基于UG的工艺模型三维标注系统开发分析研究 机械制造自动化专业

摘 要三维工艺技术能够提高产品开发效率，是三维数字化设计与制造一体化模式的重要环具体内容如下：TTRS理论识别三维工艺模型中全部面的特征3UG工艺信息标注技术研究：分析了工艺信息的表达要素及表达形式，采用工艺度等工艺信息的标注；UG软件的工艺模型三维标注系统，以固体火箭发动机顶盖体零件为例实现了上述技术，解决了工艺模型上的三维标注问题。关键词：工艺模型；三维标注；冗余消除；UG二次开发-I-DevelopmentofThree-dimensionalAnnotationSystemforProcessModelBasedonUGAbstractTheabilityof2Dengineeringdrawingstoexpressinformationislimited.3Dmodelingand2Dengineeringdrawingmethodsusedintraditional2Dprocesseshavetheproblemofnon-convergencebetweendesigninformationandprocessinformation,whichseriouslyaffectstherapiddesignandmanufactureofproducts.Theuseofthree-dimensionalprocesstechnologycanimproveproductdevelopmentefficiency,andisanimportantpartofthethree-dimensionaldigitaldesignandmanufacturingintegrationmodel.Inthethree-dimensionalprocesstechnology,Three-dimensionalannotationtechnologyenablesdesigninformationandprocessinformationtobeannotatedon3Dmodelofproduct,andisthecoretechnologyforrealizing3Dprocesstechnology.Wefocusedonthethree-dimensionalannotationtechnologyontheprocessmodel,includingprocesssizeandprocessinformationannotationonprocessmodels.Thedetailsareasfollows:Researchonprocesssizeannotation:AccordingtotheTTRStheory,thefeaturesofallsurfacesinthe3Dprocessmodelwereidentifiedandtheannotationelementswereextracted.Threekindsofredundantannotationelementeliminationrulesweredefined.Three-dimensionalannotationdimensionswereconstructedbyannotationelements,andtheredundancydimensionwaseliminatedbyusinggraphtheoryknowledge.TheprocesssizeconfigurationintheUGenvironmentwascompleted,andtheprocesssizeontheprocessmodelwasachieved.Researchonprocessinformationannotation:Theexpressionelementsandexpressionsoftheprocessinformationwereanalyzed,andtheprocessinformationgridwasusedtoannotatetheprocessinformation.Theprocessinformationwasexpressedinamodularmanner,andtheprocessinformationsuchasthereference,shapetolerance,andsurfaceroughnesswasannotated.Athree-dimensionannotationsystemofprocessmodelbasedonUGsoftwarewasdeveloped.Thesolidrocketenginetopcoverpartwasusedasanexampletosolvetheproblemofthree-dimensionalannotationontheprocessmodel.KeyWords：ProcessModel;Three-dimensionalAnnotation;RedundancyElimination;SecondaryDevelopmentofUG目 录摘 要 IAbstract II绪论 1论文的研究背景及意义 1工艺模型三维标注技术概述 2三维标注技术国内外发展现状 4三维标注相关标准现状 4三维标注软件发展现状 6三维标注应用现状 6论文的主要工作及章节安排 7主要工作 7章节安排 8本章小结 9工艺模型三维标注系统总体方案设计 10需求分析 10三维标注系统功能性需求 10三维标注系统其它需求 10设计目标 11工艺模型三维标注系统整体框架结构 12工艺模型三维标注系统主功能模块设计 13参数化建模 14三维标注创建 15工艺模型三维标注系统的开发流程 15工艺模型三维标注系统的实现方法 16本章小结 17工艺尺寸与工艺信息三维标注技术 18确定标注平面 18标注平面 18矩阵变换 19构造工艺模型完备标注尺寸集 19理论依据 20三维标注尺寸生成过程 21构建标注元素集 21构建标注尺寸集 24构造三维工艺信息符号 27工艺信息表达 27工艺信息符号构建 28本章小结 29工艺模型三维标注系统开发平台 30开发工具的选择 30UG/Open二次开发工具 31UG二次开发流程 35菜单定制 37系统界面开发 38本章小结 39工艺模型三维标注系统实现 40系统菜单设计及实现 40系统菜单结构 40菜单编程实现 40系统界面设计及实现 42参数化设计界面 42工艺尺寸标注界面 43工艺符号标注界面 45工艺信息标注界面 49标注系统应用实例 50本章小结 51结 论 52参考文献 53绪论展趋势中，MBD技术应运而生，以此为基础的三维工艺技术成为学术界与制造业新的研究方向[1]MBD的三维工艺技术的基本思想是在三维设计模型的基础上直接创前制造行业中，MBD技术在产品设计制造过程中扮演着越来越重要的角色，产品整个[2]的一个重点和难点[3]CAD软件中，这方面的功能相对缺乏或者不够完善，而恰恰这种功能又是产品信息数字化表达中不可或缺的关键。在经济全球化的时代背景下，UniGraphics（简称UG）软件在得到制造企业的青睐UG几个方面的问题：其一，UG多不便，设计人员标注困难且效率低下。UG面再创建定位尺寸的方法，就会浪费时间，效率不高。UG习惯，难以读图识图。其四，在进行标注时，UG软件提示消息表达不清不符合设计人员思维，根据现有UG界面的提示消息实现不了预期的标注，有时甚至产生错误标注。其五，针对某一具体类型的零件（如轴类、盘类零件等），UG不能提供快捷便利的标注工具，缺乏零件分类标注模块。UGUG力以适应市场需求是企业的迫切需要[4]。计算机辅助设计与制造一体化技术，需要把CADCAPP软件，进行CADCAPP时时更新，实现数据相互转换与同步。三维计算机辅助设计软件的不断完善与广泛应用将制造业的发展水平提升到了一3DCAD软件将脑海中的空间实体直接呈现，能够方便、快捷、全面、直观地表达产CAD软件中完成建模，但是该模型精度要求等表现在工程图上，出图用于指导加工生产。信息添加到三维模型上，实施三维工艺技术。产品从设计到加工制造所有信息集成到三维工艺模型上[5]的优势利用又提升到了一个新高度。1997年就开始三维标注技术的研究，2003ASMEY14.41-2003[6]，2012年美国又对该标准进行了[7]787787要，也是国内制造业发展的必然趋势。二维图[8]，从此工程图纸将在制造行业逐渐消失，直至退出历史舞台。三维标注技术能够充分利用零件空间立体几何模型直观明了、可视化的特点，与传统“三维建模，二维工艺”的方式相比，三维标注技术具有以下几方面的优势[9-12]：直接在三维模型上标注产品设计信息、工艺信息，将三维设计模型转成三维[13]。很大程度上降低了产品信息被误解的概率。可以实现设计信息、工艺信息、工装信息、装配信息以及检验信息的集成表后工作内容的协同性。MBD1.1，MBD工艺模型是在设计模型的基础上添加属性和三维标注形成的，其中设计模型由包同空间立体几何形状的构建。属性信息主要描述零件的功能特点等，附加到MBDMBDMBD标注的问题。图1.1 MBD工艺模型的定义Fig.1.1 DefinitionoftheMBDprocessmodel三维标注相关标准现状2090年代末，美国最大的飞机制造商波音公司联合美国机械工程师协会开始研究在三维模型上进行标注信息的技术，2003美国出版了三维标注相关的国家标准ASMEY14.41-2003（ASMEY14.41-2012代替执行）。2006年国际标准化组织参照ASMEY14.41-2003制定了三维标注国际标准ISO16792-2006（ISO16792-2015代替执行2009ISO16792为基础，编写了国内第一份关于三维标注的推荐性国家标准GB/T24734-2009，该标准就三维标注中的相关问题给出了指导性建议[15]。我国与三维标注有关的国家标准如表1.1所示。表1.1 与三维尺寸标注相关的国家标准Tab.1.1 Nationalstandardsrelatedtothree-dimensionalannotation序号 标准号 标准名称技术产品文件数字化产品定义数据通则1 GB/T24734.12 GB/T24734.23 GB/T24734.34 GB/T24734.55 GB/T24734.8

第1部分：术语和定义技术产品文件数字化产品定义数据通则第2部分：数据集识别与控制技术产品文件数字化产品定义数据通则第3部分：数据集要求技术产品文件数字化产品定义数据通则第5部分：产品定义数据通用要求技术产品文件数字化产品定义数据通则第8部分：模型数值与尺寸要求对三维标注技术及其相关标准的研究从三维工艺的概念提出开始就从未停止过而[16]中的“刺猬”问题。安恒等[17]CAXA基础上开发出自动[18]Pro/E[19]CATIAV5软件为平台二次开发出三维标[20]设计了三维快速CATIAV5Dori[21]认为在零件中Ke-ZhangChen等[22]提出了尺寸权值的[23]提供了求解组合形[25]在三维标注技术相关标准方面，目前国际上现有ISO16972，国内有GB/T24734等MBD技术，我国很多制造类企业也相应编制了适用MBD技术的优势。三维标注软件发展现状在软件功能开发方面，市场主流的商品化三维软件中都增加了三维标注模块，如Pro/EngineerCATIAUGSolidWorksDimexpert模1.2所示。表1.2 主流软件三维标注功能特点Tab.1.2 Three-dimensionalannotationfeaturesofmainstream3Dsoftware软件名称 标注模块 三维标注模块功能特点 尺寸来Creo Parametric 显示零件模型的特征尺寸 几何特征CATIA FG&A 显示零件模型的特征尺寸 几何特UG PMI 显示零件模型的特征尺寸 几何特征SolidWorks

能够实现简单零件自动尺寸标注

智能计算三维标注应用现状MBD2004787[26-27]MBDJSFA380项目成功运用。三维标注技术的成功运用美国波音公司在C310项目中，采用MBD、MBI技术大大提高了装配效率，减少了5%的装配时间，在三维数字化领域又一次引起关注。如数字化设计制造数据链[28]MBD技术的优势最大化，提高产品设计制造的质量和效率，充分利用三维模型的优点，很多学者开展了基于UG、CATIA、Pro/Engineer等软件的二次开发。准[29]。主要工作根据研究课题需要和论文题目，本文主要做了如下几部分工作内容：研究了工艺模型上进行工艺信息标注方法UG环境下的工艺尺寸与符号构建UGUG中的要求进行的，标注完成的三维工艺模型能够用于指导加工制造。UG环境的工艺模型三维标注系统开发UG环境下的实现代码。这些程序代码都是在UG/OpenGRIP环境下编写完成并编译链接生成可执行的文件，关于GRIP编写环境，本文在第四章中会有详细介绍。章节安排本论文主要安排六章来分别介绍，论文整体结构安排如图1.2所示。图1.2 论文整体结构图Fig.1.2 Theoverallstructureofthepaper每章主要主要内容安排如下：1章绪论，本章首先介绍了论文的研究背景及意义，然后简要叙述了三维标注度阐述了三维标注技术国内外发展现状，最后介绍了论文的主要工作及章节安排。2章工艺模型三维标注系统总体方案设计，本章从系统需求出发，讲述了本系标注系统的开发流程和实现方法。3章工艺尺寸与工艺信息三维标注技术，本章主要分析了实现系统开发的关键构造三维工艺信息框格的方法。第4章工艺模型三维标注系统开发平台，本章通过对比各软件的优缺点选定了系统开发工具平台，介绍了UG/Open二次开发工具，开发环境设置，菜单定制及系统界面开发。5章工艺模型三维标注系统实现，本章主要讲述系统的菜单结构设计和编程实标注界面进行设计并通过编程实现，最后展示了本论文开发的系统应用实例。第6章结论，本章对论文所做工作和解决的问题进行了总结，同时指出了论文研究存在的缺点与不足，讲述了未来研究的方向。注技术国内外发展现状，最后确定了论文的主要工作及章节安排。工艺模型三维标注系统总体方案设计程、测试的基础，也是对开发的系统进行成果验收的重要参考依据。一般来说需求分析主要是系统功能性需求和其它需求两方面。系统的功能性需求：主要考虑的是系统的可实现性，就是对系统预期的各种计以及功能如何实现。其它需求：其它需求通常来讲，主要是除了系统的主要功能本身功能以外的其他指标的要求，包括点击响应时间，操作流畅度，使用便捷性等。三维标注系统功能性需求系统的标注模块应能够实现的功能包括：支持工艺尺寸标注（长度、角度、半径、直径、弧长、倒角等）、工艺符号标注（基准、形位公差、表面粗糙度等）、工艺信息标注（刀具、夹具、切削量等）支持在进行标注前或者标注过程中选择或者设置标注平面，当没有选择或设置时，能够根据选择的标注元素自动判断。能够准确识别并捕捉光标所在位置的特征，如圆心，中点等，能够根据选择对象的变化实时调整适应标注。UG软件自身格式和其它主流商品化三指导加工生产。三维标注系统其它需求系统性能要求①系统启动时间：小于5秒。②菜单响应时间：即时（小于0.1秒）。③三维标注执行时间：小于1秒。④标注结果显示时间：小于0.5秒。系统质量要求①界面布局合理美观，不存在明显的设计缺陷。②标注对象创建失败率：小于3%。③三维标注功能简单易用，操作灵活，符合主流CAD软件的使用习惯。④系统无延迟和挂机现象。发模式只能以工程图纸的形式输出。]当前采用的产品开发模式需要设计者频繁地进行三维造型与二维图纸相互转化才能完成产品开发[31]三维计算机辅助设计软件特别是UGUG将在产品的设计生产制造中发挥着越来越重要的作用。而且我相信，UG软件也会不断升级加强，开发完善新功能，能够提供友好、智能、操作简单的标注模块。UGUG标注系统的设计目标明确如下：操作界面友好，用户在使用时能够感觉系统界面功能按钮醒目易找，不会出功能实现方便，对系统的标注功能在使用时简化操作流程，让三维标注高效便捷，以达到提高三维尺寸、工艺信息标注效率，降低时间成本的目的。功能种类全面，开发出的系统尽可能提供多而且必要的功能模块，这些功能的尽量完善和丰富。标注方法和显示格式规范，工艺模型在完成三维标注后用于后续指导加工生标注的各种信息应当进行适当分组和管理，使标注后的模型清晰明了。UG的一个功能模块，使用过UG际意义。UG2.1所示。心层和基础层构成。第一层是应用层，应用层提供用户进行功能选择的界面，实现用户对工艺模型三维标注系统的访问。象显示管理能够将参数化建立的几何模型和构造出的三维标注尺寸转化为显示数据类型，在系统界面显示窗口显示。图2.1 工艺模型三维标注系统层次结构Fig.2.1 Hierarchyofthree-dimensionalannotationsystemforprocessmodel/标注系统输入/UG2.2所示。图2.2 工艺模型三维标注系统主功能模块Fig.2.2 Themainfunctionmoduleofthree-dimensionalannotationsystemforprocessmodel参数化建模本论文开发的工艺模型三维标注系统可以实现固体火箭发动机顶盖体零件的参数2.3所示。图2.3 固体火箭发动机顶盖体零件Fig.2.3 Capbodypartsforsolidrocketengine参数化建模具体实现方法为：第一步：以其中一个型号的顶盖体零件为模板，利用UG/OpenGRIP编程，将零件的各特征用建模函数创建，然后对各特征进行布尔运算，生成零件整体。件的特征尺寸添加到数据库文件中。变量值会传递给建模函数，从而实现一键生成顶盖体零件三维模型。三维标注创建显示。能够实现在工艺模型上标注的信息种类有：工艺尺寸、工艺符号和工艺信息。工艺尺寸主要包含：长度、角度、半径、直径、弧长、倒角等。工艺符号主要包含：基准、形位公差、表面粗糙度等。型等。本论文工艺模型三维标注系统的开发主要分以下四个阶段：准备阶段、设计阶段、实现阶段以及测试阶段，开发流程如图2.4所示。UGUGUG二次开发。UGUG二次开发，进行系统编程非常有用的资料，其中对相关开发函数功能的解释十分详细并附有开发示例可供参考，在开发过程中发挥了不可替代的作用。是否齐全这些都决定了工艺模型三维标注系统的开发能否实现以及系统实现后整个系统品质的好坏。UG/OpenMenuScriptUG/OpenUIStyler模块构建系UG/OpenAPIGRIP函数编程实现工艺模VisualStudio2010UG二次开发的开发环境，编译链接生成可执行DLL注册文件，通过调用该文件实现工艺模型三维标注系统的全部功能。图2.4 系统开发流程Fig.2.4 Systemdevelopmentprocess好的体验。UG/OpenMenuScript模块制作标注系统功能菜单，UG/OpenUIStylerUG/OpenGripUG/OpenGrip生成标注UG/OpenAPIVisualStudio2010环境下制作回调函数，UG2.5所示。图2.5 系统实现方法Fig.2.5 Systemimplementationmethod系统的开发流程和实现方法。工艺尺寸与工艺信息三维标注技术UG开发相关功能算法代码，为完成工艺模型三维标注系统的开发做好准备。何构建与标注。本章对这些关键技术进行了深入研究并实现了关键算法。标注平面信息所在的平面，即标注平面。确定标注平面的过程具体如下：选择需要标注角度信息的两条棱线，系统获取棱线数据。通过棱线的两个端点，计算所选棱线的单位方向向量（UnitDirVec）。计算两条棱线的单位方向向量外积（VecOutPrt）获得垂直于这两个单位方向（UnitNorVec）标注信息显示合理，可以通过取反法向量调整标注信息显示方向。Xy向量（yVec）。y向量x向量（xVec）。以两条棱线的交点（如果两条棱线异面，先将两条棱线投影到同平面）为基（BasPnt）x（xVec）y（yVec）确定角度信息三维标注平面。矩阵变换矩阵变换是用线性代数中的计算方法进行不同坐标系中的坐标信息相互转化的过绝对坐标系。本论文主要用到的是将绝对坐标系中数据变换到标注平面的变换矩阵。绝对坐标系与标注平面相互间的转化可由旋转变换矩阵(R)和平移变换向量(t)来实P在绝对坐标系中的坐标值为(xw,yw,zw,1)T(xC,yC,zC,1)T且满足以下转化关系：xC

xw

xwy R ty

yC

wMw

（3.1）zC1

0 1zw1

zw1 (0,0,0)X轴单位向量(1,0,0)Y轴单位向量(0,1,0)（BasPnt）xy（yVec）TO,y,z,1T转变后得到标注平面的起始点为O’(x’,y’,z’,1)，那么两者满足的变换关系为：x t11

xT T

y t

t t

yOTO

12

21

23 24

（3.2）T21

z

t31

t31

t33

t34

z 1 t41 t42 t43 t441最后，生成工艺模型三维标注尺寸。理论依据工艺和拓扑相关表面（TTRS,TechnologicallyandTopologicallyRelatedSurfaces）模Clément[32]提出的，该理论是建立在三维模型基本面之间连续关联的基础上的。它从零件三维模型中提取表面信息，以TTRS为节点建立二叉树，同时构造相应TTRS（MGDE,MinimumGeometricDatumMGDE是可TTRSTTRSMGDEMGDEMGDE仍是平面。TTRSTTRS分为七类。恒定度（DOI）是指当特征。TTRSMGDE3.1。表3.1 七类TTRS的MGDE和恒定度Tab.3.1 MGDEanddegreeofstabilityofseventypesofTTRSTTRSMGDE恒定度一般表面直线、点和平面6（3个TDOI，3个RDOI）棱柱面直线和点5（2个TDOI，3个RDOI）旋转面直线和点5（3个TDOI，3个RDOI）螺旋面直线和点个耦合）圆柱面直线4（2个TDOI，2个RDOI）平面平面3（1个TDOI，2个RDOI）球面点3（3个RDOI）TTRSTTRSTTRS和TTRSTTRSTTRS或面相关联又能够形成TTRSTTRS的树形关系，如3.1所示。图3.1 TTRS的树形结构Fig.3.1 TreestructureofTTRSTTRS型，TTRS树的枝叶代表工艺模型的组成表面。三维标注尺寸生成过程零件的三维标注尺寸生成包括以下步骤：CADMGDE的几何与拓扑信息，提取零件标注元素，如果两个平面相交但是并不相互垂直，这时提取两个平面的交线。中标注元素依据相应规则进行分类并判断是否冗余构造标注尺寸集。标注尺寸集的构造应先获取不同标注元素相互间的尺寸数去除，得到完整的标注尺寸集，最终完成工艺模型三维标注尺寸的生成。构建标注元素集标注元素的提取与分类TTRSTTRSMGDE和某些特殊条件（如相交而不垂直的两面交线等）TTRSMGDE只包含CAD系统中，仅仅表达了三维实体中的不同几何特征之间的连接方[33]表3.2 标注元素之间标注尺寸类型Tab.3.2 ThetypeofdimensionsbetweenlabelingelementsTTRS点线面点线面注1）：—长度；—角度。TTRS3.1MGDE3.2。根据TTRS理论相关内容，用集合A表示标注元素集，则：A=Ac∪Av （3.3）AcAv方向的标注元素集合构成，即：Av=Ax∪Ay∪Az （3.4）例如x方向，Ax可表示为：式中：AP为点元素的集合，AS为与基准元素平行的线集合，为与基准元素平行的面集合，ANL为与基准元素既不平行也不垂直的线集合，ANP为与基准元素既不平行也不垂直的面集合。LLl（a夹角余弦公式：cos

a

（3.6）ab可根据标注元素的MGDE与基准的相对位置对标注元素进行分类。表3.3 标注元素的MGDE与基准的相对位置及其分类Tab.3.3 Classificationofannotationelementsbasedonit’sMGDE'spositionrelativetothebenchmark基准线线面cosθ=0LA∥P∣cosθ∣=1A∥LAP0﹤∣cosθ∣﹤1ANLANP基准面线面cosθ=0A∥LAP∣cosθ∣=1LA∥P0﹤∣cosθ∣﹤1ANLANP3.3xA⊥PA⊥L包含垂AP、、、ANLANP，且因为存在集合ANP有可能不完整。3.2S1S2S3S4S5A⊥PS6ANPS6S1（A1及尺寸L1、L2）或三长度（L1、L2L3）S6S6S2S5B1、B2的元素。图3.2 提取两面交线分析图Fig.3.2 Analysischartofextractingtheintersectionoftwofaces标注元素的冗余消除将冗余也分成三种：冗余点、冗余线和冗余面，并定义以下除冗余规则：1PLSP在线LSP3.3P1L1L1S1P1S1的距离相等，两者P1AP中去除。图3.3 点冗余情况Fig.3.3 Pointredundancy2={1,2,…,L,…i≥2L,L,…,L,…L1,L2,…,Li,L={L1,L2,…,Li,…}3.412(b)341中去除。 （a）标注元素线重合（a）Annotationlinecoincidence

（b）标注元素线所在的平面与基准面平行（b）Theplanewherethedimensionlineismarkedisparalleltothedatumplane图3.4 线冗余情况Fig.3.4 LineredundancyS={S1,S2,…Si,…}3.5232131中删除。图3.5 面冗余情况Fig.3.5 SurfaceRedundancy构建标注尺寸集（值，由此决定标注的次序，再用图论法去除冗余，最终构造完整的非功能尺寸集。标注次序的确定若存在n个属于集合A的标注元素，则尺寸有N个：NC2n(n1)

(3.7)n 2用向量D表示：D={d1,d2,…,dj,…}，其中，dj（1≤j≤N）表示标注尺寸。W表示：W={w1,w2,w3,w4,w5,w6}0﹤w6﹤w5﹤w4﹤w3﹤w2﹤w1﹤1，i=1,2,…,6且∑wi=1。权值主要由零件的结构和尺寸标注有关规范确定。n个标注元素的权值用向量g表示：g={g1,g2,…,gk,…,gn}，其中gk﹥0。根据上述分析，可得一个如下6×N矩阵M：m11

Mmi1

2

mij

miN 61

m62

m6

m6Ndjimij=1mij=0vj式为：6vgg6

H2mw2

(3.8)j j1ji1

ij jgj1gj2djdjgj1gj2V表示：V={v1,v2,…,vj,…,vN}标注尺寸的冗余消除nAn-1n-1则n-1则存在冗余。在三维模型上对尺寸进行标注时，可用图论表达尺寸标注的关系，即：G=(F,D) (3.9)式中F={f1,f1,…,fn}表示标注元素，D={d1,d1,…,dm}表示尺寸集中标注尺寸，其中m=n-1。根据图论有如下定理：定理1：在零件中存在n个标注元素，零件的尺寸集D可用无向图G表示，若D完整则：G是顶点数为n，边数为n-1的树。其证明如下：DfF，dDGnGG（尺寸数DGn-1的树。1得出如下推论：GG1证明如下：Guvuvpu、vep+eG+e中的圈且唯一。图3.6 构造尺寸集流程图Fig.3.6 Flowchartofconstructingdimensionset本文根据尺寸标注关系图G，利用推论1去除冗余的流程如图3.6Vj=0下：Step1j﹤Nvj+1dj+1Step4；StpGd+1d+1jj1若不是圈将尺寸dj+1添加到尺寸集D中；Step3DStep4j=j+1Step1Step4：结束。方便进行工艺信息标注时直接是用符号表达。工艺信息表达工艺信息表达要素给工艺模型标注工艺信息时，应当先确定要表达什么内容，即工艺信息表达要素。图3.7 工艺信息构成要素Fig.3.7 Processinformationcomponents[34]3.7要素。工艺信息表达型式GB/T3.8所示。图3.8 工艺信息框格表达形式Fig.3.8 Processinformationboxformat工艺信息符号构建工艺信息构建方法GB/T24740-2009对3167-1993GB/T16273.2-1996UG软件能够实现的符号UG工艺信息框格构建3.9所示。图3.9 工艺设计过程Fig.3.9 Technologicaldesignprocess3.4本章小结TTRSMGDE不同初步分为点、线、3工艺模型三维标注系统开发平台合适的开发平台和开发环境是关键，直接关系到后续工作内容的难易程度甚至能否实CADPro/ECATIA、SolidWorksUGCADPro/EPro/E参数化建模能够实现各参数之间的关联，这是目前市面上其他三维建模软件不能媲美的。Pro/E用户交互设计合理、人性化，用户体验良好，在制造业中备受欢迎。三维建模领域市场具有一定占有率。另外，Pro/E将自身软件的各个子系统互相关联，实现了不同功能模块的标准化，满足使用者各方面的实际需求。CATIA的使用范围相对广泛，在不同领域、大小规模企业中都存在使用者。CATIA的服务范围之列。CATIA能够完成产品从概念设计到实物设计所有工作内容，它为使用者从产根据需求提供人性化的服务。CATIA的数据兼容性较强，对来自不同软件的信息与文件格式均能够读取并运用。SolidWorks的优点是功能多、操作简单，提供给设计者简洁、方便、易操作SolidWorks计等，能够为不同需求的用户提供个性化的服务，并且为不同领域提供系统化方案。SolidWorks时可以随时更新，生成最新设计结果，将设计变更带来的影响最小化。UGSiemensPLMSoftware1969C语言进行开发的三维设软件的最大优势是非参建模，它非常关注用户体验，软件整体操作方便，视图之间相互关联。另外，UG与其他三维软件之间连接接口非常完善，能够与其他软UGCAD/CAE/CAPP/CAM题。UG际需求。UG/OpenUG/OpenUGUGUG/Open也UG/Open[36]UG/OpenX:\EDS\UGopenVS2010UG/Open开发工具对应的接口，可以实现精准对接，编出的应用程序能够达到开发者预期的目标[37]。UG软件UG/Open二次开发工具功能非常强大，它包含大量的编程工具，主要有下几个4.1所示。表4.1 UG二次开发工具模块Tab.4.1 Secondarydevelopmenttoolmodule模块 工具应用编程接口模块 UG/OpenAPI定制菜单模块 UG/OpenMenuScript创建对话框模块 UG/OpenUIStyler图形交互编程语言模块 UG/OpenGRIP接口编程模块 UG/OpenC++创建加工工具路径模块 UG/OpenGRIPNCUG/OpenAPI模块①UG/OpenAPI简介UG/OpenAPIUGUGVS2010环境VS2010编写程序实现对UGUG的二次开发中UG/OpenAPI是不可或缺的关键工具[38]。UG/OpenAPIAPIVS2010UG内部很UG/OpenAPI进行二次开发主要会用如下类型文件：源文件*.C、头文件UF_*.H*.DLLUGAPIUGUGUGUGAPIUG软件的系统界面[39]API函数的两种运行环境。②UG/OpenAPI的运行环境UG/OpenAPI程序运行环境分为内部模式（Internal）和外部模式（External）。内部模式需要编写一个DLLDLL文件只可以在UG界面中运行。DLLUGDLL文件会以子程序的身份常驻APIUG软件本身的人机界面进行模型的创ufusr()或ufsta()return外部模式环境下的运行程序可以不依赖UGUG③UG/OpenAPI的初始化和终止在程序执行过程中需要调用UG/OpenAPI实际上就是获得调用函数的使用权限，实现这一功能的函数就是初始化函数UGAPI函数的程序的第一条UF_initialize()API函数调用结束时，还需要对函数使用权限进行释API终止函数UF_terminate()API函数的UF_initialize()。UG/OpenMenuScript模块UG/OpenMenuScript模块是用来创建或者修改菜单的，使用菜单编辑语言。使用UGUG软件系统本身的主菜单以及部分二级下拉菜单，UG软件自身的许多功能菜（PMI标注模块菜单），UG/OpenMenuScript模块编程实现的。总之，UG/OpenMenuScriptUG进行二次开发的重要模块，开发的系统界面少不了菜单创建。UG4.2所示。表4.2 UG/OpenMenuScript自定义菜单Tab.4.2 UG/OpenMenuScriptcustommenu自定义级别 可实现功能用户可以重新管理UG的功能，去除不需要的功能，保留并组合

有用功能，来满足不同的需求，这种自定义的实现无需编程。用户可以添加或者替换UG的功能，也可以添加自己设计的功能，达到预期的二次开发目标。用户可以将自主开发的应用程序添加到UG软件中，与UG一起作为整个系统，这种自定义菜单的实现必须编程。UG/OpenMenuScript模块进行菜单设计时，使用的是二次开发工具提供的脚本语言。UG软件本身的菜单都是通过脚本语言编写的，菜单编辑二次开发工具模块提UG软件安装目录中的UGII_BASE_DIR\UGII\menusUG/OpenMenuScriptAdd-onUG菜单的Add-on可以增加菜单或者增加菜单选项来满足二次开发需求，也可以将UG自动调用[40]。UG/OpenUIStyler模块UIStylerUG风格的对VS20104.1来表示。用户界面的输入参数用来实现初始化或者为处理信息进行赋初值，用户界面的输出参数一般是对初值的处理结果或者实现的程序调用等。图4.1 界面的使用形式Fig.4.1 UsingtheinterfaceUG/OpenGRIP模块InteractiveUG二次开发工具UG更高效地执行高级定制操作。GRIP通过使用类BASICFORTRANGRIP具有以下优点：①简化重复操作GRIP映射到其他曲面或执行专门的加工操作，GRIP可以执行大多数其他语言的编程功能，它还有各种各样的几何建模，注释，标签和尺寸标注的语句。②标准化结果用户可以使用GRIP以更可预测的标准化方式执行重复性操作。例如，本论文通过编写一个GRIP程序来创建顶盖体零件。③交互式操作GRIP还提供交互式操作，这些操作会在程序执行过程中弹出对话框，提示用户输本输入。GRIPGRIPGRIP程序可UG和实体数据访问符号（EDA）。GPAEDA4.3。表4.3 UG/OpenGRIP中GPA、EDA功能Tab.4.3 GPA,EDAfunctioninUG/OpenGRIP陈述结构 作用提供了访问功能数据的方法，UG使用它来控制GPA(GlobalParameterAccess)EDA(EntityDataAccess)

对象的创建、显示与保存。UG（UG/OpenGRIPNC模块在UG二次开发工具中，UG/OpenGRIPNC模块的功能是生成加工过程中刀具轨迹，用户可以直接利用该模块根据需要创建GRIPNC加工程序。UG/OpenC++模块UG/OpenC++UGUGC++UGC++语言编写程序框架清晰，语言可读性较强，程序调试修改方便。UGUGUGUGNX6.0VS2010。1UGUG软件安装目录下UGOPEN\vs_files\VC\vcprojectsVisualStudio2010MicrosoftvisualStudio10.0\VC\vcprojects文件夹中，将UGOPEN\vs_files\VC\VCWizards\NX8_Open文VisualStudio2010MicrosoftvisualStudio10.0\VC\VCWizards文件夹中。2ApplicationStartup文件夹用来存放*.dll*.men文文件夹用来存放*.dlgUG软件能够对应的文件夹中找到并调用相应资源文件。第3步：从UG软件界面进入对话框创建环境，根据需求制作用户界面，并对需要响应的控件设置回调函数。界面设计完成后保存在项目路径下的Application文件夹中，生成的*.c文件和*.h文件用于编写代码。4VisualStudio2010新建一个工程项目，选择NX6OpenWizard选项，4.2所示。将本次新建项目中的源文件移除，并将上一步骤中生成的源文件*.c和头文件*.h添加到项目中，Startup文件夹中。图4.2 新项目创建向导Fig.4.2 Newprojectcreationwizard5ACTIONS3中生成的*.dlg文件，这样在点击菜单命令时就会打开制作好的用户界面，操作用户界面上的控件就能够调用相关函数，实现二次开发系统的功能。基于UG的系统二次开发流程如图4.3所示。图4.3 UG二次开发流程Fig.4.3 Secondarydevelopmentprocess菜单是用户与系统进行交互的主要工具，同时是二次开发系统界面设计一部分工[42]二次开发工具中的菜单编辑功能模块可以给用户进行二次开发时设计菜单提供很大帮助[43-45]UGUGUGUG一起UG二次开发工具进行菜单设计的文件类型为*.men，生成该文件修改成*.men就可以了。二次开发菜单编辑模块为开发者提供了一整套用于UG本语言系统菜单文件按照语法编写如下内容：VERSION120EDITUG_GATEWAY_MAIN_MENUBARBEFOREUG_VIEWCASCADE_BUTTONmenu_name_1LABEL工艺模型三维标注系统END_OF_BEFOREMENUmenu_name_1BUTTONmenu_name_21LABEL参数化建模ACTIONSjianmo.dlgCASCADE_BUTTONmenu_name_22LABEL三维标注创建END_OF_MENULABEL语句来设定菜单名称，如一级菜单的名称在LABELUG界面菜单栏就会增加该名称的ACTIONSACTIONSUGUG/OpenUIStyler模块。UG软件本UGUG/OpenUIStylerVS2010创UGUG/OpenUIStyler制作的界面时会*.h文件是保存了界面上各类控件的标识符与函数类型，*.cC语言模板文件，进行二次开文件一起编译链接生成可调用的*.dll文件。本章通过对比各软件的优缺点选定了UG软件作为系统开发工具平台，根据UG/Open二次开发工具各模块的功能，对如何实现基于UG的二次开发做了深入研究，实现了二次开发系统的菜单及用户界面的设计与制作。工艺模型三维标注系统实现UG产品制造信息UG软件目前在工艺模型三维标注存在的问题UGVS2010环境下开发工艺模型三维标注系统，实现了在工艺模型上的工艺尺寸、工艺符号及工艺信息的标注。系统菜单结构菜单编程实现UG二次开发可以用菜单编辑模块创建系统需要的菜单，本论文开发的工艺模型三维标注系统菜单创建过程如下：SWBZ，并在目录文件夹中创建名为startupapplication的两个文件夹，用于存放菜单文件。设置环境变量。在计算机属性中打开环境变量注册对话框，将变量名为UGII_USER_DIR的变量值设定成系统目录C:\Users\ll\Desktop\SWBZ，如图5.1所示。图5.1 环境变量设置Fig.5.1 EnvironmentvariablesettingsstartupVERSION120EDITUG_GATEWAY_MAIN_MENUBARBEFOREUG_VIEWCASCADE_BUTTONmenu_name_1LABEL工艺模型三维标注系统END_OF_BEFOREMENUmenu_name_1BUTTONmenu_name_21LABEL参数化建模ACTIONSjianmo.dlgCASCADE_BUTTONmenu_name_22LABEL三维标注创建END_OF_MENUMENUmenu_name_22BUTTONmenu_name_31LABEL工艺尺寸标注ACTIONSCHICUN.dlgBUTTONmenu_name_32LABEL工艺符号标注ACTIONSfuhao.dlgBUTTONmenu_name_33LABEL工艺信息标注ACTIONSxinxi.dlgEND_OF_MENUUG软件，在菜单栏中会增加工艺模型三维标注系统的菜单，如图5.2所示。图5.2 工艺模型三维标注系统菜单Fig.5.2 Menuofthree-dimensionalannotationsystemofprocessmodel参数化设计界面图5.3 参数化设计界面Fig.5.3 Interfaceofparametricdesigninterface5.3所示。界面上部分为顶盖体零件的工程图显示窗口，工程图上标有顶盖体零件特征尺寸，界面下部分为顶盖体零件型号选择列表，列表中为不同型号顶盖体零件特征尺寸取值，在选择好需要创建的顶盖体零件型号后点击“确定”按钮即可快速生成顶盖体零件三维模型。建模结果如图5.4所示。图5.4 参数化设计结果Fig.5.4 resultsofparametricdesign工艺尺寸标注界面件尺寸，工艺尺寸标注界面如图5.5所示。图5.5 工艺尺寸标注界面Fig.5.5 Interfaceofprocessannotation5.6所示。图5.6 自动标注结果Fig.5.6 Resultsofautomaticannotation5.75.8所示。图5.7 手动标注对话框Fig.5.7 Dialogofmanualannotation图5.8 手动标注结果Fig.5.8 Resultsofmanualannotation工艺符号标注界面在工艺尺寸标注完成后，需要对三维模型进行工艺符号标注，本小节主要内容是工艺符号标注的界面开发与功能实现。点击三维标注创建菜单下的工艺符号标注子菜单，会弹出工艺符号标界面，该界面由三部分组成，分别为基准标注折叠菜单、形位公差标注折叠菜单和表面粗糙度标注折叠菜单，如图5.9所示，能够实现基准符号、形位公差符号、表面粗糙度符号的标注。图5.9 工艺符号标注界面Fig.5.9 Interfaceofprocesssymbolannotation标注面选择列表可以选择基准的放置位置，放置方式选择列表可以选择基准的标注方5.105.11所示。图5.10 基准标注界面Fig.5.10 Interfaceofbaselineannotation图5.11 基准标注完成效果Fig.5.11 Resultofbenchannotation12、3框格中输入，各参数设置完成后，点击确定或者应用5.125.13所示。图5.12 形位公差标注界面Fig.5.12 Interfaceoftoleranceannotation图5.13 形位公差标注完成效果Fig.5.13 Resultoftoleranceannotation界面分两部分，上部分为表面粗糙度类型，下部分为参数设置。在上部文本（a）下拉（d）（e）用按钮实现表面粗糙度标注，表面粗糙度标注界面及标注完成效果如图5.145.15所示。图5.14 表面粗糙度标注界面Fig.5.14 Interfaceofsurfaceroughnessannotation图5.15 表面粗糙度标注完成效果Fig.5.15 Resultofsurfaceroughnessannotation工艺信息标注界面在工艺符号标注完成后，需要对三维模型进行工艺信息标注，本小节主要内容是工艺信息标注的界面开发与功能实现。点击三维标注创建菜单下的工艺信息标注子菜单，会弹出工艺信息标注界面，如图5.16所示。图5.16 工艺信息标注界面Fig.5.16 Interfaceofprocessinformationannotation5.17所示。图5.17 工艺信息标注完成效果Fig.5.17 Resultofprocessinformationannotation本论文开发的工艺模型三维标注系统能够实现对固体火箭发动机顶盖体零件的参5.18所示。图5.18 零件标注完成整体效果Fig.5.18 Resultofpartannotation（a）顶部尺寸局部效果 （b）厚度尺寸局部效果(a)Topsizeofthepart (b)Thicknesssizeofthepart图5.19 零件标注完成局部效果Fig.5.19 Portionofpartannotation通过编程实现，最后展示了本论文开发的系统应用实例。结 论本论文针对三维工艺技术并结合研究课题的需要，研究了工艺模型上三维标注技UG论文完成的工作总结如下：3UG环境下的工艺尺寸构建。研究了工艺模型三维标注的关键技术，包括定义标注平面中的矩阵变换，工艺尺寸的自动标注技术与实现算法和工艺信息三维标注技术。提出了工艺模型三维标注系统总体方案，根据本系统的功能性需求和其它需能模块进行设计。UG开发了工艺模型三维标注系统，完成了本系统的菜单结构设计和编信息标注界面，完成实现了相关功能的编程。以固体火箭发动机顶盖体零件为例，对该零件进行工艺尺寸，工艺信息等进行三维标注，最终建立了该零件的工艺模型。UG标注，但还存在着以下几个不足：在标注平面上上进行标注时，由于模型在三维空间中可旋转的特点，对同一何让标注信息总是显示在正确的方位还需要进一步研究。UG/OpenUG的方方面面进行访问和控制，但有些UG/Open并未提供，因此有时无法标出和标准要求相完全一致的UG/Open未提供的功能函数还需要寻找一些代替函数或者想办法换一些其他的思路解决问题，以绕过这些未提供的函数。本文只是实现了三维标注中的一部分，对于整个工艺模型三维标注系统还有许多工作要做来完善和优化这个系统。参考文献张祥祥,陈兴玉,张红旗.面向三维工艺的工艺信息表达及技术研究[J].CAD/CAM石秀芬.基于模型定义技术(MBDJ].机械管理开发,2013(3):45-47.MBDD].北京:机械科学研究总院,2012.3DD].兰州:兰州理工大学,2014.CATIAJ].制造业自动化,2011,33(11):130-133.ANSI/ASMEY14.41-2012.Digitalproductdefinitiondatapractices[S].[7J].图学学报,2011,32(4):74-79.卢鹄,韩爽,范玉青.基于模型的数字化定义技术[J].航空制造技术,2008(3):80-83.巫鹏伟,卢鹄,于勇,等.工程师的新语言——基于模型的定义[J].航空制造技术,2010(21):68-71.J周秋忠,樊庆春.MBD支持的产品协同设计及协同信息表达[J].制造业自动化,2011,33(1):55-59.冯潼能.MBDJ].机械设计与制造工程,2011(14):16-17.DingL,DaviesD,McmahonCA.Theintegrationoflightweightrepresentationandannotationforcollaborativedesignrepresentation[J].ResearchinEngineeringDesign,2009,2