马振纲，王 伟，杜渔洲

（中煤科工集团 重庆研究院，重庆 400039）

0 引言

纵观国内煤矿机械制造业，每年随着产品升级换代都会有很多新结构、新功能和新外形的煤机投产，装配作为产品的最终完成环节，编制装配工艺文件的工作量非常大。就煤矿瓦斯抽放钻机而言，目前主要有3种工艺设计方法：

（1）利用CAD、CAPP软件把设计部门的产品装置打开，采用截取设计图、添加到工艺文件的附图，并附上相关的说明文字的方式，从而得到完整的工艺文件。

（2）通过在装配现场手工绘图，利用计算机将手工图转化为CAD图导入到CAPP中，从而完成工艺文件的编制。

（3）采用相机拍摄装配图片，然后导入到CAPP软件中，完成工艺卡片的编制。

上述3种工艺设计方法都存在一个缺点，即在现场装配时不能直观地表达装配关系，对装配工人起不到有效的指导作用，且工艺设计过程很繁琐，致使装配工艺设计的工作量很大，影响工作效率。本文将功能强大的三维设计软件Pro／E与产品装配工艺结合起来，有效地解决了现行装配工艺存在的缺点。

1 液压钻机动力头三维装配工艺技术需求

装配是形成产品的最终环节，决定着产品的质量和性能，在钻机生产成本中装配占了40%以上，而钻机生产过程中装配所占的工时为40%～60%，尤其是结构复杂的钻机，装配所占的工时会更高。由于钻机的特殊性，钻机动力头装配所占的工时比其他部件装配所占的工时长，而且钻机动力头结构种类多、结构复杂、配合精度要求高、零部件数量多（见图1），因而编制装配工艺难度大，如果仅靠工程师的实践经验通过CAD绘图（见图2），则设计工艺就有可能出现设计不合理的情况，一旦在现场装配过程中发现这些问题，就需对零件进行返工以及修改工艺文件，这样就会加大钻机的生产成本及延长生产周期。所以，应用计算机虚拟装配技术对传统产品进行装配工艺设计，使其达到数字化的虚拟装配，可大大提高钻机的装配效率。

图1 截取设计图

图2 计算机绘制工艺图

由于钻机结构经常会根据不同煤矿井下巷道的实际情况而改变，因此在生产过程中会出现单件、小批量，使研发和批产同时进行。钻机生产线上经常会有多个型号的钻机在生产装配，对于未定型的钻机，工艺也会随之变化。而总体装配工艺具有装配生产组织方式多变、装配件类型多、工艺复杂的特点，因此致使钻机工艺设计周期长、成本高。当遇到新型号的钻机时，往往需要投入大量的人力、物力进行装配工艺的设计和生产。

2 总体方案及关键技术

2．1 总体方案

分析实际的应用需求，针对现有二维工艺的不足搭建了三维CAD装配工艺平台。三维装配工艺流程可分为产品设计阶段、装配工艺设计阶段和制造阶段3个阶段，如图3所示。

图3 三维装配流程

2．2 三维装配工艺设计应用

采用三维软件进行装配工艺的设计主要经历了4个阶段，本文以钻机动力头为例来演示三维工艺设计方法。

第一阶段：利用Pro／E强大的三维以及二维绘图功能，将Pro／E数模爆炸编辑后转换为二维图，接着使用Pro／E的转化功能将二维投影图转化成．DXF文件，从而利用CAPP编制工艺文件。具体操作过程为：Pro／E三维模型图—Pro／E爆炸图—Pro／E二维投影图—转换成．DXF文件—导入CAPP编制工艺文件—打印工艺文件。用Pro／E软件打开的三维装置图如图4所示。利用软件的视图工具将装配图分解成Pro／E爆炸图，如图5所示。

图4 Pro／E三维装置图

结构复杂的钻机零部件三维图，占用系统资源过多，致使计算机运行缓慢，容易出现死机。二维投影图转化成．DXF文件所需时间太长，转化后生成的．DXF文件大（本例为18．3MB），这样就导致使用CAPP进行工艺文件编制时不方便，极易出现计算机死机的情况，图中的形状线条多而乱，打印出来的工艺文件图形很模糊，这样的工艺文件在钻机生产现场使用时就没有了实际意义。

图5 Pro／E三维爆炸图

第二阶段：使用Pro／E的三维建模和转化二维功能，把Pro／E三维模型图爆炸编辑后转化为二维平面图，再利用Pro／E的绘图功能把刚刚转化的二维平面图转换生成HPP文件，利用View Companion软件将HPP文件转换成DXF文件，进而导入CAPP中进行工艺文件的编制。其操作流程为：Pro／E三维模型—Pro／E爆炸图—Pro／E二维平面图—View Companion转换成．DXF文件－导入CAPP编制工艺文件—FlashPaper打印．PDF文件出图。

第二阶段是对第一阶段中耗时太长、转化后的文件容量太大、打印后图形模糊等缺点进行的修正和优化，优化后的操作流程从二维平面图到工艺出图仅需要10s，文件大小也缩小为312kB，使用 View Companion把二维平面图转换成．DXF格式文件仅需要5s，文件缩小为3．44MB，导入CAPP编制工艺也仅需要75s，并且使用．PDF文件打印出图也很便捷。但是Pro／E数模过大还是会造成死机。

第三阶段：采用以上方法进行编制的工艺文件图中没有装配零部件的指引线，导致装配关系不清楚，所以在第二阶段的基础上又增加了三个步骤：利用FlashPaper将CAPP所编制的工艺文件打印成．PDF文件—导入Adobe Indesign编辑—导出．PDF文件，该方法可以有效地消除死机现象，从而大大提高工作效率。

第四阶段：将InteVue软件升级，升级后的InteVue软件可以将矢量图进行复制，这样可以方便地把矢量图粘贴到CAPP中，通过该方法可以大大简化工艺卡片的编制时间。

比较这4个阶段，从表1的数据中可以看出，第四阶段与第一阶段相比效率提高了十多倍。

表1 各阶段所用时间 s

3 结束语

三维装配工艺的设计还处于探索阶段，以后还需要优化完善，从而设计出更加便捷和完整的工艺文件。

［1］ 夏平均，姚英学，李建广，等．三维数字化装配工艺系统的研究［J］．哈尔滨工业大学学报，2005（1）：36－39．

［2］ 刘艳斌，赵海兵．基于3D－CAPP技术及其发展研究［J］．机械制造，2006（9）：14－16．

［3］ 彭海峰．三维装配工艺设计方法的尝试与演变［J］．合肥工业大学学报（自然科学版），2007（12）：117－120．