三維裝配工藝在液壓鉆機(jī)中的應(yīng)用研究

馬振綱，王 偉，杜漁洲

（中煤科工集團(tuán) 重慶研究院，重慶 400039）

0 引言

縱觀國(guó)內(nèi)煤礦機(jī)械制造業(yè)，每年隨著產(chǎn)品升級(jí)換代都會(huì)有很多新結(jié)構(gòu)、新功能和新外形的煤機(jī)投產(chǎn)，裝配作為產(chǎn)品的最終完成環(huán)節(jié)，編制裝配工藝文件的工作量非常大。就煤礦瓦斯抽放鉆機(jī)而言，目前主要有3種工藝設(shè)計(jì)方法：

（1）利用CAD、CAPP軟件把設(shè)計(jì)部門(mén)的產(chǎn)品裝置打開(kāi)，采用截取設(shè)計(jì)圖、添加到工藝文件的附圖，并附上相關(guān)的說(shuō)明文字的方式，從而得到完整的工藝文件。

（2）通過(guò)在裝配現(xiàn)場(chǎng)手工繪圖，利用計(jì)算機(jī)將手工圖轉(zhuǎn)化為CAD圖導(dǎo)入到CAPP中，從而完成工藝文件的編制。

（3）采用相機(jī)拍攝裝配圖片，然后導(dǎo)入到CAPP軟件中，完成工藝卡片的編制。

上述3種工藝設(shè)計(jì)方法都存在一個(gè)缺點(diǎn)，即在現(xiàn)場(chǎng)裝配時(shí)不能直觀地表達(dá)裝配關(guān)系，對(duì)裝配工人起不到有效的指導(dǎo)作用，且工藝設(shè)計(jì)過(guò)程很繁瑣，致使裝配工藝設(shè)計(jì)的工作量很大，影響工作效率。本文將功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件Pro／E與產(chǎn)品裝配工藝結(jié)合起來(lái)，有效地解決了現(xiàn)行裝配工藝存在的缺點(diǎn)。

1 液壓鉆機(jī)動(dòng)力頭三維裝配工藝技術(shù)需求

裝配是形成產(chǎn)品的最終環(huán)節(jié)，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，在鉆機(jī)生產(chǎn)成本中裝配占了40%以上，而鉆機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中裝配所占的工時(shí)為40%～60%，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鉆機(jī)，裝配所占的工時(shí)會(huì)更高。由于鉆機(jī)的特殊性，鉆機(jī)動(dòng)力頭裝配所占的工時(shí)比其他部件裝配所占的工時(shí)長(zhǎng)，而且鉆機(jī)動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)種類(lèi)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、配合精度要求高、零部件數(shù)量多（見(jiàn)圖1），因而編制裝配工藝難度大，如果僅靠工程師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)通過(guò)CAD繪圖（見(jiàn)圖2），則設(shè)計(jì)工藝就有可能出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理的情況，一旦在現(xiàn)場(chǎng)裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，就需對(duì)零件進(jìn)行返工以及修改工藝文件，這樣就會(huì)加大鉆機(jī)的生產(chǎn)成本及延長(zhǎng)生產(chǎn)周期。所以，應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬裝配技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行裝配工藝設(shè)計(jì)，使其達(dá)到數(shù)字化的虛擬裝配，可大大提高鉆機(jī)的裝配效率。

圖1 截取設(shè)計(jì)圖

圖2 計(jì)算機(jī)繪制工藝圖

由于鉆機(jī)結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)根據(jù)不同煤礦井下巷道的實(shí)際情況而改變，因此在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)單件、小批量，使研發(fā)和批產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行。鉆機(jī)生產(chǎn)線上經(jīng)常會(huì)有多個(gè)型號(hào)的鉆機(jī)在生產(chǎn)裝配，對(duì)于未定型的鉆機(jī)，工藝也會(huì)隨之變化。而總體裝配工藝具有裝配生產(chǎn)組織方式多變、裝配件類(lèi)型多、工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，因此致使鉆機(jī)工藝設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高。當(dāng)遇到新型號(hào)的鉆機(jī)時(shí)，往往需要投入大量的人力、物力進(jìn)行裝配工藝的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

2 總體方案及關(guān)鍵技術(shù)

2．1 總體方案

分析實(shí)際的應(yīng)用需求，針對(duì)現(xiàn)有二維工藝的不足搭建了三維CAD裝配工藝平臺(tái)。三維裝配工藝流程可分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段、裝配工藝設(shè)計(jì)階段和制造階段3個(gè)階段，如圖3所示。

圖3 三維裝配流程

2．2 三維裝配工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用

采用三維軟件進(jìn)行裝配工藝的設(shè)計(jì)主要經(jīng)歷了4個(gè)階段，本文以鉆機(jī)動(dòng)力頭為例來(lái)演示三維工藝設(shè)計(jì)方法。

第一階段：利用Pro／E強(qiáng)大的三維以及二維繪圖功能，將Pro／E數(shù)模爆炸編輯后轉(zhuǎn)換為二維圖，接著使用Pro／E的轉(zhuǎn)化功能將二維投影圖轉(zhuǎn)化成．DXF文件，從而利用CAPP編制工藝文件。具體操作過(guò)程為：Pro／E三維模型圖—Pro／E爆炸圖—Pro／E二維投影圖—轉(zhuǎn)換成．DXF文件—導(dǎo)入CAPP編制工藝文件—打印工藝文件。用Pro／E軟件打開(kāi)的三維裝置圖如圖4所示。利用軟件的視圖工具將裝配圖分解成Pro／E爆炸圖，如圖5所示。

圖4 Pro／E三維裝置圖

結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鉆機(jī)零部件三維圖，占用系統(tǒng)資源過(guò)多，致使計(jì)算機(jī)運(yùn)行緩慢，容易出現(xiàn)死機(jī)。二維投影圖轉(zhuǎn)化成．DXF文件所需時(shí)間太長(zhǎng)，轉(zhuǎn)化后生成的．DXF文件大（本例為18．3MB），這樣就導(dǎo)致使用CAPP進(jìn)行工藝文件編制時(shí)不方便，極易出現(xiàn)計(jì)算機(jī)死機(jī)的情況，圖中的形狀線條多而亂，打印出來(lái)的工藝文件圖形很模糊，這樣的工藝文件在鉆機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)就沒(méi)有了實(shí)際意義。

圖5 Pro／E三維爆炸圖

第二階段：使用Pro／E的三維建模和轉(zhuǎn)化二維功能，把Pro／E三維模型圖爆炸編輯后轉(zhuǎn)化為二維平面圖，再利用Pro／E的繪圖功能把剛剛轉(zhuǎn)化的二維平面圖轉(zhuǎn)換生成HPP文件，利用View Companion軟件將HPP文件轉(zhuǎn)換成DXF文件，進(jìn)而導(dǎo)入CAPP中進(jìn)行工藝文件的編制。其操作流程為：Pro／E三維模型—Pro／E爆炸圖—Pro／E二維平面圖—View Companion轉(zhuǎn)換成．DXF文件－導(dǎo)入CAPP編制工藝文件—FlashPaper打印．PDF文件出圖。

第二階段是對(duì)第一階段中耗時(shí)太長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化后的文件容量太大、打印后圖形模糊等缺點(diǎn)進(jìn)行的修正和優(yōu)化，優(yōu)化后的操作流程從二維平面圖到工藝出圖僅需要10s，文件大小也縮小為312kB，使用 View Companion把二維平面圖轉(zhuǎn)換成．DXF格式文件僅需要5s，文件縮小為3．44MB，導(dǎo)入CAPP編制工藝也僅需要75s，并且使用．PDF文件打印出圖也很便捷。但是Pro／E數(shù)模過(guò)大還是會(huì)造成死機(jī)。

第三階段：采用以上方法進(jìn)行編制的工藝文件圖中沒(méi)有裝配零部件的指引線，導(dǎo)致裝配關(guān)系不清楚，所以在第二階段的基礎(chǔ)上又增加了三個(gè)步驟：利用FlashPaper將CAPP所編制的工藝文件打印成．PDF文件—導(dǎo)入Adobe Indesign編輯—導(dǎo)出．PDF文件，該方法可以有效地消除死機(jī)現(xiàn)象，從而大大提高工作效率。

第四階段：將InteVue軟件升級(jí)，升級(jí)后的InteVue軟件可以將矢量圖進(jìn)行復(fù)制，這樣可以方便地把矢量圖粘貼到CAPP中，通過(guò)該方法可以大大簡(jiǎn)化工藝卡片的編制時(shí)間。

比較這4個(gè)階段，從表1的數(shù)據(jù)中可以看出，第四階段與第一階段相比效率提高了十多倍。

表1 各階段所用時(shí)間 s

3 結(jié)束語(yǔ)

三維裝配工藝的設(shè)計(jì)還處于探索階段，以后還需要優(yōu)化完善，從而設(shè)計(jì)出更加便捷和完整的工藝文件。

［1］ 夏平均，姚英學(xué)，李建廣，等．三維數(shù)字化裝配工藝系統(tǒng)的研究［J］．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（1）：36－39．

［2］ 劉艷斌，趙海兵．基于3D－CAPP技術(shù)及其發(fā)展研究［J］．機(jī)械制造，2006（9）：14－16．

［3］ 彭海峰．三維裝配工藝設(shè)計(jì)方法的嘗試與演變［J］．合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（12）：117－120．