《【期刊-齿轮设计】基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【期刊-齿轮设计】基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究.pdf（69页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、北京邮电大学硕士学位论文基于UG的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究姓名：吴利霞申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：王飞20090215基于U G 的齿轮参数化设计及运动仿真分析研究摘要随着计算机技术的飞速发展，a 妨已经广泛应用于零件设计和制造中，但一般的C A D 软件都具有广而博的通用性，难以满足各类具体产品设计的需要，所以以通用C A D 软件为基础，根据本单位的实际，进行不同程度的二次开发成为产品现代设计的重要内容。齿轮作为各种机械传动设备中的重要装置，具有传动平稳，承载能力强等优点，有着非常广泛的应用前景。但其结构复杂，设计计算困难，为了提高设计效率，增加竞争优势，实
2、现齿轮的三维参数化精确建模显得尤为重要。本课题的主要研究内容包括以下三部分：首先，以功能强大的三维软件U G 为开发平台，深入掌握U G 二次开发方法，选用U G O P E NG R I P和U G O P E NM e n u S c r i p t _ 二次开发工具，实现了直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮的三维参数化造型。其次，利用U G O P E NA P I、V C+技术、数据库技术开发设计了齿轮信息数据库，可以有效的管理小组成员间共享数据，使工作者方便的查询齿轮的名称、材料、技术要求和设计者等信息，达到协同合作、提高设计效率的目的。最后，采用U G M O T I O N
3、对所设计的齿轮进行了啮合运动分析，进一步验证了渐开线的正确性，而且提供了一种进行干涉分析，跟踪齿轮运动轨迹，分析齿轮传动的速度、加速度和力的方法。关键词：C A D 技术二次开发参数化U GR E S E A R C HO FP A R A M E T E R I Z E DD E S I G NO FG E A R SA N DM O V E M E N TE M U L A T I O NA N A L Y S I SB A S E DO N U GA B S T R A C rW i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t
4、 e r,C A Dh a sw i d e l yu s e di np a r td e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g，b u tb e c a u s eo ft h ec o m m o n a l i t yo fC A Ds o f t w a r e，i ti sd i f f i c u l tt om e e tt h es p e c i f i cn e e d so fv a r i a b l ep r o d u c td e s i g n，S Oo nt h eb a s i so fC A Ds o f t w a
5、 r e，a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o nt oc a r r yo u ts e c o n d a r yd e v e l o p m e n th a sb e c o m ea ni m p o r t a n tw o r ko fm o d e md e s i g n A sa ni m p o r t a n te n g i n e e r i n gm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o na p p a r a t u s，g e a l Sh a v e
6、av e r yw i d ea p p l i c a t i o np o t e n t i a lb e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e，s u c ha sh i g hs t a b i l i t ya n db e a r i n gl o a d s H o w e v e r，m es t r u c t u r eo fg e a r sa r ev e r ys o p h i s t i c a t e d,a n dd e s i g nd i f f i c u l t i e s，T oi m p r o v et h ed
7、 e s i g ne f f i c i e n c ya n dI n c r e a s et h ec o m p e t i t i v ec a p a c i t y,i ti sv e r yi m p o r t a n tt or e a l i z et h e3 Dp a r a m e t r i cm o d e l i n go fg e a r s T h i sp a p e rm a i n l yd e s c r i b e dt h ef o l l o w i n gt h r e ep a r t s F i r s t，B a s e do nt
8、 h es o f t w a r eU n i g r a p h i c sN X，t h i sP r o j e c tm a k e su s eo fU Gs e c o n d a r yd e v e l o p m e n tl a n g u a g e so f f e r e db ym o d u l e so fU G O P E NG R I Pa n dU G O P E NM e n u S c r i p ta n dt h e nr e a l i z e3-Dp a r a m e t r i cm o d e l i n go fi n v o l u
9、 t es t r a i g h tt o o t h e ds p u rg e a r,h e l i c a l s p u rg e a ra n ds t r a i g h tb e v e lg e a r S e c o n d，t ou s eo fU G O P E NA P I，V C+t e c h n o l o g ya n dd a t a b a s et e c h n o l o g yd e v e l o p e dag e a ri n f o r m a t i o nd a t a b a s es y s t e m，t h i ss y s
10、t e mc a ne f f e c t i v e l ym a n a g e m e n tt h ed a t aa m o n gt e a mm e m b e r sa n dw o r k e r sc a nc o n v e n i e n ti n q u i r yt h en a m eo fg e a r s,m a t e r i a l s，t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sa n dd e s i g n e r s n a m e e t c I ta l s oi m p r o v e sd e s i g
11、 ne f f i c i e n c y T h i r d，m e s h i n gt r a n s m i s s i o n sa n a l y s i so fi n v o l u t es p u rg e a rh a sc a r r i e do u tu s i n gU G M O T I O Nt of u r t h e rv e r i f yt h ec o r r e c t n e s so fi n v o l u t ed e s i g n，f u r t h e r m o r e，i ta l s op r o v i d e daw a y
12、o fi n t e r f e r e n c ea n a l y s i s,s p e e da n a l y s i so fg e a rt r a n s m i s s i o n，a c c e l e r a t i o na n df o r c e U Gs e c o n dd e v e l o p m e n tp a r a m e t e r i z a t i o n独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果
13、，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人签名：基叠!)盔本人承担一切相关责任。日期：型2：至：!垄关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后遵守此
14、规定)保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，本人签名：丞塑)墼导师签名：兰么适用本授权书。日期：日期：删7 乡J 二北京邮电人学硕：学位论文1 1 研究背景第一章绪论2 0 世纪7 0 年代以来，一个以计算机辅助设计技术为代表的新的技术改革浪潮席卷了全世界，它不仅促进了计算机本身性能的提高和更新换代，而且几乎影响到全部技术领域，冲击着传统的工作模式。C A D 技术经历了曲面造型技术、实体造型技术和参数化技术三代飞跃式发展已经、并将进一步给人类带来巨大的影响和利益。渐开线齿轮作为各种机械传动设备中的重要装置，具有传动比大、效率高、结构
15、紧凑、工作可靠、寿命长等优点，广泛应用于机械、船舶、航空、电力领域【1 1。随着大批优秀的三维C A D 软件纷纷涌现，一般机械零件的三维设计对普通工程师来说已经不再是困难的工作。但是对于渐开线齿轮，由于其齿廓的复杂性，一般设计者在C A D中很难精确造型，继而影响到后续的齿轮有限元分析、运动仿真和数控加工的操作。C A D 参数化设计的理念正是解决这一问题的有效途径。计算机辅助设计的广泛应用以及计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，为参数化设计提供了一个良好的基础。参数化实体造型技术大大提高了模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用C A D 系统开发方面都具有较大的应用价值。
16、在课题前期调研中曾了解到，以某一大型制造业国企最具代表性，该企业主要生产制造各类齿轮，具有5 0 多年的悠久历史，无论是从技术角度还是从设备角度在同行业内都处于领先地位，市场份额占全国的2 0 左右，还有相当量的出口。但这样一个大型企业，在设计模式和设计流程上仍然很落后。调研中发现，该厂设计部门没有自己的齿轮开发设计界面，不同的设计小组之间沟通不畅，数据管理混乱，设计效率低，在C A D 技术日益成熟的今天，势必要将这些问题逐一解决，才能使企业在市场竞争中立于不败之地。1 2 研究目的及意义目前，流行的叫C A M 软件众多，软件功能上也各有千秋，P r o E N G I N E E R、U
17、 G、Q 盯认、I-D E A S 等，都是比较通用的大型软件系统。但任何通用的C A D 软件，由于其具有广而博的通用性，使它在具体应用时不能直接处理特定的产品，难以满足形形色色具体产品设计的需要。为了使其在特定的企业和特定产品设计中最大限度的发挥其潜力和创造效益，就有必要以通用C A D 软件为基础，根据本单位的实际，进行不同程度的二次开发，以提高生产效率，真正发挥C A D 软件的功能。这也是众多使用北京邮电大学硕士学位论文通用C A D 软件的企业一项非常迫切和重要的工作。本课题基于调研时发现的问题，利用U G 5 O 二次开发技术、V C+技术、数据库技术对渐开线齿轮进行了参数化设计
18、，并且开发设计了齿轮信息数据库，既保证了造型的精确性，又可以使工作者方便的查询齿轮的名称、材料、技术要求和设计者等信息，达到协同合作、提高设计效率的目的。最后采用U G M O T I O N 对所设计的齿轮进行了啮合运动分析，进一步验证了渐开线的正确性，而且提供了一种进行干涉分析，跟踪齿轮运动轨迹，分析齿轮传动的速度、加速度和力的方法。本课题所用的三维C A D 软件U G 是U n i g r a p h i c sS o l u t i o n s 公司(简称U G S)的主要产品之一，U G 进入中国九个年头了，它有着广泛的用户群和应用基础，具有功能强、易学、易用的特点，在国际C A
19、D 市场中占有显著的地位 2 1。U G 提供了界面良好的二次开发工具G R I P，并能通过高级语言接口，使U G 的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来，而且具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择I 引。因此，设计人员能够自行开发满足自己特殊需要的产品。本文对齿轮的参数设计是C A D 技术与齿轮设计相结合的产物，也是两者发展的趋势所在，既实现了设计过程自动化，完成了渐开线齿廓的精确造型，又可以将设计计算、三维造型与绘制工程图无缝结合，同时为齿轮的有限元分析、运动仿真和数控加
20、工等工作奠定基础，而通过运动仿真可以更清楚的了解齿轮啮合运动规律，又可以来验证齿廓造型的精确性，而完善的齿轮数据库管理系统也为协同设计，数据共享提供了便捷。所以，本课题的研究在现代制造工业中具有重要的现实意义。1 3 国内外研究现状1 3 1 三维C A D 发展状况C A D 概念是5 0 年代末由麻省理工学院首次明确提出的，6 0 年代研制成功试验C A D 系统、7 0 年代C A D 开始实用化，从二维的电路设计发展到三维的飞机、造船、汽车等设计。8 0 年代，由于解决了三维几何造型、仿真等问题，应用范围不断扩大，大中型系统向微型化发展，出现了应用极广的微机C A D 系统和性能优良的
21、工作站C A D 系统。9 0 年代后随着C A D 技术的发展，其系统性能提高，价格降低，C A D 开始在设计领域全面普及，成为必不可少的设计工具。目前采用C A D 进行3 D 设计已达到了7 0 8 9，P r o E、U G、C a t i a，I-D e a s 等软件的应用很普遍。应用这些软件可完成3 D 设计，还可以进行装配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。近几年来国外先进工业国家对删洲技术的开发非常重视，2北京邮电人学硕r l：学位论文在其开发上投入了很大的人力和物力。目前国际上流行的三维C A D 软件如下：P r o E 系统是美国P T C 公司推出的三维Q 址删软件
22、；C a t i a 系统是法国达索飞机公司与美国I B M 公司合作开发的C A D 系统；U GN X 是美国U G S 公司的C A D 产品，该软件首次突破传统C A D C A M 模式，为用户提供了一个全面的产品建模系统，它优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起，几乎是叫洲用户的首选软件【4】【5】。我国在软件和设备方面的发展一直比较缓慢，直到进入2 1 世纪以来，我国的计算机行业有了突飞猛进的发展，正是因为这样，我国的C A D 技术才有了进一步发展的空间。在现代制造业舞台上，生产效率、成本、规划管理无不和生产技术相关，因此，C A D 技术的开发直接关系
23、到产品的设计、生产、维修等工作的速度和效率，显得尤为重要。在产品的设计和装配阶段，一般采用二维制图和三维造型。尤其是三维造型，以其直观、能直接转化成二维工程图和模拟装配等优势在现代工程设备的设计方面有着绝对的优势。1 3 2 参数化设计概况参数化设计方法的研究工作最早可追溯到2 0 世纪6 0 年代早期，S u t h e r l a n d 在他开发的S k e t c h e p a d 系统中，首次将几何约束表示为非线性方程来确定二维几何形体的位置。后来H i l l y a r d，G o s s a r d 进一步发展了这一思想，并使之实用化。自从F T C 公司于1 9 8 5 年
24、推出参数化C A D 系统P m E n g i n e c r 以来，参数化设计技术才真正受到工程技术界和学术界的重视，各大计算机软件公司相继推出自己的参数化C A D 系统或在原有系统上增加参数化功能，展开激烈的竞争【6】。近几年来，以M I T 较早期的研究成果为基础，以P r o E n g i n e e r 的参数化造型系统为先驱，参数化设计技术得到了迅猛的发展。S D R C 公司的V a r i a t i o n a l D es i g n，M A T R A公司推出的A d a p t i v eD e s i g n 都是参数化技术迅猛发展的产物。参数化技术正日益完善并
25、逐步走向商品化阶段。参数化设计的关键是几何约束关系的提取和表达、几何约束的求解以及参数化几何模型的构造。目前二维参数化设计技术己发展的较为成熟，在参数化绘图方面已得到了广泛应用，而三维参数化造型能处理的问题还比较有限。虽然如此，因为三维参数化设计在进行设计时有着明显优于二维参数化设计的优势，所以提高三维参数化设计功能，成为当前设计软件开发的热点。参数化造型设计是指设计对象的结构形状比较定型，可以由一组参数来约束其几何形状和尺寸的关系。其中几何约束用于保证特征的几何形状及与已有特征的连接关系，如平行、垂直和共线等约束；尺寸约束用于通过尺寸驱动来改变特征的大小，并保证其与已有特征的尺寸关系。参数与
26、设计对象的控制尺寸有显示对应关系，通过修3北京邮电大学硕J：学位论文改参数和进行尺寸驱动可得到不同形状和尺寸的设计模型。利用U G 进行参数化设计的基本步骤如下：(1)根据图纸和自由变化参数表确定建模方法。(2)创建参数化模型。(3)设置参数之间的关系，也可在创建模型时设置。(4)提取自由变化参数。(5)创建零件库，输入零件系列数据，创建零件模型。(6)调入生成的模型，检查模型创建是否有误。参数化设计是近几年发展起来的先进造型技术，它是C A D 技术应用领域内的一个重要的、需要进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，来对产
27、品进行合理的设计，从而大大提高设计速度，并减少信息的存储量，而且有助于减轻设计人员的工作强度。参数化建模技术是C A D 的核心技术，是新一代继承化C A D 系统应用研究的热点理论，也是齿轮参数化造型的基础理论依据，对齿轮建模和系统设计起着指导性作用。另外，研究国内外齿轮C A D 参数化设计的发展状况，可以借鉴前人的研究成果，对齿轮的参数化研究有一定的指导意义。1 3 3 数据库技术研究与发展数据库技术从2 0 世纪6 0 年代中期产生，已经有4 0 多年的历史，它经历了三代演变，网状与层次数据库、关系数据库、对象与关系数据库，造就了C W B a c h m a n，E R C o d
28、dJ a m e s 和G r a y 三位图灵奖得主1 7 1。发展到今天，产生了以数据库管理系统核心技术为主导的数据库学科；带动了一个软件产业一D B M S 产品及其相关工具，并在现实世界中得到了众多企业和政府管理机构的成功应用。数据库技术是计算机领域发展最快的学科之一，因为它既是一非常实用的技术，也是一门涉及面广、研究范围宽的学科。因此，他吸引了理论研究、系统研制和应用开发等不同方面众多的学者、专家和技术人员致力于其研究和实践。我国数据库技术的研究起步较晚，直到2 0 世纪7 0 年代末才真正开始。2 0 世纪8 0年代初，许多研究所和高等院校开始进行关系数据库管理系统、分布式数据库管
29、理系统和数据库应用系统的研制，既培养了人才，又积累了技术。从2 0 世纪8 0 年代中期开始，以O r a c l e 公司为代表的国外数据库公司纷纷进入我国，他们带来了国外先进的产品和技术，同时也占领了中国的数据库市场1 8 l。2 0 世纪9 0 年代，我国在国家“八五”、“九五”科技攻关计划、8 6 3 高科技计划等项目的支持下，开展了数据库产品化的实践。面对国外实力雄厚的数据库厂商，科技人员艰苦工作、无私奉献，用不到国外同行所用投资的百分之一的经费，研制了关系数据库、分布式数据库、并行数据库、面向对象数据库、嵌入式移动数据库等有自主版权的产品或原型，成为我国数据库产业的星星之火。相信在
30、国家有关政策和企业的支持下，这些星星之火一定能成燎原之势。4北京邮也大学硕：b 学位论文1 3 4 齿轮的造型设计发展随着优化设计和C A D 技术在国内外的飞快发展，在新产品设计方面普遍进行参数优化。这样它们在追踪市场、缩短技术准备周期，保证产品性能方面占了很大优势。目前，市场上有很多关于齿轮传动的设计系统，但是都或多或少地存在着不完善的地方。例如，有的软件只具有几何参数设计功能，后来即使实现了齿轮造型的功能，模型却非常粗糙，甚至是使用圆弧等简单曲线代替渐开线对齿廓曲线进行造型，不能很好的表达渐开线齿廓的几何特性；还有一些软件没有充分地注重设计者的主观能动性。表现在：一些经验参数的选取直接采
31、用了系统默认值，当输入的唯一初始值时，只能设计出唯一的一个结果；少数单位也开发了较为完整的齿轮设计软件，虽然比较适于生产实际的需要，价格却很高。因此在生产实际中，很多设计人员为了在特定的要求下进行齿轮的设计和造型，仍然使用手动设计这一古老的方法，这种方法工作量大、效率很低、容易出错。关于齿轮类零件参数化三维计算机辅助设计，国内外不少学者进行了研究，李新华以V B A 作为开发工具，根据特征参数化造型思想，开发出了基于特征的参数化齿轮系统生成模块，提高了绘图效率【9】。王穗选用大型软件I D E A L S 作为开发平台，通过选择齿轮系各零部件有关的基本结构形式参数和主要的结构尺寸参数建立起各零
32、部件及子系统的简化模型库等【l o l。1 4 论文主要研究内容本文利用大型软件U G N X 5 0 的二次开发技术来实现圆柱直齿轮、斜齿轮、锥齿轮的三维参数化造型，可通过改变齿轮的一些基本参数，生成相应的齿轮，达到设计要求，并且利用U G O p e nA P I、U I S t y l e r 和M e n u S c r i p t 进行菜单和界面设计，使用户有一个良好直观的操作环境，建立以产品信息为中心的齿轮数据库人机交互界面，并实现归档(入库、编辑)和检索等管理维护功能，最后通过齿轮运动仿真分析验证了齿轮参数化造型的正确性和提供了一种分析齿轮传动的方法。具体章节安排如下：第一章绪论
33、。主要阐述了本课题的背景、研究目的和意义等，概括了国内外三维C A D 技术、参数化设计技术和数据库技术的研究现状，并对论文的研究内容做了概述。第二章U G-次开发的方法研究。深入研究U G-次开发方法，获取U G Z次开发的完整实施进程。包括：基于V C+6 0 开发平台的U G N X 应用程序接口、主菜单M e n u S c r i p t 及工具菜单U s e rt o o l s 用户定制、对话框U I S t y l e r 可视化设计应用、实现多种用户界面接口、U G O p e nA P I 程序三维造型应用研究等。第三章齿轮的参数化建模研究。介绍了U G 参数化设计的方法，
34、利用G R I P 语言对直齿轮、斜齿轮、锥齿轮渐开线进行编程，通过V C 实现U G 系统菜单、用5北京邮t 乜大学硕上学位论文户对话框和G R I P 齿轮程序的接口设计，完成齿轮参数化建模设计。第四章齿轮数据库管理系统开发。介绍了数据库的基础知识和U G 环境下O B D C 数据库访问接口，利用V C+技术开发了齿轮数据库程序应用框架，方便查询齿轮的名称、材料、技术要求和设计者等信息，达到协同合作、提高设计效率、有效管理数据的目的。第五章齿轮运动仿真分析。介绍了u G M O T I O N 模块的应用方法，采用该模块对第三章生成的齿轮进行啮合仿真分析，进一步验证了参数化建模的精确性，
35、并且介绍了一种更为直观的理解啮合传动原理的方法，此方法可以考虑用到教学实践中。第六章总结与展望。对论文的主要研究工作及取得的成果进行了总结，分析了不太完善尚待进一步研究的问题。6北京邮电大学硕上学位论文第二章U G 二次开发技术研究U G 是一个优秀的机械C A D A 聃A M 一体化高端软件，它基于完全的三维实体复合造型、特征建模、装配建模技术，能设计出任意复杂的产品模型，再加上技术上处于领先地位的C A M 模块、内嵌的C A E 模块，使C A D、C A E 和C A M 有机集成，可以使产品的设计、分析和制造一次性完成。此外，U G 软件还提供了C A D 咄C A M业界最先进的
36、编程工具集，以满足用户二次开发的需要。本章首先讨论了U G 软件的模块、特点及二次开发工具，然后对基于U G O p e nM e n u s c r i p t 开发工具详细介绍了系统菜单开发方法。2 1U G 软件概述U G 是起源于美国麦道(M D)公司的产品，1 9 9 1 年1 1 月并入美国通用汽车公司E D S分部。如今E D S 是全世界最大的信息技术(I T)服务公司，U G 由其独立子公司U n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 开剔1 1 J。U n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 己在纽约股票交易
37、所上市。U G 2 0 0 5年的收入达1 1 5 亿美元，C I M d a t a 对P L M 市场收入进行的协同产品定义管理(C P D M)调查中，U G S 已连续五年居榜首。U G N X(简称U G)是U G S 五大产品之一(T c 锄c e n t e r、N X、s o l i dE d g e、E f a c t o r y、P L Mc o m p o n e n t s)，是集C A D、C A E 和C A M 于一体的机械工程设计辅助系统，该软件能适应多种复杂的曲面造型和参数化实体造型，可以直观、准确地反映零、组件之间的装配关系，使产品开发完全实现设计、分析、制
38、造的无图纸生产，并可使产品设计、工装设计和制造等工作并行开展，适用于各种产品的设计与开发，因此而广泛应用于汽车、航空、船舶、通用机械、电器和玩具等行业，以及模具等的设计、分析及制造工程。U G 采用基于特征的实体造型，具有尺寸驱动编辑功能和统一的数据库，实现了C A D、C A E、C A M 之间无数据交换的自由切换，它具有很强的数控加工能力，可以进行2 轴5 轴联动的复杂曲面加工和镗铣。U G S 拥有4 6，0 0 家客户，全球装机量近4 0 万台套。在全球排名前3 0 强的汽车原始设备制造商中，有多达2 7 个制造商使用U G S 软件。在美国航空航天工业己安装有1 0 0 0 多套U
39、 G。U G S 在喷气发动机行业位居领先地位。U G S 目前也遍及到机械、医疗设备、电子、高技术和消费品工业，用户包括松下、3 M、P h i l i p sE l e c t r o n i c、G i l l e t t eC o m p a n y 等。U G 是一个完整的产品解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。U G 针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。U G 能够有效地捕捉、利用和共享数字化工程完整过程中的知识，事实证明为企业带来了战略性的收益U G 系统运行环境：(1)硬件(机型)：H P 9 0 0 0、S u
40、n、D E C、S G I、I B M R S 6 0 0 0、7北京邮电人学硕：|：学位论文P C(如F o u n d e r)。(2)软件(操作系统)：W i n d o w S N T、V M S、U N I X。(3)用户界面：菜单选择、窗口功能、键盘、鼠标器输入。(4)网络：T C P I P 网络协议。(5)数据库：I M A N可提供独立运行的、面向对象的集成管理数据库系统。2 1 1U G 软件的特点U G 的主要特点：提供特征化、参数化及变量化的概念设计；采用非均匀有理B样条(N U R B S)作为曲面造型的数学基础；采用区别于多面体的曲面实体造型，使线框模型、曲面模型和
41、实体模型融为一体；提供可以独立运行的面向对象的集成管理数据库系统，使C A D、C A M、C A E 各部分的数据能够进行自由切换；具有良好的二次开发接口和工具。它的这些主要特色可以在以下几方面得到体现【1 2 l：(1)高效方便的交互式绘图建模操作的人机接口。(2)多种绘图建模应用工具箱。丰富的功能使用户可以以最方便快捷的方法达到要求的目的。(3)分析计算功能是U G 的一大特色。可以对图形、实体进行面积、体积、惯性矩等几何属性计算、质量属性计算(重心、惯性矩)，这方面极具潜力，可做进一步深层次开发。(4)逼真而且直观的显示功能。借助硬件图形加速器及软件的图形驱动器的协作，对建造的模型执行
42、旋转，透视，照光等显示功能，可以让用户方便地检查(视觉上)自己的设计，增强人直觉的主观能动性在人机工作系统中作用的发挥。(5)u G 是适于分布式的网络计算环境，并非限于一台主机。2 1 2U G 主要功能模块图2 一l 给出了U G 所包含的主要功能模块，本文主要介绍计算机辅助设计C A D模块、计算机辅助工程分析C A E 模块、计算机辅助制造C A M 模块f 1 3 1。北京邮电大学硕士学位论文知谚 驱动自动化(1(D A)计算机辅助设计(C A D)计算机辅助制造(C A M)U G K n o w l e c l g eF u s i o nU G，s o l i dM o d e
43、 l i n gB a s eM a c h i n i n 8U G M o l d W i z=dU G F e a t u r eM o d e l i n gF a c eM i I l i n gU G C e a rf 弧g：i n 哺嗨U G U s e rD e f i n e dF e a u n eF i x e dC o n t o u rM i i l i a gW i z a r dU G，P 他e f o r mM o d e l i n gV a r i a b l eC o n t o u rM i l l i n 空U G m kE 吨h 赋涵I l gw=妇
44、dU O D m f l m gF l o wC u tU G 愚，e l dA s s i s c s n dU G t A s s e m h l yM o d e l l n RC a v i t yM i l l i n gU G O p e nU I S 咯l e tU G t A d v a n c e dA s s e l l l b l e sZ o l e v e lM i l l i n gU G，()p e a G R l P-U G 料EC o n t r o lS e q u e n I MM i l l i n gU G O i x-nA P i-U G G e m
45、 e t r kT o l e r a n c i n g拍r e a dM i l l i n g-U G o l x-a+U G S h e e lM e t a lD s 昀N U l t 8 SM a c h i n i n gU G，A d v a n c e dS h e e tF a c e t-B a s e dM a c h i n i n gM e t a lD e s g n。T u r n i n gU G R o u t i n gB a s eW i r e E D M计算机辅助二 芑t 殳t i-(C A t O)U G 门、J b h a gS h o pD o
46、 c u m e n t a t i o nU G P?i p i n gH i g hS p e e dM a c h i n i n gU G S h a p eS t a d i oU G C o n“i t-T o o lL i b r a r i e d(II G 帕e I I i u s jU O R a c e w a yC A MV m u l i z e一数据交换U G，S l 髓1 w o f kS p e e d sa n dF e e d st a b l eU G 懒H n gP o s tB u d d e rI G I 三sU G,Q u i c kS h a p
47、 eS T E PD G G e o m e t H c T o l e r a n c l n lD X P-2 DE x c h a n g e计算机辅助1=程分析(C A E)-J特殊应用U G S c e n H i of o rS t r u d 岫t 岛I X；G e a C o n n e c tU G S c e m r i of o rS 竹u c l u 糟s+。U G D e s i g nV c r i f i c a t i o nU G，s c e n a 1 0P EU G t l n s p e o i o nU F 卧。U G R e v e r s eE n
48、 g i n e e r i n 8。U G R a p i dP r o=t y p i n g图2-1U G 主要功能模块1 计算机辅助设计C A D 模块(1)U G G a t e w a y G 入口)U G G a t e w a y 是连接U G 软件所有其他模块的基本框架，是启动U G 软件时运行的第一个模块，该模块为U G 软件的其他各模块运行提供了底层的统一数据库支持和一个窗口化的图形交互环境，执行包括打开、创建、存储、屏幕布局、图层管理、绘图输出、绘图机队列管理、模块使用权浮动管理等关键功能。(2)U G S o l i d sM o d e l i n g(u G 实体
49、建模)U G S o l i d sM o d e l i n g 基于约束的特征造型功能和显式的直接几何造型功能无缝地集成一体，使用户可以充分利用集成在先进的参数化草图工具、尺寸驱动编辑和用于9北京邮电大学硕士学位论文一般建模和编辑工具，使用户既可以进行参数化建模又可以方便地用非参数方法生成二维、三维线框模型，扫掠和旋转实体以及进行布尔运算：也可以部分参数化或将非参数化模型后参数化，方便地生成复杂机械零件的实体模型。(3)U G F e a t u r e sM o d e l i n g 仙G 特征建模)U G F e a t u r e sM o d e l i n g 特征建模模块用工
50、程特征来定义设计信息，在U G S o l i d sM o d e l i n g 建模模块基础上提高了用户设计意图表达特征的生产和编辑，包括各种孔、键、槽、凹腔、方形凸垫、圆柱凸台以及各种圆柱、方块、圆锥、球体、管道、杆、倒圆、倒角等，同时也包括抽空实体模型、产生薄壁实体的能力。这些特征均被参数化定义，可对其大小及位置进行尺寸驱动编辑。(4)U G F r e e f o r mM o d e l i n g(U G 自由曲面建模)U G F r e e f o r mM o d e l i n g 模块把实体和曲面建模技术融合在一组强大的工具中提供生成、编辑和评估复杂曲面的强大功能，可以