境，为企业的研发活 动提供了更为广阔的空间。作为精益研发平台的子平台，协同仿真平台将参与仿真 过程的部门、人员、仿真工具、仿真模型、仿真数据、仿真流程、仿真项目等诸多 方面实现协同的过程，将多学科、多场、多参数的问题耦合起来进行仿真，由此获 得比各个单项仿真更为综合、准确的产品性能指标，有效提高了产品的技术含量。 同时，对于成本敏感型企业，通过仿真优化产品结构和重量，实现等寿命设计，降 低研发成本。企业产品研发是从客户需求域到功能域再到本身过程域的过程。任何 一款产品的研发，都是从需求分析开始，到概念设计、初步设计或方案设计，直到 细节设计，一步步逐级展开。精益研发的主流程也是遵循客户需求域_ 功能域_ 本 身过程域的过程。协同仿真平台技术源自于企业实践，正是经过这些来自企业实践 的锤炼，才催生了协同仿真技术的诞生，可以说，企业的发展需要协同仿真技术， 而协同仿真技术更需企业的应用实践，二者是相辅相成的。因此，协同仿真技术必 将回归企业实践，接受实践的检验，并在实践中不断完善和升华。 国内洛阳工学院的王睿开发了一套对直齿轮精锻加工过程的自动建模与仿真系 统，在吸取传统工艺设计优点的基础上，结合计算机辅助设计和辅助分析的特点，从 用户所需求的产品以及相应加工设备的先用出发，经尺寸输入、选材、下料、加热方 式和参灵敏选择、齿形精锻模的设计及有限元分析优化、切边模的设计优化，直到后 续机加工工艺制订、工装夹具设计、零件检测，至化学热处理工艺选择及参数确定、 磨削加工工艺参数选择，形成了一具完整、严谨的专家系统框架。山东大学的郭运波 等人在变压器自动建模与仿真系统开发中提供了一套切实可行的方案。在自动建模 方面：在p r o e 软件的基础上，展现了利用其各种二次开发技术形成一个自动建模 兼容数据库的虚拟装配系统的基本过程；在仿真方面：在h n s y s 软件的基础上，对变 压器油箱进行结构、磁场分析的过程，并对油箱的几何结构进行了优化。 这些技术工作者的研究为花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿真系统的开发提 供了可借鉴的经验和技术。 3 花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿真系统开发 1 3 课题的研究内容和技术路线 1 3 1 课题的研究内容 本课题主要对以下内容进行研究： ( 1 ) 运用v i s u a lb a s i c 编程语言结合m a t l a b 开发理论计算程序，实现理论数据 的计算，如坯料直径、滚压力等。 ( 2 ) 运用c 语言结合u g 0 p e n 系n - 次开发工具开发程序，实现花键、螺纹的自 动建模功能。 ( 3 ) 运用v i s u a lb a s i c 编程语言结合a n s y s 的a p d l 参数化设计语言进行 a n s y s 二次开发，实现花键、螺纹的冷滚压成形仿真。 ( 4 ) 采用v c + + 6 0 对a c c e s s 数据库进行开发。建立针对花键、螺纹冷滚压成形 工艺的用户数据库。 1 3 2 课题的技术路线 本课题采用的技术路线主要包括两个部分： ( 1 ) 应用u g o p l e na p i 和u g o p e ng r i p 、u g 0 p e nu i s t y l e r 的二次开发功能， 实现花键、螺纹冷滚压成形的参数化设计。利用u g 0 p e na p i 控制用户界面，u g o p e n g r i p 编写参数化模型具有简单、方便的优点，对其进行综合利用并把用户界面的数 据传递给u g o p e ng r i p 。本系统采用c s 结构，主要由两个层次组成：客户层和数 据层【6 0 1 。客户层主要完成加工仿真和信息管理及数据计算。其中加工仿真部分主要是 完成冷滚压加工仿真，其加工参数可以由用户自己输入，也可以从后台数据信息中调 入。信息管理及数据计算部分主要完成用户对花键、螺纹冷滚压成形参数库的输入、 刀具参数的计算及花键、螺纹冷滚压成形参数库和刀具数据库的管理：数据层主要用 来存储花键、螺纹冷滚压成形及花键、螺纹冷滚压成形刀具的相应数据信息。 ( 2 ) 采用a p d l 命令流实现对a n s y s 软件的后台控制，从而避免用户的直接干预， 节省了分析时间、降低了对软件使用者的技能要求。利用a p d l 的程序语言与宏技术 组织管理a n s y s 的有限元分析命令，就可以实现参数化建模、参数化的网格划分与控 制、参数化的材料定义、参数化载荷和边界条件定义、参数化的分析控制和求解以 及参数化后处理结果的显示，从而实现参数化有限元分析的全过程，同时这也是 a n s y s 批处理分析的最高技术。在参数化的分析过程中可以简单地修改其中的参数 达到反复分析各种尺寸、不同载荷大小的多种设计方案或者序列性产品，极大地提 高了分析效率，减少分析成本。同时，以a p d l 为基础用户可以开发专用有限元分析 程序，或者编写经常重复使用的功能小程序，保存成宏文件以供用户随时调用或创 4 第一章绪论 建成按钮( 缩写) 放在工具条上。宏程序文件也可以称为命令文件，通过宏程序可以 创建自己的命令，从而方便a n s y s 的使用。宏程序可以在a n s y s 下直接创建也可以使 用通用的文本编辑软件，如记事本、写字板等。宏程序在a n s y s 交互界面下可以直 接运行，自动完成建模、加载、求解和后处理这一系列的过程，并根据需要输出所 要的结果。 5 第二章花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统开发 第二章花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统开发 冷滚压是一种轴类零件成形新工艺、新技术。这种工艺在学科上属于冶金和机 械学科的交叉，与传统的切削、锻造零件成形工艺比较，它具有生产效率高3 7 倍， 节约材料率2 0 4 0 ，生产成本低3 0 左右等优点，被公认是当今先进制造技术 的组成部分，对其进行自动建模、仿真系统的开发将有助于冷滚压工艺的进一步推 广与应用【3 l 。 u g 软件在自动建模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 建模的基本功能，没有提供专用产品所需要的完整的自动建模功能。由于机械产品 的千变万化，需要针对具体对象在选用的自动建模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自动建模系统。 2 1 花键、螺纹冷滚压成形自动建模设计概述 花键、螺纹冷滚压成形的自动建模系统结构在一定程度上取决于以下几个因素： ( 1 ) 系统所针对的花键、螺纹冷滚压成形类型，即系统要完成的任务。 ( 2 ) 可供系统利用的资源。包括软、硬件设施，各种资料等。 ( 3 ) 产品对系统设计所提出的约束条件。 ( 4 ) 系统设计者的知识水平和经验。 以上几点随实际情况的变化而不同，使得自动建模系统的设计和结构随之变化。 花键、螺纹冷滚压成形自动建模设计原理如图2 1 所示： 驮八及可芗鳅 参数化程亭 图2 - 1 花键、螺纹冷滚压成形自动建模设计原理图 f i g 2 - 1s p l i n ea n dt h r e a dp a r a m e t r i cd e s i g ns c h e m a t i cd i a g r a m 上图描绘了花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统的基本构成原理，每一部分有 相应的开发模块实现功能。这些模块在用户的操作控制下相互作用，有序工作，从 而实现系统的整体功能。其工作过程如下： ( 1 )以人机对话的方式将用户的设计任务传递给自动建模系统。 7 花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿真系统开发 ( 2 )自动建模系统通过执行应用程序，完成基本设计。 ( 3 ) 设计以三维实体或者信息的形式返回界面。 2 2 u g 二次开发技术介绍 u g 客户化开发主要由ug 提供的4 个应用程序及c c + + 程序组成，u g 提供的4 个 应用程序为u g o p e n a p i 、u g u l s t y l e r 、u g m e n u s c r i p t 、u g o p e ng r i p 。 u g o p e n a p i 是一个允许程序访问并影响u g o b j e c t m o d e l 模型的开发工具集。 u g o p e n a p i 中的例程主要由一系列的可访问u g 图形终端、文件管理系统、数据库 的函数，连接运行用户开发程序的命令行子程序以及运行用户程序的与u g 交互的接 口组成。根据程序运行环境的不同，u g o p e n a p l 程序可分为两种模式，即内部程序 模式和外部程序模式。外部程序编译连接后得到的可执行文件是独立于u g 之外的可 执行程序；内部程序编译连接后得到的可执行文件只能在u g 环境中运行。绝大部分 的u g o p e n a p i 函数或子过程可以在这两种模式下使用。只有极少数的函数( 主要是 用户界面函数) 只能在i n t e r n a l 模式中使用。 u i s t y l e r 是开发u g 对话框的可视化工具，生成的对话框能与u g 集成，让用户更方 便、更高效地与u g 进行交互操作。利用这个工具可以避免复杂的图形用户接d g u i 的 编程，直接将对话框中的基本控件组合生成功能不同的对话框。开发人员进入u g ，点 击a p l i c a t i o n - * u s e r i n t e r f a c e s t y l e r 就可以进入对话框设计的界面。该界面包括一 个工具条和三个窗口：对象浏览窗口、资源编辑器窗口以及设计对话框窗口。应用工 具条能够快速点击图标，在设计对话框上添加删除控件，进行对话框界面的设计：对 象浏览器窗口显示对话框上所有控件的信息，选中某一控件即可在资源编辑器窗口 中进行相应的操作：资源编辑器窗口用于设置修改控件的属性、消息等操作：设计对 话框窗口用来显示对话框的界面。当界面设计完成后，保存u i s t y l e r 编写的对话框时 生成3 个文件：j i c d l g 、* _ t e m p l a t e c k * h 文件。其中，木d l g 是保存对话框图形界 面的文件；h 文件是u i s t y l e r 对话框c 语言的头文件，包括对话框及其控件的标识符 和函数原型的申明：* _ t e m p l a t e c 是u l s t y l e r 对话框c 语言的模板文件，包括各种定 义和命令。用户的主要工作是修改* _ t e m p l a t e c 模板文件并在其中添加用户代码， 以确定u i s t y l e r 对话框被调用的形式及其所能实现的功能。对模板文件的修改工作 可在v c 中完成，然后和h 编译连接生成d l l 文件。应用u i s t y l e r 这一工具可以使开 发人员方便、快速地设计出与u g 界面风格一致的对话框，避免其他复杂的编程。而且 可以和用其他开发工具开发出的结果进行集成。u g o p e nu l s t y l e r ： ：具和u g o p e n 8 第二章花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统开发 m e n us c r i p t - f 具一样，都只具有某一方面的功能：u g o p e nu i s t y l e r 用于对话框的开 发，u g o p e nm e n us c r i p t 用于菜单的开发。 m e n u s c r i p t 允许用户或第三方人员使用a s c i i 文件编辑u g 的菜单，对主菜单 或快捷菜单的菜单项进行裁减、移动，或为开发的应用程序创建专用的菜单与u g 无 缝集成。使用m e n u s c r i p t 定制菜单有两种方式：一种是附加( a d d o n ) 菜单文件方式， 一种是拷贝并编辑( c o p ya n de d i t i n g ) 标准菜单文件方式。通常采用附加菜单文 件方式，因为它具有易编辑、易加载和升级维护方便等优点。通常，要实现u i s t y l e r 和m e n u s c r i p t 的功能，都必须调用u g o p e n a p i 中相关的接口函数，对它们进行控制 调整。因此u g o p e n a p i 是进行u g o p e n 客户化开发的关键。 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d q u g o v 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。g r i p 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，g r i p 语言常用于开发一些规模比较小的程序。 2 3 花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统的设计理论 本系统采用c s 结构，主要由两个层次组成：客户层和数据层。客户层主要完成 加工仿真和信息管理及数据计算。其中加工仿真部分主要是完成冷滚压加工仿真，其 加工参数可以由用户自己输入，也可以从后台数据信息中调入。信息管理及数据计算 部分主要完成用户对花键、螺纹泠滚压成形参数库的输入、刀具参数的计算及花键、 螺纹冷滚压成形参数库和刀具数据库的管理；数据层主要用来存储花键、螺纹冷滚压 9 花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿真系统开发 成形及花键、螺纹冷滚压成形刀具的相应数据信息。系统的组成如图2 1 所示，以下 就系统所包含的功能模块进行分析。 1 用户界面模块 系统用户界面模块的主要功能是通过人机交互界面实现数据库管理、花键、螺纹 冷滚压成形工件参数设计及其他需要由用户提供的数据。 用户界面的设计采用了u g 本身自带的u g o p e nu i s t y l e r 和v c 界面相混合的编 程技术，利用m f c 类与u g o p e na p i 混合编程的技术，实现了数据库技术与系统的融 合。 利用m f c 类与u g 二次开发技术混合编程可以实现单靠u g 本身开发技术难以实 现的强大功能，如访问外部数据库等。 2 工件参数计算模块 该模块是本系统的关键核心模块之一。该模块通过用户界面模块传递过来的设 计参数，根据花键、螺纹冷滚压成形分析理论设计计算。该模块的主要功能是完成花 键、螺纹冷滚压成形结构参数和齿形等的确定，并把计算结果存入数据库管理模块， 为图形仿真模拟提供数据支持。该模块涉及大量的复杂的数学计算。 3 图形仿真模块的支持 该模块是通过a n s y s 后台支持，实现自动建模系统与仿真系统的协同工作，从 而为用户提供完整有效的自动建模、仿真分析和模拟。该模块将在后续章节详细介 绍。 4 数据库管理模块 本系统的数据库主要用于存储计算结果及数据库常用的维护功能， 数据维护提供方便。 系统的数据库采用c s 结构，利用a c c e s s 以数据表格的形式建立， 在v c 程序中完成对数据库a c c e s s 的调用，使参数得以共享。 1 0 为用户进行 通过o d b c ， 第二章花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统开发 图2 - 2 花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统原理图 f i g 2 - 2s p l i n ea n dt h r e a da u t o m a t i cm o d e l i n gs y s t e ms c h e m a t i cd i a g r a m l l 花键、螺纹冷滚压成形自动建模与仿真系统开发 2 3 1 三维建模及参数设定 由于产品已经系列化、标准化，在进行设计时，只有相关参数会发生变化， 因此可以利用u g 建立花键、螺纹冷滚压成形组成部件的参数化标准模型。首先建立 零件的标准模型，然后声明到相应的l a y o u t 页。在这些布局页中，设置独立零件的 尺寸和形状参数。首先利用u g 的单一数据库和参数驱动功能，在u g 的工具一参数菜 单中建立相应参数，然后在工具一关系中设置几何尺寸与参数以及各个参数之间的 关系。为了实现产品的系列化操作，当对一些标准件进行操作时，在工具一程序菜 单中，利用i f _ e n d 工f 语句。根据零件的名称字符串，在一条选择语句中，对一部 分相关尺寸参数进行赋值，从而间接地实现了族表的功能。为了能在导入到装配体 时，实现自动装配，在模型中要建立相应的装配基准，同时将相应零件基准也声明 到相应的l a y o u t 页中。具体技术路线如图2 - 3 所示。 图2 - 33 d 模型参数化设计流程 f i g 2 - 33 dm o d e lp a r a m e t r i cd e s i g nf l o w 2 3 2 程序设计和参数提取 u g o p e nc 、u i s t l y e r 是u g 自带的基于c 语言的强大的二次开发工具。利用v c + + 6 0 对u g 进行二次开发，有内部和外部两种模式。由于本文是要开发基于数据库的自动 建模系统，一方面要实现产品的参数化设计，需要外部建立相应的数据管理系统， 实现对产品零部件的管理，因此选用外部模式。将基于u g 的参数化二次开发子系统 与数据库子系统结合起来。相关模块之间的关系如图2 4 所个零件的详细设计，最后 1 2 第二章花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统开发 进行零件的装配，完成整个设计过程。 v c 界商 图2 - 4 花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统设计流程 f i g 2 - 4s p l i n ea n dt h r e a da u t o m a t i cm o d e l i n gs y s t e md e s i g nf l o w ( 1 ) 新建文件夹 在开发目录下建立文件夹s p l i n e s p e c ，然后在该父目录下建_ f f _ s t a r t u p 和a p p l i c a t i o n 两个子文件夹，s t a r t u p 子文件夹用来放置菜单及d l l 文件，a p p l i c a t i o n 子文件夹用来 放置对话框文件木d u 。 ( 2 ) 添加环境变量 右键点击“我的电脑“，设置环境变量“u g i i u s e r d i r ，变量值为s p l i n e s p e c 文件夹所在路径。如图2 5 所示，在此窗口完成环境变量注册。 1 3 花键、螺纹玲壤压成形自动建模与仿真系统开发 壹星名迦) 强) 丽匠面西育一 丽讵一 垂二】塑i 图2 - 5 环境变量注册 f i g2 - 5 r e g i s l 9 r e n v i m 衄e n tv a r i a b l e 233 数据库连接与维护 a c c e s s 是o d b c 组件之一，它具有最基本的数据库功能，利用它可方便地建立日 常的管理数据库，并措建复杂而又稳健的应用系统。v c _ f + 作为强大的开发工具，提 供了与a c c e s s 数据库的接口技术，如o d b c 、d a o 、o l ed b 和a d o 等，利用这些接口技 术和v c + + 提供的各种有力工具咖屯等) ，我们可以开发自己的数据库应用程序u 。 本论文采用v c + 6 0 对a c c e s s 数据库进行开发。a c c e s s 数据库提供了与 v c + + 的多种接口，本章选用d a 0 j 圭接技术。首先要建立相关零部件的参数属性数据表， 然后利用d o 技术完成数据表内容的打开、添加、删除、更新和查询等基本功能。采 用s q l 语句，搜索和查询对应的数据库及相应字段的内容。各模块之间的联系如图2 6 所示。这些功能的实现函数如下； 图2 - 6 数据库管理流程 f i g2 - 6 d a n b 够c m m m g e m e n t f l o w o d e n l ) a t a b a s e 0 ：打开数据库的记录集，在数据库中首先要建立表，然后添加必要 的字段，我们进行的操作就是对里面的字段进行读取和写入； h d d n e w d a t a b a s e 0 ：对数据库相应字段添加记录； 1 4 亨 第二章花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统开发 d e l e t e d t a b a s e0 ：删除数据库相应字段的内容； g e t f i e l d v a l u e ( i n tn l n d e x ，c 0 1 e v a r i a n t v a r v a l u e ) 和s e t f i e l d v a l u e ( l p c t s t r i p s z n a m e ，l p c t s t rl p s z v a l u e ) l ：获取和设置数据表相应字段的内容： g e t f i e l d i n f o ( i n tn l n d e x ，c d a o f i e l d i n f o & f i e l d i n f o ，d w o r dd w i n f o o p t i o n s = a f xd a op r i m a r yi n f o ) ：获取有关记录集中字段的信息 系统数据库包括很多方面的记录表，比如在标准参数表中，首先存储好各种计算参 数，然后用前面举出的u g o p e n 函数进行装配。b o m 表的其他内容则是通过选取或输 入数值获得。对于标准模型参数表，我们要利用行业标准，通过在界面选择零件的 关键尺寸来控制所选模型的形状和参数。 2 4 花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统的设计 花键、螺纹冷滚压成形自动建模系统包括花键自动建模造型、螺纹自动建模造 型、花键、螺纹冷滚压成形工程图自动化设计、数据库管理四部分。前三个模块设 计将采用u g o p e nc + + 设计，自动加载进入u g 系统生成工具条，最后用户完成交互 输入实现功能的技术路线。 2 4 1 花键自动建模系统的设计 花键自动建模系统的开发主要包括以下几部分： l 工具条设计 2u i s t y l e r 对话框设计 3 使用v c + + 建立应用程序框架 4u g o p e ng r i p 设计参数化程序， 下面将具体介绍开发过程。 2 4 1 1 工具条设计 在s t a r t u p 文件夹下，新建工具条文件菜单，制作过程是先建立文本文件，然 后另存后缀为t b r 的文件。本次开发的文件名为s j y f m e