（流体机械及工程专业论文）基于ug的离心叶轮三维软件二次开发.pdf

摘要 随着计算机技术的发展，计算机数控加工( c n c ) 、流体动力学分析( c f d ) 、 有限元分析等现代化制造和分析技术在泵行业的应用越来越广泛。但作为上述技 术重要链接点的叶片三维造型软件的开发还很不成熟。 目前我围研发的商用绘图软件主要停留在二维c a d 基础上，这种方法生成的 几何图形并不能直接用于现代化制造和分析技术，造成了c a d 和c n c 、c f d 、 c a m 的脱节，导致工作效率低、产品研发成本高、企业竞争力下降等，严重阻碍 了我国泵行业的发展。因此开发专用于泵产品的三维造型软件尤为重要。 本文以曲面造型优越的三维软件u gn x 6 0 作为支撑软件，开发了一套设计离 心泵叶轮、叶片、叶轮水力模型的三维造型软件。主要研究工作和成果有： l 、通过对u g 二次开发工具和开发方法的分析比较，确定应用v i s u a lc + + 6 0 集成环境进行程序编译，选择适合离心泵叶轮三维造型软件开发的u g o p e na p i 、 u g o p e nm e n u s c r i p t 和m f c 联合开发方法； 2 、应用v i s u a lc + + 6 0 集成环境中的m f c 开发符合设计要求的非模式对话框， 完成软件的人机交互界面设计，实现设计参数的输入、输出和数据的传递； 3 、根据离心泵一元设计理论，结合软件开发方法，完成叶轮主要几何尺寸计算 模块、轴面投影图绘制模块、流线分点模块、展开流线绘制模块、空问流线绘制模 块、实体模型绘制模块的设计，并应用参数化和a p i 函数，实现叶片、叶轮、叶轮 水力模型的绘制。 关键词：离心叶轮；u g ；二次开发；对话框；参数化；a p i 幕t 二i , t g 的离心叶轮- s 维软什：次j f ：发 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e r , m o d e r nm a n u f a c t u r et e c h n o l o g i e ss u c ha s c o m p u t e rn u m e r i c a lc o n t r o l ( c n c ) ，c o m p u t e rf l u i dd y n a m i c s ( c f d ) ，f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i sh a v em o r ea n dm o r ee x t e n s i v ea p p l i c a t i o ni np u m pi n d u s t r y b u ti m p e l l e r3 d m o d e l i n gs o f t w a r ea st h ei m p o r t a n tc o n n e c t i o nw i t hm o d e r nm a n u f a c t u r et e c h n o l o g i e s m e n t i o n e da b o v eh a sn o td e v e l o p e dm a t u r e l y a tp r e s e n t ，c o m m e r c i a ld r a w i n gs o f t w a r e se x i t e di nc h i n aa r em a i n l yb a s e do n2 d c a d ，b u tg e o m e t r i cf i g u r e sg e n e r a t e dw i t hc a dc a nn o tb eu s e di nm o d e r nm a n u f a c t u r e t e c h n o l o g i e sd i r e c t l y ，a n dt h i sm a k e sc a dd i s c o n n e c t i o nw i t hc n c ，c f d ，c a m ，a n d t h e nr e s u l t e si nl o we f f i c i e n c y ，h i g hc o s to f p r o d u c t i o n ，l o wc o m p a n yc o m p e t i t i o na b i l i t y ， m a k i n gb l o c kt ot h ed e v e l o p m e n to fp u m pi n d u s t r yi nc h i n a s oi ti sv e r yi m p o r t m e n tt o d e v e l o p3 dm o d e l i n gs o f t w a r eu s e di np u m pp r o d u c ts p e c i a l l y i nt h i sp a p e lb a s e do n3 ds u p e r i o rs u r f a c em o d e l i n gs o f t w a r eu gn x 6 0 ，a3 d m o d e l i n gs o f t w a r ef o rc e n t r i f u g a lp u m pi m p e l l e r , b l a d ，i m p e l l e rh y d r a u l i cm o d e lw a s d e v e l o p m e n t e d t h em a i nr e s e a r c hw o r ka n dr e s u l t sa r ea sf l l o w i n g ： 1 t h r o u g hc o m p a r a t i o no fu gs e c o n dd e v e l o p m e n tt o o l sa n dm e t h o d s ，d e t e r m i n e u s i n gv i s u a lc + + 6 0i n t e g r a t e de n v i r o n m e n tt oc o m p i l ea n ds e l e c t i n gu g o p e na p i 、 u g o p e nm e n u s c r i p ta n dm f cu n i t e dd e v e l o p m e n tm e t h o ds u i t a b l ef o rc e n t r i f u g a l p u m pi m p e l l e r3 dm o d e l i n gs o f t w a r et od e v e l o pu g ； 2 u s i n gm f co fv i s u a lc + + 6 0i n t e g r a t e de n v i r o n m e n tt od e v e l o pn o n - m o d e l d i a l o gb o xr e q u i r e dd e s i g nr e q u i r e m e n t ，a n dc o m p l e t em a n m a c h i n ei n t e r f a c eo ft h e s o f t w a r et or e a l i z a t i o nd e s i g np a r a m e t e r si n p u t ，o u t p u ta n dd a t at r a n s f e r ； 3 a c c o r d i n gt oc e n t r i f u g a lp u m py i y u a nd e s i g nt h e o r y ，a n dc o m b i n e dw i t hs o f t w a r e d e v e l o p m e n tm e t h o d ，t h em a i ni m p e l l e rg e o m e t r i cs i z e c a l c u l a t i o nm o d u l e ，a x i a l p r o je c t i o nd r a w i nm o d u l e ，s p a c ed r a w i n gm o d u l e ，e n t i t ym o d e lr e n d e r i n gm o d u l ew e r e c o m p l e t e d ，a n dr e a l i z e dt h eb l a d e ，i m p e l l e r ，i m p e l l e rh y d r a u l i cm o d e ld r a w i n gu s i n g p a r a m e t i ca n da p im a p p i n gf u n c t i o n k e yw o r d s ：c e n t r i f u g a li m p e l l e r ；u g ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；d i a l o g b o x ； p a r a m e t e r i z a t i o n ；a p i 硕十学位论艾 i iii, i 曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼蔓 1 1 课题背景及研究意义 第1 章绪论 1 1 1c a d 、c a m 、c f d 技术的应用和发展 在机械制造领域中，随着市场经济的发展，用户对各类产品的质量，产品更 新换代的速度，以及产品从设计、制造到投放市场的周期都提出了越来越高的要 求。如何提高产品质量、缩短研发和生产周期已成为各机械制造商追求的目标。 计算机现代科学技术的发展为实王见这一目标提供了手段，大量的工程软件技术应 运而生。 目前，工程软件主要是三大类：c a d c a m 类、c f d 类、结构分析类。c a d c a m 即计算机辅助设计及制造，这项技术产生于5 0 年代后期发达国家航窄和军事工业 中。随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展，c a d c a m 技术迅速的 从军事工业向民用工业发展。目前，c a d c a m 技术在制造业中的应用已经辐射 到机械、工程设计、船舶、航空航天、汽车、轻工和纺织等领域。 19 5 2 年，美国麻省理工学院研制成功了世界上第一台n c 机床来取代以往的 手工作业。此机床控制程序纸带由人工完成，不仅花费时间且容易出错。为解决 这些问题，l9 5 5 年，麻省理工学院开发了a p t ( a u t o m a t i c a l l yp r o g r a m m e dt o o l s ) 自动编程系统，根据加工零件的形状，自动计算刀具轨迹。a p t 模式既第一代 c a m 的模式。麻省理工学院在开发a p t 的同时，探索了如何把计算机用于设计 过程，并开发了计算机图形对话系统s k e t - c h p a p ，实现了c a d 概念的第一步。 之后c a d 技术作为独立的技术平稳发展。 在c a d 软件发展早期，c a d 是计算机辅助绘图c o m p u t e ra i d e dd r a w i n g 的 缩写。随着计算机软件、硬件技术的发展，人们认识到单纯的计算机绘图还不能 称之为计算机辅助设计。真正的设计包括产品的构思、功能设计、结构分析、加 工制造等。二维工程图设计只是产品设计巾的一小部分。于是c a d 改为c o m p u t e r a i d e dd e s i g n 的缩写。c a d 技术以二维绘图为主要目标的算法一直持续到7 0 年 初期。随着计算机技术的发展，c a d 技术出现了四次标志性的发展。2 0 世纪7 0 年代初期，以法国数学家p i r e e rb e z i e r 提出的贝塞尔曲线和曲面为基础的曲面造 型技术发展；2 0 世纪8 0 年代初期，随着c a m c a e 技术研究的深入，实体造型 技术的提出：2 0 世纪8 0 年代中期，为解决自由制造技术无法进行尺寸驱动和设 计与制造无法并行作业的不足，人们提出了参数化实体造型技术。该技术采用统 一的数据结构，基于特征、全尺寸约束，尺寸驱动设计修改【卜2 】；2 0 世纪9 0 年代 1 毒丁u gf i ，j 离心f l f 轮i 纠l ：软什：汐：) 1 y 之 以后出现了基于约束的参数化和变量化建模方法。以上四次c a d 技术理论上的 突破被称为c a d 技术发展过程的网次技术革命1 3 5 j 。 进入7 0 年代，c a d 、c a m 开始走向共同发展的道路。在c a d c a m 技术发 展初期，由于c a d 和c a m 所采用的数据结构不同，工作主要是开发数据接口， 沟通c a d 和c a m 之间的信息流。但不同的c a d 、c a m 系统郜有自己的数据格 式规定，都要开发相应的接口，不利于c a d c a m 的发展。g e 公司和波音公司 于1 9 8 0 年制定了数据交换规范i g e s ( i n i t i ag r a o h i c se x c h a n g es p e c i f i c a t i o n s ) ， 实现了c a d c a m 的融合。 8 0 年代中期，出现c i m s ( c o m p u t e ri n t e r g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 计算 机集成制造系统。c a d c a m 技术作为c i m s 重要组成部分之一，已属于当前国 际的高科技范畴，并成为衡量一个国家科技进步和工业现代化水平的重要标志之 一。世界上很多发达国家进行了c a d 技术的研究和开发，研制出了大量 c a d c a m 一体化三维软件，如：美国u n i g r a p h i c ss o l u t i o n s 公司的u gn x ，美 国p a r a m e t r i ct e c h n o l o g yc o r p o r a t i o n 公司( 简称p t c ) 的三维软件产品 p r o e n g i n e e r ，法国达索( d a s s a u l ) 公司开发的c a t i a 等。用他们可方便的设计 出三维实体产品模型，进行装配和干涉检查；进行数控加工( c a m ) ；进行有限 元分析与优化设计( c a e ) ；进行工艺规程生成( c a p p ) ；进行快速成型，在做模 具之前以实物零件进行装配及测试；三维直接生成二维工程图纸；进行产品数据 共享与集成等。 当前c a d 技术的正在向第四代c a d 系统发展，既数字化c a d c a m 技术。 它综合了传统c a d c a m 技术、人机工程技术、工业设计技术、图形显示技术、 现代控制技术、网络技术、数据库技术、逆向工程、数控加工技术于一身的多学 科高新技术【引。随着科学技术的发展，数字化c a d 技术将向着集成化、网络化、 全球化、智能化、绿色化、敏捷化、虚拟化方向发展。 随着c a d 技术和计算流体力学的发展，c f d 即计算流体动力学 ( c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ) 应运而生。其借助c a d 技术建立数学模型，然 后同过计算流体力学对流态进行数值仿真模拟计算。c f d 用途非常广泛，大到火 箭、船舶、飞机、汽车等的外部流场和发动机、化学反应器、锅炉等内部燃烧、 反应、传质、传热过程的仿真模拟，小到人体血管内血液流动过程、喷墨打印机 喷墨过程仿真模拟。现代c f d 技术始于2 0 世纪6 0 年代初期，经过了三个历史阶 段的发展，已趋于成熟、使用，模拟的轿车气动阻力系数精度已经达到9 9 以上。 1 9 8 1 年，英国c h a m 公司p h o e n i c s 的投放市场，标志着商业c f d 软件时代的 到来和高新技术的“平民化”。c f d 技术逐渐由高精尖的航空航天领域发展到广 泛应用于与流动和传热有关的各个工程领域。 2 f ! 十学位沦义 曼鼍蔓曼! 曼皇曼皇曼皇曼曼曼曼i i i 一 一 i i i i i 皇曼曼曼曼曼寡舅曼皇曼皇皇曼曼曼曼曼曼曼曼璺曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼舅曼笪 1 1 2c a d 、c a m 、c f d 技术在泵制造业中的应用 流体机械是较早运用c a d 技术的部门之一。8 0 年代初，国外水泵c a d 已具 备相当水平，经过近3 0 年的发展，水泵c a d 技术研究已经达到比较成熟的阶段。 其技术特点主要有：注重支撑软件的选择，系统软件几乎都采用u n i x 操作系统； 逐渐实现了从小型机向工作站的转变；注重c a d 和c a m 的结合；技术内容包括 水力设计、性能预测、优化设计、数据库管理、功能模块化技术、有限元分析等。 我国泵c a d 的研究始于2 0 世纪7 0 年代，取得了一定进展，但和国外相比，还 存在很多不足：三维造型研究较少，国内泵c a d 的研究主要集中在二维水力设 计；c a m 技术发展缓慢；离心泵研究较多，其它泵研究较少；较少采用支撑软件， 设计理论和技术比较落后。 2 0 世纪6 0 年代已有5 轴数控机床用于航空航天发动机叶片等复杂曲面的加 工。但由于其技术难度大、造价高、编程复杂等原因，使5 轴数控加工在泵制造 业中应用较少。近1 0 年，随着计算机和数控加工技术的发展，一些厂家采用 c a d c a m 的商用软件编制叶轮的数控加工程序，比较多的是u g 、m a s t e r c a m 、 c i m a t r o n 等。但由于通用软件并非针对某一种零件设计，所以功能繁多、界面复 杂，而且编程人员必须对叶轮的几何造型很熟悉。一些专业的叶轮加工工厂( 如 美国的n r e c ) 及先进的多坐标数控机床生产商( 如s t a r r a g ) 都推出了专用 于叶轮加工的数控加工软件包，如m a x 5 、m a x a b 、s t a r r a g 程序等，这些 软件针对不同特征的叶轮设计了刀具路径模板，还充分考虑了叶轮加工中最容易 出现的干涉问题，都是通用软件所不具备的。我国尚缺乏专用于叶轮的数控加工 编程软件，使得叶轮数控加工一直是我国制造业的难题。 从上世纪8 0 年代开始，c f d 在泵水力设计和性能分析中发挥作用，但真正 达到工程实用水平是在最近几年【7 j 。多利一通用大型商业软件如c f x t a s c f l o w 、 c f x 、f l u e n t 、s t a r c d 、c f d 2 0 0 0 、p h o n e n i c s 等相继问世【8 】，并在流体机械 中得到了广泛的应用。一些先进的水泵制造商自行开发了满足个性化需求的c f d 软件，如德国慕尼黑大学开发了c n s 3 d 软件【9 1 ，c o n c e p t sn r e c 公司开发了p b c f d 软件i l0 1 。但大多选用f l u e n t 、a b b 等c f d 软件进行软件研发。我国还没有自 主研发的专用于泵c f d 流体模拟的软件，主要使用和国外相同的c f d 商用软件， 这与发达国家水平相当。但与国外相比，在流动计算和实验结果的分析方面有一 定差距，主要表现在流动物理规律的总结与提炼，实验结果与计算值之间的相互 印证两个方面悼】。 1 1 3 课题研究意义 随着c a d c a m 系统、c i m s 系统、c f d 技术在泵行业的应用越来越广泛， 钊对泵设计的专用软件开发尤为重要。而我国研发的商用软件主要停留在二维 荩丁i j g 的高心叶轮i 维软什一j 汐：开发 皇量量皇曼曼i i m ,-i 量鼍 c a d 基础上，这种方法生成的几何数据并不能直接用于计算机数控加工( c n c ) ， 也不能对模型进行流场分析、运动学分析、有限元分析等，造成了c a d 和c a m 、 c a p p 、c f d 的脱节，造成工作效率低、产品研发成本高、企业竞争力下降等， 严重阻碍了我国泵行业的发展。 企业要引进c n c 、c f d 等技术的前提是泵产品的三维造型。目前，我国泵行 业主要应用商业通用软件u g 、p r o e 进行三维造型。常用的造型方法是在二维水 力图上获得三维数据点，采用手工交互的方式进行三维造型。这种方法造成大量 的重复性工作，容易出现数据错误，并不能充分发挥三维造型软件的优越性。虽 然有软件开发商进行了泵三维软件的开发，但一些没有采用支撑软件，使造型结 果不理想，且不能和c a m 等进行很好的数据交换；还有一些虽然采用了支撑软 件，仍是在获得三维数据点的基础上进行三维软件开发。 因此急需开发一种专用于泵产品三维造型的软件。这样不仪能保证产品的设 计质量、缩短设计周期，提高工作效率，而且在推动c a d c a m 系统、c f d 系统 在泵行业的发展具有重要意义。 1 2国内外研究现状及发展趋势 1 2 1 国内泵c a d 研究现状 目前，我圄二维泵c a d 设计软件的开发已经趋于完善。出现了商业化的泵 水力设计软件，刘厚林于1 9 9 9 年在w i n d o w s 9 x 操作系统下，利用v i s u a lc + + 在 a u t o c a d l 4 平台上开发了商业化的系列泵一一p c a d 2 0 0 0 】，并为国内许多厂家 使用。之后，他在前期工作的基础上【1 2 4 】已经用o b j e c t a r x 技术进行了软件升级 并开发了各种无堵塞泵的c a d 软件l l 5 。 随着c a m 技术的发展，对c a d c a m 一体化的要求不断提高，三维设计逐 渐受到人们的青睐。9 0 年代，戴勇峰16 1 、高建华1 17 1 、王福军1 8 等人进行了泵三 维造型的研究。他们的研究取得了一定的成果，但还不能满足工程实际需要。而 且用简单的高级语言设计的软件界面不够美观，屏幕图形的尺寸和实际图形尺寸 的比例关系不容易掌握，也不能很好的贯彻c a d 有关技术标准( 如g k s ，即 i s o 7 9 4 2 ) 。进入2 l 世纪，我国开始注重具有自主知识产权的三维c a d 软件内核 的开发，将基于国外内核开发的应用系统做成新的、面向企业的三维c a d 。但由 于企业间恶性竞争等，使得国内三维c a d 发展缓慢。这也严重阻碍了泵行业三 维c a d 的发展。 十六大提出要在2 0 2 0 年我国基本实现工业化，三维软件的推广正是响应了这 一号召。我国企业要以三维软件为工具，提高企业的创新能力、提高企业的竞争 力。期间，我国引进了国外成熟的三维设计软件，如u g 、p r o e 、s o l i d w o r k s 等， 4 f 映j ：7 芦1 毫论艾 曼曼鼍曼曼曼曼鼍i -i l l 一 一i,i舅曼曼曼曼皇曼鼍曼曼曼曼曼皇舅量皇曼曼曼!量曼 并成功应用于泵行业。但由于这些软件是通用的商业软件，并不是针对某一行业 进行开发的，仍然停留在手工绘图的基础上。既在已知二维水力图的基础上，获 得叶片三维数据点，再在三维软件上进行三维实体造型。这种造型方法重复性工 作多、工作量大、效率低。这就需要我们开发专门用于泵行业的实用的三维造型 软件。 泵三维软件的开发靠开发者编制所有的程序模块是难以实现的，其中许多工 作可以由支撑软件来完成，省去了软件开发的基础工作。这样不仪能贯彻机械 c a d 的有关技术标准，而且引入支撑软件可以在程序移植、c a m 和软件升级等 许多方面带来方便【l9 1 。目前，泵的三维造型软件开发主要是通过对一些具有参数 化设计功能的软件进行二次开发来完成的。2 0 0 5 年李雯林以p r o e 为支撑软件， 把现有的水力模型导入到p r o e 系统中，利用v c + + 高级开发语言，建立了叶片 的水力模型库【20 1 。其只应用了p r o e 一个支撑软件，减少了软件间兼容性问题， 避免了数据导入导出误差。但因其以水力模型的二维木模图为基础，有一定的局 限性。2 0 0 6 年刘敏以p c a d 2 0 0 4 二维软件为基础，以p r o e 为二次开发的支撑软 件研究了扭曲叶片、圆柱叶片和双流道叶轮三维造型方法【2 1 1 ，其通过p c a d 2 0 0 4 软件获得泵的全部三维数据，然后再利用p r o e 自动生成三维图，虽然软件的泵 设计范围增大了，但是容易出现软件间兼容性问题和数据导入导出误差。 到目前为止，国内还没有一款被广泛应用于泵行业的三维设计软件。这严重 阻碍着我国泵行业的发展，新产品的研发和企业的竞争力。为促进我国c a d 技 术的发展，提高创新设计能力，我们要密切关注国外技术发展动态，开发出具有 自主版权的专业化c a d 应用软件。 1 2 2 国外泵c a d 研究现状 国外水泵c a d 的研究起步较早，例如威尔泵业公司( w e i rp u m p sl t d ) 一一欧 洲最大的水泵生产商，是从1 9 7 8 年开始着手研究水泵c a d 的【22 1 。经过几十年的 发展，泵的c a d c a m c a e 技术日趋成熟，并已得到了广泛的推广应用。 一个完整的c a d 系统，其软件由三部分组成：系统软件、支撑软件和应用软 件。系统软件主要指计算机的操作系统和开发应用软件使用的高级语言。目前， 国外泵c a d 用工作站几乎均采用u n i x 操作系统，在使用高级语言开发c a d 应 用软件方面，国外趋向于使用c c + + 语言。支撑软件是c a d 系统的核心，它直 接决定着c a d 系统的规模和水平。国外很重视支撑软件的选择，比较著名的c a d 支撑软件有a n v i l 4 0 0 0 5 0 0 0 ，e u c l i d ，c a t i a ，u n i g r a p i h c s ，a g s 3 d i m a g e 。 c a d s 4 ，i d e a s 和c a d a m 等。另外，a n s y s ，a d s m s ，o r a c l e 等软件既可 单独使用，也可纳入c a d 的支撑系统【2 3 1 。如威尔泵业公司开发出两套c a d 系统， 一套装在a l l o a 工厂，另一套装在c a t h c a r t 工厂f 2 4 27 1 。这两套系统均有c a m 5 鏊y - u g 的i 岛心轮。i 维软f j f ：移：玎：发 接口，在c a d c a m 集成系统的控制下，可直接输出刀具的走刀路线，并在图形 终端上模拟刀具的行进轨迹，然后将数据送至仿形铣床加工叶片，两轴半仿形铣 床是专为c a d 系统所配，用于加工叶片等具有流线型的部件，从而保证加工出 来的部件实际尺、j + 与设计尺寸相一致1 2 8 】。可见其已经开始注重c a d 和c a m 的结 合。 在硬件方面，国外泵c a d 己逐渐实现了由小型机向工作站的转变，同小型 机相比，由于工作站可以处理大规模的应用程序，而且运行速度快。因此工作站 的引入更进一步的推动了泵c a d 的发展f 29 1 。目前国外泵c a d 工作站主要有 s p a c es t a t i o n2 g t 和c i m s t a t i o n 等。如澳星顿一心普森公司的水泵c a d c a m 系统的硬件和软件均选自c a d l i n c 公司，硬件为c i m s t a t i o n ，软件为 c i m c a d c a m 19 1 。 国外水泵c a d 技术应用广泛，且技术比较成熟。其内容包含水力设计、性 能预测、结构分析、图纸绘制，流场分析和数控加工等功能。譬如日本三菱电机 公司早在19 9 0 年就成功开发了水泵c a d 系统，即m e l c a d m d + 软件。 m e l c a d m d + 具有操作方便、功能丰富、软件先进等特点。它包含有限元结构 分析和直接c a m 能力，通过i g e s 和d x f 两种方式与其他c a d 系统交换数据f i g l 。 1 2 3 国内泵c a d 技术存在不足和发展趋势 国内泵c a d 技术经过3 0 多年的发展，取得了一定的成果，但仍存在以下不 足【2 9 3 0 】： l 、国内开发的软件不注重支撑软件的选择。自主研发专用于泵设计的三维软 件，不能很好的贯彻机械c a d 的有关技术标准，而且受我国计算机发展水平的 限制，也不能开发出优秀的三维造型软件。选择优秀的三维软件做支撑软件，可 以减少开发基础的程序模块，而且在程序移植、c a m 和软件升级等许多方面带来 方便。 2 、泵二维c a d 软件研究较多，三维实体造型软件研究相对较少。二维c a d 造型软件已经趋于成熟，商业化软件已应用于企业，但还没有实用的商业化泵三 维造型软件。现在进行有限元分析、流体分析、快速成型试制样品和数控加工时 都需要三维产品数据模型，二维产品图已不能满足现代c a d c a m c a e 的发展。 3 、离心泵水力设计c a d 研究较多，其它类型泵研究相对较少。如对无堵塞 泵的研究远没有离心泵那样广泛和深入。 4 、缺乏合作，研究方向重合严重。国内有多家单位做过或正在进行泵c a d 的研究，但合作较少，这造成了资源浪费，也影响我国泵c a d 的发展。 随着计算机技术的不断发展和现代泵设计方法的不断完善，未来泵c a d 的 发展将呈现以下趋势3 0 3 1 1 ： 6 f ! ：学能论文 1 、选用优秀支撑软件，开发具有泵三维实体造型功能的c a d 软件。如u g 、 p r o e 等三维造型软件，既可以降低开发难度，也可以开发出符合国际标准的实 用软件。 2 、c a d 和c f d 技术的结合。c f d 技术已广泛应用于泵制造行业。目前主要 是将三维软件输出的特定格式文件输入到c f d 中进行分析计算，与三维c a d 缺 少结合。通过c a d c f d 的集成来进行水力设计，即以三维实体造型为c f d 计算 的模型，在c f d 分析速度场和压力场的基础上，修改水力设计，直至满足设计要 求为止。 3 、c a d 与c a m 、c a p p 的集成，形成c i m s 系统。c i m s 系统不仅可以缩 短泵产品的设计和制造周期，还可以提高产品质量、降低产品成本，从而提高产 品的竞争力。 1 3 课题主要研究内容 由于泵三维造型不同于其他机械类造型，其中最关键部件叶片是空间三维曲 面，而现在的水力设计都是基于一元设计理论的，这就造成泵叶轮很难在三维软 件上直接生成。随着三维c a d 、c f d 、c n c 技术在泵行业的广泛应用，这就要求 直接应用三维软件进行叶轮的实体造型，以适应现代制造业的发展。针对上述我 围泵c a d 发展现状和发展趋势，本文以离心叶轮的三维造型为研究对象，选择 国内泵制造业应用最广泛的u gn x 三维造型软件为支撑软件，以面向对象的 v i s u a lc + + 6 0 为开发工具，开发出一套基于泵一元设计理论的离心叶轮三维造型 软件。主要研究内容包括： l 、应用m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o nc l a s s ) 设计对话框。生成程序框架，实现 程序界面的可视化设计。 2 、根据离心泵水力设计原理，将叶轮设计分为叶轮主要几何尺寸计算模块、 轴面投影图绘制模块、流线分点模块、展开流线绘制模块、空间流线绘制模块、 实体模型绘制模块。 3 、应用u g 软件的参数化造型功能，建立样板模型，由几何关系校核过流断 面变化情况并绘制中间流线。 4 、流线分点并绘制展开流线。展开流线采用5 阶4 次样条曲线绘制，以便于 曲线的调整。 5 、通过展开流线获得数据点，计算加厚后的空间点坐标。通过a p i 函数绘 制三维实体模型。 7 荩丁i i g 的离一i l , u t 轮i 维软什r 次开7 2 曼曼曼曼曼曩曼曼皇曼曼曼量曼曼曼曼曼曼寰量曼曼曼曼曼曼曼i i 篡曼皇曼曼曼曼皇曼曼皇鼍曼曼皇曼曼量置曼鼍舅曼曼曼曼曼曼葛 1 4 本章小结 综述了课题研究背景，在此背景下提出课题研究的意义。阐述了泵c a d 国内外研究现状，由此确定了课题研究方向和主要研究内容。 8 硕j ：二f 才论文 第2 章u g 二次开发工具及方法选择 u g o p e n 是u g 平台上提供的二次开发语言。它为u g 软件的二次开发提供 了许多函数和工具集，便于用户进行二次开发，利用该模块可以对u g 系统进行 用户化定制和开发，完成特定的功能。u g o p e n 包括以下几个部分：u g o p e n g r i p 是u g 内部开发语言，具有通俗、易懂的特点，是u g 二次开发早期的主要 语言，利用它用户可以生成n c 自动化或自动建模等特殊应用；u g o p e na p i 足 一个允许程序访问并改变u g 对象模型的程序集，几乎所有能在u g 界面上的操 作都可以用u g o p e na p i 函数实现；u g o p e nm e n u s c r i p t 对u g 软件操作的菜单、 工具条进行用户化开发；u g o p e nu i s t y l e 是一个可视化编辑器，用户可以为 u g o p e n 应用程序开发友好的交互界面。 2 1u g o p e ng r i p g r i p ( g r a p h i c si n t e r a c t i v ep r o g r a m m i n g ) 是u g 的内嵌语言，是一种专用的 图形交互编程语言，用户通过g r i p 语言编程能够自动完成在u g 下进行参数化 设计和绝大部分操作，如实体建模、工程制图、制造加工、系统参数控制、文件 管理和图形修改等。g r i p 语言有完整的语法规则、程序结构和内部函数。g r i p 程序同样要经过编译、链接后，生成可执行文件才能运行。 2 1 1 编程步骤 使用g r i p 进行编程的一般步骤如下【3 2 1 ： 1 、g r i p 源程序代码的编写 g r i p 源程序代码的编写有两种方式： 1 ) 利用w i n d o w s 的记事本编写，然后使用木g r s 格式进行存盘； 2 ) 在g r i p 编译环境g r a d e 中选择 e d i t 功能，进行g r i p 程序的编写 与修改，文件将自动存盘为木g r s 格式。 2 、g r i p 源程序的编译 在g r i p 编译环境g r a d e 中选择 c o m p i l e 功能，输入包含源程序代码 的文件名( 木g r s ) 进行编译。如若编译发生错误、g r a d e 屏幕窗口中将显示相关的 错误信息，编者可以利用提供的信息对源程序代码进行修改。若源程序编译成功， 则在g r a d e 对话框中将提示信息“木1g r i pp r o g r a mc o m p i l e dw i t h o u t e r r o e ”，同时将自动生成格式为g r i 的编译程序。 3 、g r i p 编译程序的链接 9 荩1 + ( j ( ；f l j 搿心叶轮i 维软件二；久开拨 在g r i p 编译环境g r a d e 中选择 l i n k 功能，输入格式为g r i 的编译程 序文件名进行链接。如若链接发生错误，g r a d e 屏幕窗口将显示相关的错误信 息供编者进行查询和修改；若链接成功，则在g r a d e 对话框中将提示信息“掌1 g r i pp r o g r a ml i n kw i t h o u te r r o e ”，同时将自动生成格式为g r x 的执行 程序。 4 、g r i p 程序的执行 链接生成的乖g r x 文件，可以通过用户化的菜单或对话框调用，也可以通过 u g 的菜单项【f i l e 一【e x e c u t e 】一【g r i p 直接运行【3 3 1 。 2 1 2g r a d e 编译环境 g r a d e 是g r i p 的高级开发环境g r i pa d v a n c e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t 的 缩写。只有在此环境下面才能实现g r i p 程序的编译和链接，从而生成可执行的 g r i p 程序。g r a d e 环境的界面如图2 1 所示。 g r i pr d v m c e dh v e l o l w m n tl 自r s v i s - o n m n t 1 ) e d i t 2 c o j p i l e 3 ，l i n k c h a n g ed l r t c t o p y s 1 坫d i p e c t o r y ) z e n do u t ”tt o c 对， 7 t o n p l l e1 “t i n 篁 a l l l ) c 知m g e d i t o r ( n o c e p a d | ) g r “t el i t c h 0 t u r n 蜘冉qo n o f f i ir 。c ：、d o c u f q e n g sa n ds e c t l a g s r d s * u t l z t t 哺g o l * e n t e ro p t i o n ：【li 图2 ig r i p 开发环境g r a d e 界面 选择e d i t 打开一个记事本，在记事本中编写源代码。然后选择c o m p i l e 和l i n k 完成编、译链接。当编译、链接过程中产生信息，这些信息直接在g r a d e 环境 下面输出。若源代码较多，编译、链接信息不能和源代码同时在g r a d e 界面下 显示，因此当编译或链接出现问题时，对于错误信息在程序相应位置的查询带来 很大的困难。 g r i p 编程语言是面向工程师的语言，具有简单、易学、易用的特点，但是 编写的程序长、复杂时，要考虑程序的各个细节问题。并且应用g r a d e 不能做 对话框，不能很好的完成人机交互。因此，g r i p 语言常用于开发一些较小的程 序，例如，同类零件建模、计算和分析、数据访问等程序【3 4 】。 l o 硕士学位论文 量量量量暑鲁曼置量舅舅量量量量皇量喜i i, t 曼曼皇曼曼曼曼曼曼鲁量量曼舅曼鼍量量舅| 曼置量昌量量昌罾量曼量置舅皇曼曼曼鼍曼量量蔓曼皇皇皇量舅 2 2u g o p e nm e n u s c r i p t t 3 3 】 菜单是人机交互最重要的方式之一，在u g 开发环境中，菜单的制作通过 u g o p e nm e n u s c r i p t 来实现，它是u g o p e n 的一个重要组成部分，支持u g 主菜 单和快速弹出式下拉菜单的修改，通过它可以生成用户化的菜单，进而集成用户 二次开发的特殊应用。利用u g o p e nm e n u s c r i p t 可以为自己的应用程序建立专门 的菜单条。u g o p e nm e n u s c r i p t 开发用户菜单有两种方式，一种是创建新菜单， 并替换u g 标准菜单；另一种是对现有的u g 标准菜单进行编辑，从而生成自己 的菜单。菜单脚本文件扩展名为木m e n 文件，可以用记事本创建和编辑，一般放 在s t a r t u p 文件目录下。 在u g 开发中，常用的菜单模式分为二级菜单和三级菜单，下面以三级菜单 为例说明其语法格式。 v e r s i o n1 2 0 e d i tu g g a t e w a y m a i n m e n u b a r b e f o r eu gh e l p c a s c a d eb u t t o nm e n un a m e1 l a b e l 一级菜单 e n do fb e f o r e m e n um e n un a m el b u t t o nm e n un a m e2 l l a b e l 二级菜单l a c t i o n s a c t i o n l d i g c a s c a d eb u t t o nm e n un a m e2 2 l a b e l 二级菜单2 e n do fm e n u m e n um e n un a m e2 2 b u t t o nm e n un a m e3 l l a b e l 三级菜单l a c c e l e r a t o rfl a c t i o n sa c t i o n 3 d i g f 落翮粥勋 鹾= 媛菜单il e n d o f m e n u 图2 2 三级菜单 运行结果如图2 2 所示。 在上面菜单中，v e r s i o n 代表版本；e d i tu gg a t e w a ym a i nm e n u b a r 代表编辑u g 刚启动时的菜单；b e f o r eu g h e l p 代表用户创建的菜单在h e l p 菜单前：e n d o f b e f o r e 和b e f o r e 要成对出现，表示b e f o r e 关键字的结 基ru g 的离心t 1 1 轮二维软件：二次开发 束；c a s c a d eb u t t o n 代表此菜单下还有予菜单；l a b e l 是菜单的标签； b u t t o n 代表子菜单的标识，说明此子菜单下没有子菜单；a c c e l e r a t o r 代表 加速键，表示当按a c c e