基于UG二次开发的直齿、斜齿圆柱齿轮及锥齿轮的参数化建模
继承化CAD系统应用研究的热点理论[4]。目前国内外对二维图形参数化和简单三维实体的参数化造型较为成熟。对复杂的三维实体的参数化造型尚不多见，特别是齿轮这类形状复杂、精确齿形的三维实体参数化造型设计更少。这有多方面原因：一方面齿轮二维图形参数化设计能够满足传统的齿轮加工要求；另一方面运用低级CAD软件对复杂的三维实体很难实现参数化虚拟造型设计。随着塑料齿轮的广泛应用和快速成型与虚拟制造技术的迅速发展，传统的二维图形已不能满足现在的设计、加工要求[5]。因此，在三维软件上绘制齿轮实体变得十分重要。但是，由于齿轮形状复杂，且齿形曲线有一定的规律，绘制齿形曲线较复杂。并且齿轮各参数间都有严格的函数关系，再加上随着当代机械制造业的不断发展，齿轮的精度要求也越来越高，齿轮实体的绘制较为麻烦。齿轮并不是一个标准件，它的各个参数随着设计要求的不同而不同。如果每设计一个齿轮都要画一个对应的实体部件的话，那不仅增加了设计者的劳动量，还大大降低了设计效率，阻碍了企业的生产和发展。参数化设计是新一代智能化、集成化CAD系统的核心内容，也是当前CAD技术的研究热点[6]。用大型的三维软件实现齿轮的参数化造型已成为设计者的迫切需求，齿轮体参数化造型有重要的意义：
（1）齿轮传动的参数化设计与建模系统是CAD技术与齿轮设计相结合的产物，也是两者发展的趋势所在。
（2）实现设计过程自动化避免了设计人员手动查阅大量的数据，也避免了手工取点造型的复杂过程，该系统的开发，可以将手算设计的工作人员从繁琐、低效的工作中解放了出来。
（3）实现齿轮的参数化设计以及渐开线齿廓的精确造型，可以将设计计算、三维造型与绘制工程图的无缝结合，同时为齿轮的有限元分析、机构仿真和数控加工等工作奠定基础。
（4）采用建立原始齿轮结构模型并驱动其特征参数，为其它复杂曲面的造型提供了有益的参考。
本课题利用UG的二次开发技术,为解决齿轮参数化设计问题提供了可行的方法,通过直接输入齿轮设计条件，利用计算得出的有关设计参数(模数、齿
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数、压力角、变位系数、齿顶高系数、顶隙系数等) 进行实体建模,实现齿轮的参数化设计,提高齿轮设计的效率和准确性。
1．2课题的研究内容和解决方法
本课题利用大型软件UGNX4.0来实现齿轮的三维参数化造型，通过改变齿轮的一些基本参数，生成其相应齿轮。要达到相应的设计要求，首先要知道如何在UG中绘制齿轮部件，要绘制齿轮必然要知道齿轮的啮合原理及各个参数间的关系，还应熟知渐开线的数学模型，精确画出渐开线。画出齿轮模型后，还应知道UG二次开发的知识，灵活运用UG系统提供的二次开发工具，在模型的基础上编制相应的程序，最后完成齿轮参数化设计模块的开发。具体内容和步骤如下：
(1) 研究直齿、斜齿圆柱齿轮及直齿锥齿轮的基本啮合理论和各参数间的关系并建立数学模型；
(2)渐开线数学模型的建立，通过对齿轮的啮合原理的深入研究，建立渐开线数学模型，得到渐开线方程；
(3) 深入掌握UG二次开发的各种方法，并熟练运用UG/OPEN 开发工具，在建立直齿圆柱齿轮、斜齿轮和直齿锥齿轮的数学模型的基础上，对各齿轮实现三维参数化造型；
(4) 在构建齿轮模块框架的基础上，深入研究菜单的制作技术以确定本课题应采用的最佳菜单制作技术。
UG 软件是集CAD/CAM/CAE一体化的三维参数化软件，是当今世界上最为先进的计算机辅助设计、制造和分析软件，在国内使用相当广泛。另外它所提供的二次开发语言模块UG/Open API、UG/Open GRIP和辅助开发模块UG/Open Menu script与UG/Open UI Styler及其良好的高级语言接口，使UG的图形功能和计算功能有机的结合起来，便于用户去开发各种基于自身需要的专用CAD系统。使用UG/Open API和UG/Open GRIP中任何一个模块都能实现UG的二次开发，再结合辅助模块，就能开发出UG界面的应用模块。因此，合理利用UG的二次开发语言模块和辅助模块，就可以实现在UG环境下对齿
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轮进行参数化设计。
第二章 UG二次开发的研究
Unigraphics(简称UG)是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的
CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。它为制造业产品开发的全过程提供解决方案，主要功能包括：概念设计、工程设计、性能分析和制造。此外，UG软件还提供了CAD/CAE/CAM业界最先进的编程工具集，以满足用户二次开发的需要。本章先讨论UG软件的主要功能，然后简单介绍二次开发各功能模块的特点和应用。
2．1 UG软件概述
2．1．1 UG软件的功能介绍
UG是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术与基
于产品和过程的知识工程的组合，显著地改进了如汽车、航天航空、机械、消费产品、医疗仪器和工具等工业的生产率。它为各种规模的企业递交可测量的价值；更快地递交产品到市场；使复杂产品的设计简化；减少产品成本和增加企业的竞争实力 [7]。
NX是一个交互的计算机辅助设计、计算机辅助制造和辅助工程
（CAD/CAE/CAM）系统。CAD功能自动化是在今天制造公司中见到的一般工程、设计和制图能力；CAM功能利用NX描述完成零件的设计模型，为现代机床提供NC编程；CAE功能横越一广范的工程学科，提供许多的产品、装配和零件的性能防真能力。NX是一个全三维、双精度系统，它允许用户精确地描述几乎任一几何形状。通过组合这些形状，用户可以设计、分析产品和建立他们的工程图。一但设计完成，制造应用允许用户选择描述零件的几何体，加入
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制造信息，如刀具直径并自动生成一刀具位置，源文件（CLSF），它可用来驱动大多数NC机床[8]。目前UGS公司已经推出NX5产品，本次设计中使用的是NX4版本的软件。NX4的特点是：1、为了数字化产品开发集成的自动化；2、在所有开发学科中的新能力，包括工业设计、防真、工装、加工和管理；3、在一个全面的产品生命周期管理（PLM）解决力案内的领先前沿的CAD、CAE和CAM技术。 2．1．2 UG功能模块
利用NX，可以建立、存储、恢复和操纵设计与制造信息，典型地通过建
立描述一零件的几何体开始工作。NX功能被划分成共同功能的一系列“应用（Application）”共18个模块，各模块分别为：1、入口（Gateway）：对所有其他交互应用的首要必备的应用；2、建模（Modeling）：包括实体、特征、自由形状、钣金特征建模和用户定义特征；3、装配（Assembilies）：支持装配建模；4、几何公差模块（Geometric Tolerancing Module）：让用户捕捉公差；5、产品和制造信息（PMI Introduction）：可用于在三维环境中对产品形成文档说明；6、分析（Analysis）：包括注塑模流动分析、运动应用和ICAD；7、制图（Drafting）：可将三维模型生成二维视图；8、高质量图像（High Quality Image）：生成逼真照片的图像；9、知识熔接（Knowledge Fusion）：允许用户应用工程知识驱动规则和设计意图到NX中的几何模型和装配；10、制造（Manufacturing）：可进行虚拟加工和自动加工编程；11、开放的用户界面设计（Open User Interface Styler）：允许用户和第三方开发商生成NX对话框；12、编程语言（Programming Languages）：包括GRIP和API；13、质量控制（Quallity Control）；14、走线（Routing）：定义围绕和通过其他NX装配的装配；15、钣金（Sheet Metal）：包括钣金设计、冲压和多零件加工的栅格；16、电子表格（Spreadsheet）：提供一在Xess或者电子表格应用和NX间的智能界面；17、Web Express；18、Wire Harness:可在用于描述产品机械装配的同一三维空间建立电气布线的表示。
2.2 UG二次开发相关工具概述
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