隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量大幅度提升，對(duì)于飲食的要求也越來(lái)越高。食品工業(yè)作為國(guó)家輕工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，對(duì)于居民的生活質(zhì)量起著決定性作用，食品工業(yè)的發(fā)展也帶動(dòng)了機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代，新的機(jī)械設(shè)備對(duì)于提升食品種類、安全以及質(zhì)量都有著一定的推動(dòng)作用。不過(guò)，當(dāng)前我國(guó)食品機(jī)械行業(yè)的發(fā)展仍處于基層階段，產(chǎn)品的檔次以及創(chuàng)新性相對(duì)較低，設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性、技術(shù)水平較低。為了更好地適應(yīng)市場(chǎng)的需求，很多企業(yè)積極借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，其中逆向工程技術(shù)成為最受重視的前沿技術(shù)形式之一。
一、逆向工程技術(shù)概述
逆向工程技術(shù)是指在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)實(shí)體物的反向操作而生成計(jì)算機(jī)幾何圖形，以此獲取物體模型的一種技術(shù)手段，一般被稱為“反求技術(shù)”。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)這方面的研究逐步深入，已逐步突破實(shí)際測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、CDA重建領(lǐng)域，獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
相較于正向建模這種將概念以及模型向?qū)嶋H產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的技術(shù)手段，逆向建模首先需要獲取已有的原型，經(jīng)過(guò)三維掃描后，用計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)處理，然后根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行曲面重構(gòu)，確定總體方案后，經(jīng)過(guò)數(shù)控機(jī)床加工，最終獲得新的產(chǎn)品。當(dāng)前這種技術(shù)多應(yīng)用于發(fā)達(dá)國(guó)家，利用該技術(shù)制造的食品機(jī)械較為成熟、穩(wěn)定，具有良好的配置以及使用性能。
一般的反向方案是將機(jī)械進(jìn)行拆解，并將軟件拆分成若干個(gè)部件以及零件，再將此類部件總體測(cè)繪后建模，根據(jù)方案圖紙以及工藝分析后，加工成零件，最終將其裝配成產(chǎn)品。這種建模的開發(fā)周期相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)于部分工藝比較復(fù)雜的產(chǎn)品而言，其難度以及成本相對(duì)較大。而逆向建模是將所需要設(shè)計(jì)的零部件系統(tǒng)掃描，以便獲取其復(fù)雜的外部特征，再通過(guò)打印設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行掃描以及仿制。
二、食品機(jī)械中逆向工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
“凸輪導(dǎo)槽”是常見(jiàn)的食品機(jī)械部件，其封口的部件為嚙合緊壓面片，在使用時(shí)容易發(fā)生損毀，并且更換難度較大。因此在進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)逆向工程進(jìn)行研制。
1.機(jī)械特征信息處理。在進(jìn)行食品機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)用建模軟件進(jìn)行系統(tǒng)掃描，獲取其直觀的數(shù)據(jù)信息。這種三維掃描技術(shù)最開始應(yīng)用于大型企業(yè)的機(jī)械行業(yè)，發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)較為先進(jìn)，早在20世紀(jì)90年代便開始采用。在食品機(jī)械行業(yè)中，通過(guò)獲取外觀的機(jī)械尺寸，便能夠獲取立體尺寸數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后將信息向數(shù)控加工機(jī)床輸送，以獲取機(jī)械的特征信息。完成掃描后，測(cè)量產(chǎn)品的尺寸信息，根據(jù)三維掃描的特點(diǎn)測(cè)量零件表面各個(gè)位置數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的仿制，然后便可以獲得相同的產(chǎn)品模型，整體的精確度較高。
2.零件的數(shù)據(jù)采集與處理。獲取關(guān)鍵的產(chǎn)品零件數(shù)據(jù)是后續(xù)各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要保證采集設(shè)備指標(biāo)的準(zhǔn)確性以及完整性，為后續(xù)各項(xiàng)方案切實(shí)提供保障。
?。?）在進(jìn)行信息采集時(shí)，首先對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分分析，合理規(guī)劃采集方案。因?yàn)楫a(chǎn)品對(duì)于凸輪槽表面有較高的要求，所以在采集時(shí)應(yīng)該采用經(jīng)過(guò)標(biāo)記處理的非接觸式掃描儀進(jìn)行掃描；因?yàn)楫a(chǎn)品識(shí)別具有一定的難度，在對(duì)非對(duì)稱面進(jìn)行掃描時(shí)，應(yīng)該通過(guò)拼接掃描的形式進(jìn)行自動(dòng)拼接。為了確保最終掃描能夠順利完成，可以在平面區(qū)域或者是曲率相對(duì)較小的位置規(guī)劃標(biāo)識(shí)位置，以防止對(duì)曲面的特征造成影響。根據(jù)三點(diǎn)原則確立平面，標(biāo)志點(diǎn)的位置應(yīng)該位于相同的直線上，正反兩面避免對(duì)稱粘貼。為了能夠自動(dòng)完成拼接，在相鄰的旋轉(zhuǎn)角度間，公共標(biāo)志點(diǎn)應(yīng)該在四個(gè)以內(nèi)，從而獲得更加精確完整的數(shù)據(jù)。
（2）將所獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)點(diǎn)云處理的方式導(dǎo)入逆向軟件工程中，經(jīng)過(guò)一系列的處理之后，獲取多邊形的模型以及網(wǎng)格，同時(shí)將其自動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲面的形式。因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮曲面的光滑度，所以在進(jìn)行處理時(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，能夠確保最終產(chǎn)品的機(jī)械特征。
3.特征曲線的獲取。在進(jìn)行特征信息的獲取時(shí)，要對(duì)凸輪槽機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)剖解分析，從整體開始最后延續(xù)到局部。在進(jìn)行特征分析時(shí)，需要通過(guò)科學(xué)的分析儀器獲取數(shù)據(jù)，比如借助于測(cè)量機(jī)量取凸輪槽圓柱的高度以及半徑等，隨后手動(dòng)測(cè)量圓柱的表面孔徑以及側(cè)向的孔徑信息，借助于三維掃描后的點(diǎn)云信息獲得凸輪槽曲線以及孔徑數(shù)據(jù)。首先在相同的角度上測(cè)量槽面高度，曲面完全對(duì)正后，將曲面向凸輪槽進(jìn)行投影，根據(jù)擬合軟件來(lái)獲取流線數(shù)據(jù)。在相同的底面圓弧條件下，獲取均布曲線，根據(jù)等分線以及凸輪槽曲線的投影來(lái)進(jìn)行命令查詢。了解不同座軸坐標(biāo)，標(biāo)記為曲面上的高度，根據(jù)所測(cè)量的坐標(biāo)進(jìn)行曲線線段的繪制。將所有的曲線進(jìn)行連接，便獲得了高精度的凸輪槽外觀，經(jīng)過(guò)控制點(diǎn)的調(diào)整最終獲得曲線。為了確保曲線的形狀吻合，還應(yīng)該做好曲線的相切處理以及曲線率合理，將控制點(diǎn)減少，以便確保曲線的光順度。
4.創(chuàng)建零件特征。曲面生成時(shí)可以應(yīng)用多種生成方式，在工具軟件中生成拉伸、旋轉(zhuǎn)、導(dǎo)動(dòng)等命令以獲得曲面的點(diǎn)陣，將點(diǎn)陣進(jìn)行直紋掃描、導(dǎo)動(dòng)最后生成曲面，根據(jù)點(diǎn)陣以及曲線信息來(lái)獲取形狀，其它零件特征的創(chuàng)立方式包括圓角、橋面以及網(wǎng)格等。在獲得CAD曲面信息后，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所獲取的曲面與原產(chǎn)品之間存在一定的差異，為了更好地對(duì)設(shè)計(jì)以及裝配進(jìn)行配合，應(yīng)該將重構(gòu)獲得的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入文件中，再將軟件中的文件與原始點(diǎn)進(jìn)行分析對(duì)比，從而獲得檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果。在進(jìn)行模型質(zhì)量分析時(shí)，首先將CAD模型以及掃描的軟件數(shù)據(jù)內(nèi)容設(shè)置為對(duì)象以及參考對(duì)象，再進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，完成坐標(biāo)對(duì)齊以及3D比較，呈現(xiàn)直接的彩色圖形直觀信息，然后根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果了解圖形偏差，以確保其能夠符合產(chǎn)品的開發(fā)需要，最后軟件中的質(zhì)量報(bào)告生成后將結(jié)果保存。
三、凸輪導(dǎo)槽的多軸加工
食品機(jī)械產(chǎn)品具有較多特色，制作方式主要是四軸加工。通過(guò)表面的加孔處理來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，槽以及側(cè)孔的加工采用四軸的模塊，因?yàn)榱慵鄬?duì)較短，加工時(shí)應(yīng)該通過(guò)輔助元件來(lái)進(jìn)行裝夾，編程時(shí)則借助于計(jì)算機(jī)軟件生成加工程序。
首先進(jìn)行粗加工，在加工時(shí)將余量除去，選擇標(biāo)準(zhǔn)尺寸的立銑刀，通過(guò)四軸柱面曲線加工的方式進(jìn)行往復(fù)加工，降低刀具的運(yùn)行次數(shù)。采取“直線下刀”的方式進(jìn)行切入，避免因?yàn)檫^(guò)度的振動(dòng)導(dǎo)致刀具出現(xiàn)誤操作或是器具損壞。在沿著切線切入時(shí)，其槽深度應(yīng)該為10mm；在進(jìn)行分層切入時(shí)，切入的深度應(yīng)該維持在3mm，同時(shí)應(yīng)該將切入?yún)?shù)維持在剛性范圍中，以確保最終的工作效率。
在進(jìn)行精加工時(shí)，選擇科學(xué)的刀具參數(shù)和尺寸后進(jìn)行環(huán)形走刀，通常刀具為硬質(zhì)合金立銑刀，可以確保曲面的精度滿足規(guī)范，環(huán)形旋轉(zhuǎn)維持加工的行距為1mm左右。
完成工藝處理后需要做好零件仿真加工前的檢查，所借用的軟件為計(jì)算機(jī)仿真軟件。為了更好地驗(yàn)證工藝結(jié)果，需要通過(guò)軟件仿真模塊進(jìn)行程序優(yōu)化，呈現(xiàn)粗加工以及細(xì)加工后的直觀結(jié)果。通過(guò)加工機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行零件程序的后續(xù)匹配，通過(guò)軟件生成相應(yīng)的零件程序仿真匹配系統(tǒng)，借助于在線傳輸?shù)拇鎯?chǔ)輸入模式，將數(shù)據(jù)向機(jī)床中導(dǎo)入。根據(jù)實(shí)際的零件加工結(jié)果，在配有系統(tǒng)四軸聯(lián)動(dòng)的加工中心上采用定位的加工成型模式，將所有的零件一次性完成夾裝，同時(shí)用新的零件將損毀的零件自動(dòng)替換，還可以進(jìn)行后續(xù)設(shè)備的操作環(huán)節(jié)，在導(dǎo)槽機(jī)構(gòu)運(yùn)行正常的情況下，能夠投入正常使用，滿足食品加工的實(shí)際需求。
四、結(jié)論
隨著工業(yè)技術(shù)的持續(xù)升級(jí)和發(fā)展，制造行業(yè)的自動(dòng)化水平不斷優(yōu)化，關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)也不斷復(fù)雜化，傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造工藝逐漸被時(shí)代所淘汰，數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)給食品機(jī)械工藝提出了新的機(jī)遇以及挑戰(zhàn)。通過(guò)數(shù)字化的方式進(jìn)行零部件的加工，能夠大幅提升生產(chǎn)效率，而逆向技術(shù)作為一種新型的數(shù)字化技術(shù)手段，為制造業(yè)提供了全新的思路以及借鑒的典范，未來(lái)還需要不斷研究創(chuàng)新，從而為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民生活質(zhì)量的提升，提供充足且持久的動(dòng)力。
