基于UG二次開(kāi)發(fā)的軸承參數(shù)化建模

郭忠亮，白鳳梅,，姚 磊

（1.安徽工業(yè)大學(xué) 冶金工程學(xué)院；2.安徽工業(yè)大學(xué) 工商學(xué)院，安徽 馬鞍山 243100）

Unigraphics(UG)是面向產(chǎn)品整個(gè)生命周期的大型建模制圖軟件，擁有CAD、CAE、CAM三大模塊，在船舶、汽車(chē)、飛機(jī)等設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在全球數(shù)字化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中有著領(lǐng)先地位，可為用戶(hù)提供完善的產(chǎn)品設(shè)計(jì)解決方案，覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、仿真分析到產(chǎn)品制造的整個(gè)開(kāi)發(fā)流程，功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定，開(kāi)放性強(qiáng)，能顯著提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量[1].但是，作為一種廣泛應(yīng)用的CAD/CAM/CAE平臺(tái)，在不同的領(lǐng)域，許多常規(guī)性的工作還未能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化；雖然已經(jīng)有大量的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和成功事例，但是這些并沒(méi)有集成到通用CAD/CAM/CAE系統(tǒng)中，因此,用戶(hù)引進(jìn)UG軟件后,需要進(jìn)行不同程度的二次開(kāi)發(fā),以便使其在本企業(yè)中淋漓盡致地發(fā)揮作用[2].為順應(yīng)這些設(shè)計(jì)需求,知識(shí)工程(Knowledge Based Engineering,KBE)得以不斷發(fā)展、應(yīng)用.UG NX知識(shí)融合 (Knowledge Fusion,KF)由SiemensPLM Software公司開(kāi)發(fā)的一種KBE系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具.相比于NX Open GRIP(一個(gè)用于自動(dòng)化CAD/CAM/CAE 任務(wù)的中間腳本語(yǔ)言)[3]、Open C(一個(gè)直接的NX編程接口，允許用戶(hù)使用流行的C編程語(yǔ)言來(lái)創(chuàng)建自定義應(yīng)用程序)、Open C++(提供了NX第一個(gè)面向?qū)ο蟮慕涌?[4]，采用知識(shí)融合編程語(yǔ)言[5]應(yīng)用到UG二次開(kāi)發(fā)中主要有如下特點(diǎn)：

（1）以一種面向?qū)ο蟮摹⒔忉屝缘恼Z(yǔ)言進(jìn)行編程；

（2）允許通過(guò)創(chuàng)建規(guī)則擴(kuò)充知識(shí)工程；

（3）能夠有效地利用外部知識(shí)源，如電子表格、數(shù)據(jù)庫(kù)等；

（4）提供豐富的UG NX類(lèi)庫(kù)，并允許用戶(hù)創(chuàng)建自己的類(lèi)；

（5）能夠自動(dòng)獲取給出零件的幾何及非幾何特性，并將能夠描述創(chuàng)建該零件或裝配體過(guò)程中的規(guī)則詳細(xì)地記錄下來(lái)，且可在CAD/CAM文件中獲取信息和數(shù)據(jù).

1 滾動(dòng)軸承

為減少摩擦損失，一種用于將旋轉(zhuǎn)的軸與軸座之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的機(jī)械元件，稱(chēng)為滾動(dòng)軸承（Rolling Bearing）.

滾動(dòng)軸承在起動(dòng)性、使用維護(hù)、中等速度下承載能力、工作可靠性等方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛使用在機(jī)械（或部件）中.所以有必要開(kāi)發(fā)軸承的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)件，為機(jī)械（或部件）的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用提供方便[6].

2 基于KBE的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立

“知識(shí)融合”內(nèi)嵌于UG NX軟件的系統(tǒng)之中，融合了傳統(tǒng)的CAD技術(shù)及知識(shí)工程技術(shù).開(kāi)發(fā)者可通過(guò)知識(shí)融合技術(shù)，將某一行業(yè)所特有的工作經(jīng)驗(yàn)、產(chǎn)品知識(shí)以及可復(fù)制性工作創(chuàng)建于產(chǎn)品模型中，實(shí)現(xiàn)對(duì)已完成工作的多次利用，減少重復(fù)性勞動(dòng)，最終可提高工作效率.除此之外，還可避免在設(shè)計(jì)過(guò)程中的人為失誤，使繁雜的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作簡(jiǎn)單化、智能化.本方法所涉及的方法、步驟，具體見(jiàn)圖1所示.

圖1 知識(shí)融合(KF)開(kāi)發(fā)流程圖

2.1 用戶(hù)操作菜單設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)設(shè)計(jì)為與UG傳統(tǒng)交互界面相同的分級(jí)式下拉菜單，如圖2示.下拉菜單設(shè)計(jì)的具體操作步驟為：利用Menu—Script所提供的UG NX菜單腳本語(yǔ)言，將其編寫(xiě)成一個(gè)擴(kuò)展名為*..men的文本文件，通過(guò)對(duì)環(huán)境變量的設(shè)定，在用戶(hù)啟動(dòng)UG NX后會(huì)自動(dòng)加載用戶(hù)菜單文件，生成UG NX用戶(hù)菜單[7].

圖2 承標(biāo)準(zhǔn)件用戶(hù)菜單

2.2 數(shù)據(jù)UDF的建立

采用用戶(hù)自定義特征（UDF）可擴(kuò)展UG系統(tǒng)中的內(nèi)嵌形狀特征，可創(chuàng)建或添加新的UDFs到一個(gè)目標(biāo)實(shí)體，用戶(hù)可根據(jù)自身需要定義這些特征的形狀及功能，并將這些特征在配置庫(kù)中以某一個(gè)邏輯規(guī)則進(jìn)行組織.用戶(hù)自定義特征對(duì)現(xiàn)有的特征造型模塊所提供的形狀特征的范圍進(jìn)行了有效擴(kuò)充，和已有的特征一樣，擁有參數(shù)化的形狀及位置尺寸，極大地加快了參數(shù)設(shè)計(jì)的效率.如圖3用戶(hù)定義特征的創(chuàng)建[8].

圖3 用戶(hù)定義特征的創(chuàng)建

（1）自定義庫(kù)文件：復(fù)制D: x9.0UGIIudfdbc_udf_ascii.def、udf_data base.txt兩個(gè)文件到自己的定義庫(kù)目錄；使用文本編輯器對(duì)dbc_udf_ascii.def文件進(jìn)行編輯，修改該文件重新定義庫(kù)的分類(lèi)，編輯udf_database.txt文件，清空其系統(tǒng)UDF庫(kù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并保存文件.

（2）配置庫(kù)：用戶(hù)自定義特征庫(kù)定義文件與索引文件通過(guò)：UG NX工具→用戶(hù)定義特征→配置庫(kù)來(lái)更改系統(tǒng)默認(rèn)庫(kù)目錄，重新配置庫(kù).

（3）UDF的創(chuàng)建與管理：通過(guò)UG NX工具用戶(hù)定義特征可以被創(chuàng)建或者被訪(fǎng)問(wèn)，利用：利用UG NX工具→用戶(hù)定義特征→向?qū)Ы⒂脩?hù)自定義特征，用戶(hù)可對(duì)每一個(gè)新自定義特征進(jìn)行命名；用戶(hù)可根據(jù)自身需要，將part文件以及*.cgm文件一起存放于指定的目錄中.系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)在udf_database.txt文件中添加一條記錄，若該文件不存在，而用戶(hù)又沒(méi)有指定文件，那么系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建這個(gè)文件.

2.3 創(chuàng)建KF程序

下面給出了圓柱滾子軸承程序創(chuàng)建過(guò)程[5]：

（1）在任意盤(pán)符下，創(chuàng)建文件夾層次:KFdfa_files.

（2）使用文本編輯器在dfa_files文件夾下創(chuàng)建一個(gè)gzzhounchen.dfa文件；（DFA文件即ASCII格式文件，字母DFA指的是DefClass/Defun File ASCII.以.dfa作后綴名的文件，在KF中僅用于類(lèi)和方法的定義中創(chuàng)建代碼）.

（3）創(chuàng)建新文件，顯示知識(shí)融合導(dǎo)航器，如圖4所示.

圖4 知識(shí)融合導(dǎo)航器

圖5 識(shí)融合交互類(lèi)編輯器

圖6 知識(shí)融合類(lèi)的添加

（4）打開(kāi)知識(shí)融合交互類(lèi)編輯器，如圖5所示.通過(guò)部件瀏覽器添加部件，并給予部件變量的屬性值，如圖6所示.

（5）通過(guò)DFA類(lèi)瀏覽器，選擇需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象的類(lèi)，如圖6所示.下面以給出ug_udfs類(lèi)，供參考：

（6）運(yùn)用知識(shí)融合交互類(lèi)編輯器內(nèi)代碼對(duì)gzzhounchen.dfa文件進(jìn)行編程,部分代碼如下：

（7）通過(guò)NX/Open MenuScript模塊開(kāi)發(fā)的菜單腳本文件，鏈接KF程序.

運(yùn)行程序，在軸承菜單中選擇不同類(lèi)型的軸承，彈出對(duì)應(yīng)對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊確定或應(yīng)用自動(dòng)創(chuàng)建零件，如圖7所示.當(dāng)軸承種類(lèi)相同，型號(hào)不同，可通過(guò)點(diǎn)擊下拉單選框“自定義”選項(xiàng)按鈕，彈出對(duì)應(yīng)對(duì)話(huà)框，輸入相應(yīng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)同種不同型號(hào)軸承的創(chuàng)建,如圖8所示.

3 結(jié)論

圖7 知識(shí)融合零件的創(chuàng)建

圖8 參數(shù)化設(shè)計(jì)界面

本文探討了對(duì)三維繪圖軟件UG NX的二次開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械零件的三維幾何造型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，并且提供了一種標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的建立方法.通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例可知，采用知識(shí)融合的方法建立的動(dòng)態(tài)連接文件可以很好地與UG NX系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，可以很大程度上滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)CAD系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)的需要.本方法對(duì)開(kāi)發(fā)高效、方便、功能強(qiáng)大的三維CAD系統(tǒng)是一種有效的嘗試.