挤出螺杆参数化设计在UG中的实现

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华南理工大学机械与汽车工程学院 作者:李开林

  以UG 软件为二次开发平台,使用UG/Open 和Visuanl C + + 这2 种工具,采用基于图形模板的参数化设计方法,通过UG/Open API 在VC + + 集成环境中编程实现螺杆的参数化设计和对螺杆数据库的访问,实现了挤出机4 种螺杆的参数化设计,节省了螺杆的设计时间。该参数化设计方法还可以应用到其他一些非标准的,但具有相同拓扑结构的结构件的设计中,从而提高了产品的设计效率。

  螺杆是挤压系统的关键部件,是挤出成型设备的心脏,由挤出理论可知高聚物在挤出成型过程中要经过固体输送、熔融和熔料定压定量等挤压过程,螺杆的结构及其几何参数的设计合理与否直接影响这个挤压过程。随着CAD 技术的发展,计算机辅助设计方法开始应用于各种机械的设计过程中,完成机械系统的虚拟装配、运动仿真、结构分析和优化设计等,从而设计出结构合理、性能良好的机械系统。传统的设计方法中,往往要进行大量的重复性工作,耗时费力,设计成本较高。挤出机螺杆已经标准化和系列化,实现它的参数化设计具有很大的优越性,有学者以solidworks 为平台是实现了螺杆的参数化设计,有学者以UG 为平台实现了普通螺杆的参数化设计,但不够全面。以UG NX5 软件为平台对其进行二次开发,应用VC 程序设计语言和UG/Open 开发出挤出机螺杆的三维参数化设计系统。系统针对普通螺杆和BM 型螺杆、销钉型螺杆、屏障型螺杆3 种新型螺杆实现参数化设计,并建立了螺杆参数数据库,可以查询和添加不同螺杆几何参数,缩短了螺杆的设计周期,并增加了螺杆校核模块,对设计的螺杆进行简单的校核。

1、UG/OPEN 简介

  Unigraphics(简称UG) 是CAD/CAE/CAM 一体化的机械工程计算机软件系统,功能强大,内容丰富,涵盖了从设计、分析、加工、管理等领域。UG/OPEN 作为UG 平台上提供的二次开发语言是为满足用户特殊需要而随UG 一起发布的,包括以下几部分:UG/Open API 为UG 软件提供直接的编程接口;UG/Open Grip 是UG 内部开发语言,具有通俗易懂的特点,是UG 二次开发早期的主要语言,用户利用它可以生成NC 自动化或自动建模等特殊应用;UG/Open MenuScrip 对UG 软件操作的菜单、工具条进行用户化开发;UG/Open UIStyle 是1 个可视化编辑器,用户可以为UG/Open 应用程序开发友好的具有UG 风格的交互界面。

2、参数化系统的开发

  2. 1、螺杆结构设计

  常规挤出螺杆与注射螺杆在很大程度上具有相似的结构,按照挤出螺杆的固体输送理论、熔融理论和熔体输送理论来设计螺杆结构,螺杆分为三段:加料段、压缩段、均化段。参照文献,系统把挤出螺杆剖为四大部分:加料段L1、压缩段L2、均化段L3、螺杆头来进行设计,其他螺杆参数如螺距、螺棱宽度、均化段螺槽深、加料段螺槽深等参照设计经验设计。

  2.2、螺杆参数化设计方法的选择

  参数化设计是指在零件或部件形状的基础上,用一组尺寸参数和约束定义该几何图形的形状,尺寸参数和约束与几何图形有显式的对应关系,当尺寸或约束发生改变,相应的几何图形也会有相应的变化,从而达到驱动该几何图形的目的。在UG CAD 中,主要有交互图形设计和二次开发2 种参数化设计方法。交互图形设计方法是指在UG 系统的环境中,用户通过UG 提供的模型交互操作命令和参数化的建模方法,从

  而完成产品的参数化设计。二次开发的参数化设计方法有2 种,即基于图形模板的参数化设计和基于参数化程序的设计方法。基于图形模板的参数化设计方法的思想是通过修改图形模板的特征,从而驱动图形模板发生相应的变化,达到参数化设计的目的。基于参数化程序设计方法的思想遵循点、线、面、体的方式进行,通过寻找模型上的关键点或根据数学方程求得关键点,再把关键点连成线,由线构面再构体。系统选择基于图形模板的参数化的设计方法,通过UG/Open API 编程实现螺杆参数化设计,最终生成所需螺杆的三维模型。

  2.3、参数化系统的实现

  使用UG/Open MenuScrip、UG/Open UIStyle 和VC + + ,windows xp 作为操作系统平台,对UG NX5 进行二次开发。得到挤出机螺杆参数化设计系统,系统包括4 个模块,螺杆直径估算模块,螺杆参数化设计模块,螺杆校核模块和帮助模块,每个模块实现不同的功能。

  2.3.1、配置开发环境

  基于UG 的参数化系统的开发首先需要自定义目录,在自定义目录下创建startup、application、database、prt 和my_ug_prt 共5 个文件夹。startup 文件夹中放置菜单* . men 和* . dll 文件,application 文件夹中放置对话框资源文件* . dlg,database 文件夹中放置数据库文件,prt 文件夹中放置三维模板文件,my_ug_prt 文件夹中存放参数化设计系统设计出的螺杆模型。其次注册环境变量,在【我的电脑】上单击鼠标右键选择【属性】,在弹出对话框中选择【高级】,点击【环境变量】按钮,在弹出对话框中新建环境变量,【变量名】为“UGII_USER_DIR”,变量值为自定义目录所在路径。

  2.3.2、编写菜单文件和设计对话框交互界面

  使用UG/Open MenuScrip 创建用户菜单,脚本菜单的扩展名为* . men,其运行结果如图1 所示。使用用户界面样式编辑器,创建用户交互对话框,共创建6 个对话框,螺杆直径估算模块、校核模块、帮助模块各对应1 个,参数化设计模块中包括4 个,6 个对话框均是从菜单中调用。

挤出螺杆参数化设计在UG中的实现

图1 系统菜单

4、总结

  挤出机螺杆参数化设计系统,能够实现普通螺杆,BM 型螺杆、销钉型螺杆、屏障型螺杆4 种螺杆的参数化设计,在估算出螺杆直径的前提下,对应不同类型的螺杆在与之对应的螺杆参数交互界面中,输入螺杆几何参数就能够快速输出对应的螺杆三维模型。螺杆的校核模块能够根据螺杆的材料等属性及外环境对螺杆进行简单的校核,进一步提高了其可靠性。帮助模块在设计过程中给设计人员提供一些简单的帮助。该系统能够简单、快捷的设计螺杆三维模型,提高了螺杆的设计效率,为螺杆设计的后续CAE 处理奠定了基础。

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