一種山核桃流水線傳送帶的參數(shù)化設(shè)計(jì)及其二次開發(fā)*

龔劍偉，錢孟波

（浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)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(yǎng)價(jià)值高，而且也可用于榨油[1]。許多山核桃企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了流水線生產(chǎn)加工，不同企業(yè)設(shè)備與產(chǎn)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(jī)械產(chǎn)品從三維建模、模塊劃分、外觀設(shè)計(jì)、性能優(yōu)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(yè)主要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)工藝來改善減速器品質(zhì)，此外，對如何高效設(shè)計(jì)傳送帶的研究也很常見。目前，諸多企業(yè)依靠傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法對成品進(jìn)行變形設(shè)計(jì)和局部調(diào)整，存在著靈活性和通用性不足等問題。隨著基于NX環(huán)境的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，如設(shè)計(jì)變量驅(qū)動法等，有效地縮減了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期，節(jié)約了成本[3]。然而，對具體產(chǎn)品零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)開發(fā)缺乏多樣性，本研究將致力于山核桃流水線傳送帶生產(chǎn)的多樣化設(shè)計(jì)，為企業(yè)提供便利，有助于產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的傳承與革新，為行業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

1 山核桃生產(chǎn)線組成

1.1 山核桃生產(chǎn)線加工工藝流程的類型

山核桃生產(chǎn)線基本工藝流程是從待加工的山核桃原料進(jìn)入加工生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)過一次去皮、浸泡、一次碎殼、二次碎殼、風(fēng)選、色選等構(gòu)成的路線。首先，將山核桃投入加工機(jī)前需進(jìn)行人工分揀，要將不符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的核桃挑出，保留符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的山核桃。加工后經(jīng)過一次加工的核桃隨傳送帶進(jìn)入鼓風(fēng)風(fēng)選機(jī)，將碎仁與果殼有效分離，通過調(diào)節(jié)分選機(jī)內(nèi)部相鄰導(dǎo)流桿的間距對投入的物料進(jìn)行分級。圖1展示了我國典型山核桃加工生產(chǎn)線[5]。

圖1 典型山核桃加工生產(chǎn)線

1.2 山核桃生產(chǎn)線輸送機(jī)構(gòu)

輸送機(jī)構(gòu)有許多，但傳送帶貫穿整個(gè)流水線，是整個(gè)流水線中最主要的輸送機(jī)構(gòu)。以杭州市臨安區(qū)本地山核桃生產(chǎn)企業(yè)為調(diào)研點(diǎn)，臨安區(qū)本地山核桃生產(chǎn)加工流水線如圖2所示。

圖2 山核桃生產(chǎn)線加工工藝流程

生產(chǎn)工藝路線：1是干燥室，對山核桃進(jìn)行一次干燥；2是傳送帶，運(yùn)送干燥室處理過的山核桃；3是入味器，促進(jìn)山核桃的入味；4是傳送帶；5是二次干燥室，將剛?cè)胛兜纳胶颂疫\(yùn)入干燥室進(jìn)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(jié)構(gòu)、去殼機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和機(jī)架等。山核桃破殼樣機(jī)由三相異步電動機(jī)供電，傳動部分主要依靠皮帶和齒輪鏈條傳動。

2 產(chǎn)品模版總體設(shè)計(jì)

本文研究的虛擬產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)知識管理系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)知識建模與設(shè)計(jì)知識融合兩部分。第一部分主要是知識的獲取、樣本學(xué)習(xí)以及知識推理等，第二部分依靠NX/UG軟件進(jìn)行，根據(jù)一定的規(guī)則，對NX/UG軟件進(jìn)行二次開發(fā)，來建立裝配設(shè)計(jì)知識管理系統(tǒng)，進(jìn)而得到最終方案，并將其存入方案庫，可用于樣本學(xué)習(xí)與知識推理等[6]。

通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以方便地調(diào)整零件的三維模型保證零件準(zhǔn)確的相對關(guān)系。許多機(jī)械零部件都實(shí)現(xiàn)了零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)，但是對于大小相同、形狀相似、結(jié)構(gòu)相近的系列化組件、部件和產(chǎn)品來說，尚未實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。

在用戶需求和產(chǎn)品配置基礎(chǔ)上，進(jìn)行NX/UG二次開發(fā)，流水線傳送帶參數(shù)化設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 傳送帶參數(shù)化設(shè)計(jì)流程

進(jìn)行零件裝配時(shí)，由于涉及較多的零部件，在修改某一零件的尺寸時(shí)，同時(shí)對相應(yīng)的每個(gè)部件也要進(jìn)行相應(yīng)的尺寸修改，以確保裝配的精確性。這樣每個(gè)參數(shù)都需要通過UI界面進(jìn)行修改，出錯(cuò)率較高。本文僅對傳送帶參數(shù)化變形設(shè)計(jì)，并不涉及力學(xué)方向的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)傳送帶參數(shù)化建模系統(tǒng)研究如下。

1）KF內(nèi)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(gòu)架框架，KF的語言和NX軟件交互環(huán)境的語言一致，可以直接被NX軟件識別使用。通過KF，設(shè)計(jì)師可以直接在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)以添加規(guī)則的形式來修改產(chǎn)品對象的數(shù)據(jù)。在使用KF過程中，有兩種方法。一種是結(jié)合NX軟件中的融合導(dǎo)航器，一種是編寫DFA類文件。一般情況下，當(dāng)編輯對象的尺寸參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，KF語言因語言環(huán)境的改變也會隨之改變。

2）KF與CAD系統(tǒng)都可以通過設(shè)計(jì)師采用不同形式與NX軟件進(jìn)行交互：KF部件可以是“純幾何”部件；KF可以直接在NX CAD環(huán)境下直接創(chuàng)建草圖；KF可以將各部件相關(guān)聯(lián)起來，并傳遞到其它軟件系統(tǒng)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(yīng)用程序，對傳送帶進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)化建模如圖4所示。在NX/UG環(huán)境下生成用于建模的用戶自定義菜單，在菜單項(xiàng)中選擇“傳送帶參數(shù)化設(shè)計(jì)”項(xiàng)，會彈出對話框，在對話框中有若干個(gè)有關(guān)傳送帶幾何參數(shù)的輸入項(xiàng)，可以直接設(shè)定傳送帶參數(shù)化過程中所需要的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，按“確定”或者“應(yīng)用”按鈕，程序自動將傳送帶的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)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(shù)知識示例

4）創(chuàng)建應(yīng)用程序部署目錄結(jié)構(gòu)。首先創(chuàng)建傳送帶參數(shù)化設(shè)計(jì)工作目錄，然后分別創(chuàng)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(tài)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(huán)境變量，如圖5所示。

圖5 環(huán)境變量修改文件

5)編寫菜單文件。編輯創(chuàng)建菜單文件的應(yīng)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(jìn)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(shè)置所需代碼如圖7（b）所示，在系統(tǒng)UI下的子類設(shè)計(jì)規(guī)則庫中。

圖7 UI界面設(shè)計(jì)方法

7）對話框設(shè)計(jì)完成后，其結(jié)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(yīng)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(shù)中調(diào)用對話框命令進(jìn)行相應(yīng)的修改編輯；編寫獲取傳送帶相關(guān)參數(shù)表達(dá)式值的程序編輯程序。其次按要求修改獲取傳送帶相關(guān)參數(shù)表達(dá)式構(gòu)造函數(shù)值。編程代碼及設(shè)計(jì)完成用戶界面如圖8所示。

圖8 編程代碼及設(shè)計(jì)完成用戶界面

3 傳送帶參數(shù)化建模系統(tǒng)驗(yàn)證

編譯程序后，啟動UG/NX程序，可發(fā)現(xiàn)在菜單欄當(dāng)中多了本文所開發(fā)的按鈕“傳送帶參數(shù)化設(shè)計(jì)”，點(diǎn)擊該按鈕，會出現(xiàn)“傳送帶本體設(shè)計(jì)”和“傳送帶總體裝配”兩項(xiàng)子菜單項(xiàng)。下拉“傳送帶本體設(shè)計(jì)”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(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以選擇整體進(jìn)行同時(shí)裝配。點(diǎn)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(shè)計(jì)所要求的參數(shù)，單擊“確定”，系統(tǒng)便根據(jù)輸入數(shù)據(jù)生成并更新傳送帶模型，如圖9所示，進(jìn)而驗(yàn)證了本研究所建立的傳送帶參數(shù)化建模系統(tǒng)的可行性。

圖9 傳送帶參數(shù)化建模

4 參數(shù)化設(shè)計(jì)生成的山核桃生產(chǎn)線樣例

產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法分成自底向上的裝配設(shè)計(jì)與自頂向下的設(shè)計(jì)修改兩種。針對數(shù)據(jù)庫中已有的系列化產(chǎn)品零件、標(biāo)準(zhǔn)件和外構(gòu)件，可采用自底向上的裝配設(shè)計(jì)方法。根據(jù)不同廠家生產(chǎn)的空間大小不同，在保留生產(chǎn)加工設(shè)備的情況的下，對其中傳送帶進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)的開發(fā)。本課題根據(jù)臨安區(qū)當(dāng)?shù)刂行⌒推髽I(yè)生產(chǎn)產(chǎn)地以及生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)的需要，設(shè)計(jì)出一套用于大中規(guī)模企業(yè)流水線生產(chǎn)，山核桃生產(chǎn)流水線虛擬樣機(jī)如圖10所示。

圖10 山核桃生產(chǎn)流水線虛擬樣機(jī)

5 結(jié)論

本文全面分析了傳送帶零部件設(shè)計(jì)與參數(shù)化設(shè)計(jì)的理論知識，依靠NX軟件平臺設(shè)計(jì)開發(fā)部件級全相關(guān)的參數(shù)化設(shè)計(jì)模板，可以方便地進(jìn)行小批量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，加快傳送帶零部件系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度，從而避免中設(shè)計(jì)人員在變形設(shè)計(jì)中的重復(fù)性工作。并進(jìn)行了傳送帶參數(shù)化設(shè)計(jì)，同時(shí)為其它機(jī)械產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)起一定的借鑒作用，幫助設(shè)計(jì)人員從重復(fù)性工作解放出來，投入到其它工作上，從而間接增加企業(yè)效益。