石紅衛(wèi)
(山西天地煤機裝備有限公司,山西太原 030006)
我國既是人口大國,也是土地大國,土地面積遼闊,各種資源豐富。我國的煤礦開采事業(yè)從建國初期到現(xiàn)在已經(jīng)有了很大突破,起初的煤礦開采主要是人力開采,在開采過程中存在各種危險,一旦發(fā)生礦坑坍塌就會損失很多人力物力;現(xiàn)今國家科技發(fā)展迅速,各種器械被應用于煤礦的開發(fā)中,但是煤礦開發(fā)環(huán)境復雜,很多器械的使用壽命較短,想要提高煤礦開采器械的使用壽命就要提高其生產(chǎn)時的備件質(zhì)量。我國大多數(shù)煤機備件是從國外進口的,近幾年也開始了煤機備件的自主研發(fā),在研發(fā)過程中應用逆向工程大大提高了煤機備件國產(chǎn)化的效率。
我國傳統(tǒng)的機械設計與生產(chǎn)過程是將設計者的設計概念轉(zhuǎn)化為實體的過程。依據(jù)產(chǎn)生設計理念,通過各種計算將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品圖紙,接著生產(chǎn)產(chǎn)品的過程稱為正向過程。逆向工程與之相反,逆向工程是根據(jù)實物或樣品進行產(chǎn)品的反向設計與制造的過程,是對于樣品的設計理念以及設計數(shù)據(jù)的求算過程。逆向工程又稱為反向工程,以樣品為依據(jù)來求出產(chǎn)品參數(shù)的過程是其實質(zhì),這種工程在20 世紀末就已經(jīng)掀起了一股熱潮。逆向工程的核心是數(shù)字化技術(shù),以樣品為依據(jù),通過數(shù)字化的測量儀器對樣品進行精細測量,構(gòu)造立體模型,將模型的各種數(shù)據(jù)進行處理后用機器直接加工成產(chǎn)品,制造出大量產(chǎn)業(yè)所需要的模型。逆向工程技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展為我國各種產(chǎn)業(yè)備件生產(chǎn)的核心。
(1)對煤機備件的樣品的數(shù)據(jù)采集。樣品數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步,數(shù)據(jù)采集是產(chǎn)品表面數(shù)據(jù)的獲取技術(shù),對數(shù)據(jù)采集時需要運用快速有效的數(shù)據(jù)采集方法。逆向工程中對數(shù)據(jù)的采集方法通常有:①通過照相的方法,根據(jù)光源的不同,利用計算機等科學儀器將其還原為立體數(shù)據(jù)模型;②通過專業(yè)的器材測量儀器直接獲取三維模型的數(shù)據(jù);③近幾年才發(fā)展起來的激光掃描測量法和斷層掃描測量法。這幾種方法都可以快速收集到樣品各個方面的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)也都比較準確。
(2)煤機備件模型的構(gòu)造。樣品的數(shù)據(jù)采集完畢后,就要對這些數(shù)據(jù)進行分析。根據(jù)這些數(shù)據(jù)在計算機中形成立體模型,就完成了逆向工程的目的,得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型用于產(chǎn)品的再造和改善完善等方面的再設計。
(3)煤機備件的制造。利用測量到的數(shù)據(jù)和構(gòu)造好的模型,對煤機備件進行制造,可以實現(xiàn)煤機備件制造的方法有3 種:①通過計算機直接將數(shù)據(jù)輸入到數(shù)控加工設備上,通過數(shù)控加工設備直接加工出產(chǎn)品;②將數(shù)據(jù)輸入到計算機中,利用模具設計軟件,將所需要的模具模型進行立體化處理,對模具的模型設計好后再加工出成型的模具,再由模具生產(chǎn)出需要的各種產(chǎn)品;③產(chǎn)品設計,利用已經(jīng)測量好的煤機備件的各個方面數(shù)據(jù),對該備件進一步地改進加工,重新設計該備件,加強其不足之處,依靠相應的設計軟件和設計人員,在此基礎上不僅可以對煤機備件進行改進,還可以對該產(chǎn)品進行一系列的開發(fā)。
(1)對于煤機備件表面的數(shù)據(jù)測量技術(shù)不夠完備。關于物體的數(shù)據(jù)測量精度有時難以保證,測量的精度與測量設備的最小精度和測量人員的技術(shù)有關。我國逆向工程所用的測量儀器大都由國外進口,進口測量儀器的測量精度大多數(shù)在0.001 mm左右,有的測量儀器精度可以達到0.000 5 mm,國產(chǎn)的測量儀器都不能達到該精度。
(2)有些煤機備件的表面較復雜。由于探測儀器探測不到或光線照不到的地方,比如拐角處可能測不到,往往會造成數(shù)據(jù)測量不全面或者數(shù)據(jù)測量誤差較大的情況,給曲面的模具構(gòu)造造成困難。
(3)體積較大且表面形狀較為復雜的的煤機備件。進行測量時往往分成若干個部分進行測量,在測量過程中有很多數(shù)據(jù)不能夠準確重疊,在煤機備件的生產(chǎn)或模具的設計過程中會出現(xiàn)很大誤差。
(4)測量時測量人員的專業(yè)技術(shù)不達標。應用逆向工程的關鍵不在于設備的好壞,而在于測量人員的熟練度和應用軟件的能力,設備誤差和系統(tǒng)誤差是不能忽視的因素,而人才才是逆向工程應用時的最關鍵問題。在對樣品進行測量時會有人為因素的干擾,測量人員的專業(yè)技術(shù)能力不強也會對測量結(jié)果造成干擾,在煤機備件設計過程中會產(chǎn)生很大誤差,降低煤機備件的質(zhì)量。
逆向工程應用于煤機備件生產(chǎn)過程可以直接加工相關的仿制產(chǎn)品,也可以制作相關模具再進行產(chǎn)品的制作。建立一個完整的逆向工程制造體系通常需要以下的設備:①測量頭,測量頭是測量數(shù)據(jù)的關鍵部件,分為接觸式和非接觸式;②測量儀器,測量儀器通常有三坐標測量儀和激光掃描儀器等;③逆向工程軟件,該軟件應該有消除測量誤差,可以對收集到的數(shù)據(jù)行編輯,生產(chǎn)出質(zhì)量更好的備件的功能;④數(shù)控加工機器,對數(shù)據(jù)進行加工處理后直接傳輸給數(shù)控加工設備,進行產(chǎn)品的生產(chǎn);⑤快速生產(chǎn)裝備,備件應用是比較緊急的,數(shù)量也會很大,因此逆向工程的產(chǎn)品生產(chǎn)設備要擁有高效快速生產(chǎn)備件的特點。
煤礦是我國最主要的熱能來源之一,被應用于各個領域,煤礦器械的零件能否高效、快速、準確地按原進口的備件進行仿制,能否降低備件的制造成本,能否提高制造出的備件的性價比,是當下做好煤機備件國產(chǎn)化工作的關鍵。在煤機備件國產(chǎn)化工作過程中應用逆向工程,是解決這些問題的最好方法。逆向工程的優(yōu)點有:①逆向工程技術(shù)可以提取進口煤機備件的所有數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)化為數(shù)字化系統(tǒng),這些設備提取的數(shù)據(jù)準確性高、可靠性高,減少了人工測繪帶來的誤差,且收集的數(shù)據(jù)可以自動生成圖紙,不需要人工手繪圖紙;②數(shù)字化的數(shù)據(jù)可以直接轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品模型,模型輸入數(shù)控設備后可以直接加工相應的煤機備件,該數(shù)據(jù)也可以反復設計和反復加工煤機備件生產(chǎn)所需的模具,可以消除傳統(tǒng)加工方法步驟過多而造成的誤差,保證生產(chǎn)出的煤機備件各方面尺寸的準確性;③利用逆向工程可以將數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)記錄,可以對這些數(shù)據(jù)進行可行性分析,保證了逆向工程仿制備件的科學性。
社會飛速發(fā)展,科學技術(shù)發(fā)展迅速,人們只注重產(chǎn)品制造的速度,忽略了產(chǎn)品的質(zhì)量,尤其是大型工業(yè)器械的磨損消耗越來越嚴重,煤礦開采作為我國一大工業(yè),機械零件的磨損十分嚴重,因此需要較多的煤機備件,應用逆向工程技術(shù)可以加快煤機備件的生產(chǎn)速度,還可以對部件的不足之處進行改進,具有較多優(yōu)點。逆向工程技術(shù)在機械零件仿制過程的難點在于備件的測量。在實際的逆向工程技術(shù)的應用中,應對具體問題進行具體分析,設計最優(yōu)的煤機備件方案。逆向工程技術(shù)雖然有高效、便捷、迅速生產(chǎn)備件的優(yōu)點,但仍然存在很多弊端。逆向工程的應用還涉及到備件材料的選擇、零件的進一步檢驗等問題,還要在今后的煤機備件的國產(chǎn)化過程中進一步研究。