研究逆向工程技术在食品机械中的运用

徐可

随着科学技术的不断发展，人们的生活质量大幅度提升，对于饮食的要求也越来越高。食品工业作为国家轻工业的支柱产业，对于居民的生活质量起着决定性作用，食品工业的发展也带动了机械产品的更新换代，新的机械设备对于提升食品种类、安全以及质量都有着一定的推动作用。不过，当前我国食品机械行业的发展仍处于基层阶段，产品的档次以及创新性相对较低，设备的运行稳定性、技术水平较低。为了更好地适应市场的需求，很多企业积极借鉴国外的先进技术，其中逆向工程技术成为最受重视的前沿技术形式之一。

一、逆向工程技术概述

逆向工程技术是指在工业生产过程中，通过对实体物的反向操作而生成计算机几何图形，以此获取物体模型的一种技术手段，一般被称为“反求技术”。当前国内外对这方面的研究逐步深入，已逐步突破实际测量、数据处理、CDA重建领域，获得越来越广泛的应用。

相较于正向建模这种将概念以及模型向实际产品转化的技术手段，逆向建模首先需要获取已有的原型，经过三维扫描后，用计算机软件系统处理，然后根据处理结果进行曲面重构，确定总体方案后，经过数控机床加工，最终获得新的产品。当前这种技术多应用于发达国家，利用该技术制造的食品机械较为成熟、稳定，具有良好的配置以及使用性能。

一般的反向方案是将机械进行拆解，并将软件拆分成若干个部件以及零件，再将此类部件总体测绘后建模，根据方案图纸以及工艺分析后，加工成零件，最终将其装配成产品。这种建模的开发周期相对较长，对于部分工艺比较复杂的产品而言，其难度以及成本相对较大。而逆向建模是将所需要设计的零部件系统扫描，以便获取其复杂的外部特征，再通过打印设备获取数据，然后进行扫描以及仿制。

二、食品机械中逆向工程的关键环节

“凸轮导槽”是常见的食品机械部件，其封口的部件为啮合紧压面片，在使用时容易发生损毁，并且更换难度较大。因此在进行零件的设计时，可以通过逆向工程进行研制。

1.机械特征信息处理。在进行食品机械产品的设计时，首先应用建模软件进行系统扫描，获取其直观的数据信息。这种三维扫描技术最开始应用于大型企业的机械行业，发达国家的技术较为先进，早在20世纪90年代便开始采用。在食品机械行业中，通过获取外观的机械尺寸，便能够获取立体尺寸数据，经过计算机处理后将信息向数控加工机床输送，以获取机械的特征信息。完成扫描后，测量产品的尺寸信息，根据三维扫描的特点测量零件表面各个位置数据来进行产品的仿制，然后便可以获得相同的产品模型，整体的精确度较高。

2.零件的数据采集与处理。获取关键的产品零件数据是后续各项工作的基础，在进行数据采集时，需要保证采集设备指标的准确性以及完整性，为后续各项方案切实提供保障。（1）在进行信息采集时，首先对机械的结构进行充分分析，合理规划采集方案。因为产品对于凸轮槽表面有较高的要求，所以在采集時应该采用经过标记处理的非接触式扫描仪进行扫描;因为产品识别具有一定的难度，在对非对称面进行扫描时，应该通过拼接扫描的形式进行自动拼接。为了确保最终扫描能够顺利完成，可以在平面区域或者是曲率相对较小的位置规划标识位置，以防止对曲面的特征造成影响。根据三点原则确立平面，标志点的位置应该位于相同的直线上，正反两面避免对称粘贴。为了能够自动完成拼接，在相邻的旋转角度间，公共标志点应该在四个以内，从而获得更加精确完整的数据。（2）将所获取的数据通过点云处理的方式导入逆向软件工程中，经过一系列的处理之后，获取多边形的模型以及网格，同时将其自动转化为曲面的形式。因为产品设计时需要考虑曲面的光滑度，所以在进行处理时对产品进行数字化设计，能够确保最终产品的机械特征。

3.特征曲线的获取。在进行特征信息的获取时，要对凸轮槽机构进行详细剖解分析，从整体开始最后延续到局部。在进行特征分析时，需要通过科学的分析仪器获取数据，比如借助于测量机量取凸轮槽圆柱的高度以及半径等，随后手动测量圆柱的表面孔径以及侧向的孔径信息，借助于三维扫描后的点云信息获得凸轮槽曲线以及孔径数据。首先在相同的角度上测量槽面高度，曲面完全对正后，将曲面向凸轮槽进行投影，根据拟合软件来获取流线数据。在相同的底面圆弧条件下，获取均布曲线，根据等分线以及凸轮槽曲线的投影来进行命令查询。了解不同座轴坐标，标记为曲面上的高度，根据所测量的坐标进行曲线线段的绘制。将所有的曲线进行连接，便获得了高精度的凸轮槽外观，经过控制点的调整最终获得曲线。为了确保曲线的形状吻合，还应该做好曲线的相切处理以及曲线率合理，将控制点减少，以便确保曲线的光顺度。

4.创建零件特征。曲面生成时可以应用多种生成方式，在工具软件中生成拉伸、旋转、导动等命令以获得曲面的点阵，将点阵进行直纹扫描、导动最后生成曲面，根据点阵以及曲线信息来获取形状，其它零件特征的创立方式包括圆角、桥面以及网格等。在获得CAD曲面信息后，因为计算机辅助设计所获取的曲面与原产品之间存在一定的差异，为了更好地对设计以及装配进行配合，应该将重构获得的模型数据导入文件中，再将软件中的文件与原始点进行分析对比，从而获得检测的数据结果。在进行模型质量分析时，首先将CAD模型以及扫描的软件数据内容设置为对象以及参考对象，再进行数据拟合，完成坐标对齐以及3D比较，呈现直接的彩色图形直观信息，然后根据数据结果了解图形偏差，以确保其能够符合产品的开发需要，最后软件中的质量报告生成后将结果保存。

三、凸轮导槽的多轴加工

食品机械产品具有较多特色，制作方式主要是四轴加工。通过表面的加孔处理来实现其功能，槽以及侧孔的加工采用四轴的模块，因为零件相对较短，加工时应该通过辅助元件来进行装夹，编程时则借助于计算机软件生成加工程序。

首先进行粗加工，在加工时将余量除去，选择标准尺寸的立铣刀，通过四轴柱面曲线加工的方式进行往复加工，降低刀具的运行次数。采取“直线下刀”的方式进行切入，避免因为过度的振动导致刀具出现误操作或是器具损坏。在沿着切线切入时，其槽深度应该为10mm;在进行分层切入时，切入的深度应该维持在3mm，同时应该将切入参数维持在刚性范围中，以确保最终的工作效率。

在进行精加工时，选择科学的刀具参数和尺寸后进行环形走刀，通常刀具为硬质合金立铣刀，可以确保曲面的精度满足规范，环形旋转维持加工的行距为1mm    左右。

完成工艺处理后需要做好零件仿真加工前的检查，所借用的软件为计算机仿真软件。为了更好地验证工艺结果，需要通过软件仿真模块进行程序优化，呈现粗加工以及细加工后的直观结果。通过加工机床系统进行零件程序的后续匹配，通过软件生成相应的零件程序仿真匹配系统，借助于在线传输的存储输入模式，将数据向机床中导入。根据实际的零件加工结果，在配有系统四轴联动的加工中心上采用定位的加工成型模式，将所有的零件一次性完成夹装，同时用新的零件将损毁的零件自动替换，还可以进行后续设备的操作环节，在导槽机构运行正常的情况下，能够投入正常使用，满足食品加工的实际需求。

四、结论

随着工业技术的持续升级和发展，制造行业的自动化水平不断优化，关键零部件的生产也不断复杂化，传统的生产制造工艺逐渐被时代所淘汰，数字化时代的到来给食品机械工艺提出了新的机遇以及挑战。通过数字化的方式进行零部件的加工，能够大幅提升生产效率，而逆向技术作为一种新型的数字化技术手段，为制造业提供了全新的思路以及借鉴的典范，未来还需要不断研究创新，从而为我国经济发展以及人民生活质量的提升，提供充足且持久的动力。

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