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平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺的設(shè)計(jì)—3D建模與裝配
摘要：蝸桿傳動是機(jī)械設(shè)備中最常用的傳動裝置，在機(jī)械設(shè)計(jì)中蝸桿的設(shè)計(jì)占有相當(dāng)大的比重?；跍u輪蝸桿各參數(shù)間的關(guān)系，在UG中利用渦輪蝸桿參數(shù)表達(dá)式繪制渦輪蝸桿實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)渦輪蝸桿在UG中的參數(shù)化設(shè)計(jì)。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(jìn)行用戶化開發(fā)，可滿足用戶進(jìn)行各種二次開發(fā)的需求。學(xué)習(xí)了UG二次開發(fā)的各種工具，了解了各種工具的特點(diǎn)和適用范圍。選擇 UG/Open API編程語言，結(jié)合使用UG/Open Menu Script和UG/Open UI Styler開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了基于UG二次開發(fā)工具的渦輪蝸桿的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵字：渦輪蝸桿；二次開發(fā)；參數(shù)化；UG/Open API
Plane double enveloping worm gear design of the NC rotary table—3D Construction mode and Assembly
Abstract： Machinery and equipment belt transmission is the most commonly used pulley in mechanical design in the design of pulley occupy a large proportion. Based on the relationship of the Turbo-Worm parameters, draw Turbo-Worm solid model use expression in UG NX, achieve parameters design in UGNX. UG/Open module is the open tools in UG, using the tools we can empolder our UG system as we need, users can almost satisfy all kinds of secondary development needs by use the tools. Understand the characteristics and scope of application of all the tools of UG/Open after studying each kind of tools. Select UG/Open API programming language,a combination of UG/Open Menu Script and UG/Open UI Styler development tools. Achieve parameters design of Turbo-Worm base on the UG/Open tools.
Key Words：Turbo-Worm; parameter;pulley;UG/Open API
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第1章 緒論
1.1 課題的研究背景
平面二次包絡(luò)蝸桿傳動，其蝸桿齒面是以一個(gè)平面為母面，通過相對圓周運(yùn)動，包絡(luò)出環(huán)面蝸桿的齒面；再以蝸桿的齒面為母面，通過相對運(yùn)動包絡(luò)出渦輪出面。它的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在：1）工藝性良好，可獲得高精度硬齒面蝸桿副；2）嚙合齒數(shù)多、重合度大；3）安裝工藝好；4）渦輪齒面上有效共軛嚙合區(qū)大，接觸線性狀好呈雙接觸線?！靶拚汀庇懈玫膰Ш咸匦院凸に囆阅芎?，故目前廣泛采用。
平面二次包絡(luò)蝸桿傳動設(shè)計(jì)在蝸桿制造應(yīng)用過程中占有重要地位。傳統(tǒng)的蝸桿傳動設(shè)計(jì)過程繁冗，效率低，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)較為合理的蝸桿傳動要反復(fù)修正參數(shù)、多次校核計(jì)算，花費(fèi)很長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。另外，蝸桿傳動類零件的繪圖工作(包括幾何繪圖、標(biāo)注、參數(shù)表填寫等內(nèi)容)也是一項(xiàng)繁雜而費(fèi)時(shí)的工作。但蝸桿傳動類零件大部分具有相似的結(jié)構(gòu)和形狀，在新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和圖紙繪制過程中，不可避免地要多次反復(fù)修改，進(jìn)行零件形狀、尺寸的綜合協(xié)調(diào)和優(yōu)化，這時(shí)尋求一種簡便、合理的設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)工作效率，是蝸桿傳動設(shè)計(jì)工作者的迫切愿望。因此，借助CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)其繪圖過程的參數(shù)化和自動化，對于提高設(shè)計(jì)效率和保證設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義。
因此，現(xiàn)代蝸桿傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)建模技術(shù)有著廣泛的工程應(yīng)用背景和研究意義 。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的迅速發(fā)展，三維設(shè)計(jì)軟件尤其是Unigraphics 在機(jī)械零件和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的日益普及，蝸桿傳動實(shí)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的蝸桿傳動設(shè)計(jì)系統(tǒng)一般都局限于皮帶輪二維輪廓的繪制或三維實(shí)體建模，蝸桿傳動參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算難以與CAD 系統(tǒng)很好地集成, 給蝸桿傳動的CAD/ CAM 帶來不利影響。
建模技術(shù)是CAD的核心技術(shù)，參數(shù)化造型技術(shù)和特征造型技術(shù)是新一代繼承化CAD系統(tǒng)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)理論。目前國內(nèi)外對二維圖形參數(shù)化和簡單三維實(shí)體的參數(shù)化造型較為成熟。對復(fù)雜的三維實(shí)體的參數(shù)化造型尚不多見，特別是渦輪蝸桿這類形狀復(fù)雜、種類繁多的三維實(shí)體參數(shù)化造型設(shè)計(jì)更少。這有多方面原因：一方面蝸輪蝸桿蝸桿二維圖形參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠滿足傳統(tǒng)的渦輪蝸桿加工要求；另一方面運(yùn)用低級CAD軟件對復(fù)雜的三維實(shí)體很難實(shí)現(xiàn)參數(shù)化虛擬造型設(shè)計(jì)。隨著渦輪蝸桿的廣泛應(yīng)用和快速成型與虛擬制造技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的二維圖形已不能滿足現(xiàn)在的設(shè)計(jì)、加工要求。因此，在三維軟件上繪制渦輪蝸桿實(shí)體變得十分重要。但是，由于渦輪蝸桿狀復(fù)雜，給設(shè)計(jì)、繪圖帶來很大不便。并且渦輪蝸桿各參數(shù)間都有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，再加上隨著當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，渦輪蝸桿的精度要求也越來越高，渦輪蝸桿實(shí)體的繪制較為麻煩。渦輪蝸桿并不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，它的各個(gè)參數(shù)隨著設(shè)計(jì)要求的不同而不同。如果每設(shè)計(jì)一個(gè)渦輪蝸桿都要畫一個(gè)對應(yīng)的實(shí)體部件的話，那不僅增加了設(shè)計(jì)者的勞動量，還大大降低了設(shè)計(jì)效率，阻礙了企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展。參數(shù)化設(shè)計(jì)是新一代智能化、集成化CAD系統(tǒng)的核心內(nèi)容，也是當(dāng)前CAD技術(shù)的研究熱點(diǎn)。用大型的三維軟件實(shí)現(xiàn)渦輪蝸桿的參數(shù)化造型已成為設(shè)計(jì)者的迫切需求，渦輪蝸桿參數(shù)化造型有重要的意義：
?。?）渦輪蝸桿的參數(shù)化設(shè)計(jì)與建模系統(tǒng)是CAD技術(shù)與渦輪蝸桿設(shè)計(jì)相結(jié)合的產(chǎn)物，也是兩者發(fā)展的趨勢所在。
（2）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程自動化避免了設(shè)計(jì)人員手動查閱大量的數(shù)據(jù)，也避免了手工取點(diǎn)造型的復(fù)雜過程，該系統(tǒng)的開發(fā)，可以將手算設(shè)計(jì)的工作人員從繁瑣、低效的工作中解放了出來。
（3）實(shí)現(xiàn)渦輪蝸桿的參數(shù)化設(shè)計(jì)以及精確造型，可以將設(shè)計(jì)計(jì)算、三維造型與繪制工程圖的無縫結(jié)合，同時(shí)為渦輪蝸桿的有限元分析、機(jī)構(gòu)仿真和數(shù)控加工等工作奠定基礎(chǔ)。
?。?）采用建立原始渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)模型并驅(qū)動其特征參數(shù)，為其它復(fù)雜曲面的造型提供了有益的參考。
本課題利用UG的二次開發(fā)技術(shù),為解決渦輪蝸桿參數(shù)化設(shè)計(jì)問題提供了可行的方法，通過直接輸入渦輪蝸桿的設(shè)計(jì)條件，利用計(jì)算得出的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)體建模，實(shí)現(xiàn)渦輪蝸桿的參數(shù)化設(shè)計(jì)，提高渦輪蝸桿設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。
1.2 課題的研究內(nèi)容和解決方法
本課題利用大型軟件UG NX5.0來實(shí)現(xiàn)渦輪蝸桿的三維參數(shù)化造型，通過改變渦輪蝸桿的一些基本參數(shù)，生成其相應(yīng)的渦輪蝸桿。要達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，首先要知道如何在UG中繪制渦輪蝸桿部件，要繪制渦輪蝸桿必然要知道渦輪蝸桿的各個(gè)參數(shù)間的關(guān)系，精確知道渦輪蝸桿的三維模型。畫出渦輪蝸桿模型后，還應(yīng)知道UG二次開發(fā)的知識，靈活運(yùn)用UG系統(tǒng)提供的二次開發(fā)工具，在模型的基礎(chǔ)上編制相應(yīng)的程序，最后完成渦輪蝸桿參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊的開發(fā)。具體內(nèi)容和步驟如下：
(1) 分析渦輪蝸桿產(chǎn)品，設(shè)計(jì)其基型：考慮產(chǎn)品的零部件尺寸約束及幾何約束，基于模型驅(qū)動技術(shù)，構(gòu)建三維參數(shù)化模型庫，然后提取變形參數(shù)。
(2) 利用UG二次開發(fā)工具創(chuàng)建交互式程序界面，通過用戶菜單以及渦輪蝸桿參數(shù)設(shè)計(jì)對話框的設(shè)計(jì)，使用戶通過輸入?yún)?shù)即可在UG中實(shí)現(xiàn)皮帶輪的自動生成。
UG 軟件是集CAD/CAM/CAE一體化的三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今世界上最為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和分析軟件，在國內(nèi)外使用相當(dāng)廣泛。另外它所提供的二次開發(fā)語言模塊UG/Open API、UG/Open GRIP和輔助開發(fā)模塊UG/Open Menu Script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(jì)算功能有機(jī)的結(jié)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UG/Open API和UG/Open GRIP中任何一個(gè)模塊都能實(shí)現(xiàn)UG的二次開發(fā)，再結(jié)合輔助模塊，就能開發(fā)出UG界面的應(yīng)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(shí)現(xiàn)在UG環(huán)境下對渦輪蝸桿進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。
第2章 UG二次開發(fā)工具
Unigraphics(簡稱UG)是當(dāng)前世界上最先進(jìn)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(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、性能分析和制造。此外，UG軟件還提供了CAD/CAE/CAM業(yè)界最先進(jìn)的編程工具集，以滿足用戶二次開發(fā)的需要。本章先討論UG軟件的主要功能，然后簡單介紹二次開發(fā)各功能模塊的特點(diǎn)和應(yīng)用。
2.1 UG軟件概述
2.1.1 UG軟件的功能介紹
UG是知識驅(qū)動自動化技術(shù)領(lǐng)域中的領(lǐng)先者。它實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)與基于產(chǎn)品和過程的知識工程的組合，顯著地改進(jìn)了如汽車、航天航空、機(jī)械、消費(fèi)產(chǎn)品、醫(yī)療儀器和工具等工業(yè)的生產(chǎn)率。它為各種規(guī)模的企業(yè)遞交可測量的價(jià)值，更快地遞交產(chǎn)品到市場，使復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)簡化，減少產(chǎn)品成本和增加企業(yè)的競爭實(shí)力。
NX是一個(gè)交互的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)和制圖能力；CAM功能利用NX描述完成零件的設(shè)計(jì)模型，為現(xiàn)代機(jī)床提供NC編程；CAE功能橫越一廣范的工程學(xué)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(gè)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(shè)計(jì)、分析產(chǎn)品和建立他們的工程圖。一但設(shè)計(jì)完成，制造應(yīng)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(jī)床。目前UGS公司已經(jīng)推出NX5產(chǎn)品，本次設(shè)計(jì)中使用的是NX4版本的軟件。NX4的特點(diǎn)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(xué)科中的新能力，包括工業(yè)設(shè)計(jì)、防真、工裝、加工和管理；3、在一個(gè)全面的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）解決力案內(nèi)的領(lǐng)先前沿的CAD、CAE和CAM技術(shù)。
2.1.2 UG功能模塊
利用NX，可以建立、存儲、恢復(fù)和操縱設(shè)計(jì)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(yīng)用（Application）”共18個(gè)模塊，各模塊分別為：1、入口（Gateway）：對所有其他交互應(yīng)用的首要必備的應(yīng)用；2、建模（Modeling）：包括實(shí)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（Analysis）：包括注塑模流動分析、運(yùn)動應(yīng)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(yīng)用工程知識驅(qū)動規(guī)則和設(shè)計(jì)意圖到NX中的幾何模型和裝配；10、制造（Manufacturing）：可進(jìn)行虛擬加工和自動加工編程；11、開放的用戶界面設(shè)計(jì)（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（Quallity 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(shè)計(jì)、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(yīng)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(jī)械裝配的同一三維空間建立電氣布線的表示。
2.2 UG二次開發(fā)相關(guān)工具概述
UG軟件提供了CAD/CAE/CAM業(yè)界最先進(jìn)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，是一系列UG開發(fā)工具的總稱，它們隨UG一起發(fā)布，以開放性架構(gòu)面向不同的軟件平臺提供靈活的開發(fā)支持。UG/Open包括以下幾個(gè)部分：UG/Open Menu scrip開發(fā)工具，對UG軟件操作界面進(jìn)行用戶化開發(fā)，無須編程即可對UG標(biāo)準(zhǔn)菜單進(jìn)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 UI Styler開發(fā)工具是一個(gè)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(yīng)用程序開發(fā)獨(dú)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(gè)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(yīng)用。利用UG/Open提供的應(yīng)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。
2.2.1 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(shí)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(jié)構(gòu)，程序結(jié)構(gòu)，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(gè)GRIP語句是由一個(gè)或幾個(gè)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(shí)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)和參數(shù)。c)EDA符號格式。EDA是實(shí)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(biāo)注以及幾何體等領(lǐng)域與UG進(jìn)行交互操作時(shí)，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(jìn)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(jìn)入U(xiǎn)G環(huán)境中，運(yùn)行File—Execute UG/Open—Grip。
GRIP編程語言是面向工程師的語言，具有簡單、易學(xué)、易用的特點(diǎn)，但是所編寫的程序長、復(fù)雜。要考慮程序的各個(gè)細(xì)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(jì)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(shí)現(xiàn)功能復(fù)雜的操作。
2.2.2 UG/Open API
作為UG NX4.0與外部應(yīng)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 NX4.0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(shí)現(xiàn)用戶的需要。
（1）對UG part文件及相應(yīng)模型進(jìn)行操作，包括建立UG NX4.0模型、查
詢模型對象、建立并遍歷裝配體，以及創(chuàng)建工程圖等。
?。?）在UG NX4.0中創(chuàng)建交互式程序界面。
?。?）創(chuàng)建并管理用戶定義對象等。
應(yīng)用函數(shù)時(shí)應(yīng)注意所有的UG/Open API應(yīng)用必須及時(shí)進(jìn)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(quán)限。
初始化函數(shù)是UF_ initialize ()，當(dāng)開始調(diào)用UG/Open API的函數(shù)時(shí)應(yīng)先調(diào)用UF_ initialize()來獲取執(zhí)行許可權(quán)限。一般來說，我們在變量聲明完成后，第1個(gè)調(diào)用UG/Open API的函數(shù)就是UF_ initialize()。
終止函數(shù)是UF_ terminate()，當(dāng)不再調(diào)用UG/Open API的函數(shù)時(shí)必須調(diào)用UF_ terminate()來釋放執(zhí)行許可。
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(yùn)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 NX4.0的界面環(huán)境(session)下運(yùn)行，在運(yùn)行這些程序時(shí)他們被加載到UG NX4.0的運(yùn)行空間中（UG NX4.0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(yùn)行，不在UG NX4.0環(huán)境中或作為UG NX4.0的子進(jìn)程運(yùn)行。盡管沒有圖形顯示，但UG/Open API提供了函數(shù)用于打印機(jī)或繪圖儀輸出，也可以輸出為CGM文件等其他數(shù)據(jù)文件。
2.2.3 UG/Open Menu Script
UG/Open Menu Script不僅可以使用戶利用ASCⅡ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(yīng)用程序創(chuàng)建菜單。Menu Script同時(shí)也提供了一個(gè)菜單欄報(bào)告工具，以幫助用戶查看定制的菜單，診斷錯(cuò)誤。對于菜單的自定義大致可以分為如下三個(gè)層次。
（1）自定義菜單
該級別的自定義允許單個(gè)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(shí)現(xiàn)。
（2）自定義UG功能
該級別的自定義允許單個(gè)用戶或者管理員取代或增加標(biāo)準(zhǔn)的UG功能，并添加其自己定義的功能。
（3）添加自定義應(yīng)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(yīng)用程序完全集成在UG中。該級別的自定義需要編程實(shí)現(xiàn)。
UG的菜單文件是擴(kuò)展名為.men的文本文件，可以使用Windows 的記事本進(jìn)行編輯。UG/Open Menu Script提供了一套用于定義UG菜單的腳本語言。實(shí)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(rèn)情況下都保存在UGⅡ_BASE_DIR/UGⅡ/menus文件夾下[12]。
使用UG/Open Menu Script自定義UG菜單可以有兩種方法，分別是使用Add-on菜單文件和復(fù)制和編輯系統(tǒng)菜單文件。使用Add-on菜單方法是添加編輯量很小的菜單文件到菜單文件的目錄中，使用Add-on菜單可以移出用戶不需要的菜單項(xiàng)；添加新的菜單和菜單項(xiàng)；重新組織UG的菜單；修改菜單和菜單項(xiàng)的標(biāo)題；為已經(jīng)存在的應(yīng)用按鈕添加動態(tài)庫和菜單文件。復(fù)制和編輯系統(tǒng)菜單文件是指復(fù)制、編輯系統(tǒng)菜單文件并將其放置在特定的目錄下，覆蓋原始菜單文件。系統(tǒng)推薦使用Add-on菜單文件方法，該方法不僅編輯起來比較方便、易于維護(hù)，而且其功能也相當(dāng)強(qiáng)大，基本可以滿足應(yīng)用開發(fā)的所有需求。使用Add-on菜單文件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它可以被UG很方便地自動加載。對于與具體應(yīng)用模式無關(guān)的菜單文件放置在startup文件夾下，與具體應(yīng)用模式相關(guān)的菜單文件放置在相應(yīng)的application文件夾下，通過使用MENU_FILES聲明，即可將菜單名與應(yīng)用模式按鈕相關(guān)聯(lián)，點(diǎn)擊該應(yīng)用模式按鈕后即可自動加載與其相關(guān)聯(lián)的菜單文件。復(fù)制和編輯系統(tǒng)菜單文件方法不推薦使用，這主要是由于其編輯起來相當(dāng)復(fù)雜，特別是對于像ug_main.men這樣大型的菜單文件，其維護(hù)也非常麻煩。
2.2.4 UG/Open UI Styler
UI Styler是開發(fā)UG對話框的可視化工具，生成的對話框能與UG集成，讓用戶更方便、更高效地與UG進(jìn)行交互操作。UG/Open UI Styler模塊提供了強(qiáng)大的制作UG風(fēng)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(fēng)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 UI Styler產(chǎn)生的對話框時(shí)，不必考慮圖形用戶界面(Graphical User Interface縮寫為GUI )的實(shí)現(xiàn)。
(2) 利用可視化環(huán)境快速生成UG風(fēng)格對話框，從而減少開發(fā)時(shí)間。
(3) 通過選取和放置控件，從而能實(shí)現(xiàn)所見即所得。
(4) 可以在對話框中實(shí)現(xiàn)用戶自定義位圖。
(5) 提供了屬性編輯器，從而允許開發(fā)人員設(shè)置和修改控件屬性。
(6) UI Styelr產(chǎn)生的對話框可以在Menu Script中被調(diào)用，因此可以實(shí)現(xiàn)在UG菜單項(xiàng)上調(diào)用UI Styler產(chǎn)生的對話框，從而將用戶應(yīng)用程序和UG軟件完全融合。
應(yīng)用UI Styler這一工具可以使開發(fā)人員方便、快速地設(shè)計(jì)出與UG界面風(fēng)格一致的對話框，避免其他復(fù)雜的編程。而且可以和用其他開發(fā)工具開發(fā)出的結(jié)果進(jìn)行集成。UG/Open UI Styler工具和UG/Open Menu Script工具一樣，都只具有某一方面的功能：UG/Open UI Styler用于對話框的開發(fā)，UG/Open Menu Script用于菜單的開發(fā)。
2.2.5 User Tools工具
UG軟件為用戶提供了一個(gè)調(diào)用二次開發(fā)結(jié)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(fēng)格與UG界面風(fēng)格一致。通過執(zhí)行對話框或工具條，操作相應(yīng)的控件就可運(yùn)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。例如，執(zhí)行皮帶輪生成的程序集，可以用User Tools工具產(chǎn)生兩個(gè)對話框分別為實(shí)心式皮帶輪和腹板式皮帶輪，然后在相應(yīng)的對話框上進(jìn)行操作就生成相應(yīng)種類的皮帶輪。通過編寫對話框定義文件(*.utd)來實(shí)現(xiàn)User Tool工具的功能。編寫文件完成以后，在UG 中執(zhí)行Tools—Customize—User Tools—Load．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(gè)文件是文本文件，可用 Windows中的記事本進(jìn)行編寫和編輯。一種比較簡單的實(shí)現(xiàn)方法：拷貝UG中的模板文件Usertoo1.utd到UG啟動目錄下，然后編輯模板文件，實(shí)現(xiàn)所需要的功能。在以前較早版本中例如V13，運(yùn)用User Tools工具必須編寫兩個(gè)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(xiàng)彈出相應(yīng)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(yīng)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(gè)程序，而且必須找到程序所在的路徑。若利用User Tools這個(gè)工具，用戶可以將多個(gè)GRIP或API函數(shù)所編寫的程序集成到一個(gè)User Tools對話框或者工具條中，一個(gè)程序?qū)?yīng)一個(gè)控件，通過操作控件來調(diào)用程序，使用起來就非常方便。
第3章 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺建模與裝配
3.1 直齒輪的三維建模
3.1.1 數(shù)學(xué)模型
直齒輪是較為規(guī)則的一類關(guān)于其中心軸回轉(zhuǎn)類零件，由于其結(jié)構(gòu)簡單，所以提取參數(shù)也很簡單。主要涉及以下參數(shù)：
分度圓直徑
中心距
齒輪寬度
3.1.2 直齒輪的三維建模
直齒輪的建模方法很多，這里用特征建模的方法，直齒輪由輪緣、齒輪、輪槽三部分組成，且都可近似看成圓柱體，通過此操作后取布爾“相加”運(yùn)算即可得實(shí)體模型，再草圖做齒輪和實(shí)體做布爾“相減”運(yùn)算后可以得到一個(gè)輪槽，最后“陣列”齒輪特征即可得到結(jié)果。
（1） 新建部件，進(jìn)入“建?！蹦K，創(chuàng)立表達(dá)式
（2） 建立草圖，并進(jìn)行約束
（3） 直齒輪實(shí)體的建立
（4） 鍵槽及倒（圓）角的處理
（5） 齒輪的建立
經(jīng)過以上步驟就建好了實(shí)心式皮帶輪的模板。
圖3-1 直齒輪模板
3.2 齒輪軸的三維建模
3.2.1 數(shù)學(xué)模型
齒輪軸的結(jié)構(gòu)更為簡單，它不僅可以看成是關(guān)于圓拉伸而成的實(shí)體，并且它的剖面圖也是關(guān)于豎直中軸對稱的。主要涉及以下參數(shù)：
軸的最小直徑
軸上齒輪分度圓直徑
軸圓周力
軸徑向力
軸軸向力
3.2.2 齒輪軸的三維建模
齒輪軸的建模相對于直齒輪較為簡單，用草圖按軸的直徑畫出齒輪軸的軸徑，通過拉伸命令并用布爾運(yùn)算的“相加”命令畫出齒輪軸的實(shí)體。然后運(yùn)用“鍵槽”命令按鍵槽尺寸畫出齒輪軸的鍵槽。在工具欄中的“表達(dá)式”命令中輸入齒輪的各參數(shù)，生成漸開線的輪廓線，再用拉伸中布爾運(yùn)算的“相減”命令畫出齒輪軸上的齒輪。
齒輪軸的模板如下圖所示：
圖3-2齒輪軸模板
3.3 輸出軸的三維建模
3.3.1 數(shù)學(xué)模型
輸出軸的結(jié)構(gòu)和齒輪軸很相似，且相對于齒輪軸更為簡單，它也可以看成是關(guān)于圓拉伸而成的實(shí)體，并且它的剖面圖也是關(guān)于豎直中軸對稱的。主要涉及以下參數(shù)：
軸的最小直徑
軸圓周力
軸徑向力 軸軸向力
3.3.2 輸出軸的三維建模
輸出軸的建模方法可仿照前面的齒輪軸的建模方法，由于其結(jié)構(gòu)和齒輪軸最為相似，這里選用齒輪軸的建模方法。
齒輪軸的模板如下圖所示：
圖3-3 輸出軸模板
3.4 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動數(shù)控轉(zhuǎn)臺核心傳動件的裝配
（1）啟動UG，單擊“開始”選擇建模模塊。（2）打開齒輪軸部件文件，將其作為裝配父體。運(yùn)行結(jié)果如下：圖3-4齒輪軸模板
（3）選擇“裝配”—“組件”—“添加組建”命令，或直接單擊“裝配”工具欄中“添加組件”，在彈出的“添加組件”對話框中單擊“打開”按鈕，在磁盤保存目錄下選擇直齒輪部件，單擊“確定”按鈕將返回至“添加組件”對話框并彈出“組件預(yù)覽”對話框，如下圖所示：
圖3-5 組件預(yù)覽對話框
（4）在“添加組件”對話框中，“引用集”使用默認(rèn)“模型”引用集，“定位”則在下拉列表中選擇“配對”，圖層設(shè)置為“原先的”圖層，單擊“確定”按鈕出現(xiàn)“配對條件”對話框，此時(shí)“配對條件”對話框中裝配條件顯示列表框?qū)⒊霈F(xiàn)如下圖所示：
圖3-6 配對條件對話框
（5）通過需要裝配的兩個(gè)部件選擇點(diǎn)，面，線等各種方式配對子節(jié)點(diǎn)，最終生成零件圖的裝配，裝配結(jié)果如下圖所示：
圖3-7 齒輪軸與直齒輪的裝配圖
（6）重復(fù)上面各個(gè)步驟分別裝配蝸桿、渦輪、輸出軸，裝配結(jié)果分別入下列各圖所示：
圖3-8齒輪軸、直齒輪與蝸桿的裝配圖
圖3-9 齒輪軸、直齒輪、蝸桿與渦輪的裝配圖
圖3-10 核心傳動件零件裝配總圖
結(jié)論與展望
結(jié)論
蝸輪蝸桿用于傳遞空間兩輪之間的運(yùn)動和動力，具有傳動距離遠(yuǎn)、安裝精度要求低、更換簡易等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動機(jī)構(gòu)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的迅速發(fā)展,三維設(shè)計(jì)軟件尤其是Unigraphics 在機(jī)械零件和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的日益普及，蝸輪蝸桿實(shí)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的蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)一般都局限于蝸輪蝸桿二維輪廓的繪制或三維實(shí)體建模, 蝸輪蝸桿參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算難以與CAD 系統(tǒng)很好地集成, 給蝸輪蝸桿的CAD/ CAM 帶來不利影響。因此，借助CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿實(shí)體模型繪圖過程的參數(shù)化和自動化，對于提高設(shè)計(jì)效率和保證設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要意義。
次設(shè)計(jì)通過對蝸輪蝸桿的研究，建立蝸輪蝸桿的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了蝸輪蝸桿三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，得出的成果如下：
（1） 基于蝸輪蝸桿各參數(shù)間的關(guān)系，建立蝸輪蝸桿參數(shù)的表達(dá)式，利用表達(dá)式在UG中繪制蝸輪蝸桿實(shí)體模型，保證蝸輪蝸桿模型中各參數(shù)隨著表達(dá)式中的參數(shù)的變化而變化，實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿在UG的參數(shù)化設(shè)計(jì)；
（2）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(jìn)行用戶化開發(fā)，滿足用戶進(jìn)行二次開發(fā)的需求。本次設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)了UG二次開發(fā)的各種工具，了解了各種工具的特點(diǎn)和適用范圍，使用UG/Open API編程語言，運(yùn)用UG/Open Menu Script和UG/Open UI Styler開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了基于UG二次開發(fā)工具的蝸輪蝸桿的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
在UG平臺下利用表達(dá)式建立蝸輪蝸桿的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，利用UG二次開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿的參數(shù)化設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了在UG環(huán)境下打開相應(yīng)的實(shí)體部件，在UG主菜單中新建的菜單上選擇對應(yīng)的按鈕，可彈出對話框，在對話框中輸入蝸輪蝸桿的各個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿實(shí)體模型的變化，得到設(shè)計(jì)者所需要的蝸輪蝸桿。
展望
蝸輪蝸桿三維參數(shù)化造型是一個(gè)實(shí)用化的研究和開發(fā)工程，僅靠一學(xué)期的工作來完成，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，仍然需要進(jìn)一步修正、充實(shí)和完善。本次開發(fā)的蝸輪蝸桿建模模塊有許多不足之處，由于時(shí)間限制，使用建?；A(chǔ)上的參數(shù)化設(shè)計(jì)，這樣使用該模塊所畫的蝸輪蝸桿必定受原模塊的限制，原模型中的繪圖錯(cuò)誤會直接影響新生成的蝸輪蝸桿。由于設(shè)計(jì)者水平有限，蝸輪蝸桿建模也較復(fù)雜，蝸輪蝸桿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(yīng)的模型下完成蝸輪蝸桿的參數(shù)化設(shè)計(jì)。
蝸輪蝸桿的參數(shù)化造型只是CAD/CAE/CAM一體化工程的開始，后續(xù)工作還有很多，諸如：蝸輪蝸桿仿真、動態(tài)性能分析、模具設(shè)計(jì)等，從而真正實(shí)現(xiàn)皮帶輪的CAD/CAE/CAM一體化。UG二次開發(fā)工具具有強(qiáng)大的功能，利用該功能可以實(shí)現(xiàn)任何復(fù)雜模型的建模、裝配、優(yōu)化仿真等操作。如果進(jìn)行深入的研究，必然能開發(fā)出功能齊全、使用方便的蝸輪蝸桿二次開發(fā)模塊，以適應(yīng)不斷發(fā)展的蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)、制造的要求，這需要我們所有工程技術(shù)人員的不懈努力。
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致謝
經(jīng)過三個(gè)多月的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)到了尾聲。本次課題是基于UG的二次開發(fā)，對UG 的各項(xiàng)操作要求比較高。作為只有一點(diǎn)點(diǎn)UG基礎(chǔ)知識的我來說，如果沒有指導(dǎo)胡自化教授的的督促指導(dǎo)，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝胡自化老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從開始選題到查閱資料，與及在設(shè)計(jì)計(jì)劃中的各個(gè)環(huán)節(jié)都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩老師的專業(yè)水平和認(rèn)真的工作態(tài)度外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣。此外，在我遇到問題時(shí)，胡老師總是不厭其煩地為我講解，他的為人將積極影響我今后的為人處事和學(xué)習(xí)工作。
最后特別感謝審閱我的設(shè)計(jì)和畢業(yè)答辯的老師，感謝你們在百忙之中抽出時(shí)間來看我的設(shè)計(jì)成果。老師，你們辛苦了。
2010年6月
附錄一：零件圖實(shí)體模型
齒輪軸實(shí)體模型
直齒輪實(shí)體模型、蝸桿實(shí)體模型
渦輪實(shí)體模型
輸出軸實(shí)體模型
核心傳動件零件裝配總圖