三维数字模型在工艺实践中的最佳应用

　　随着改革开放，我国逐渐成为世界制造业的生产基地，工业的蓬勃发展，使应用三维CAD软件设计产品在我国大中型制造企业得到普及。用三维CAD软件设计产品，以直观、易用于强度校核和易于编数控程序等优点得到大家的公认，对工艺流程来讲是一个绝好提升工艺文件质量的机遇。

　　以往工程师在进行零件装配时，主要是依靠装配工艺规程和装配图进行装配。如果是新的设计，就有可能出现装配中有干涉和不协调的现象产生。对工艺来讲，不了解部件的内部结构，就需要很多的时间来研究零件图和装配图。所以如果用三维数字建模来设计零件，再进行装配，就会有效避免干涉和不协调的现象，工艺人员也会很容易了解零件外形、部件的内部结构和部件与之间的相互关系，及零件与零件之间的三维空间距离，所以数字模型在工艺装配中有以下好处。

　　一、有效减少工艺人员的看图时间

　　三维数字模型的直观性可以帮助工艺人员直接了解零件内部结构，减少看图出错的几率，提高工作效率，工艺人员可以把更多的时间和精力投入到其他工作中。对于比较复杂的铸件图样，工艺人员要想在很短的时间内看明白，不是一件容易的事。有了三维数字模型再配合二维零件图样，看比较复杂的铸件图样就会比较轻松，如图1和图2所示。

　　对三维数字模型还可以进行三维立体尺寸标注，随时测量各个需要加工的工序尺寸，来检查零件实际加工的尺寸是否正确，如图3所示。对于复杂且比较大、重的零件，要想知道它的体积和重量不是一件容易的事，需要大量的计算。基于三维数字模型，得到体积和重量则是一件非常简单的事，虽然也有可能因为加工误差的关系与实物的体积和重量有一些偏差，但不会很大，如图4所示。

　　二、更好地了解组件的内部结构

　　为了更好地了解组件内部结构，需要用轴测图来表示部件的装配形式，用这种形式可以很好反映部件的装配结构。如果用过去的二维形式来画轴测图，几十个零件组成的部件可能要用十几天的时间才能够完成。用三维数字模型装配的部件，可以很容易生成轴测图。并能够及时发现问题，如：在设计过程中通过装配能够及时发现零件之间是否有干涉。在装配中有些零件之间的空间距离在二维图样中是很难确定，在三维数字模型装配中却是件很容易的事，如图5所示。同时能够可以生成任何方向的装配和轴测图，并能够做成各种方向的装配图片(可存成JPEG、TIFF等格式)，如图6和图7所示。这样就会大大提高装配工人的感官认识和实际操作能力，提高装配的速度和准确性。

　　对于来笔者公司进行培训的人员，可以通过观察各种视角的三维数字模型进行培训，还可以用透视的方法观察装配体的内部结构，从而更好地了解各个零件在装配中的理论位置(图8)。这样可以改变过去只能在现场来进行部件装配的培训方式，既经济又不受客观条件限制，可以更好地保证培训的效果。

　　三、解决实际样机中存在的问题

　　对现场工艺人员来说，判断有些零件或部件的位置是否安装正确，能够依据三维数字模型在装配中的理论空间距离来进行快速判断。

　　YL12-64喷洒室是ZL22成型机组中决定过滤嘴产品质量是否合格的重要部件，它在零件之间的位置是否正确，决定着产品质量是否合格。过去在二维装配图中有些位置的尺寸是无法测量的，实际工作零件之间的尺寸到底是多少，没有理论根据。所以在厂家调试过程中，经常会出现滤嘴棒有溶洞的现象，这个现象在过去的调试中一直是困扰工程师的问题。通过构建YL12-64喷洒室的三维数字模型，工程师测量出YL12-64喷洒室与YL12-64-8前挡板垂直方向的理论距离为1.8253mm，而实际工作中YL12-64-20部件的上盖斜挡板与前后挡板垂直方向的距离有时多达十几个毫米，经过分析和观察，发现出现溶洞现象就是因为其上盖中的斜挡板加工质量问题和角度问题。具体来讲，由于YL12-64-8前后挡板垂直方向距离过大，使得甘油酯顺着斜挡板滴落在运行中的丝束上，造成滤棒中有溶洞的现象。如果滤棒中有溶洞的现象出现，就会给滤嘴棒生产厂家造成很大浪费，这也会给设备厂造成经济损失。有了理论依据，设备厂工程师就能够根据数据来调整斜挡板与前后挡板垂直方向的距离，从而很好地解决造成滤棒中的溶洞问题，如图9所示。

　　四、制作数字媒体形式反映部件装配的全过程

　　笔者所在企业过去一直延续着用装配工艺规程和部件装配图样来指导装配，这就需要工人要有一定的文化基础和经过专业技术培训有一定识图能力。对于复杂的部件装配，工艺规程的编写也有不尽人意的地方，这需要工艺员要有实际的装配经验。

　　如果用三维数字模型在计算机中进行装配，就可以很好地了解整个部件的装配顺序，减少工艺规程编写中的错误，提高工艺规程编写的质量。对于稍有一定的文化基础和专业技术培训有一定识图能力的年轻员工，如果用插放数字媒体的形式来反映复杂部件装配的过程，再配合正确的工艺规程文件，就会很好地完成复杂部件的装配。制作好的数字媒体，不仅可用以对现场的员工进行培训，还可用以通过互联网对千里之外的协作用户进行培训，这将是未来培训的必然趋势，也是现场工艺人员用于了解装配部件内部结构最有效的方法。另外，用三维数字模型制作的视频文件存为avi形式，就可用Windows中的Windows Media Player或其他视频软件来播放，从而反映整个部件的装配过程，如图10和图11所示。

　　五、结束语

　　三维数字建模的好处是直观，可以完成二维视图所不能完成的工作，笔者认为：用插放视频文件配合工艺规程文件是未来制造企业制作装配工艺文件的必然趋势，这将大大提高工作效率。