弧面凸輪數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設計—3D建模與裝配

1、摘要：弧面凸輪機構是一種高速裝置，廣泛的應用于各種機械傳動中。為適應當代社會對弧面凸輪制造加工精度等方面的要求，本設計利用UG強大的二次開發(fā)功能，通過運用UG/API語言進行編程，從而開發(fā)出弧面凸輪的建模命令，使得弧面凸輪的3D建模與裝配變得簡單。關鍵詞：弧面凸輪，UG二次開發(fā)，3D建模，裝配The Design Of Globoidal Indexing Cam NC rotate table3D construction mode and AssemblyAbstract：Globoidal indexing cam mechanism is a high speed indexing d

2、rivingdevice,it is widely used in many kinds ofmechanical transmission.In order to fit the social request of Arc Cam manufacturing and processing precision, this Design used a strong secondary development function of UG. By using UG/API programming, therefore, to develop a modeling command Arc Cam.

3、And make it easy to 3D Modeling and assembling.Keywords:Globoidal indexing cam, Secondary development function of UG, 3D Modeling and assembling.第1章 緒論11課題的研究背景弧面凸輪減速器是一種新型、高效的減速器，在國內(nèi)尚屬于研究階段。該減速器可取代渦輪蝸桿減速器，且具有優(yōu)良的特性。它可通過調(diào)整中心距進行預緊，達到無間隙嚙合，長期運轉(zhuǎn)后可保持良好精度，傳動效率高，熱損耗小。該機構不僅精度高，而且體積小、重量輕、傳動效率高、壽命長，適宜于高速高精度及高

4、效率的場合。我國對弧面分度凸輪機構的研究始于20 世紀70 年代末, 上海工業(yè)大學, 天津大學、合肥工業(yè)大學、吉林工業(yè)大學、山東工業(yè)大學、陜西科技大學(原西北輕工業(yè)學院)、大連輕工業(yè)學院、上海工程技術大學等高校以及山東諸城鍛壓機床廠、西安鐘表機械廠、蕪湖電工機械廠等廠家都在弧面分度凸輪機構的研究、制造方面取得了一批成果弧面凸輪在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后，凸輪機構學的理論研究已經(jīng)達到較高的水平, 為凸輪機構的設計制造奠定了堅實的理論基礎。當今, 凸輪機構的設計已廣泛采用解析法并借助計算機來完成, 但目前國內(nèi)文獻介紹的凸輪機構CAD、 CAM 只能設計幾種平面或空間凸輪機構。而基于UG軟件的二次開發(fā)模

5、塊開發(fā)了弧面凸輪的三維CAD軟件，為弧面凸輪數(shù)控加工模擬以及建立弧面凸輪的運動仿真系統(tǒng)奠定了基礎。因此,現(xiàn)代弧面分度凸輪機構的設計建模技術有著廣泛的工程應用背景和研究意義。隨著計算機技術和現(xiàn)代設計理論與方法的迅速發(fā)展,三維設計軟件尤其是Unigraphics 在機械零件和產(chǎn)品設計中的日益普及，弧面凸輪實體在三維軟件特別是在UG中的繪制變得越來越重要。但UG中并無弧面分度凸輪的實體建模命令，這就得要我們借助UG強大的二次開發(fā)功能，通過定制弧面凸輪設計界面，達到直接建立三維實體的目的。建模技術是CAD的核心技術，參數(shù)化造型技術和特征造型技術是新一代繼承化CAD系統(tǒng)應用研究的熱點理論。目前國內(nèi)外對二

6、維圖形參數(shù)化和簡單三維實體的參數(shù)化造型較為成熟。對復雜的三維實體的參數(shù)化造型尚不多見，特別是弧面分度凸輪這類形狀復雜、精確齒形的三維實體參數(shù)化造型設計更少。由于弧面凸輪形狀復雜，繪制齒形曲線較復雜。并且弧面凸輪各參數(shù)間都有嚴格的函數(shù)關系，再加上隨著當代機械制造業(yè)的不斷發(fā)展，弧面凸輪的精度要求也越來越高，其實體的繪制較為麻煩?；∶嫱馆啿⒉皇且粋€標準件，它的各個參數(shù)隨著設計要求的不同而不同。如果每設計一個齒輪都要畫一個對應的實體部件的話，那不僅增加了設計者的勞動量，還大大降低了設計效率，阻礙了企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展。參數(shù)化設計是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，也是當前CAD技術的研究熱點。用大

7、型的三維軟件實現(xiàn)弧面凸輪的參數(shù)化造型已成為設計者的迫切需求，弧面凸輪體參數(shù)化造型有重要的意義：（1）弧面凸輪傳動的參數(shù)化設計與建模系統(tǒng)是CAD技術與弧面凸輪設計相結合的產(chǎn)物，也是兩者發(fā)展的趨勢所在。（2）實現(xiàn)設計過程自動化避免了設計人員手動查閱大量的數(shù)據(jù)，也避免了手工取點造型的復雜過程，該系統(tǒng)的開發(fā)，可以將手算設計的工作人員從繁瑣、低效的工作中解放了出來。（3）實現(xiàn)弧面凸輪了的參數(shù)化設計以及其精確的造型，可以將設計計算、三維造型與繪制工程圖的無縫結合，同時為弧面凸輪的有限元分析、機構仿真和數(shù)控加工等工作奠定基礎。本課題利用UG的二次開發(fā)技術,為解決弧面凸輪參數(shù)化設計問題提供了可行的方法,通過直

8、接輸入弧面凸輪設計條件，利用計算得出的設計參數(shù)進行實體建模,實現(xiàn)弧面凸輪的參數(shù)化設計,提高弧面凸輪設計的效率和準確性。12課題的研究內(nèi)容和解決方法本課題利用大型軟件UGNX5.0來實現(xiàn)弧面凸輪的三維參數(shù)化造型，通過改變弧面凸輪的一些基本參數(shù)，生成其相應弧面凸輪。要達到相應的設計要求，首先要知道弧面凸輪的廓面方程，畫出弧面凸輪模型后，還應知道UG二次開發(fā)的知識，靈活運用UG系統(tǒng)提供的二次開發(fā)工具，在模型的基礎上編制相應的程序，最后完成弧面凸輪參數(shù)化設計模塊的開發(fā)。具體內(nèi)容和步驟如下：(1) 研究弧面凸輪的廓面方程和各參數(shù)間的關系并建立數(shù)學模型；(2)深入掌握UG二次開發(fā)的各種方法，并熟練運用UG

9、/OPEN 開發(fā)工具，在建立弧面凸輪的數(shù)學模型的基礎上，對各弧面凸輪實現(xiàn)三維參數(shù)化造型；(4) 在構建弧面凸輪模塊框架的基礎上，深入研究菜單的制作技術以確定本課題應采用的最佳菜單制作技術。UG 軟件是集CAD/CAM/CAE一體化的三維參數(shù)化軟件，是當今世界上最為先進的計算機輔助設計、制造和分析軟件，在國內(nèi)使用相當廣泛。另外它所提供的二次開發(fā)語言模塊UG/OpenAPI、UG/OpenGRIP和輔助開發(fā)模塊UG/OpenMenuscript與UG/Open UI Styler及其良好的高級語言接口，使UG的圖形功能和計算功能有機的結合起來，便于用戶去開發(fā)各種基于自身需要的專用CAD系統(tǒng)。使用U

10、G/OpenAPI和UG/OpenGRIP中任何一個模塊都能實現(xiàn)UG的二次開發(fā)，再結合輔助模塊，就能開發(fā)出UG界面的應用模塊。因此，合理利用UG的二次開發(fā)語言模塊和輔助模塊，就可以實現(xiàn)在UG環(huán)境下對弧面凸輪進行參數(shù)化設計。第二章弧面分度凸輪機構設計基礎2.1 弧面分度凸輪廓面理論 弧面凸輪的工作廓面是空間不可展曲面，很難用常規(guī)的機械制圖方法進行測繪，也不能用展成平面輪廓線的方法設計。針對弧面分度凸輪機構實際嚙合過程中滾子曲面與弧面凸輪廓面互為共扼曲面的特點，利用空間包絡曲面的共扼原理進行設計計算，推導弧面分度凸輪的廓面方程。2.2 共軛曲面原理 共軛曲面是機構中兩構件上用以實現(xiàn)給定運動規(guī)律連續(xù)

11、相切的一對曲面，研究的是相互接觸且有相對運動的兩個曲面。對于空問共扼曲面問題用圖解法求解困難較大，因此一般結合微分幾何和剛體運動學，以向量、矩陣或?qū)ε紨?shù)等為工具的解析法，研究一對共扼曲面的兒何形狀與這對曲面相對運動的關系。 已知共軛運動和共扼曲面中的一個曲面，求另一個曲面，是共軛曲面理中的基本問題。求解方法有包絡法和運動法等，因包絡法比較繁瑣，多用運動法求解。與共扼曲線相仿，一對共軛曲面在嚙合過程中連續(xù)相切的條件是兩曲面在接觸點處的相對速度應與過該點所作這對共軛曲面的公法線垂直。根據(jù)這個原理，在給定的曲面1上任選一點，找出該點進入接觸位置曲面所需的轉(zhuǎn)角和位移，用坐標轉(zhuǎn)換法或向量回轉(zhuǎn)法等即可求得

12、接觸點在固定空間中的位置，即嚙合曲面上的一個對應點。同時也可求出曲面2上的對應點。這樣一個一個點求解，最后可求得整個嚙合曲面及與曲面1共軛的曲面2。 根據(jù)共扼曲面原理，凸輪工作廓面與從動盤滾子曲面間的共軛接觸點必須滿足下列三個基本條件: (1)在共V- E接觸位置，兩曲面上相對應的一對共轆接觸點必須重合。 (2)在共桃接觸點處，兩曲面間的相對運動速度必須垂直于其公法線。 (3)兩曲面在共軛接觸點處必須相切，不產(chǎn)生干涉，且在共軛接觸點處無曲率干涉。 根據(jù)以上原理，當己知凸輪和分度盤的運動規(guī)律之后，就可以由滾子圓柱面方程，通過坐標變換，推導出凸輪廓面方程。2.3 齊次坐標變換 所謂齊次坐標變換，就

13、是要把被變換坐標系描述的矢量變換成用其參考坐標系所描述的矢量。在笛卡爾坐標系oxyz中點(x,y ,z)向另一個笛卡爾坐標系oxyz變換，變換后的坐標(x, y,z)可由下式求得: x= y= z=-坐標系ox yz的原點在坐標系oxyz中的坐標; nx , ny , nz -坐標系ox yz的ox軸對坐標系oxyz的3個方向余弦; -坐標系ox yz的o y軸對坐標系oxyz的3個方向余弦; -坐標系ox yz的o z軸對坐標系oxyz的3個方向余弦。若()是ox yz系的齊次坐標，()是oxyz的齊次坐標，而我們總可以認為，則 1（1）將此式寫成矩陣形式，即: 1（2） 那么 1（3）T是

14、一個44階矩陣，稱為笛卡爾坐標系的齊次坐標變換，它溝通了兩個坐標系的關系：表示了坐標系中oxyz的點x，經(jīng)過T變換后變成了坐標系oxyz中的點X。 為oxyz坐標系原點o向oxyz原點o移動的位移矢量。為oxyz坐標系轉(zhuǎn)向oxyz相吻合的旋轉(zhuǎn)矩陣。故齊次坐標變換矩陣可以分解為一個平移和一個旋轉(zhuǎn)矩陣之積 即：1-(4) 基于共扼曲面原理和齊次坐標變換理論，研究弧面分度凸輪機構的空間嚙合曲面的關系和幾何參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系，需要建立合理的坐標系。坐標系選擇的合理與否，不僅影響所要求的廓面方程的形式，也影響推導求解過程中的繁簡程度。如圖(a)所示，建立笛卡爾右手直角坐標系。 (1)與機架相連的坐標系 坐

15、標系的原點與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動中心重合，X,軸沿轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動中心與凸輪中心連線，Y,軸與X,軸組成的平面與轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)平面平行，Z:軸與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動軸線重合，按右手法則可知Z,軸垂直紙面向外。 (2)與機架相連的定坐標系 坐標系的原點與凸輪中心重合，軸和,軸重合，軸與凸輪轉(zhuǎn)動軸線重合，選擇軸的方向時，應使面對軸的箭頭方向看，為逆時針。根據(jù)右手法則，Z軸垂直紙面向內(nèi)，與Y,軸間的夾角為 (3)與凸輪相連的動坐標系 坐標系的原點與凸輪中心重合。X在通過輪中心壞并垂直于凸輪轉(zhuǎn)動軸線的平面上。Y軸Z軸組成的平面垂直于凸輪的轉(zhuǎn)動軸線，Z軸是凸輪的轉(zhuǎn)動軸線，和重合且方向一致。 (4)一與轉(zhuǎn)盤相連的動坐標系 坐標系的原點與轉(zhuǎn)

16、盤中心重合。X沿滾子的自轉(zhuǎn)軸線，即轉(zhuǎn)盤的徑向線。與間的夾角為，即滾子的位置角，由量起，逆時針方向為正。軸與為軸組成的平面為滾子的中心平面，它與轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)平面平行。軸即為轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動軸線，和重合，垂直紙面向外。圖1為垂直于軸的滾子截面示意圖。圖1： 圓錐滾子弧面分度凸輪機構的坐標系：從動盤中心至滾子近端面的距離；、：分別為共軛嚙合點的嚙合角和滾子的長度參數(shù)；：圓柱滾子長度。 設滾子在動坐標系中的向量表達式如下所示式中為滾子上嚙合點的嚙合角，為嚙合點在軸上的坐標，為小端滾子半徑，為滾子的錐角。 根據(jù)圖1所建立的弧面凸輪機構的坐標系，通過將滾子柱面在坐標系的向量表達式轉(zhuǎn)換到( xyz ) c 中,可求

17、得弧面分度凸輪與滾子嚙合傳動的共軛嚙合點在中的向量表達式 ,即弧面分度凸輪的曲面方程如(2) 式所示：式(2)中各參數(shù)表示如下：式中的和必須基于嚙合方程進行確定，在坐標系中，嚙合方程如下：其中, 表示滾子在共軛嚙合點在坐標系中的單位法向矢量, 表示共軛嚙合點在中的相對滑動速度。求得單位法向矢量與相對滑動速度如式： 其中 式中: 為從動轉(zhuǎn)盤的角速度與弧面分度凸輪角速度之比。Unigraphics(簡稱UG)是當前世界上最先進和緊密集成的、面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件。它為制造業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程提供解決方案，主要功能包括：概念設計、工程設計、性能分析和制造。此外，UG軟件

18、還提供了CAD/CAE/CA業(yè)界最先進的編程工具集，以滿足用戶二次開發(fā)模塊的開發(fā)和應用需要。第三章 UG二次開發(fā)的工具31 UG軟件概述 UGnx建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗基礎之上，這些解決方案可以全面地改善設計過程的效率，削減成本，并縮短進入市場的時間。通過再一次將注意力集中于跨越整個產(chǎn)品生命周期的技術創(chuàng)新， NX 的成功已經(jīng)得到了充分的證實。NX是一個交互的計算機輔助設計、計算機輔助制造和輔助工程（CAD/CAE/CAM）系統(tǒng)。CAD功能自動化是在今天制造公司中見到的一般工程、設計和制圖能力；CAM功能利用NX描述完成零件的設計模型，為現(xiàn)代機床提供NC編程；CAE功能橫越

19、一廣范的工程學科，提供許多的產(chǎn)品、裝配和零件的性能防真能力。NX是一個全三維、雙精度系統(tǒng)，它允許用戶精確地描述幾乎任一幾何形狀。通過組合這些形狀，用戶可以設計、分析產(chǎn)品和建立他們的工程圖。一但設計完成，制造應用允許用戶選擇描述零件的幾何體，加入制造信息，如刀具直徑并自動生成一刀具位置，源文件（CLSF），它可用來驅(qū)動大多數(shù)NC機床。目前UGS公司已經(jīng)推出NX5產(chǎn)品，本次設計中使用的是NX5版本的軟件。NX5的特點是：1、為了數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)集成的自動化；2、在所有開發(fā)學科中的新能力，包括工業(yè)設計、防真、工裝、加工和管理；3、在一個全面的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）解決力案內(nèi)的領先前沿的CAD、CA

20、E和CAM技術。通過NX可以建立、存儲、恢復和操縱設計與制造信息，典型地通過建立描述一零件的幾何體開始工作。NX功能被劃分成共同功能的一系列“應用（Application）”共18個模塊，各模塊分別為：1、入口（Gateway）：對所有其他交互應用的首要必備的應用；2、建模（Modeling）：包括實體、特征、自由形狀、鈑金特征建模和用戶定義特征；3、裝配（Assembilies）：支持裝配建模；4、幾何公差模塊（Geometric Tolerancing Module）：讓用戶捕捉公差；5、產(chǎn)品和制造信息（PMI Introduction）：可用于在三維環(huán)境中對產(chǎn)品形成文檔說明；6、分析（A

21、nalysis）：包括注塑模流動分析、運動應用和ICAD；7、制圖（Drafting）：可將三維模型生成二維視圖；8、高質(zhì)量圖像（High Quality Image）：生成逼真照片的圖像；9、知識熔接（Knowledge Fusion）：允許用戶應用工程知識驅(qū)動規(guī)則和設計意圖到NX中的幾何模型和裝配；10、制造（Manufacturing）：可進行虛擬加工和自動加工編程；11、開放的用戶界面設計（Open User Interface Styler）：允許用戶和第三方開發(fā)商生成NX對話框；12、編程語言（Programming Languages）：包括GRIP和API；13、質(zhì)量控制（Qu

22、allity Control）；14、走線（Routing）：定義圍繞和通過其他NX裝配的裝配；15、鈑金（Sheet Metal）：包括鈑金設計、沖壓和多零件加工的柵格；16、電子表格（Spreadsheet）：提供一在Xess或者電子表格應用和NX間的智能界面；17、Web Express；18、Wire Harness:可在用于描述產(chǎn)品機械裝配的同一三維空間建立電氣布線的表示。3.2 UG二次開發(fā)相關工具概述UG NX軟件提供了CAD/CAE/CAM業(yè)界最先進的編程工具集，以滿足用戶二次開發(fā)的需要，這組工具集稱之為UG/Open，以開放性架構面向不同的軟件平臺提供靈活的開發(fā)支持。UG/O

23、pen包括以下幾個部分：UG/Open Menuscrip開發(fā)工具，對UG軟件操作界面進行用戶化開發(fā)，無須編程即可對UG標準菜單進行添加、重組、剪裁或在UG軟件中集成用戶自己的軟件功能；UG/Open UIStyler開發(fā)工具是一個可視化編輯器，用于創(chuàng)建類似UG的交互界面，利用該工具，用戶可為UG/Open應用程序開發(fā)獨立于硬件平臺的交互界面；UG/Open API開發(fā)工具提供了UG軟件直接編程接口，支持C、C+、Fortran和Java等主要高級語言；UG/Open GRIP開發(fā)工具是一個類似API的UG內(nèi)部開發(fā)語言，利用該工具用戶可生成 NC自動化或自動建模等用戶的特殊應用。利用UG/Op

24、en提供的應用程序和開發(fā)工具，用戶可以在其提供的平臺上開發(fā)出適合自己需要的CAD產(chǎn)品。3.2.1 UG/Open MenuScript UG/Open MenuScript不僅可以使用戶利用ASC文件來編輯UG的菜單，也可以以一種無縫集成的方式為用戶開發(fā)的應用程序創(chuàng)建菜單。MenuScript同時也提供了一個菜單欄報告工具，以幫助用戶查看定制的菜單，診斷錯誤。對于菜單的自定義大致可以分為如下三個層次。（1）自定義菜單該級別的自定義允許單個用戶或者管理員重新安排UG的功能，去除在其產(chǎn)品開發(fā)過程中不需要的功能。這種級別的自定義不需要編程實現(xiàn)。（2）自定義UG功能該級別的自定義允許單個用戶或者管理員

25、取代或增加標準的UG功能，并添加其自己定義的功能。（3）添加自定義應用該級別的自定義其目的在于使用戶或第三方開發(fā)商開發(fā)的應用程序完全集成在UG中。該級別的自定義需要編程實現(xiàn)。UG的菜單文件是擴展名為.men的文本文件，可以使用Windows 的記事本進行編輯。UG/Open MenuScript提供了一套用于定義UG菜單的腳本語言。實際上，UG系統(tǒng)的菜單文件也是用該腳本語言編寫的。UG為主菜單欄、快捷菜單欄提供了豐富的系統(tǒng)菜單文件，這些菜單文件默認情況下都保存在UG_BASE_DIR/ug/menus文件夾下。3.2.2 UG/Open UIStyler UIStyler是開發(fā)UG對話框的可視

26、化工具，生成的對話框能與UG集成，讓用戶更方便、更高效地與UG進行交互操作。UG/Open UI Styler模塊提供了強大的制作UG風格窗口的功能，其主要功能如下：(1) 提供了讓開發(fā)人員建造UG風格對話框的可視化環(huán)境，并能生成UG/Open UI Styler文件和C代碼，從而使用戶在使用UG/Open UIStyler產(chǎn)生的對話框時，不必考慮圖形用戶界面(Graphical User Interface縮寫為GUI )的實現(xiàn)。(2) 利用可視化環(huán)境快速生成UG風格對話框，從而減少開發(fā)時間。(3) 通過選取和放置控件，從而能實現(xiàn)所見即所得。(4) 可以在對話框中實現(xiàn)用戶自定義位圖。(5)

27、提供了屬性編輯器，從而允許開發(fā)人員設置和修改控件屬性。(6) UIStyelr產(chǎn)生的對話框可以在MenuScript中被調(diào)用，因此可以實現(xiàn)在UG菜單項上調(diào)用UIStyler產(chǎn)生的對話框，從而將用戶應用程序和UG軟件完全融合。應用UIStyler這一工具可以使開發(fā)人員方便、快速地設計出與UG界面風格一致的對話框，避免其他復雜的編程。而且可以和用其他開發(fā)工具開發(fā)出的結果進行集成。UG/Open UIStyler工具和UG/Open MenuScript工具一樣，都只具有某一方面的功能：UG/Open UIStyler用于對話框的開發(fā)，UG/Open MenuScript用于菜單的開發(fā)。3.2.3

28、UG/Open GRIP UG/Open GRIP(Graphics Interactive Programming)是一種專用的圖形交互編程語言。這種語言與UG系統(tǒng)集成，實現(xiàn)UG下的絕大多數(shù)的操作。GRIP語言與一般的通用語言一樣，有其自身的語法結構，程序結構，內(nèi)部函數(shù)，以及與其他通用語言程序相互調(diào)用的接口。一個GRIP語句是由一個或幾個GRIP命令組成，GRIP命令是GRIP語言的基本組成部分。GRIP命令有三種表示格式：a)陳述格式。主要用于生成和編輯實體。b)GPA符號格式。GPA是全局參數(shù)存取(Global Parameter Access)的縮寫，用于訪問UG 系統(tǒng)中各種對象的狀態(tài)

29、和參數(shù)。c)EDA符號格式。EDA是實體數(shù)據(jù)存取(Entity Data Access)的縮寫，用于訪問UG數(shù)據(jù)庫，能夠訪問各種對象的功能性數(shù)據(jù)。例如在屬性、繪圖和尺寸標注以及幾何體等領域與UG進行交互操作時，其參數(shù)可用EDA格式的命令取得。用GRIP語言編寫GRIP源程序，可以在windows的記事本中進行，記為*.grs；或者在GRIP高級開發(fā)環(huán)境(GRAD-Grip Advanced Development Environment)中編寫。執(zhí)行GRIP程序必需進入UG環(huán)境中，運行FileExecute UG/OpenGrip。GRIP編程語言是面向工程師的語言，具有簡單、易學、易用的特點

30、，但是所編寫的程序長、復雜。要考慮程序的各個細節(jié)問題。因此，GRIP語言常用于開發(fā)一些規(guī)模比較小的程序，例如，同類零件建模、計算和分析、數(shù)據(jù)訪問等程序。與GRIP語言相比較，用API函數(shù)編程則可實現(xiàn)功能復雜的操作。3.2.4 UG/Open API作為UG NX5.0與外部應用程序之間的接口，UG/Open API是一系列函數(shù)的集合。通過UG/Open API的編程，用戶幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)所有的UG NX5.0功能。開發(fā)人員可以通過用C+語言編程來調(diào)用這些函數(shù)，從而實現(xiàn)用戶的需要。（1） 對UG part文件及相應模型進行操作，包括建立UG NX5.0模型、查詢模型對象、建立并遍歷裝配體，以及創(chuàng)建工

31、程圖等。（2） 在UG NX5.0中創(chuàng)建交互式程序界面。（3） 創(chuàng)建并管理用戶定義對象等。應用函數(shù)時應注意所有的UG/Open API應用必須及時進行初始化和終止，以確保獲取或者釋放UG/Open API的執(zhí)行許可權限。初始化函數(shù)是UF_initialize()，當開始調(diào)用UG/Open API的函數(shù)時應先調(diào)用UF_initialize()來獲取執(zhí)行許可權限。一般來說，我們在變量聲明完成后，第1個調(diào)用UG/Open API的函數(shù)就是UF_initialize()。終止函數(shù)是UF_terminate()，當不再調(diào)用UG/Open API的函數(shù)時必須調(diào)用UF_terminate()來釋放執(zhí)行許可。

32、UG/Open API程序能在兩種不同環(huán)境（依賴于程序的連接方式）下運行，即Internal環(huán)境（也稱為“Internal開發(fā)模式”）和External模式。其中Internal環(huán)境下的程序只能在UG NX5.0的界面環(huán)境(session)下運行，在運行這些程序時他們被加載到UG NX5.0的運行空間中（UG NX5.0分配的內(nèi)存）；External模式開發(fā)的程序能在操作系統(tǒng)(Windows NT/2000/XP及UNIX)下運行，不在UG NX5.0環(huán)境中或作為UG NX5.0的子進程運行。盡管沒有圖形顯示，但UG/Open API提供了函數(shù)用于打印機或繪圖儀輸出，也可以輸出為CGM文件等其

33、他數(shù)據(jù)文件。33系統(tǒng)菜單的制作UG軟件為用戶提供了一個調(diào)用二次開發(fā)結果的交互式接口：User Tools。它的功能是生成彈出式對話框或工具條，其界面風格與UG界面風格一致。通過執(zhí)行對話框或工具條，操作相應的控件就可運行菜單文件、宏文件、UG/Open GRIP程序、UG/Open API程序和其他二次開發(fā)文件。通過編寫對話框定義文件(*.utd)來實現(xiàn)User Tool工具的功能。編寫文件完成以后，在UG 中執(zhí)行ToolsCustomizeUser ToolsLoad選擇所編寫的*.utd文件即可彈出需要的對話框或工具條。*.utd這個文件是文本文件，可用 Windows中的記事本進行編寫和編

34、輯。一種比較簡單的實現(xiàn)方法：拷貝UG中的模板文件到UG啟動目錄下，然后編輯模板文件，實現(xiàn)所需要的功能。在以前較早版本中例如V13，運用User Tools工具必須編寫兩個文件：菜單定義文件(*.utm)和對話框定義文件(*.utd)，然后通過執(zhí)行菜單項彈出相應的對話框或工具條?，F(xiàn)在，較高的UG版本已經(jīng)省略產(chǎn)生菜單這一步，操作同上所述。在UG 界面中應用File Execute UG/Open菜單執(zhí)行UG/Open API程序或UG/Open GRIP程序，操作一次只能執(zhí)行一個程序，而且必須找到程序所在的路徑。若利用User Tools這個工具，用戶可以將多個GRIP或API函數(shù)所編寫的程序集成

35、到一個User Tools對話框或者工具條中，一個程序?qū)粋€控件，通過操作控件來調(diào)用程序，使用起來就非常方便。雖然各種菜單的制作方法,在結構、內(nèi)容和開發(fā)過程上有一定的差異,但是在整個構建過程中有其共性和相同的部分,就是菜單制作之前應先設置系統(tǒng)環(huán)境變量。設置了系統(tǒng)環(huán)境變量，UG才能找到開發(fā)內(nèi)容所在目錄。系統(tǒng)環(huán)境變量設置方法有以下兩種：方法一：打開$UG_BASE_DIR/ugii目錄下的文件(該文件包含Unigraphics系統(tǒng)的全部環(huán)境變量及系統(tǒng)路徑定義)，找到下面兩條語句：#UG_VENDOR_DIR=$UGALLIANCE_DIR/vendor和#UG_ SITE_DIR=$UGALLI

36、ANCE_DIR/site。將它們前面的注釋符號“#”刪除，以使它們起作用。這兩條語句其實指明了供用戶放置二次開發(fā)文件的目錄。在Unigraphics初始安裝時，它們不起作用，當刪除了“#”號后，UG/OPEN才能從這些目錄下得到二次開發(fā)的功能擴展。這兩個目錄的功能和結構是完全相同的，下面都有startup和application兩個目錄。其中startup存放Unigraphics啟動時需載入的動態(tài)共享庫(以ufsta()為入口的.dl1)及菜單腳本文件(.men)；application目錄存放具體的功能擴展程序文件(如應用模塊的功能擴展共享庫( .dl1)及對話框資源文件( .dlg)。

37、Unigraphics下設置的這兩個目錄是為不同等級的開發(fā)者提供的，vendor目錄下放置Unigraphics指定的開發(fā)商的二次產(chǎn)品，site目錄下存放其余開發(fā)者的產(chǎn)品。因此vendor目錄下同類內(nèi)容的文件要比site目錄下的優(yōu)先載入。此外，在文件中還有一條語句，是用來設置用戶自己二次開發(fā)內(nèi)容的目錄：#UG_USER_DIR =$HOME，同樣將其前面的“#”號刪除，并在其后使用用戶自己的目錄替換$HOME。例如，UG_USER_DIR=E:ugapi，在此目錄下也必須建立目錄startup和application，存放的內(nèi)容和site及vendor下的startup、application

38、一樣,不過它的優(yōu)先級更低。方法二：打開UG安裝目錄UG_BASE_DIR UGmenus下的（用記事本打開），在文件最后添加開發(fā)的文件夾的絕對路徑。在添加的文件里建立兩個子目錄：startup和application ，分別用來放置開發(fā)的各種文本文件（.men文件）、動態(tài)庫文件和對話框文件。上述兩種方法中第二種方法較簡單方便，本課題采用第二種方法。打開UG安裝目錄UG_BASE_DIR UGmenus下的，在文件最后添加開發(fā)的文件夾的絕對路徑E: tulun_open。在E: tulun_open文件夾下建立startup和application兩個子目錄。本課題只涉及到弧面凸輪的參數(shù)化設計，

39、因此應在一個主菜單下建立一個子菜單。在E:tulun_openstartup下建立文件disign.men，代碼如下：VERSION 120 /版本號EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR /編輯UG系統(tǒng)剛啟動時菜單BEFORE UG_HELP /定義菜單位于【幫助】菜單前CASCADE_BUTTON DESIGN /定義一級菜單ID，為下拉菜單LABEL 二次開發(fā)/主菜單標題END_OF_BEFORE /結束BEFORE定義MENU DESIGN BUTTON DESIGN_OK /定義二級菜單IDLABEL 弧面凸輪 /第一個子菜單標題ACTIONS tulun.dlg

40、/調(diào)用對話框END_OF_MENU /結束菜單的定義菜單運行效果圖運行結果如圖所示：第四章 程序設計4.1 總體方案設計建立好實體模型后，接下來就是利用API程序?qū)⒛Ｐ椭械谋磉_式的值與對話框聯(lián)系起來。程序的功能是針對部件的設計參數(shù)，對設計參數(shù)進行查詢、修改，根據(jù)新的參數(shù)值更新模型從而實現(xiàn)設計變更。因此，程序?qū)θN齒輪的功能是一樣的，在對各個模型編寫程序時只需要根據(jù)各個模型的參數(shù)對程序中所調(diào)用模型參數(shù)做一些修改，其他在程序的編寫思路、程序所用的函數(shù)和結構等都可以相同。要實現(xiàn)程序針對某個模型的設計參數(shù)進行查詢、修改，主要的程序設計思路是先讀取對話框中的參數(shù)，然后把對話框中的參數(shù)傳遞給模型中的表達式

41、，改變表達式中相應參數(shù)的值，更新模型。程序運行后，就能實現(xiàn)把設計者輸入對話框的參數(shù)轉(zhuǎn)化成模型尺寸的變化，實現(xiàn)設計目的。但是由于此種參數(shù)化設計的方法是建立在模型的基礎上進行的，對話框的設計也是針對某個實體模型，編寫程序時使用的參數(shù)也是針對具體某一個模型的。因此，在程序運行時應首先檢測當前打開的模型是否就是該程序和對話框所對應的模型，只有打開了相對應的模型時程序才繼續(xù)運行，否則退出。另外，為了方便設計者使用，讓使用者在打開對話框時就能直接看到當前模型的各個參數(shù)，在調(diào)用對話框時應首先將當前模型中表達式中的對應參數(shù)讀出，并傳遞給對話框，顯示在對話框上。因此，程序設計時，首先檢測當前顯示的部件是否為程序

42、對應的部件文件，接著使用構造函數(shù)將模型中的表達式中的參數(shù)值讀出并傳遞到對話框上，然后是用戶輸入?yún)?shù)值后讀取參數(shù)并傳遞給模型，更新模型。程序流程如下圖所示：檢測是否為與程序相對應部件讀取模型表達式中參數(shù)值，調(diào)用對話框讀取對話框中的數(shù)值將讀取的參數(shù)值傳遞到模型中的表達式中，更新模型開始退出是否圖4-1 程序設計流程圖4.2 對話框設計程序要將對話框和部件模型聯(lián)系起來，在程序中必然要調(diào)用對話框，并有相應的程序相應對話框中的控件。UG中建立好對話框后，保存對話框時系統(tǒng)還自動生成另外兩個文件，分別是與對話框關聯(lián)的.c和.h文件，在編寫程序時要使用這兩個文件。因此，在編寫程序前必須先建立對話框，建立好對話

43、框后再利用對話框生成的文件進行編程。現(xiàn)以直齒圓柱齒輪為例，介紹對話框的建立和程序編寫的過程。（1）在UG中，單擊下拉菜單“應用”“用戶界面編輯器”，即可進入UIStyle模塊，操作界面如圖4-2所示。圖4-2 UIStyle 操作界面由圖中我們可以看出，在操作界面中，除下拉菜單和“標準”工具欄外，該界面主要有：項目工具欄：包括UIStyle模塊所提供的對話框控件；編輯的對話框：可視化顯示正在編輯的對話框；對象瀏覽器：在對象瀏覽器中可以選擇對話框本身或其中包含的控件，之后在編輯器中對其資源屬性進行編輯；資源編輯器：對在對象瀏覽器中被選擇的控件的資源屬性進行編輯。在建立對話框時，我們可以充分利用以

44、上工具。首先，編輯對話框的屬性。選擇對象瀏覽器中最頂層的對話框，就可以在資源編輯器中對對話框的屬性進行編輯。如圖4-3所示：圖4-3 編輯對話框?qū)傩越缑尜Y源編輯器中包括“屬性”、“選擇”、和“回叫”三個選項卡。“屬性”選項卡中可編輯對話框標題、提示語、對話框名、對話框類型等。根據(jù)需要設置后如圖4-3所示?！斑x擇”選項包括：啟用：選擇是否希望當顯示對話框的同時可以對UG圖形窗口中的對象進行選擇；類型：設置在UG圖形窗口中選擇對象的方式是否變化；范圍：用于確定被選對象所在范圍是否變化。該選項中不需設置，界面如圖4-4 所示：圖4-4 選擇選項在回調(diào)選項卡中，所有對話框都可以包含一些基本的回調(diào)函數(shù)，

45、主要包括：應用、后退、取消、確定、構造、毀壞等。根據(jù)程序需要編輯后如圖4-5所示：圖4-5 回叫選項卡編輯好對話框?qū)傩院?，應在對話框中添加相應的控件，本課題中只需要輸入齒輪的一些參數(shù)，只需添加一定數(shù)量的“實數(shù)”控件就可以了。添加好控件后應該對控件的屬性進行編輯，其界面如圖4-6 所示：圖4-6 “實數(shù)”控件資源編輯器please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings結論與展望弧面分度凸輪機構有著其他分度機構不可替代的優(yōu)越性，其結構簡單、高速度高精度等優(yōu)點使它將逐步取代棘輪、槽輪機構等，成為有著廣闊前景的一種間歇分度或步進傳送機構

46、?；∶娣侄韧馆啓C構除了應用在多工位自動機械上之外，也逐漸應用于加工中心換刀機械手、凸輪式機械手以及其他機械當中。隨著計算機技術和現(xiàn)代設計理論與方法的迅速發(fā)展,三維設計軟件尤其是Unigraphics 在機械零件和產(chǎn)品設計中的日益普及，弧面凸輪實體在三維軟件特別是在UG中的繪制變得越來越重要。但基于UG的弧面凸輪設計系統(tǒng)沒有弧面凸輪實體建模命令,不能直接進行實體建模，不能進行弧面凸輪的CAD/ CAM，約束了其發(fā)展。因此，借助CAD技術實現(xiàn)弧面凸輪實體模型繪圖過程的參數(shù)化和自動化，對于提高設計效率和保證設計質(zhì)量具有重要意義。本次設計通過對弧面凸輪廓面方程的研究，建立弧面凸輪的數(shù)學模型，實現(xiàn)了弧面

47、凸輪的三維參數(shù)化設計，得出的成果如下：（1） 基于共軛原理，建立弧面凸輪廓面方程數(shù)學模型，實現(xiàn)弧面凸輪的三維實體造型；（2） 基于弧面凸輪各參數(shù)間的關系，建立弧面凸輪參數(shù)的表達式，利用表達式在UG中繪制弧面凸輪的實體模型，保證弧面凸輪中各參數(shù)隨著表達式中的參數(shù)的變化而變化，實現(xiàn)弧面凸輪在UG的參數(shù)化設計；（3）UG/Open二次開發(fā)模塊是UG軟件的二次開發(fā)工具集，利用該模塊可對UG系統(tǒng)進行用戶化開發(fā)，滿足用戶進行二次開發(fā)的需求。本次設計中學習了UG二次開發(fā)的各種工具，了解了各種工具的特點和適用范圍，使用UG/Open API編程語言，運用UG/Open MenuScript和UG/Open U

48、IStyler開發(fā)工具，實現(xiàn)了基于UG二次開發(fā)工具的弧面凸輪的參數(shù)化設計。凸輪三維參數(shù)化造型是一個實用化的研究和開發(fā)工程，僅靠一學期的工作來完成，是遠遠不夠的，仍然需要進一步修正、充實和完善。本次開發(fā)的弧面分度凸輪建模模塊有許多不足之處，由于時間限制，使用建模基礎上的參數(shù)化設計，這樣使用該模塊所畫的弧面分度凸輪機構必定受原模塊的限制，原模型中的繪圖錯誤會直接影響新生成的弧面凸輪。由于設計者水平有限，弧面凸輪建模也較復雜，弧面凸輪建模中必然會有問題。另外，該模塊使用起來較不方便，需要在對應的模型下完成弧面凸輪的參數(shù)化設計。弧面凸輪的參數(shù)化造型只是CAD/CAE/CAM一體化工程的開始，后續(xù)工作還

49、有很多，諸如：弧面凸輪分度機構的裝配干涉、與從動盤靜態(tài)嚙合仿真、動態(tài)性能分析、模具設計等，從而真正實現(xiàn)弧面凸輪分度機構的CAD/CAE/CAM一體化。UG二次開發(fā)工具具有強大的功能，利用該功能可以實現(xiàn)任何復雜模型的建模、裝配、優(yōu)化仿真等操作。這就需要我們繼續(xù)不斷的熟悉UG的二次開發(fā)功能，以適應不斷發(fā)展的弧面凸輪的設計、制造的要求，這需要我們所有工程技術人員的不懈努力。致謝參考文獻1 楊冬香 陽大志 基于不同滾子從動件類型的弧面凸輪CAD集成系統(tǒng)開發(fā) A 五邑大學機電工程系 廣東江門2 張高峰 馮建軍 .譚援強 基于圓錐滾子的弧面凸輪三維CADJ 現(xiàn)代機械 2004年第5期 湘潭大學機械工程學院 湖南湘潭3 胡自化，楊冬香，徐宏，等弧面凸輪多軸數(shù)控加工編程系統(tǒng)的研究J湘潭市湘潭大學自然科學學報，2007，29 （2）：1051104 胡新蕾 基于UG的弧面分度凸輪機構的參數(shù)化設計及仿真分析J 青島大學 車輛工程 5 董正衛(wèi) 田立中 付宜利 .UG/Open API實用編程基礎.M北京:清華大學出版社.2002.6 付本國 林晶 任曉云.UG NX5三維設計基礎