基于NX/Open API與Grip技術的漸開線內齒輪開發

劉軍輝

（河源職業技術學院，河源 517000）

0 引言

Siemens NX 是一款集工程設計、制造和分析的綜合3D軟件，在機械領域發揮著重要作用。針對漸開線內齒輪的設計，NX并沒有現成的齒輪模塊，需要在齒輪技術參數的分析與計算基礎上，運用基本的建模功能對其進行繁瑣的漸開線繪制、齒輪參數表達式的建立和實體造型。設計步驟較為復雜，效率底下，且在進行參數設計時容易出現錯誤。因此，開發出獨立的齒輪模塊非常有必要，本文以NX/Open API和Grip編程技術開發出一具體的漸開線內齒輪模塊，使內齒輪的設計很好的傳承NX的“參數化設計”思想，通過輸入內齒輪的參數就可以自動設計出來。

1 二次開發的整體思路及內齒輪參數分析

圖1 內齒輪開發流程

在漸開線內齒輪的二次開發過程中，需要設計菜單、用戶對話框和Grip程序。菜單的設計采取MenuScript腳本進行設計，用戶對話框UI界面的設計則運用UG/Open，把內齒輪的Grip編譯程序grx導入VC++ 6.0進行處理，最終得到所需的漸開線內齒輪模塊DLL文件，具體流程如圖1所示。

在進行漸開線內齒輪開發之前，需要分析它的漸開線方程和參數。漸開線對于齒輪有著重要的作用，它是齒輪的工作齒廓，它保證了齒輪傳動具有瞬時傳動比恒定、傳力方向恒定、傳動中心距具有可分性等特點[1]。漸開線的參數方程為：

漸開線內齒輪參數定義如下：

其中，rb為基圓半徑，Φ為形成漸開線的旋轉角度，m為模數，z為齒數，ha為齒頂高系數，c為徑向間隙系數，d為分度圓直徑，db為基圓直徑，da為齒徑圓直徑，df為齒根圓直徑，α為壓力角，s為分度圓上齒輪的厚度。

2 二次開發關鍵技術流程

在開發之前，首先確定齒輪開發的目錄：E:gear，并且在此目錄下創建文件夾startup和application，前者存放菜單文件(.men)和模塊動態鏈接庫文件(.dll)，后者存放UI交互界面文件(.dlg)。

2.1 菜單設計

用于NX菜單的設計語言為MenuScript腳本，它能方便的對NX菜單進行更改和增減，本文在NX的菜單“窗口”前加入一個菜單“內齒輪設計”，菜單文件命名為：gear.men，內容如下所示：

VERSION 120

EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR

AFTER UG_APPLICATION

CASCADE_BUTTON gear_menu

LABEL 內齒輪設計

END_OF_AFTER

MENU gear_menu

BUTTON gear

LABEL基于UG/Open 與Grip漸開線內齒輪的二次開發

ACTIONS gear.dlg

END_OF_MENU

其中gear.dlg為后續設計的UI交互界面名稱，它在點擊菜單后彈出。在啟動NX前，添加一個設置環境變量UGII_USER_DIR= E:gear，啟動NX如圖2所示。

圖2 菜單設計

2.2 UI交互界面設計

在設計UI交互界面時，利用NX集成的UIStyler進行，它是一種所見即所得的模式，可以方便快速的設計出用戶對話框窗口。在界面設計前先分析漸開線內齒輪的關鍵輸入數據，通過這些數據可以唯一的決定內齒輪規格。按照內齒輪的參數要求，有如下數據需要選取：內齒輪外徑、模數、齒數、壓力角、齒頂高系數、徑向間隙系數和齒寬，其中只有齒數為整數類型Interger，其余全部為Real類型。

啟動NX進入“樣式編輯器模式”，選擇“確定和取消”按鈕類型，加入上述輸入參數的元素，并對其輸入名稱，如圖3、4所示。

圖3 UI界面

圖4 UI屬性框

保存后形成3個文件：頭文件（.h）、C文件（.c）和界面文件（.dlg），在進行界面與Grip程序數據互通時需要在C文件上編寫相應的功能代碼，將dlg文件拷貝到startup文件下供菜單調用。

2.3 Grip建模程序設計

漸開線內齒輪的設計，先要繪制出基圓、分度圓、齒頂圓和齒根圓曲線，再依據參數決定的漸開線進行齒廓曲線繪制，其余齒廓曲線采取環形陣列的方式完成，創建完曲線之后利用齒頂圓曲線進行實體拉伸，用齒根圓曲線進行實體剪切，最后用漸開線齒廓曲線進行齒剪切成形。在對Grip進行程序設計時，為了防止內齒輪生成失敗，必須加入條件判斷，限制不合理的數據輸入，如齒頂圓不能小于基圓。Grip關鍵代碼如下：

number/dd,m,z,a,ha,c,w $$ 定義齒輪參數數據；

……

$$ 數據合理性判斷；

ifthen/da＜db

$$ 漸開線曲線方程如上述漸開線內齒輪參數的定義

$$ 運用創建的曲線進行實體建模

編寫完成后運用NX自帶的編譯工具進行編譯，得到內齒輪建模文件gear.grx。

2.4 UI界面與Grip數據傳遞程序設計

啟動VC++ 6.0，對其開發環境進行設置，在【Project】/【Setting】的【Link】選項卡中添加：libufun.lib和libugopenint.lib兩個庫文件[2]，把前面步形成的gear.c更改為c++程序：gear.cpp，并且把它與gear.h加載進VC。在針對gear.cpp的程序編寫中，主要是編寫相應“確定”按鈕的回調函數int GEAR_ok ( int dialog_id, void * client_data,UF_STYLER_item_value_type_p_t callback_data)。為了讀取UI界面數據程序的清晰，設計參數讀取函數：void Read_para(int dialog_id)，其中關鍵代碼如下：

……

UF_STYLER_item_value_type_t data[7];//data[7]為UI界面操作的結構體數據類型；

……

data[0].item_attr=UF_STYLER_VALUE;//獲取UI整體界面屬性；

data[0].item_id= GEAR_D;//獲取內齒輪外徑元素屬性；

UF_STYLER_ask_value(dialog_id,&data[0]);//獲取內齒輪外徑數據并存入&data[0]中；

……

回調函數GEAR_ok通過調用Read_para建立UI界面與Grip 程序的數據傳遞，關鍵代碼如下：

完成gear.cpp的編程后，對其進行編譯連接，生成對應的gear.dll，將它拷貝到application文件夾下，啟動NX，運行結果如圖5所示。

圖5 內齒輪

3 結束語

NX功能的強大，不僅僅體現在它本身內置的一些功能，還體現在它對二次開發的強大支持上，只有充分的挖掘NX的潛能，定制具有專業特色領域的NX功能，才能更高效準確的進行設計。本文很好的闡述了運用NX/Open API與Grip技術進行漸開線的內齒輪開發，利用這種開發思路可以開發出其余種類的齒輪，為機械齒輪領域的NX參數化設計提供了條件。

[1] 張志強,夏尊鳳,許焰.任意轉角位置的漸開線齒輪齒面參數方程的研究[J].機械設計與制造,2005,8(8):52-54.

[2] 夏天,吳立軍.UG二次開發技術基礎[M].電子工業出版社,2005:89-90.