一种山核桃流水线传送带的参数化设计及其二次开发*

龚剑伟，钱孟波

（浙江农林大学工程学院，浙江 杭州 311300）

0 引言

山核桃是胡桃科、山核桃属植物，为常见木本油料作物，在世界范围广泛种植，其果仁鲜美可口，营养价值高，而且也可用于榨油[1]。许多山核桃企业已经进入了流水线生产加工，不同企业设备与产地需求对其中使用最多的传送带尺寸大小、外观形状也不同。

国际上对系列化的机械产品从三维建模、模块划分、外观设计、性能优化、虚拟装配等多方面展开研究[2]，如减速器、传送带底盘等。企业主要通过优化设计方法、生产工艺来改善减速器品质，此外，对如何高效设计传送带的研究也很常见。目前，诸多企业依靠传统的设计方法对成品进行变形设计和局部调整，存在着灵活性和通用性不足等问题。随着基于NX环境的参数化设计方法出现，如设计变量驱动法等，有效地缩减了产品的设计开发周期，节约了成本[3]。然而，对具体产品零件的参数化设计开发缺乏多样性，本研究将致力于山核桃流水线传送带生产的多样化设计，为企业提供便利，有助于产品设计技术的传承与革新，为行业新产品设计开发建立统一的标准[4]。

1 山核桃生产线组成

1.1 山核桃生产线加工工艺流程的类型

山核桃生产线基本工艺流程是从待加工的山核桃原料进入加工生产现场开始，经过一次去皮、浸泡、一次碎壳、二次碎壳、风选、色选等构成的路线。首先，将山核桃投入加工机前需进行人工分拣，要将不符合生产标准的核桃挑出，保留符合生产标准的山核桃。加工后经过一次加工的核桃随传送带进入鼓风风选机，将碎仁与果壳有效分离，通过调节分选机内部相邻导流杆的间距对投入的物料进行分级。图1展示了我国典型山核桃加工生产线[5]。

图1 典型山核桃加工生产线

1.2 山核桃生产线输送机构

输送机构有许多，但传送带贯穿整个流水线，是整个流水线中最主要的输送机构。以杭州市临安区本地山核桃生产企业为调研点，临安区本地山核桃生产加工流水线如图2所示。

图2 山核桃生产线加工工艺流程

生产工艺路线：1是干燥室，对山核桃进行一次干燥；2是传送带，运送干燥室处理过的山核桃；3是入味器，促进山核桃的入味；4是传送带；5是二次干燥室，将刚入味的山核桃运入干燥室进行二次干燥。该手工流水线如图2所示，主要部分包括传输结构、去壳机构、传动机构和机架等。山核桃破壳样机由三相异步电动机供电，传动部分主要依靠皮带和齿轮链条传动。

2 产品模版总体设计

本文研究的虚拟产品装配设计知识管理系统包括设计知识建模与设计知识融合两部分。第一部分主要是知识的获取、样本学习以及知识推理等，第二部分依靠NX/UG软件进行，根据一定的规则，对NX/UG软件进行二次开发，来建立装配设计知识管理系统，进而得到最终方案，并将其存入方案库，可用于样本学习与知识推理等[6]。

通过参数化设计，设计者可以方便地调整零件的三维模型保证零件准确的相对关系。许多机械零部件都实现了零件的参数化设计，但是对于大小相同、形状相似、结构相近的系列化组件、部件和产品来说，尚未实现参数化设计。

在用户需求和产品配置基础上，进行NX/UG二次开发，流水线传送带参数化设计流程如图3所示。

图3 传送带参数化设计流程

进行零件装配时，由于涉及较多的零部件，在修改某一零件的尺寸时，同时对相应的每个部件也要进行相应的尺寸修改，以确保装配的精确性。这样每个参数都需要通过UI界面进行修改，出错率较高。本文仅对传送带参数化变形设计，并不涉及力学方向的设计。设计传送带参数化建模系统研究如下。

1）KF内嵌在NX软件中，相比其他的C、C++、C#、VB.NET和Java等高级主流语言需要事先构架框架，KF的语言和NX软件交互环境的语言一致，可以直接被NX软件识别使用。通过KF，设计师可以直接在设计产品时以添加规则的形式来修改产品对象的数据。在使用KF过程中，有两种方法。一种是结合NX软件中的融合导航器，一种是编写DFA类文件。一般情况下，当编辑对象的尺寸参数发生改变时，KF语言因语言环境的改变也会随之改变。

2）KF与CAD系统都可以通过设计师采用不同形式与NX软件进行交互：KF部件可以是“纯几何”部件；KF可以直接在NX CAD环境下直接创建草图；KF可以将各部件相关联起来，并传递到其它软件系统中；KF部件可以是NX软件中的几何体。

3）使用NX/UG知识融合编写应用程序，对传送带进行系统的参数化建模如图4所示。在NX/UG环境下生成用于建模的用户自定义菜单，在菜单项中选择“传送带参数化设计”项，会弹出对话框，在对话框中有若干个有关传送带几何参数的输入项，可以直接设定传送带参数化过程中所需要的关键结构参数，按“确定”或者“应用”按钮，程序自动将传送带的关键参数设定为输入值，从而生成所需要的传送带模型。

图4 传送带参数知识示例

4）创建应用程序部署目录结构。首先创建传送带参数化设计工作目录，然后分别创建STARTUP、DFA、Application等子目录，将菜单文件（后缀名为.men）、KF文件（后缀名为.dfa）、（后缀名为.bmp）位图资源文件、动态库文件（后缀名为*.dII），对话框文件（后缀名为.dlg）存放其中。而后修改$SiemensNX 10.0UGIImenus中的custom_dirs.dat修改环境变量，如图5所示。

图5 环境变量修改文件

5)编写菜单文件。编辑创建菜单文件的应用程序，在UG中生成菜单界面，代码如图6所示，并保存在工作目录的“$SiemensNX 10.0GJWTOOLSstartup”下，文件名取为canshuhuasheji.men。

图6 菜单界面生成文件

6）制作用户界面对话框。打开UG，选择知识融合模块中的NX——知识融合交互类编辑器模式，对用户交互对话框界面进行编辑。知识融合交互类编辑器界面如图7（a）所示，对话框设置所需代码如图7（b）所示，在系统UI下的子类设计规则库中。

图7 UI界面设计方法

7）对话框设计完成后，其结果保存在DFA文件夹中。

8）下面给出部分通用代码。

9)编写相应的控制程序。首先编写对话框控制程序打开程序，对回叫函数中调用对话框命令进行相应的修改编辑；编写获取传送带相关参数表达式值的程序编辑程序。其次按要求修改获取传送带相关参数表达式构造函数值。编程代码及设计完成用户界面如图8所示。

图8 编程代码及设计完成用户界面

3 传送带参数化建模系统验证

编译程序后，启动UG/NX程序，可发现在菜单栏当中多了本文所开发的按钮“传送带参数化设计”，点击该按钮，会出现“传送带本体设计”和“传送带总体装配”两项子菜单项。下拉“传送带本体设计”子菜单，则可弹出如图3所示的用户对话框，可选择其中一个部件进行设计，也可以选择整体进行同时装配。点击“传送带总体装配”，会弹出用户界面对话框，在对话框中输入用户设计所要求的参数，单击“确定”，系统便根据输入数据生成并更新传送带模型，如图9所示，进而验证了本研究所建立的传送带参数化建模系统的可行性。

图9 传送带参数化建模

4 参数化设计生成的山核桃生产线样例

产品设计方法分成自底向上的装配设计与自顶向下的设计修改两种。针对数据库中已有的系列化产品零件、标准件和外构件，可采用自底向上的装配设计方法。根据不同厂家生产的空间大小不同，在保留生产加工设备的情况的下，对其中传送带进行了参数化设计的开发。本课题根据临安区当地中小型企业生产产地以及生产需求设计的需要，设计出一套用于大中规模企业流水线生产，山核桃生产流水线虚拟样机如图10所示。

图10 山核桃生产流水线虚拟样机

5 结论

本文全面分析了传送带零部件设计与参数化设计的理论知识，依靠NX软件平台设计开发部件级全相关的参数化设计模板，可以方便地进行小批量的产品设计工作，加快传送带零部件系列化产品设计速度，从而避免中设计人员在变形设计中的重复性工作。并进行了传送带参数化设计，同时为其它机械产品的参数化设计起一定的借鉴作用，帮助设计人员从重复性工作解放出来，投入到其它工作上，从而间接增加企业效益。