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基于UG的齿轮虚拟加工及蜗轮蜗杆的造型研究【三维UG】【全套CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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修剪曲线.jpg

创建单个轮齿模型.jpg

创建齿轮外轮廓线切割操作.jpg

单头蜗杆三维造型.jpg

建立表达式.jpg

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指定CSYS参考.jpg

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构建的草绘图.jpg

求差布尔运算结果.jpg

渐开线.jpg

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绘制3圆.jpg

绘制渐开线.jpg

绘制的两条空间螺旋线.jpg

绘制直线.jpg

绘制草图.jpg

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绘制蜗轮齿槽螺旋线.jpg

绘制蜗轮齿槽螺旋线1.jpg

蜗杆参数表达式.jpg

蜗杆圆柱坯体的创建.jpg

蜗杆齿形实体.jpg

蜗轮三维造型图.jpg

规律曲线定位选项.jpg

输入函数表达式x1t.jpg

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选取草图，设置回转参数.jpg

选取草图，设置拉伸参数.jpg

错误信息.jpg

镜像复制渐开线.jpg

齿廓实体切割圆柱坯体.jpg

齿廓实体和圆柱坯体.jpg

齿廓截面草绘图.jpg

UG TU

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UG资料

齿轮加工仿真程序的开发.pdf---(点击预览)

齿轮加工仿真技术.pdf---(点击预览)

齿轮加工CNC系统.pdf---(点击预览)

虚拟加工技术研究.pdf---(点击预览)

虚拟加工及其关键技术研究.pdf---(点击预览)

摆动活齿传动的中心齿轮3D设计及虚拟加工.pdf---(点击预览)

基于UG的齿轮参数化设计.pdf---(点击预览)

基于UG的齿轮参数化结构设计.pdf---(点击预览)

基于UG的齿轮参数化建模系统.pdf---(点击预览)

基于UG的齿轮刀具设计及切齿仿真加工研究.pdf---(点击预览)

基于UG的零件参数化设计.pdf---(点击预览)

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基于UG的直齿圆柱齿轮参数化实体设计通用方法.pdf---(点击预览)

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基于UG的大型模具的虚拟加工.pdf---(点击预览)

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基于UG的圆柱渐开线齿轮参数化设计.pdf---(点击预览)

基于UG平台的齿轮三维实体建模.pdf---(点击预览)

基于UG二次开发工具实现直齿圆柱齿轮的参数化设计.pdf---(点击预览)

基于UG_OPENAPI的蜗杆传动参数化系统开发.pdf---(点击预览)

基于UGNX的直齿圆锥齿轮参数化系统开发.pdf---(点击预览)

基于u g 的直齿圆柱齿轮绘制研究.pdf---(点击预览)

基于CAXA的斜齿轮三维建模与加工刀路轨迹仿真.pdf---(点击预览)

基于CATIAV5的圆柱齿轮虚拟加工研究.pdf---(点击预览)

利用UG实现圆锥齿轮参数化设计.pdf---(点击预览)

三维虚拟加工环境及其关键技术的研究.pdf---(点击预览)

一种基于UG的齿轮结构参数化设计系统的开发.pdf---(点击预览)

一种基于UG的零件三维参数化设计技术.pdf---(点击预览)

UG_NX中的直齿内圆锥齿轮的三维参数化造型.pdf---(点击预览)

基于UG的齿轮参数化建模系统.caj

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关键词：: 基于 ug 齿轮虚拟加工蜗轮蜗杆造型研究钻研三维全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

资源描述：

摘要

本文主要介绍了在UG下齿轮、蜗轮蜗杆的三维建模。通过表达式绘制出渐开线，经过修剪绘制出齿廓截面，然后进行拉伸和特征阵列建立起齿轮的模型。蜗轮蜗杆通过表达式绘制出螺旋线和渐开线，绘制出或修改成齿廓截面，然后进行扫掠、特征阵列、布尔求差得到三维模型。重点研究在UG下对圆柱直齿轮进行虚拟加工模拟。通过创建毛坯，创建程序节点，创建加工节点，创建操作，参数设置这一系列过程最终生成刀轨，借助UG CAM的后处理功能，将刀轨转换为能被数控系统所能接受的数控程序。虚拟加工可以降低造型难度、提高设计效率，直接降低齿轮的试切、调试费用，缩短试切周期。

关键词 :UG;表达式;齿轮;渐开线;虚拟加工

The Virtual Manufacturing of Gears and The Modeling Study of Worm Based on UG

Abstract

In this paper, the three-dimensional modeling of the gears and worm gear are mainly introduced in UG. Drawn through the expression involute, after pruning drawn cross-section tooth profile, and then proceed to stretch and features an array of models to build gear. Worm drawn through the expression and involute spiral lines, drawn or modified into a cross-section tooth profile, and then swept, the characteristics of the array, Boolean been poor for three-dimensional model. Focus on the UG on Spur Gear for virtual machining simulation. Through the creation of rough, create procedure node, create a processing node, the creation operation, parameter setting process of the end of this series of tool path generation, use the post-processing functions of UG CAM, will be converted to tool path CNC system acceptable to the NC program. The virtual manufacturing can reduce the difficulty of modeling to improve design efficiency, reduce gear direct shear test, commissioning costs, cut cycle to shorten the trial.

Key words: U G；Expression；gear；Involute；Virtual Manufacturing

1 绪论1

2 齿轮虚拟加工1

2.1 渐开线齿廓成形原理1

2.2 渐开线齿廓的构建2

2.3 直齿圆柱齿轮实体模型建立5

2.4 圆柱直齿齿轮的外轮廓线切割6

2.4.1 圆柱直齿齿轮的加工方案7

2.4.2 创建外轮廓线切割操作的节点8

2.4.3 外轮廓线切割操作的参数设置10

2.4.4 圆柱直齿齿轮线切割程序的生成11

3 蜗杆三维造型设计12

3.1 蜗杆参数12

3.2 绘制两条空间螺旋线13

3.3 绘制蜗杆基本曲线和齿廓截面16

3.4 单头圆柱蜗杆的三维造型16

4 蜗轮三维造型设计18

5 结束语23

参考文献25

1 绪论

在机械传动的各种类型中，齿轮传动是应用最多的一种传动机构，它广泛地应用在各种机器的传动装置中，并且也是齿轮传动机构的核心零件，因此齿轮在机械传动中的作用十分重要。近年来随着运用计算机进行机械运动仿真和对齿轮机构进行准确有效分析的需要,齿轮的精确建模也显得极其重要。由于齿轮轮廓不是标准曲线,工程设计人员在齿轮的精确建模和设计制造中会涉及到曲线公式坐标旋转等较为复杂的问题,而且在工程设计中经常需要对齿轮进行造型，大多数三维建模系统都不能直接、快速、高效、精确的生成齿轮的三维模型，因此齿轮的三维建模过程比较困难，所以齿轮的参数化设计显得非常重要。本文是基于UG下对齿轮进行参数化设计，是用表达式生成方法即用尺寸来驱动图形，UG的表达式是算术或条件语句，它可以用来控制同一零件上的不同特征间的关系。利用UG表达式并利用渐开线方程和与齿轮几何尺寸相关的计算公式，建立表达式生成渐开线曲线及其它相关联的曲线，并通过特征操作实现齿轮的参数化设计。作为通用CAD/CAE/CAM软件，对常用齿轮刀具进行参数设计计算并虚拟加工齿轮，对形成齿廓的过程进行动态仿真，帮助刀具设计者验证刀具的齿形参数是否合理，减少甚至避免试切，直接降低齿轮的试切、调试费用，缩短试切周期。为避免对每把刀具都要进行试切和检验所造成的材料浪费，多以迫切需要采用计算机虚拟加工等技术来改变传统的设计方法，以提高设计效率，减轻劳动强度，所以对本课题的研究是具有非常深远的现实意义。

全部文件.jpg

蜗杆三维.jpg

蜗轮三维.jpg

零件三维截图.gif

内容简介：: 收稿日期： 2007-03-03 作者简介：徐蔚（ 1977-），女，河北衡水人，讲师，硕士，主要研究方向为工程图学和计算机图形学。圆锥齿轮可用于传递两相交轴之间的运动，具有传动准确、平稳、机械效率高等特点1，是现代机械中应用广泛的一种传动机构，以外圆锥齿轮较为常见。近年来随着内啮合锥齿轮少齿差章动传动系统的广泛应用，内圆锥齿轮也越来越得到人们的重视，建立内圆锥齿轮的三维参数化模型对于齿轮后续的虚拟装配、数控加工等有着重要意义。利用 UG NX 4.0功能强大的三维建模模块和表达式工具，可以建立直齿内圆锥齿轮的三维模型，同时引入参数化的设计思想，通过修2008 年工程图学学报 2008第 5 期 JOURNAL OF ENGINEERING GRAPHICS No.5UG/NX 中的直齿内圆锥齿轮的三维参数化造型徐蔚，杨素君（天津工业大学机电学院，天津 300160）摘要：从理论上分析了直齿圆锥齿轮的齿廓形状，结合具体实例，以 UG NX 4.0为平台，利用其功能强大的表达式工具和三维建模模块，介绍了绘制锥齿轮大端齿槽曲线的方法，模仿齿轮的实际加工，在锥齿轮的背锥上去除齿槽，得到了直齿内圆锥齿轮的三维参数化模型，并对其参数化控制方法进行了简述，为后续直齿内圆锥齿轮的数控加工、虚拟装配等奠定基础。关键词：计算机应用；三维参数化造型；表达式；直齿内圆锥齿轮中图分类号： TP 391 文献标识码： A 文章编号： 1003-0158(2008)05-0154-04 3D Parameterized Design of Straight Internal Bevel Gear Based on UG/NX XU Wei, YANG Su-jun ( School of Mechanical and Electronic Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160, China ) Abstract: The contour shape of straight bevel gear is analyzed theoretically. With an example， a method is discussed to draw outer-slot curve of straight bevel gear by using the function of expression and modeling in UG NX 4.0. Imitating the process of practical gear machining， a 3D parameterized model of straight internal bevel gear is obtained by slotting from the back cone, which is helpful to NC machining and virtual assembly of the gear. Key words: computer application; 3D parameterized modeling; expression; straight internal bevel gear nts 改齿轮的特征参数可快速建立新的模型，大大提高了设计效率。 1 直齿圆锥齿轮的齿廓分析圆锥齿轮的轮齿分布在圆锥面上，所以齿轮两端的大小是不同的，为了计算和测量的方便，通常取圆锥齿轮大端的参数为标准值。圆锥齿轮的轮齿，有直齿、斜齿及曲线齿等多种形式，由于直齿圆锥齿轮的设计、制造和安装较简单，故应用最为广泛。一对直齿圆锥齿轮在传动时，两个啮合轮齿的相对运动是球面运动，其齿廓是球面渐开线，球面渐开线不能展开成平面曲线，这就给圆锥齿轮的设计和制造带来困难2。为了应用简便，通常将齿轮背锥展开成扇形齿轮，补满缺口可得到一个圆柱齿轮，这个假想的圆柱齿轮称为圆锥齿轮的当量齿轮。当量齿轮的齿廓和锥齿轮背锥上的齿廓是一致的，而锥齿轮背锥上的齿廓即为大端齿廓，所以可用当量齿轮的渐开线齿廓代替圆锥齿轮大端的齿廓，简化设计工作。根据机械原理的知识，渐开线的直角坐标方程式为 x = rb sin u rb u cosu y = rb cos u rb u sinu u = k k其中 rb当量齿轮的基圆半径 k压力角 k展角 2 直齿内圆锥齿轮的三维建模齿轮的实际加工有很多种方法，如仿形法、范成法等，它们都是在齿轮的毛坯上去除齿槽最终形成齿轮。利用 UG对齿轮建模的思路和实际切削加工是类似的，即先生成内圆锥齿轮的背锥和毛坯，求出圆锥齿轮当量齿轮的齿槽曲线，缠绕到背锥面上，即可得到圆锥齿轮大端的齿槽曲线，再利用扫掠命令得到齿槽，对齿槽进行一系列变换，再和齿轮毛坯进行求差操作即可得到内圆锥齿轮的三维实体模型。设有一个直齿内圆锥齿轮，大端模数 m=4，齿数 z=36，分度圆压力角 a=20，与其相啮合的小齿轮齿数为 22，变位系数 x=0。建模过程如下： 2.1 建立表达式根据齿轮参数，打开 UG的表达式工具，按其语法规则输入如下表达式： m=4 模数 z=36 齿数 z1=22 与之啮合的小齿轮齿数 a=20 压力角 x=0 变位系数 b= arctan(z/z1) 分度圆锥角 ha=(1 x) m 齿顶高 hf=(1.2 x) m 齿根高 zv=z/cos(b) 当量齿轮齿数 dv=m zv 当量齿轮分度圆直径 dbv=dv cos(a) 当量齿轮基圆直径 dav=dv 2 ha 当量齿轮齿顶圆直径 dfv=dv 2 hf 当量齿轮齿根圆直径 da=m z 2 ha cos(b) 齿顶圆直径 df=m z 2 hf cos(b) 齿根圆直径 R=m/2 sqrt(z2 z12) 锥距 th=arctan(hf /R) 齿根角 a1=b th 顶锥角 a2=b th 根锥角 width=20 齿宽 t=0 系统内部变量 0 t 1 u=90 t 渐开线展角范围 xt=(dbv/2) cos(u) (dbv/2) rad(u) sin(u) 渐开线直角坐标方程 yt=(dbv/2) sin(u) (dbv/2) rad(u) cos(u) zt=0 2.2 建立背锥和齿轮坯三维模型利用“圆锥”命令建立一个圆锥台，用这个圆锥台外表面作为内圆锥齿轮的背锥，由于背锥母线与分度圆锥母线垂直，所以背椎的半锥角取为 90-b，顶面直径取为 df，底面直径并不重要，只要大于 da即可，取为 da+20。将坐标系原点移到顶面圆心处， xy平面与顶面共面， z轴与背锥轴向相反。建立一个圆锥，底面直径为 df，顶面直径为 0，半锥角为 a2，该圆锥即为内圆锥齿轮的齿根圆锥。以背锥为目标体，以齿根圆锥为工具体，对二者进行求差操作，得到无轮齿的齿轮毛坯。第 5 期徐蔚等：UG/NX 中的直齿内圆锥齿轮的三维参数化造型 155 nts 2.3 绘制大端齿槽曲线建立一个与背锥相切的基准平面 A，把坐标系的原点移到背锥的锥尖处，旋转坐标系，使 x轴与背锥的母线重合， xy平面与基准平面 A共面。在新建立的基准平面 A上，以坐标原点为圆心，以当量齿轮的齿顶圆直径、齿根圆直径、分度圆直径、基圆直径为直径分别画圆。利用“规律曲线”命令中的“根据方程”选项，以 UG系统内部变量 t为自变量，横坐标 xt、纵坐标 yt，高坐标zt为因变量画出第一条渐开线。第二条渐开线如果采用镜像第一条渐开线的方法生成，会使渐开线失去特征参数，无法实现全参数化控制，所以还应使用“规律曲线”命令生成。建立一个基准平面 B，与 xz平面夹角为两条渐开线在基圆上所夹的圆心角，值为 180/zv 2 (tan(a) rad(a)。执行“规律曲线”命令，绘制第二条渐开线，以新建立的基准面 B作为水平参考，控制渐开线的放置位置。完成后的四个圆和两条渐开线如图 1所示。利用“修剪曲线”命令以齿根圆、齿顶圆、两条渐开线互为边界进行修剪，得到一封闭的曲线链。利用“缠绕 /展开”命令把曲线链缠绕到背锥面上，即可得到齿轮大端的齿槽曲线3，如图 2所示。图 1 4个圆和两条渐开线图 2 齿轮坯及大端齿槽曲线 2.4 生成齿槽由于锥齿轮的轮齿大小端尺寸不同，所以齿槽不能通过简单的拉伸命令得到，应该采用扫掠的方法生成。将 2.3中创建的齿槽曲线各端点与2.2中齿根圆锥的锥顶点进行连线，以此作为引导线，将齿槽曲线沿引导线扫掠可得到如图 3所示齿槽4。图 3 扫掠后得到齿槽 2.5 生成内圆锥齿轮将齿槽绕背锥轴线进行环形阵列，阵列数目为 z，齿槽间角度为 360/z度。以齿轮坯为目标体，以齿槽为工具体，对二者进行求差操作，即可得到内圆锥齿轮的轮齿部分。最后添加齿轮的腹板、孔、键槽等结构特征，完成内圆锥齿轮的三维建模，最终结果如图 4所示。图 4 直齿内圆锥齿轮 3 齿轮的参数化控制内圆锥齿轮的参数化控制要求齿轮能够在设计参数发生改变时，结构尺寸也相应地改变以满足新的设计需要。为此，只需要修改齿轮三维实体模型的特征参数，如模数 m、齿数 z、压力角a、变位系数 x等，即可按照参数自动更新三维模型，生成新的齿轮。特征参数可以采用以下方法进行修改5：（ 1）最简便的方法是直接修改表达式对话框中的特征参数，来实现齿轮模型的重新自动建156 工程图学学报 2008 年nts 模。（ 2）利用 UG的电子表格功能定义、编辑、修改表达式和参数，通过更新完成参数化建模。（ 3）将生成特征实体的参数生成数据文件，利用系统自带的 UG Open GRIP语言进行编程，实现对齿轮参数的修改。利用参数化建模，可以极大的缩短齿轮设计制造时间，减少设计人员的重复劳动，提高设计效率。4 结束语利用 UG的建模模块和表达式工具，模仿齿轮的切削加工，实现了直齿内圆锥齿轮的三维参数化建模，只需修改特征参数，即可实现对齿轮的参数化控制，提高了设计效率，为后续直齿内圆锥齿轮机构的数控加工、虚拟装配、动力学分析和仿真模拟等打下良好的基础。参考文献 1 孙桓 , 陈作模 . 机械原理 M. 北京 : 高等教育出版社 , 1997. 245-338. 2 姜海军 . 基于 UG的直齿圆锥齿轮三维建模研究 J. 煤矿机械 , 2005, (7): 74-76. 3 肖阳 , 孙东明 , 姜雷 , 等 . UG中锥齿轮的三维参数化建模 J. 现代机械 , 2004, (6): 12-13. 4 赵彩虹 , 卢章平 . 基于 UG平台的直齿圆锥齿轮的三维精确建模 J. 农机化研究 , 2005, (5): 232-236. 5 白剑锋 , 贺靠团 , 黄永玲 , 等 . UG在渐开线斜齿轮参数化设计中的应用 J. 机械设计与制造 , 2006, (7): 71-73. 第 5 期徐蔚等：UG/NX 中的直齿内圆锥齿轮的三维参数化造型 157 nts机械 2004 年第 31 卷增刊 81 一种基于 UG 的零件三维参数化设计技术庄亚红 1，范元勋 2 （ 1.南京工业职业技术学院机械工程系，江苏南京 210016； 2.南京理工大学机械学院，江苏南京 210094）摘要：介绍了一种基于 UG 的零件三维参数化设计技术，根据装配关系区分各类参数，在 UG 中建立三维参数化的零件模型。用 Visual C+开发主要用于获取参数的应用程序，用 UG 提供的二次开发工具 UG/Open API开发接口程序，将两者结合起来，建立实体模型与其尺寸参数之间的联系，实现零件的参数化，自动生成符合用户要求的零件。关键词：参数化设计；零件模型；数据处理； UG 中图分类号： TP391.7 A technique of three dimensional parametric design of part based on UG ZHUANG Ya-hong1， FAN Yuan-xun2 (1 Institute of Industry Technology; 2 School of Mechanical Engineering, NUST, Nanjing 210094， China) Abstract： The article introduces a technique of three dimensional parametric design of part based on UG. According to assembly relationship, the parameters are differentiated and then three dimensional parametric parts are established in UG. Using Visual C+, the application is exploited which gets dimensional parameters. Using the method of UG/Open API which is the quadratics exploitation tool offered by UG, the API program is achieved ,then parts and parameters are combined and relations between models and data are established. Parametric parts are realized, which are accord with users requests. Key words: parametric design； part model； data processing； UG UG 软件是美国 EDS 公司开发的以机械产品为主的CAD/CAM/CAE 软件，在国内外机械行业中广泛使用。它不但具有强大的设计、制造功能，而且还为用户和第三方软件开发商提供丰富的二次开发工具，可以实现本地化的 UG 软件。当今机械产品设计中始终贯穿着参数化的思想，通过改变零件的尺寸参数获得不同尺寸的零件。在UG 中建立一个参数化的零件可以用多种方法实现。参数化零件的尺寸值可以人工输入，也可以从自行开发的程序中计算获得。人工向 UG 输入参数值，一方面费时，另一方面出错率高，影响产品的设计效率和质量。因此如何将零件尺寸值自动传递给参数化零件模型，生成符合用户要求的零件图 ,是实现零件参数化设计的关键。利用 UG 软件本身提供的二次开发工具 UG/Open API 函数进行编程就能方便地解决这一问题 1。 1 参数化实体模型的建立设计一个复杂的参数化零件，必须要对零件进行分析，确定该零件的各个特征、参数及其它们之间的关系 2。各个特征主要根据装配约束关系与非装配约束关系确定，将零件的特征分为两大类，第一类是反映该零件与其它零件装配约束关系；第二类是反映零件自身结构形状。在这两类特征中又可以根据特征参数之间的关系，将参数分为三类（ 1）主参数，决定零件装配约束或形状结构的参数。参数之间是相互独立，由设计者或者应用程序计算确定。（ 2）次参数，其值由主参数决定。主参数确定以后，根据参数关系表达式确定次参数。这类参数是不能人工进行改变的。（ 3）常数，这类参数是计算公式中要用到的一些常数，将它们作为一种固定参数表达式列出。这种参数关系如图 1 所示，清晰明确，参数的变化只局限于零件的相应部分，变动范围小。图 1 零件参数关系如图 2 所示以一个标准渐开线直齿圆柱齿轮设计为例。用 UG 常用的参数化设计工具表达式（ Expression）来设计参数化零件 3。通过改变零件的尺寸表达式的值，改变零件的尺寸参数，获得满足使用要求的零件。主参数次参数常数主参数次参数常数主参数次参数常数主参数次参数常数零件形状约束装配约束特征部分 1 特征部分 n 特征部分 1 特征部分 m nts 82 机械 2004 年第 31 卷增刊变化各部分的主参数就能够生成不同大小的齿轮。在 UG 中建立齿轮模型时，这些参数值可以按大体形状任意给定，其作用只是建立一个零件模板，以后根据用户的要求再确定尺寸，这是参数化零件主要的特点。在 UG 中建立参数化齿轮模型的步骤如下：（ 1）用户进入 UG 界面， Tools-Expression,打开Expression 对话框。（ 2）在对话框中输入上述表 1 中列出的所有参数表达式。（ 3）根据 Expression 中的尺寸值，利用 UG 建模工具建立实体模型，生成如图 3 所示的零件模型。图 2 标准渐开线直齿圆柱齿轮表 1 齿轮参数表约束类型特征部分参数类型名称（符号）参数表达式模数（ m） m=2 主参数分度圆直径（ d） d=mz 次参数齿顶高系数（ ha*） ha*=1 部分 1 齿廓特征常数主参数孔径（ dh） dh=10 键槽宽度（ b1） b1=3 次参数装配约束部分 2 轴孔特征常数无模数（ m） m=2 主参数厚度（） =3m 次参数形状约束部分 3 轮毂特征常数无 2 尺寸参数的数据传递对于具体的零件，用户在自行开发的应用程序界面上输入主参数和常数。以齿轮为例设计如图 4 所示的应用程序界面。用户通过输入主参数确定齿轮的大小。为了避免人工向零件模板输入尺寸值，应用程序最后要对各参数值进行处理，实现与 UG 软件的数据交换。通常数据处理的方法有两种：一是建立数据库；二是形成数据文件。用第一种方法建立的数据库包含零件标识符、名称、尺寸、尺寸驱动参数名等。 UG 软件通过接口对数据库中数据进行调用、查询、增加、改变等操作，以实现零件尺寸的驱动。这种方法适合于形状尺寸复杂的零件。本文设计结构简单的齿轮，适合采用第二种方法。与第一种方法比较，这种方法实现过程简单，避免了数据库的建立。由于数据文件要与 UG 程序连接，所以应用程序最后生成相应格式的数据文件。若用数据文件建立结构相同型号不同的齿轮，则要每一个齿轮生成相应的一个数据文件，然后依次与 UG 进行数据交换。若采用数据库处理方法，则只要对数据库进行操作，就可生成相应的零件。所以若在 UG 中建立零件库，推荐采用数据库处理数据的方法。图 3 齿轮参数化图 4 齿轮应用程序界面零件模型数据文件和参数化零件模型之间的数据传递是通过程序接口实现的。将数据文件中的尺寸值传递给零件模板，使得零件能够按照要求的尺寸进行变化，在 UG 界面上生成符合要求的实体，最后将零件保存在一定的路径目录下，这样用户的设计工作才算完成。用户可以在 VC+环境中用 UG/Open AppWizard 建立 UG 程序框架，利用UG提供的二次开发工具 UG/Open API函数编程来完成接口这一项工作 4。由于零件模板的建立是利用表达式工具Expression 完成的，所以在 UG 内部程序中要用到关于表达式的 API 函数来修改表达式的值。用 UG/Open API 函数编程的方法实现接口比较简单，程序短小。由于用的是UG 封装的 API函数，所以程序的出错率低，易于调试。但是需要注意的是 API 函数的参数传递形式。 3 自动生成零件的过程将以上的工作连接起来如图 5 所示，就可以自动生成符合要求的零件实体。过程如下：部份 1 部份 3 部份 2 b c D 3D 1D 2d h （下转第 86 页） nts 84 机械 2004 年第 31 卷增刊证的工序尺寸公差结果如表 2 所示。其中编号 1,2,3 分别对应于上述三种公差计算方法。表 2 工序尺寸公差值 (对称偏差标注 ) 名称 1ST 2ST 3ST 4ST 5ST 6ST 7ST 8ST 9ST 10ST 14ST 1 0.125 0.06 0.05 0.5 0.05 0.15 1.5 0.2 0.05 0.1 0.3 2 0.125 0.06 0.036 0.5 0.02 0.21 1.5 0.259 0.02 0.174 0.36 3 0.125 0.06 0.06 0.5 0.014 0.222 1.5 0.272 0.014 0.162 0.372 以上三种方法，等精度法是一种比较粗糙的分配方法，只是在精度要求不高或者加工方法大致相同的情况下采取的方法，但该方法不需要用户提供任何其它计算信息。第二种在平均经济公差基础上合理分配工序尺寸公差方法比较合理，但只是考虑了加工方法和尺寸对工序尺寸公差的影响，不是最优值，而且结果的合理性很大程度上取决于初始值是否合理。第三种方法采用了优化算法得出的结果是最优的，但其要求提供经济公差等计算条件。如果采用成本作为优化目标函数，还需要建立公差成本模型。因此，优化算法虽好，但是需要大量可靠的基础数据。 4 总结本篇阐述了计算机辅助尺寸链计算中如何合理经济地分配公差的技术。在计算机辅助尺寸链计算时，采用三种方法确定工序尺寸公差，用户可以根据不同的条件进行选择，来满足不同的加工情况的要求。并在优化模型的约束要求中提出了分级约束的概念，使优化过程更接近于生产设计实践。所开发的计算机辅助尺寸链计算工具能快速、合理地确定工艺尺寸及公差，同时使用简单、方便。参考文献： 1 华雷，丛培田，等 . 计算机跟踪求解工艺尺寸链的研究 . 1994， 3. 2 王晓慧，石江明 . 工艺尺寸式计算软件的设计开发 . 中国机械工程， 1999， 2. 3 方红芳，何勇，等 . 计算机辅助公差设计方法学 . 机械科学与技术， 2000， 19(5):714716（ 1）在 VC 环境下将 UG/Open API程序编译连接生成 *.DLL 文件。（ 2）打开设计零件的应用程序，在应用程序中输入主参数，生成数据文件，并且在应用程序中调入用 UG 软件生成的参数化零件模板。（ 3）在 UG 环境下执行 *.DLL 文件，生成符合尺寸要求的零件并将其保存。图 5 自动生成零件过程图 4 分析与结论利用上述的二次开发技术，可以将自行开发的应用程序与 UG 应用程序相互结合，开发出用户化的零件设计CAD 系统，大大提高产品的设计效率，缩短产品的设计周期。这一方法已经应用于我们开发的变速器 CAD 系统中，并且得到良好的效果。基于 UG 的参数化零件设计系统建立过程中存在一个相互制约的问题，如果在 UG 中建立零件模板过程时，没有完全实现零件的参数化，则还要依赖 UG/OPEN API程序来完成整个零件的参数化，因此该程序将会很复杂；若要使 UG/OPEN API程序简单，则零件模板的参数化程度要较高，尽量用 UG 提供的参数化建模工具来实现。零件的参数化建模主要在于分清各个装配约束部分的主参数和次参数，建立起它们之间的关系，从而建立合理的零件实体模板。参考文献 : 1UGS 公司 .UG/OPEN API Reference.1998. 2Roller D.Dimension-driven geometry in CAD:A survey,theory and practice of geometric modelM.Strasser W,Seidel H-P.(eds).Springer- Verlag,1989.509-523. 3李世国 .三维模型的参数化设计策略及程序设计技术 J.机械，2000， 27 (.6)： 24-26. 4胡道钟 .微机平台的 UG 二次开发技巧 J.计算机辅助设计与制造，2000，（ 1）： 13-15. UG 环境 VC 环境数据文件或数据库零件模板零件实体应用程序应用程序接口（上接第 82 页） 86 nts一种基于 U G的齿轮结构参数化设计系统的开发苏纯 ,陈志伟(常州工学院机电学院 ,江苏常州 213002)摘要 :介绍了利用 U G/ OPEN API 和 Access 开发渐开线直齿圆柱齿轮参数化设计系统的方法。在U G NX环境下进行二次开发 ,实现渐开线直齿圆柱齿轮尺寸反向驱动建模 ,同时建立以产品结构、特征参数为中心的数据库系统 ,从而对渐开线直齿圆柱齿轮参数化设计系统的数据进行管理。关键词 :U G;二次开发 ;参数化设计 ;数据库系统 ;齿轮中图分类号 :TH122 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 1616( 2005) 12 - 0046 - 03近年来 CAD/ CAE/ CAM/ PDM 技术得到了迅速的发展 ,而渐开线齿轮是一种重要的机械零件 ,广泛应用于各种机械产品的传动装置中。如何将 C3P 技术应用到齿轮设计上 ,有效提高设计质量和效率 ,是广大设计人员面临的问题。齿轮设计可分为齿轮传动设计和齿轮结构设计两部分。齿轮传动设计一般应首先选择材料和热处理方法 ,然后按齿面接触强度计算中心距 ,再根据中心距确定模数、齿数、齿宽等参数。设计过程中需要从有关的工程手册或设计规范中查找各种系数或数据 ,并套用经验公式 ,为了在 CAD 进程中高效、快速处理 ,可以将数表、线图程序化 ,编程实现齿轮参数的自动计算和数据输出。齿轮结构设计通常先按齿轮的直径大小 ,选定合适的结构形式 ,还要确定齿轮与轴的联接形式 ,最后根据具体参数进行结构设计。为便于 CAE 和 CAM 的实现 ,目前齿轮的结构设计往往利用三维造型软件进行实体设计。本文针对渐开线直齿圆柱齿轮 ,开发一种基于通用三维设计平台 U G和产品数据库管理系统 Access 的齿轮结构参数化设计系统 ,以便于集成环境下的产品设计和数据管理 ,因而具有一定的现实意义。1 设计思路和实现方法111 设计思路利用 U G/ OPEN API 对 U G进行二次开发 ,实现渐开线直齿圆柱齿轮尺寸反向驱动建模 ,当零件尺寸参数发生变化时 ,设计人员通过调用自定义菜单和对话框实现特征参数的重新输入 ,保存为数据文件 ,驱动 U G重构三维模型并生成相应的工程图。同时建立以产品结构、特征参数为中心的数据库系统 ,该系统既可以通过人机交互界面实现管理与维护 ,又可与齿轮参数化设计形成的数据文件实现数据交换。112 实现方法系统整个开发流程如图 1 所示。首先利用 U G NX 创建渐开线直齿圆柱齿轮模板 ,针对齿轮轴、实心式、腹板式齿轮分别创建完全参数化的三维造型和二维图 ,然后提取特征参数创建部件族 Excel 电子表格。后面的工作沿两条主线进行 ,一方面设置 U G开发环境变量 ,用 MenuScript 创建用户化齿轮模块菜单 ,用 U IStyler 创建人机交互对话框 ,在此基础上利用 Visual C + +6. 0 编写程序并编译生成动态链接库 DLL 文件 ;另一方面利用Access创建基于特征参数的产品数据库 ,并利用 Visual C + +610 创建数据库管理程序 ,实现对 Access 数据库的外部管理 ;最后实现 Excel 电子表格文件与 Access 数据库的数据交换 1 。在U G NX 环境中 ,通过用户化菜单和对话框 ,调用某种结构形式的齿轮所对应的 DLL 文件 ,再输入特征参数 ,这不仅可以创建齿轮三维造型和二维图 ,还可查询、改写、存储相关的产品数据库数据。图 1 系统开发流程收稿日期 :2005 - 09 - 30作者简介 :苏纯 (1972 - ) ,女 ,江苏徐州人 ,常州工学院讲师 ,江苏大学在读硕士研究生 ,主要研究方向为 CAD/ CAM。642005 年 12 月中国制造业信息化第 34 卷第 12 期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. nts2 系统的关键技术和实现过程211 创建齿轮模板本系统主要创建齿轮轴、整体式齿轮及腹板式齿轮 3 个模板 ,按高速级齿轮传动要求考虑到轮心的平衡性及对中性 ,采用花键联接 ,建立完全参数化的图形 ,3 种结构形式的渐开线直齿圆柱齿轮模板如图 2 (a) 、 (b) 、 (c)所示。图 2 3 种结构形式的渐开线直齿圆柱齿轮模板下面以结构形式最复杂的腹板式渐开线直齿圆柱齿轮为例介绍创建过程。a.根据渐开线参数方程运用表达式、规则曲线工具创建渐开线。考虑到 3 种结构形式齿轮渐开线的创建过程是一致的 ,可用记事本创建 gear. exp 文件 ,在 U G建模环境中实现重复导入 ,简化表达式的输入过程。b. 经过对曲线的修剪、拉伸生成半齿实体和齿根圆圆柱 ,对半齿作实体镜像 ,再将生成的齿形实体与齿根圆圆柱作布尔并运算 ,最后作轮齿的圆周阵列 2 。c. 通过拉伸、圆周阵列、布尔运算等一系列操作形成齿轮腹板造型。d. 通过拉伸、布尔运算等一系列操作形成齿轮内花键结构(根据不同设计要求 ,也可创建平键结构 ) 。e. 在 part family 对话框中 ,添加齿轮厚度、压力角、模数、齿数、腹板直径、腹板厚度、去重孔定位圆直径、去重孔径和孔数、凸台外径、凸台高度、花键内外径、花键键宽、花键数等共 15 个参数 ,生成腹板式齿轮部件族电子表格。f . 根据已有的齿轮模型创建二维工程图。单击Application Drafting 下拉菜单 ,进入工程图功能模块。设置图纸参数 ,添加齿轮的投影视图和剖视图 ,根据 GB 要求对图形进行编辑修改 ,最后完成尺寸标注。在腹板式齿轮模板创建过程中 ,需要注意对草图的完全约束 ,形成部件族电子表格时参数的提取应完整 ,并与 DLL 文件的参数传递相对应。齿轮轴和实心式齿轮模板的创建过程相似且更简单 ,形成部件族电子表格需要添加的参数更少 ,其中齿轮轴需要添加齿轮厚度、压力角、模数、齿数共 4 个参数 ,实心式齿轮需要添加齿轮厚度、压力角、模数、齿数、花键内外径、花键键宽、花键数等共 8 个参数。212 设置环境变量进行 U G/ OPEN API 开发 ,设置开发及运行环境的主要步骤如下 :a. 建立 E : ugapi 文件夹 ,在 ugapi 目录下建立子目录 start2up、 application 和 prt file ,将创建的齿轮轴、实心式和腹板式齿轮模板复制到 prt file 文件夹中 ,分别重命名为 gear1. prt、gear2. prt、 gear3. prt。b.在控制面板中点击系统高级环境变量 ,增加环境变量 U G USER DIR ,使其指向 E : ugapi 文件夹。213 创建用户化菜单U G/ OPEN MenuScript 提供了一套用于定义 Unigraphics 菜单的脚本语言 ,运用记事本工具按照 MenuScript 脚本语言语法可以定义 gear. men 文件 ,将该文件保存在 E : ugapi startup 文件夹中。运行 U G NX后在主界面上生成的用户化菜单如图 3 所示。图 3 用户化菜单214 创建交互接口界面U G/ OPEN U IStyler 提供了快速生成 Unigraphics 对话框的功能 ,产生的对话框可以在 MenuScript 文件中被调用。a.在 Unigraphics Gateway 状态 ,选择 Application User In2terface Styler ,进入 U IStyler。b.利用 U IStyler 提供的控件分别创建整体式、腹板式齿轮及齿轮轴对话框 ,要求用户输入的参数由其零件族电子表格参数确定。图 4 所示为腹板式齿轮人机交互对话框。图 4 腹板式齿轮对话框c. 将各结构形式齿轮对话框文件 ( 3 . dlg 文件 )保存至 E : ugapi application 文件夹中 ,U IStyler 针对每一个 3 . dlg 文件自动创建对应的 3 . h 文件和 3 . c 文件 ,自动保存至 E : ugapi application 文件夹中。例如整体式齿轮对话框文件保存为74 现代设计技术苏纯陈志伟一种基于 U G的齿轮结构参数化设计系统的开发 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ntsgear1. dlg ,则 U IStyler 同时自动保存 gear1. h 和 gear1 tem2plate1c 文件 3 。215 创建动态链接库文件动态链接库 (DLL)文件适用于对 U G/ OPEN API 的内部模式调用 ,程序只能在 Unigraphics 的界面环境下运行。整体式齿轮对应的动态链接库文件 (gear1. dll)创建过程如下 :a. 在 Visual C + + 中创建 Win32 Dynamic - Link Library 工程 ,命名为 gear1. dsw。b. 设置工程环境。c.在 gear1. dsw 的 Source Flies 中添加 gear1 template. cpp(由 gear1 template. c 文件改名 ) , Header Files 中添加文件gear1. h。d. 编辑 gear1 template. . cpp 文件 ,将 # include 修改为 # include“ gear1. h” ,并根据程序功能要求修改各回调函数。如将回调函数 GEAR open cb ()修改后增加代码如下 :/ / 将查询已经存在的齿轮设置为当前显示的部件 / /part tag = UF PART ask part tag (instance) ;UF PART set display part (part tag) ;UF terminate () ;/ 3 Callback acknowledged , do not terminate dialog 3 /return(UF U I CB CON TINU E DIALO G) ;/ 3 or Callback acknowledged , terminate dialog. 3 / 3 return(UF U I CB EXIT DIALO G ) ; 3 /e. 编译链接生成 gear1. dll 文件 ,复制到 E : ugapi startup文件夹下。整体式和腹板式齿轮的 DLL 文件创建过程同上 ,只是需要修改回调函数时设置模板文件名分别为 gear2. prt 和 gear3. prt。216 齿轮参数数据库系统设计在利用 Access 建立齿轮参数数据库时 ,齿轮轴、实心式、腹板式直齿圆柱齿轮分别对应一个表 ,表中每个字段对应齿轮的一个主要参数。在对每张数据表建立查询和窗体后 ,就可在 Ac2cess运行界面下方便地进行数据管理。为方便用户对数据库的外部管理 ,可用 VC + + 编程创建应用程序。首先利用 ODBC 技术连接数据源 ,即连接至齿轮参数数据库 ,然后创建人机接口界面 ,最后修改控件按钮程序即可。图 5 所示为用于编辑实心式齿轮数据表的数据库管理界面。图 5 数据库管理界面在针对每种齿轮建表时 ,应使表中字段与该齿轮模板部件族电子表格字段一一对应。这样当某种齿轮模板部件族电子表格文件内容发生了变化 ,可以用 Access 打开齿轮参数数据库 ,利用下拉菜单文件获取外部数据导入 ,选择某种齿轮模板部件族电子表格文件 ,即可将其转化为 Access 表 ,并覆盖数据库中原有的同名表格。由于字段名没有变化 ,原来设置好的查询和窗体等功能可以继续使用 ,因而在数据库中可对该表进行直接操作 ,也可利用 VC 应用程序对该表数据进行外部管理。从而实现了 U G建立的部件族电子表格文件与产品数据库之间的数据交换 ,简单易用 ,避免了复杂的编程。3 系统的扩展方法基于 U G的直齿轮结构参数化设计系统采用的是模块化设计方法 ,可以采用相似的方法实现斜齿圆柱齿轮、锥齿轮等的参数化设计 ,将原系统扩展为通用齿轮的结构参数化设计系统。由于通过修改用户化菜单文件可以分别调用各种类型齿轮的动态链接库文件 ,所以系统的扩展较易识别。如实现斜齿圆柱齿轮结构参数化设计的具体做法如下 :a. 创建各种结构形式斜齿轮的完全参数化三维实体造型模板。b. 通过编辑修改 gear. men 文件 ,实现齿轮库用户化菜单的修改 ,在一级菜单增设斜齿轮 ,其二级菜单设为各种具体的结构形式斜齿轮。c.根据每一种结构形式斜齿轮模板提取的几何参数 ,利用U G/ OPEN U IStyler 创建其对应的对话框。d.创建各种结构形式斜齿轮对应的动态链接库文件 ,创建过程中 3 template. cpp 文件可以利用直齿轮对应的程序文件作简单修改得到 ,即只需修改查询参数所在的电子表格名称及调用的显示部件模板名称。e. 在齿轮参数数据库中根据斜齿轮结构分类分别创建数据表 ,利用原有的的数据库管理程序以类比方法对程序作适当修改 ,创建各种结构形式斜齿轮数据表的管理程序。4 结束语本参数化设计系统有效地提高了利用 U G设计渐开线直齿圆柱齿轮的效率。由于将三维图形数据转化为数值数据保存 ,并对齿轮数据进行集中统一的管理 ,因而所占用的计算机资源少 ,有利于管理 ,且便于集成环境下的协同设计。参考文献 : 1 董正卫 ,田立中 ,付宜利 . U G/ OPEN API 编程基础 M1 北京 :清华大学出版社 ,200212 宋晓华 ,周明安 . 基于 U G/ OPEN API 的齿轮模块开发 J . 机械研究与应用 ,2004 (12) :111 - 11213 孟广军 ,张明 ,王安敏 . U G软件的用户界面开发技术 J 1 机械 ,2004 ,31 (5) :39 - 421(下转第 50 页 )842005 年 12 月中国制造业信息化第 34 卷第 12 期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. nts 对于叶背 : x 1 = x - i y wy1 = y + i x w(7) 对于叶盆 : x 2 = x + i y wy2 = y - i x w(8)将式 (2) (6) 代入式 (7) 、 (8) ,得 :x 1 = k t2. 5 - 11 + (2. 5 k t 1. 5) 2w 0 - t01 + (2. 5 k t 1. 5) 2 d t coty1 = t + 2. 5 k t1. 51 + (2. 5 k t1. 5) 2w 0 - t01 + (2. 5 k t1. 5) 2 d t cot(9)x 2 = k t2. 5 + 11 + (2. 5 k t 1. 5) 2w 0 - t01 + (2. 5 k t 1. 5) 2 d t coty2 = t - 2. 5 k t1. 51 + (2. 5 k t1. 5) 2w 0 - t01 + (2. 5 k t1. 5) 2 d t cot(10)图 3 轮廓线示意图4 叶背、叶盆轮廓线上离散点的生成应用目前流行的 CAD/ CAM 软件 ,难以直接用以上的参数方程式 (9) 、 (10)来表达叶背、叶盆轮廓线。然而 ,我们却可以应用有关的数值计算方法 ,根据参数方程式 (9) 、 (10) 来计算出一系列叶背、叶盆轮廓线上的离散点。以一系列有序的离散的“ 点 ” 来替代一条连续的 “ 线 ” 。经这样处理后 ,可以利用现有的CAD/ CAM 软件生成所需的复杂曲线。图 2 (a)中弯曲的中心线可以看成是由一系列离散点构成的。以中心线开始弯曲时的点作为原点 O ,则每一个离散点到O 点的弧长是拓扑变换中的不变量 ,即经过拓扑变换不会改变的量。

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