基于NX/Open API与Grip技术的渐开线内齿轮开发

刘军辉

（河源职业技术学院，河源 517000）

0 引言

Siemens NX 是一款集工程设计、制造和分析的综合3D软件，在机械领域发挥着重要作用。针对渐开线内齿轮的设计，NX并没有现成的齿轮模块，需要在齿轮技术参数的分析与计算基础上，运用基本的建模功能对其进行繁琐的渐开线绘制、齿轮参数表达式的建立和实体造型。设计步骤较为复杂，效率底下，且在进行参数设计时容易出现错误。因此，开发出独立的齿轮模块非常有必要，本文以NX/Open API和Grip编程技术开发出一具体的渐开线内齿轮模块，使内齿轮的设计很好的传承NX的“参数化设计”思想，通过输入内齿轮的参数就可以自动设计出来。

1 二次开发的整体思路及内齿轮参数分析

图1 内齿轮开发流程

在渐开线内齿轮的二次开发过程中，需要设计菜单、用户对话框和Grip程序。菜单的设计采取MenuScript脚本进行设计，用户对话框UI界面的设计则运用UG/Open，把内齿轮的Grip编译程序grx导入VC++ 6.0进行处理，最终得到所需的渐开线内齿轮模块DLL文件，具体流程如图1所示。

在进行渐开线内齿轮开发之前，需要分析它的渐开线方程和参数。渐开线对于齿轮有着重要的作用，它是齿轮的工作齿廓，它保证了齿轮传动具有瞬时传动比恒定、传力方向恒定、传动中心距具有可分性等特点[1]。渐开线的参数方程为：

渐开线内齿轮参数定义如下：

其中，rb为基圆半径，Φ为形成渐开线的旋转角度，m为模数，z为齿数，ha为齿顶高系数，c为径向间隙系数，d为分度圆直径，db为基圆直径，da为齿径圆直径，df为齿根圆直径，α为压力角，s为分度圆上齿轮的厚度。

2 二次开发关键技术流程

在开发之前，首先确定齿轮开发的目录：E:gear，并且在此目录下创建文件夹startup和application，前者存放菜单文件(.men)和模块动态链接库文件(.dll)，后者存放UI交互界面文件(.dlg)。

2.1 菜单设计

用于NX菜单的设计语言为MenuScript脚本，它能方便的对NX菜单进行更改和增减，本文在NX的菜单“窗口”前加入一个菜单“内齿轮设计”，菜单文件命名为：gear.men，内容如下所示：

VERSION 120

EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR

AFTER UG_APPLICATION

CASCADE_BUTTON gear_menu

LABEL 内齿轮设计

END_OF_AFTER

MENU gear_menu

BUTTON gear

LABEL基于UG/Open 与Grip渐开线内齿轮的二次开发

ACTIONS gear.dlg

END_OF_MENU

其中gear.dlg为后续设计的UI交互界面名称，它在点击菜单后弹出。在启动NX前，添加一个设置环境变量UGII_USER_DIR= E:gear，启动NX如图2所示。

图2 菜单设计

2.2 UI交互界面设计

在设计UI交互界面时，利用NX集成的UIStyler进行，它是一种所见即所得的模式，可以方便快速的设计出用户对话框窗口。在界面设计前先分析渐开线内齿轮的关键输入数据，通过这些数据可以唯一的决定内齿轮规格。按照内齿轮的参数要求，有如下数据需要选取：内齿轮外径、模数、齿数、压力角、齿顶高系数、径向间隙系数和齿宽，其中只有齿数为整数类型Interger，其余全部为Real类型。

启动NX进入“样式编辑器模式”，选择“确定和取消”按钮类型，加入上述输入参数的元素，并对其输入名称，如图3、4所示。

图3 UI界面

图4 UI属性框

保存后形成3个文件：头文件（.h）、C文件（.c）和界面文件（.dlg），在进行界面与Grip程序数据互通时需要在C文件上编写相应的功能代码，将dlg文件拷贝到startup文件下供菜单调用。

2.3 Grip建模程序设计

渐开线内齿轮的设计，先要绘制出基圆、分度圆、齿顶圆和齿根圆曲线，再依据参数决定的渐开线进行齿廓曲线绘制，其余齿廓曲线采取环形阵列的方式完成，创建完曲线之后利用齿顶圆曲线进行实体拉伸，用齿根圆曲线进行实体剪切，最后用渐开线齿廓曲线进行齿剪切成形。在对Grip进行程序设计时，为了防止内齿轮生成失败，必须加入条件判断，限制不合理的数据输入，如齿顶圆不能小于基圆。Grip关键代码如下：

number/dd,m,z,a,ha,c,w $$ 定义齿轮参数数据；

……

$$ 数据合理性判断；

ifthen/da＜db

$$ 渐开线曲线方程如上述渐开线内齿轮参数的定义

$$ 运用创建的曲线进行实体建模

编写完成后运用NX自带的编译工具进行编译，得到内齿轮建模文件gear.grx。

2.4 UI界面与Grip数据传递程序设计

启动VC++ 6.0，对其开发环境进行设置，在【Project】/【Setting】的【Link】选项卡中添加：libufun.lib和libugopenint.lib两个库文件[2]，把前面步形成的gear.c更改为c++程序：gear.cpp，并且把它与gear.h加载进VC。在针对gear.cpp的程序编写中，主要是编写相应“确定”按钮的回调函数int GEAR_ok ( int dialog_id, void * client_data,UF_STYLER_item_value_type_p_t callback_data)。为了读取UI界面数据程序的清晰，设计参数读取函数：void Read_para(int dialog_id)，其中关键代码如下：

……

UF_STYLER_item_value_type_t data[7];//data[7]为UI界面操作的结构体数据类型；

……

data[0].item_attr=UF_STYLER_VALUE;//获取UI整体界面属性；

data[0].item_id= GEAR_D;//获取内齿轮外径元素属性；

UF_STYLER_ask_value(dialog_id,&data[0]);//获取内齿轮外径数据并存入&data[0]中；

……

回调函数GEAR_ok通过调用Read_para建立UI界面与Grip 程序的数据传递，关键代码如下：

完成gear.cpp的编程后，对其进行编译连接，生成对应的gear.dll，将它拷贝到application文件夹下，启动NX，运行结果如图5所示。

图5 内齿轮

3 结束语

NX功能的强大，不仅仅体现在它本身内置的一些功能，还体现在它对二次开发的强大支持上，只有充分的挖掘NX的潜能，定制具有专业特色领域的NX功能，才能更高效准确的进行设计。本文很好的阐述了运用NX/Open API与Grip技术进行渐开线的内齿轮开发，利用这种开发思路可以开发出其余种类的齿轮，为机械齿轮领域的NX参数化设计提供了条件。

[1] 张志强,夏尊凤,许焰.任意转角位置的渐开线齿轮齿面参数方程的研究[J].机械设计与制造,2005,8(8):52-54.

[2] 夏天,吴立军.UG二次开发技术基础[M].电子工业出版社,2005:89-90.