基于NX的鐵路道岔軌件參數化設計系統研發

趙橄培

（湖南汽車工程職業學院，湖南 株洲412001）

0 引言

道岔是鐵路軌道中實現軌道轉換的重要設備[1]。近年來我國高速鐵路和城市軌道交通建設異常迅猛，旺盛的道岔需求使得道岔新產品開發日益增多。同時國內存在大量老舊型號道岔產品需要進行整體或零部件更換。這些老舊道岔經常需要現場測量數據進行定制設計。鐵路建設中道岔鋪設時間緊、任務重，老舊產品的更換施工要求高，準備時間短[2]。依照傳統的道岔設計方法，工作量大，重復工作多，開發與制造周期較長，很難滿足市場對供貨周期的要求。因此，研發道岔零部件參數化設計系統進行產品快速設計與出圖，縮短產品開發周期顯得十分必要。

道岔用非標準軌件主要包括基本軌（直/曲）、尖軌（直/曲）、翼軌、護軌等核心零部件，設計與制造要求高，設計工作量大。但這些軌件均是依托于標準軌型進行特殊設計的，結構相對穩定，呈現系統化、通用化等特點，能夠實現參數化設計，滿足不同的道岔設計需求。基于主流三維軟件Siemens NX平臺，利用其提供的二次開發工具集NX Open API進行道岔軌件參數化設計系統的開發，實現道岔軌件的快速設計與自動導出工程圖，大幅提高了設計效率，縮短了道岔產品的設計制造周期。

1 道岔軌件參數化系統

1.1系統開發模式

道岔軌件參數化設計系統將具備三維模型快速生成和工程圖自動設計兩大主要功能。因此選擇了功能強大的NX Open API作為二次開發工具，以Visual Studio2015為集成開發環境，通過VB.NET語言構建動態鏈接庫（DLL）進行程序開發。該開發模式能夠使開發的道岔軌件參數化系統與NX主程序無縫融合。兩者將以相同進程統一運行，而信息交互則通過調用NX Open的函數[3]。

1.2 系統功能模塊

道岔軌件設計系統主要包括系統UI模塊、三維模型設計模塊、道岔軌件基準模型庫、工程圖模塊，如圖1所示。

1.3 系統開發流程

1）分析道岔各類軌件現有的規格型號與結構特征，確定各類軌件模型的驅動參數。

圖1 道岔軌件參數化設計系統

2）利用NX建立軌件的基準模型。由于基本軌、尖軌、護軌等均要適配60 kg/m、50 kg/m等多種軌型的道岔，所以每種軌件均要建立多個基準模型。

3）利用NX提供的菜單文件Menu Script編寫系統主菜單[4]。菜單用來啟動各軌件的設計對話框。利用Block UIStyler工具設計用戶對話框。用戶在對話框中輸入設計參數后，系統會將設計參數傳輸至基準模型中的對應參數驅動模型重生。

4）配 置VS2015 使其能夠引用NX Open 函數并編寫參數化建模主程序，編譯成為動態鏈接 庫DLL，發布程序與NX聯動調試直至達成設計目標[5]。

2 軌件參數化設計系統開發實例

以護軌為例介紹道岔軌件參數化設計系統的關鍵技術。

2.1 護軌參數化建模

道岔護軌是轍叉的重要組成部分，是控制車輪運行方向防止其在轍叉有害空間沖擊或爬上轍叉心軌尖端保證行車安全的重要設備[6]。現有護軌分為60 kg/m、50 kg/m、UIC33三種基本軌型。護軌整體結構由中間平直段、兩端緩沖段和開口段組成。通過對不同型號護軌結構的分析，確定出護軌的主要驅動參數為：不同結構段的長度參數、護軌軌腰螺栓孔數量、直徑、孔高及孔之間的間距，護軌頂部切削長度和高度等，參數定義如圖3所示。在基準模型創建過程中，將這些參數設定為表達式控制。

圖2 系統開發思路

圖3 護軌驅動參數定義

2.2 人機交互界面

用戶對話框是用戶與系統交互的主要工具。NX 提供的對話框設計工具Block UI Styler能方便快速地設計出具備NX統一風格的對話框。通過對護軌基準模型驅動參數的分析，確定對話框中護軌開口段、緩沖段、平直段、螺栓孔參數、切削類參數等的塊類型均為線性尺寸；護軌類型則設定為有3種類型的枚舉型塊。各螺栓孔間距參數的塊類型設定為多行字符串，這樣在程序中可以方便地用函數捕捉所有的間距尺寸依次傳遞至基準模型。

2.3 護軌參數化設計主程序

在VS2015集成開發環境中，需要先配置好NX Open API的開發接口。將NXOpen.dll 等動態連接庫文件加入開發接口引用即可。用戶通過護軌設計對話框輸入所有設計參數后，點擊應用按鈕，則主程序會調用對應的基準模型并將輸入參數傳遞至模型，更新所有的驅動參數后便重生出新模型。主程序采用VB.net編寫，設定在“應用”按鈕中。以平直段參數傳遞與更新為例，其核心代碼如下：

圖4 護軌設計對話框

為防止用戶誤輸入，設置了警告對話框的彈出程序。例如孔的個數和輸入的孔間距數量不一致、未輸入文件名等，均會彈出警告息提示且無法生成新模型。

2.4 護軌工程圖設計主程序

NX的三維模型與工程圖是同一個文件(*.prt)。因此在原基準模型進入工程圖模塊編輯好基準工程圖，再通過NX Open函數去控制新模型生成時其工程圖中各視圖和尺寸的更新。這樣能方便地實現工程圖的自動生成。

護軌工程圖設計主程序嵌入在設計對話框中“確定”按鈕中。用戶必須先點擊“應用”按鈕完成三維模型的創建后再單擊“確定”按鈕才能自動生成工程圖。護軌工程圖設計程序關鍵點如下：

1）視圖自適應布置。

不同號碼道岔使用的護軌展延長不一致。某18號高速道岔護軌展延長為6900 mm，而某6號對稱道岔的護軌展延長則為2450 mm，差距較大[6]。為了使基準模型工程圖重生時各視圖布置合理，需要根據護軌設計長度進行視圖位置的自動調節。

通過對所有規格型號護軌長度的統計，以43 kg/m鋼軌、50 km/m鋼軌、UIC鋼軌3種不同的護軌基準模型為控制對象，選擇護軌長度大于、等于、小于7500 mm作為判斷條件分別均設立3 個移動基準點，通過函數theUFSession.Draw.MoveView將需要調整的視圖移動至計算的基準點，使主視圖始終處于圖框中相對合理位置，核心程序如下：

2）軌腰螺栓孔間距尺寸自適應標注。

護軌長度變化時，軌腰上的螺栓孔數量也會發生變化，這時基準模型工程圖中的螺栓間距尺寸數量會因為螺栓個數發生變化而出現缺失或偏差。因此工程圖程序的難點是能夠自動完整地標出新模型的螺栓孔間距尺寸。程序開發思路是利用輸入的螺栓間距尺寸在視圖上創建標注基準點，然后依次創建各基準點的水平間距尺寸，便能完成螺栓間距尺寸的完美標注，適應用戶對螺栓孔個數的定制。其主要程序如下：

3 系統應用

將VS2015生成的動態鏈接庫文件（*.dll）和編寫的菜單文件放置于startup 文件夾下，同時將Block UIStyler編寫的對話框文件（*.dlx）放置在application文件夾。在NX的啟動目錄文件custom_dirs.dat中添加啟動目錄后，就可啟動NX主程序。這時道岔軌件參數化設計系統便加載到主菜單，如圖5所示。點擊菜單中的“護軌設計”項，激活護軌設計對話框，選擇UIC類護軌，輸入設計參數，單擊“應用”按鈕便生成護軌三維模型，如圖6所示。再單擊“確定”按鈕，便生成該護軌的工程圖，如圖7所示。

圖5 道岔軌件設計系統主菜單

4 結論

基于NX open API二次開發工具包，在VS2015集成開發環境中完成了道岔軌件參數化設計系統的開發。系統界面簡潔且與NX主系統無縫融合。應用本系統進行設計時，各類軌件在幾分鐘內就能完成三維模型建立與工程圖輸出，同時能自動輸出軌件展延長、質量、體積屬性等參數，極大地縮短了道岔軌件的設計制造周期，為企業在道岔新產品設計與老舊型號軌件更換時的快速反應提供了重要支撐。

圖6 護軌三維模型生成

圖7 護軌工程圖生成