一種山核桃流水線傳送帶的參數化設計及其二次開發*

龔劍偉，錢孟波

（浙江農林大學工程學院，浙江 杭州 311300）

0 引言

山核桃是胡桃科、山核桃屬植物，為常見木本油料作物，在世界范圍廣泛種植，其果仁鮮美可口，營養價值高，而且也可用于榨油[1]。許多山核桃企業已經進入了流水線生產加工，不同企業設備與產地需求對其中使用最多的傳送帶尺寸大小、外觀形狀也不同。

國際上對系列化的機械產品從三維建模、模塊劃分、外觀設計、性能優化、虛擬裝配等多方面展開研究[2]，如減速器、傳送帶底盤等。企業主要通過優化設計方法、生產工藝來改善減速器品質，此外，對如何高效設計傳送帶的研究也很常見。目前，諸多企業依靠傳統的設計方法對成品進行變形設計和局部調整，存在著靈活性和通用性不足等問題。隨著基于NX環境的參數化設計方法出現，如設計變量驅動法等，有效地縮減了產品的設計開發周期，節約了成本[3]。然而，對具體產品零件的參數化設計開發缺乏多樣性，本研究將致力于山核桃流水線傳送帶生產的多樣化設計，為企業提供便利，有助于產品設計技術的傳承與革新，為行業新產品設計開發建立統一的標準[4]。

1 山核桃生產線組成

1.1 山核桃生產線加工工藝流程的類型

山核桃生產線基本工藝流程是從待加工的山核桃原料進入加工生產現場開始，經過一次去皮、浸泡、一次碎殼、二次碎殼、風選、色選等構成的路線。首先，將山核桃投入加工機前需進行人工分揀，要將不符合生產標準的核桃挑出，保留符合生產標準的山核桃。加工后經過一次加工的核桃隨傳送帶進入鼓風風選機，將碎仁與果殼有效分離，通過調節分選機內部相鄰導流桿的間距對投入的物料進行分級。圖1展示了我國典型山核桃加工生產線[5]。

圖1 典型山核桃加工生產線

1.2 山核桃生產線輸送機構

輸送機構有許多，但傳送帶貫穿整個流水線，是整個流水線中最主要的輸送機構。以杭州市臨安區本地山核桃生產企業為調研點，臨安區本地山核桃生產加工流水線如圖2所示。

圖2 山核桃生產線加工工藝流程

生產工藝路線：1是干燥室，對山核桃進行一次干燥；2是傳送帶，運送干燥室處理過的山核桃；3是入味器，促進山核桃的入味；4是傳送帶；5是二次干燥室，將剛入味的山核桃運入干燥室進行二次干燥。該手工流水線如圖2所示，主要部分包括傳輸結構、去殼機構、傳動機構和機架等。山核桃破殼樣機由三相異步電動機供電，傳動部分主要依靠皮帶和齒輪鏈條傳動。

2 產品模版總體設計

本文研究的虛擬產品裝配設計知識管理系統包括設計知識建模與設計知識融合兩部分。第一部分主要是知識的獲取、樣本學習以及知識推理等，第二部分依靠NX/UG軟件進行，根據一定的規則，對NX/UG軟件進行二次開發，來建立裝配設計知識管理系統，進而得到最終方案，并將其存入方案庫，可用于樣本學習與知識推理等[6]。

通過參數化設計，設計者可以方便地調整零件的三維模型保證零件準確的相對關系。許多機械零部件都實現了零件的參數化設計，但是對于大小相同、形狀相似、結構相近的系列化組件、部件和產品來說，尚未實現參數化設計。

在用戶需求和產品配置基礎上，進行NX/UG二次開發，流水線傳送帶參數化設計流程如圖3所示。

圖3 傳送帶參數化設計流程

進行零件裝配時，由于涉及較多的零部件，在修改某一零件的尺寸時，同時對相應的每個部件也要進行相應的尺寸修改，以確保裝配的精確性。這樣每個參數都需要通過UI界面進行修改，出錯率較高。本文僅對傳送帶參數化變形設計，并不涉及力學方向的設計。設計傳送帶參數化建模系統研究如下。

1）KF內嵌在NX軟件中，相比其他的C、C++、C#、VB.NET和Java等高級主流語言需要事先構架框架，KF的語言和NX軟件交互環境的語言一致，可以直接被NX軟件識別使用。通過KF，設計師可以直接在設計產品時以添加規則的形式來修改產品對象的數據。在使用KF過程中，有兩種方法。一種是結合NX軟件中的融合導航器，一種是編寫DFA類文件。一般情況下，當編輯對象的尺寸參數發生改變時，KF語言因語言環境的改變也會隨之改變。

2）KF與CAD系統都可以通過設計師采用不同形式與NX軟件進行交互：KF部件可以是“純幾何”部件；KF可以直接在NX CAD環境下直接創建草圖；KF可以將各部件相關聯起來，并傳遞到其它軟件系統中；KF部件可以是NX軟件中的幾何體。

3）使用NX/UG知識融合編寫應用程序，對傳送帶進行系統的參數化建模如圖4所示。在NX/UG環境下生成用于建模的用戶自定義菜單，在菜單項中選擇“傳送帶參數化設計”項，會彈出對話框，在對話框中有若干個有關傳送帶幾何參數的輸入項，可以直接設定傳送帶參數化過程中所需要的關鍵結構參數，按“確定”或者“應用”按鈕，程序自動將傳送帶的關鍵參數設定為輸入值，從而生成所需要的傳送帶模型。

圖4 傳送帶參數知識示例

4）創建應用程序部署目錄結構。首先創建傳送帶參數化設計工作目錄，然后分別創建STARTUP、DFA、Application等子目錄，將菜單文件（后綴名為.men）、KF文件（后綴名為.dfa）、（后綴名為.bmp）位圖資源文件、動態庫文件（后綴名為*.dII），對話框文件（后綴名為.dlg）存放其中。而后修改$SiemensNX 10.0UGIImenus中的custom_dirs.dat修改環境變量，如圖5所示。

圖5 環境變量修改文件

5)編寫菜單文件。編輯創建菜單文件的應用程序，在UG中生成菜單界面，代碼如圖6所示，并保存在工作目錄的“$SiemensNX 10.0GJWTOOLSstartup”下，文件名取為canshuhuasheji.men。

圖6 菜單界面生成文件

6）制作用戶界面對話框。打開UG，選擇知識融合模塊中的NX——知識融合交互類編輯器模式，對用戶交互對話框界面進行編輯。知識融合交互類編輯器界面如圖7（a）所示，對話框設置所需代碼如圖7（b）所示，在系統UI下的子類設計規則庫中。

圖7 UI界面設計方法

7）對話框設計完成后，其結果保存在DFA文件夾中。

8）下面給出部分通用代碼。

9)編寫相應的控制程序。首先編寫對話框控制程序打開程序，對回叫函數中調用對話框命令進行相應的修改編輯；編寫獲取傳送帶相關參數表達式值的程序編輯程序。其次按要求修改獲取傳送帶相關參數表達式構造函數值。編程代碼及設計完成用戶界面如圖8所示。

圖8 編程代碼及設計完成用戶界面

3 傳送帶參數化建模系統驗證

編譯程序后，啟動UG/NX程序，可發現在菜單欄當中多了本文所開發的按鈕“傳送帶參數化設計”，點擊該按鈕，會出現“傳送帶本體設計”和“傳送帶總體裝配”兩項子菜單項。下拉“傳送帶本體設計”子菜單，則可彈出如圖3所示的用戶對話框，可選擇其中一個部件進行設計，也可以選擇整體進行同時裝配。點擊“傳送帶總體裝配”，會彈出用戶界面對話框，在對話框中輸入用戶設計所要求的參數，單擊“確定”，系統便根據輸入數據生成并更新傳送帶模型，如圖9所示，進而驗證了本研究所建立的傳送帶參數化建模系統的可行性。

圖9 傳送帶參數化建模

4 參數化設計生成的山核桃生產線樣例

產品設計方法分成自底向上的裝配設計與自頂向下的設計修改兩種。針對數據庫中已有的系列化產品零件、標準件和外構件，可采用自底向上的裝配設計方法。根據不同廠家生產的空間大小不同，在保留生產加工設備的情況的下，對其中傳送帶進行了參數化設計的開發。本課題根據臨安區當地中小型企業生產產地以及生產需求設計的需要，設計出一套用于大中規模企業流水線生產，山核桃生產流水線虛擬樣機如圖10所示。

圖10 山核桃生產流水線虛擬樣機

5 結論

本文全面分析了傳送帶零部件設計與參數化設計的理論知識，依靠NX軟件平臺設計開發部件級全相關的參數化設計模板，可以方便地進行小批量的產品設計工作，加快傳送帶零部件系列化產品設計速度，從而避免中設計人員在變形設計中的重復性工作。并進行了傳送帶參數化設計，同時為其它機械產品的參數化設計起一定的借鑒作用，幫助設計人員從重復性工作解放出來，投入到其它工作上，從而間接增加企業效益。