基于UG二次开发技术的麻花钻、扩孔钻、铰刀设计系统研究

第1章绪论

1．1课题的研究背景

在机械加工中,孔加工占机械加工的比例在30%以上,特别是在汽车与航空等行业中麻花钻、扩孔钻、铰刀的应用极为广泛。由于长期以来,他们的设计大多是靠工程师的经验来进行,在设计过程中,难免会出现重复性的工作,从而降低了设计效率。同时通常的设计都是在二维图纸上进行设计,不能得到可视化的三维造型,这就阻碍了他们的数控刃磨加工及利用一些分析软件对他们的钻削过程进行分析。在UG中利用他们的参数表达式绘制实体模型，实现他们在UG的设计。从而实现产品的快速设计。因此,现代麻花钻、扩孔钻、铰刀的设计建模技术有着广泛的工程应用背景和研究意义 。随着计算机技术和现代设计理论与方法的迅速发展,三维设计软件尤其是Unigraphics 在机械零件和产品设计中的日益普及，他们实体在三维软件特别是在UG中的绘制变得越来越重要。但基于UG的设计系统一般都局限于二维轮廓的绘制或三维实体建模难以与CAD 系统很好地集成, 给他们的CAD/ CAM 带来不利影响。

建模技术是CAD的核心技术，造型技术和特征造型技术是新一代继承化CAD系统应用研究的热点理论。目前国内外对二维图形和简单三维实体的造型较为成熟。对复杂的三维实体的造型尚不多见，特别是麻花钻、扩孔钻、铰刀这类形状复杂的三维实体造型设计更少。这有多方面原因：一方面麻花钻、扩孔钻、铰刀二维图形设计能够满足传统的麻花钻加工要求；另一方面运用低级CAD软件对复杂的三维实体很难实现虚拟造型设计。随着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。因此，在三维软件上绘制麻花钻、扩孔钻、铰刀实体变得十分重要。但是，由于麻花钻、扩孔钻、铰刀形状复杂，且曲线有一定的规律，绘制槽型曲线较复杂。并且麻花钻、扩孔钻、铰刀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，麻花钻、扩孔钻、铰刀的精度要求也越来越高，麻花钻、扩孔钻、铰刀实体的绘制较为麻烦。麻花钻、扩孔钻、铰刀并不是一个标准件，它的各个参数随着设计要求的不同而不同。如果每设计一个麻花钻、扩孔钻、铰刀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。用大型的三维软件实现麻花钻、扩孔钻、铰刀的造型已成为设计者的迫切需求，麻花钻、扩孔钻、铰刀造型有重要的意义：

（1）麻花钻、扩孔钻、铰刀的设计与建模系统是CAD技术与麻花钻、扩孔钻、铰

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刀设计相结合的产物，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）实现麻花钻、扩孔钻、铰刀的设计，可以将设计计算、三维造型与绘制工程图的无缝结合，同时为麻花钻、扩孔钻、铰刀的有限元分析、机构仿真和数控加工等工作奠定基础。

（4）采用建立原始麻花钻、扩孔钻、铰刀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,为解决麻花钻、扩孔钻、铰刀设计问题提供了可行的方法,通过直接输入麻花钻、扩孔钻、铰刀设计条件，利用计算得出的有关设计参数，进行实体建模,实现麻花钻、扩孔钻、铰刀的设计,提高麻花钻、扩孔钻、铰刀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UGNX5.0来实现麻花钻、扩孔钻、铰刀的三维造型，通过改变麻花钻、扩孔钻、铰刀的一些基本参数，生成其相应麻花钻、扩孔钻、铰刀。要达到相应的设计要求，首先要知道如何在UG中绘制麻花钻、扩孔钻、铰刀各部分，要绘制麻花钻、扩孔钻、铰刀必然要知道螺旋槽怎么形成，还应熟知螺旋线的数学模型，精确画出螺旋线。画出麻花钻、扩孔钻、铰刀模型后，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，最后完成麻花钻、扩孔钻、铰刀设计模块的开发。开发具体内容和步骤如下：

(1) 研究麻花钻、扩孔钻、铰刀的各参数间的关系并建立数学模型； (2) 螺旋线线数学模型的建立；

(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，在建立麻花钻、扩孔钻、铰刀的数学模型的基础上，对各麻花钻、扩孔钻、铰刀实现三维造型；

(4) 在构建麻花钻、扩孔钻、铰刀模块框架的基础上，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/OpenAPI、UG/OpenGRIP和辅助开发模块UG/OpenMenuscript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/OpenAPI和UG/OpenGRIP中任何一个

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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环境下对麻花钻、扩孔钻、铰刀进行设计。

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第2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。

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。目前UGS公司已经推出NX5产品，本次设计中使用的是NX5版本的软件。NX5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

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