基于NX的鐵路道岔軌件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)

趙橄培

（湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南 株洲412001）

0 引言

道岔是鐵路軌道中實(shí)現(xiàn)軌道轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備[1]。近年來我國高速鐵路和城市軌道交通建設(shè)異常迅猛，旺盛的道岔需求使得道岔新產(chǎn)品開發(fā)日益增多。同時(shí)國內(nèi)存在大量老舊型號(hào)道岔產(chǎn)品需要進(jìn)行整體或零部件更換。這些老舊道岔經(jīng)常需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。鐵路建設(shè)中道岔鋪設(shè)時(shí)間緊、任務(wù)重，老舊產(chǎn)品的更換施工要求高，準(zhǔn)備時(shí)間短[2]。依照傳統(tǒng)的道岔設(shè)計(jì)方法，工作量大，重復(fù)工作多，開發(fā)與制造周期較長，很難滿足市場(chǎng)對(duì)供貨周期的要求。因此，研發(fā)道岔零部件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)與出圖，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期顯得十分必要。

道岔用非標(biāo)準(zhǔn)軌件主要包括基本軌（直/曲）、尖軌（直/曲）、翼軌、護(hù)軌等核心零部件，設(shè)計(jì)與制造要求高，設(shè)計(jì)工作量大。但這些軌件均是依托于標(biāo)準(zhǔn)軌型進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，呈現(xiàn)系統(tǒng)化、通用化等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，滿足不同的道岔設(shè)計(jì)需求?；谥髁魅S軟件Siemens NX平臺(tái)，利用其提供的二次開發(fā)工具集NX Open API進(jìn)行道岔軌件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)道岔軌件的快速設(shè)計(jì)與自動(dòng)導(dǎo)出工程圖，大幅提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了道岔產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造周期。

1 道岔軌件參數(shù)化系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)開發(fā)模式

道岔軌件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)將具備三維模型快速生成和工程圖自動(dòng)設(shè)計(jì)兩大主要功能。因此選擇了功能強(qiáng)大的NX Open API作為二次開發(fā)工具，以Visual Studio2015為集成開發(fā)環(huán)境，通過VB.NET語言構(gòu)建動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）進(jìn)行程序開發(fā)。該開發(fā)模式能夠使開發(fā)的道岔軌件參數(shù)化系統(tǒng)與NX主程序無縫融合。兩者將以相同進(jìn)程統(tǒng)一運(yùn)行，而信息交互則通過調(diào)用NX Open的函數(shù)[3]。

1.2 系統(tǒng)功能模塊

道岔軌件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)UI模塊、三維模型設(shè)計(jì)模塊、道岔軌件基準(zhǔn)模型庫、工程圖模塊，如圖1所示。

1.3 系統(tǒng)開發(fā)流程

1）分析道岔各類軌件現(xiàn)有的規(guī)格型號(hào)與結(jié)構(gòu)特征，確定各類軌件模型的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

圖1 道岔軌件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)

2）利用NX建立軌件的基準(zhǔn)模型。由于基本軌、尖軌、護(hù)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(gè)基準(zhǔn)模型。

3）利用NX提供的菜單文件Menu Script編寫系統(tǒng)主菜單[4]。菜單用來啟動(dòng)各軌件的設(shè)計(jì)對(duì)話框。利用Block UIStyler工具設(shè)計(jì)用戶對(duì)話框。用戶在對(duì)話框中輸入設(shè)計(jì)參數(shù)后，系統(tǒng)會(huì)將設(shè)計(jì)參數(shù)傳輸至基準(zhǔn)模型中的對(duì)應(yīng)參數(shù)驅(qū)動(dòng)模型重生。

4）配 置VS2015 使其能夠引用NX Open 函數(shù)并編寫參數(shù)化建模主程序，編譯成為動(dòng)態(tài)鏈接 庫DLL，發(fā)布程序與NX聯(lián)動(dòng)調(diào)試直至達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)[5]。

2 軌件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例

以護(hù)軌為例介紹道岔軌件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 護(hù)軌參數(shù)化建模

道岔護(hù)軌是轍叉的重要組成部分，是控制車輪運(yùn)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(shè)備[6]?，F(xiàn)有護(hù)軌分為60 kg/m、50 kg/m、UIC33三種基本軌型。護(hù)軌整體結(jié)構(gòu)由中間平直段、兩端緩沖段和開口段組成。通過對(duì)不同型號(hào)護(hù)軌結(jié)構(gòu)的分析，確定出護(hù)軌的主要驅(qū)動(dòng)參數(shù)為：不同結(jié)構(gòu)段的長度參數(shù)、護(hù)軌軌腰螺栓孔數(shù)量、直徑、孔高及孔之間的間距，護(hù)軌頂部切削長度和高度等，參數(shù)定義如圖3所示。在基準(zhǔn)模型創(chuàng)建過程中，將這些參數(shù)設(shè)定為表達(dá)式控制。

圖2 系統(tǒng)開發(fā)思路

圖3 護(hù)軌驅(qū)動(dòng)參數(shù)定義

2.2 人機(jī)交互界面

用戶對(duì)話框是用戶與系統(tǒng)交互的主要工具。NX 提供的對(duì)話框設(shè)計(jì)工具Block UI Styler能方便快速地設(shè)計(jì)出具備NX統(tǒng)一風(fēng)格的對(duì)話框。通過對(duì)護(hù)軌基準(zhǔn)模型驅(qū)動(dòng)參數(shù)的分析，確定對(duì)話框中護(hù)軌開口段、緩沖段、平直段、螺栓孔參數(shù)、切削類參數(shù)等的塊類型均為線性尺寸；護(hù)軌類型則設(shè)定為有3種類型的枚舉型塊。各螺栓孔間距參數(shù)的塊類型設(shè)定為多行字符串，這樣在程序中可以方便地用函數(shù)捕捉所有的間距尺寸依次傳遞至基準(zhǔn)模型。

2.3 護(hù)軌參數(shù)化設(shè)計(jì)主程序

在VS2015集成開發(fā)環(huán)境中，需要先配置好NX Open API的開發(fā)接口。將NXOpen.dll 等動(dòng)態(tài)連接庫文件加入開發(fā)接口引用即可。用戶通過護(hù)軌設(shè)計(jì)對(duì)話框輸入所有設(shè)計(jì)參數(shù)后，點(diǎn)擊應(yīng)用按鈕，則主程序會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)模型并將輸入?yún)?shù)傳遞至模型，更新所有的驅(qū)動(dòng)參數(shù)后便重生出新模型。主程序采用VB.net編寫，設(shè)定在“應(yīng)用”按鈕中。以平直段參數(shù)傳遞與更新為例，其核心代碼如下：

圖4 護(hù)軌設(shè)計(jì)對(duì)話框

為防止用戶誤輸入，設(shè)置了警告對(duì)話框的彈出程序。例如孔的個(gè)數(shù)和輸入的孔間距數(shù)量不一致、未輸入文件名等，均會(huì)彈出警告息提示且無法生成新模型。

2.4 護(hù)軌工程圖設(shè)計(jì)主程序

NX的三維模型與工程圖是同一個(gè)文件(*.prt)。因此在原基準(zhǔn)模型進(jìn)入工程圖模塊編輯好基準(zhǔn)工程圖，再通過NX Open函數(shù)去控制新模型生成時(shí)其工程圖中各視圖和尺寸的更新。這樣能方便地實(shí)現(xiàn)工程圖的自動(dòng)生成。

護(hù)軌工程圖設(shè)計(jì)主程序嵌入在設(shè)計(jì)對(duì)話框中“確定”按鈕中。用戶必須先點(diǎn)擊“應(yīng)用”按鈕完成三維模型的創(chuàng)建后再單擊“確定”按鈕才能自動(dòng)生成工程圖。護(hù)軌工程圖設(shè)計(jì)程序關(guān)鍵點(diǎn)如下：

1）視圖自適應(yīng)布置。

不同號(hào)碼道岔使用的護(hù)軌展延長不一致。某18號(hào)高速道岔護(hù)軌展延長為6900 mm，而某6號(hào)對(duì)稱道岔的護(hù)軌展延長則為2450 mm，差距較大[6]。為了使基準(zhǔn)模型工程圖重生時(shí)各視圖布置合理，需要根據(jù)護(hù)軌設(shè)計(jì)長度進(jìn)行視圖位置的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

通過對(duì)所有規(guī)格型號(hào)護(hù)軌長度的統(tǒng)計(jì)，以43 kg/m鋼軌、50 km/m鋼軌、UIC鋼軌3種不同的護(hù)軌基準(zhǔn)模型為控制對(duì)象，選擇護(hù)軌長度大于、等于、小于7500 mm作為判斷條件分別均設(shè)立3 個(gè)移動(dòng)基準(zhǔn)點(diǎn)，通過函數(shù)theUFSession.Draw.MoveView將需要調(diào)整的視圖移動(dòng)至計(jì)算的基準(zhǔn)點(diǎn)，使主視圖始終處于圖框中相對(duì)合理位置，核心程序如下：

2）軌腰螺栓孔間距尺寸自適應(yīng)標(biāo)注。

護(hù)軌長度變化時(shí)，軌腰上的螺栓孔數(shù)量也會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)基準(zhǔn)模型工程圖中的螺栓間距尺寸數(shù)量會(huì)因?yàn)槁菟▊€(gè)數(shù)發(fā)生變化而出現(xiàn)缺失或偏差。因此工程圖程序的難點(diǎn)是能夠自動(dòng)完整地標(biāo)出新模型的螺栓孔間距尺寸。程序開發(fā)思路是利用輸入的螺栓間距尺寸在視圖上創(chuàng)建標(biāo)注基準(zhǔn)點(diǎn)，然后依次創(chuàng)建各基準(zhǔn)點(diǎn)的水平間距尺寸，便能完成螺栓間距尺寸的完美標(biāo)注，適應(yīng)用戶對(duì)螺栓孔個(gè)數(shù)的定制。其主要程序如下：

3 系統(tǒng)應(yīng)用

將VS2015生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件（*.dll）和編寫的菜單文件放置于startup 文件夾下，同時(shí)將Block UIStyler編寫的對(duì)話框文件（*.dlx）放置在application文件夾。在NX的啟動(dòng)目錄文件custom_dirs.dat中添加啟動(dòng)目錄后，就可啟動(dòng)NX主程序。這時(shí)道岔軌件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)便加載到主菜單，如圖5所示。點(diǎn)擊菜單中的“護(hù)軌設(shè)計(jì)”項(xiàng)，激活護(hù)軌設(shè)計(jì)對(duì)話框，選擇UIC類護(hù)軌，輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，單擊“應(yīng)用”按鈕便生成護(hù)軌三維模型，如圖6所示。再單擊“確定”按鈕，便生成該護(hù)軌的工程圖，如圖7所示。

圖5 道岔軌件設(shè)計(jì)系統(tǒng)主菜單

4 結(jié)論

基于NX open API二次開發(fā)工具包，在VS2015集成開發(fā)環(huán)境中完成了道岔軌件參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)。系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔且與NX主系統(tǒng)無縫融合。應(yīng)用本系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，各類軌件在幾分鐘內(nèi)就能完成三維模型建立與工程圖輸出，同時(shí)能自動(dòng)輸出軌件展延長、質(zhì)量、體積屬性等參數(shù)，極大地縮短了道岔軌件的設(shè)計(jì)制造周期，為企業(yè)在道岔新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與老舊型號(hào)軌件更換時(shí)的快速反應(yīng)提供了重要支撐。

圖6 護(hù)軌三維模型生成

圖7 護(hù)軌工程圖生成