CAM系统中孔加工路径的优化处理
日期：2008-11-14 22:52:56 来源：中国自动化网
点击： 作者：
点击： 作者：
点击【 大 中 小 】放大字体.
CAD/CAPP/CAM系统在CIMS中占有极其重要的地位。在某企业CIMS一期工程中，实现了基于产品数据管理(Product Data Management，PDM)的初步集成。该工程采用的CAD/CAM商用软件为I-DEAS，CAM系统以I-DEAS GM模块为平台，一方面接受CAPP生成的工艺结果，另一方面接受CAD的几何实体信息，生成各种加工信息，自动规划刀位轨迹，经过后置处理模块，生成适用于不同数控系统的NC代码。
尽管创成式CAPP规划了工序内容，但没有约束一道工序内的加工顺序。如果工序内含有多个加工特征，如加工多个孔，则其加工顺序由CAD系统的造型次序决定，因为CAM加工特征的实体号由CAD传递过来的。设计人员在造型过程中不考虑加工顺序，这就意味着CAM规划的加工顺序是随机的，由此会增加走刀路径，增加能耗和降低加工效率，特别是加工特征数量很大时，这种问题暴露得更加明显。本文采用数学上的"便宜"算法，在生成数控代码的过程中，进行了特征加工的点位最优化，很好地解决了该问题。
1 数学描述
特征加工点位优化的数学模型是图论中的旅行商问题。这一问题的原形，即有一个旅行售货商要从他所在的村子出发，到周围的几个村子售货，每个村子去一次，最后回到出发点，求他的一条最短路径。如果抽象成数学语言，可以说成: 给定一个正权完全图，求其最短的哈密尔顿道路。如图1所示，这是由结点V1至V6组成的正权完全图G，结点间的细线称作边，设线的长度为边权;则粗线是旅行商问题的解。
对这类问题的精确求解法是分支与定界法，它是在搜索过程中不断地构造分支与确定界值;一旦确定了界值，则对大于等于界值的分支不再搜索，最后得到的界值就是问题的最优解。此方法比枚举法优越得多，但是在最坏情况下，其计算复杂度仍为(n!)次(枚举法的平均计算复杂度为(1/2(n-1)!))。因此，在实际问题中，需要采用近似算法求得问题的近似最优解，以避免巨大的计算量。"便宜"算法是其中较好的一种近似算法。
为了采用该算法，我们假定:①G是由n个结点组成的无向正权图，即G的任意两结点间有边，且边无向;②G的任意三结点符合三角不等式关系:两边之和大于第三边。
如果设G的边权代表结点间的距离，用结点vk的下标K(K为结点序号)建立两个序列S和T，则算法描述如下:
(1)置 S={2，3，¨¨，n}，T={1};
(2)对S中的各结点，求distmin=min(dist(j,k))，(j∈S,k∈T)
(其中假定dist(i,j)为求结点i和j间距离的函数)
(3)设distmin=dist(m,n), (m∈S,n∈T)
若dist(m,n-1)-dist(n,n-1)≤dist(m,n+1)-dist(n,n-1),则m插入到T的n-1、n之间，否则，m插入到T的n、n+1之间。
在S中将m的位置置为零;
若S=Ф，结束;否则转第(2)步。
T是一个不断扩充的初级道路，最初只有一个结点。结点m插入的原则是寻找插入后对总路程贡献小的位置。如果旅行商问题的最优解为Q，"便宜"算法的解是T，则可以证明T/Q<2。这一结果的近似程度并非理想，但在实际中它的解与最优解十分接近，计算复杂度小，因而我们采用此种算法。
2 程序算法
程序逻辑如图2和图3所示。
先从后置处理模块产生的初始数控代码文件中读出各特征位置，即加工中各个特征的坐标值，按"便宜"算法求得最短路径后，遵从模态原则回写到原文件中。
3 实际验证
上述算法通过编码实现，应用在企业CIMS的 CAM分系统中，取得了很好的效果。图4是一个墙板类零件的孔加工示意图。
在加工多个孔特征时，例如，钻12个孔，走刀路径由CAD特征造型次序决定，其值并非最优，如图5所示。经过本文提出的算法优化后，刀位路径结果如图5所示，图中虚线为刀具路径。
4 结语
作者将经典的旅行商问题数学模型成功地应用于CAM分系统的后置处理模块中，解决了生产实际问题。经过实际验证，尤其是在打中心孔时，由于一把刀具要完成80余个孔的加工，经过该方法优化的刀具路径和原始的未经处理的路径相比，大大缩短了加工时间。因此，本文的算法符合实际情况，解决了多孔加工时刀具路径冗长、加工效率较低的问题。
plcjs.技.术_网
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
尽管创成式CAPP规划了工序内容，但没有约束一道工序内的加工顺序。如果工序内含有多个加工特征，如加工多个孔，则其加工顺序由CAD系统的造型次序决定，因为CAM加工特征的实体号由CAD传递过来的。设计人员在造型过程中不考虑加工顺序，这就意味着CAM规划的加工顺序是随机的，由此会增加走刀路径，增加能耗和降低加工效率，特别是加工特征数量很大时，这种问题暴露得更加明显。本文采用数学上的"便宜"算法，在生成数控代码的过程中，进行了特征加工的点位最优化，很好地解决了该问题。
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
1 数学描述
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
特征加工点位优化的数学模型是图论中的旅行商问题。这一问题的原形，即有一个旅行售货商要从他所在的村子出发，到周围的几个村子售货，每个村子去一次，最后回到出发点，求他的一条最短路径。如果抽象成数学语言，可以说成: 给定一个正权完全图，求其最短的哈密尔顿道路。如图1所示，这是由结点V1至V6组成的正权完全图G，结点间的细线称作边，设线的长度为边权;则粗线是旅行商问题的解。
plcjs.技.术_网
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
对这类问题的精确求解法是分支与定界法，它是在搜索过程中不断地构造分支与确定界值;一旦确定了界值，则对大于等于界值的分支不再搜索，最后得到的界值就是问题的最优解。此方法比枚举法优越得多，但是在最坏情况下，其计算复杂度仍为(n!)次(枚举法的平均计算复杂度为(1/2(n-1)!))。因此，在实际问题中，需要采用近似算法求得问题的近似最优解，以避免巨大的计算量。"便宜"算法是其中较好的一种近似算法。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
为了采用该算法，我们假定:①G是由n个结点组成的无向正权图，即G的任意两结点间有边，且边无向;②G的任意三结点符合三角不等式关系:两边之和大于第三边。
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
如果设G的边权代表结点间的距离，用结点vk的下标K(K为结点序号)建立两个序列S和T，则算法描述如下:
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
(1)置 S={2，3，¨¨，n}，T={1};
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
(2)对S中的各结点，求distmin=min(dist(j,k))，(j∈S,k∈T)
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
(其中假定dist(i,j)为求结点i和j间距离的函数)
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
(3)设distmin=dist(m,n), (m∈S,n∈T)
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
若dist(m,n-1)-dist(n,n-1)≤dist(m,n+1)-dist(n,n-1),则m插入到T的n-1、n之间，否则，m插入到T的n、n+1之间。
plcjs.技.术_网
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
在S中将m的位置置为零;
WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
若S=Ф，结束;否则转第(2)步。
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
T是一个不断扩充的初级道路，最初只有一个结点。结点m插入的原则是寻找插入后对总路程贡献小的位置。如果旅行商问题的最优解为Q，"便宜"算法的解是T，则可以证明T/Q<2。这一结果的近似程度并非理想，但在实际中它的解与最优解十分接近，计算复杂度小，因而我们采用此种算法。
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
2 程序算法
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
程序逻辑如图2和图3所示。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
先从后置处理模块产生的初始数控代码文件中读出各特征位置，即加工中各个特征的坐标值，按"便宜"算法求得最短路径后，遵从模态原则回写到原文件中。
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
3 实际验证
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
上述算法通过编码实现，应用在企业CIMS的 CAM分系统中，取得了很好的效果。图4是一个墙板类零件的孔加工示意图。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
在加工多个孔特征时，例如，钻12个孔，走刀路径由CAD特征造型次序决定，其值并非最优，如图5所示。经过本文提出的算法优化后，刀位路径结果如图5所示，图中虚线为刀具路径。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
4 结语
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
作者将经典的旅行商问题数学模型成功地应用于CAM分系统的后置处理模块中，解决了生产实际问题。经过实际验证，尤其是在打中心孔时，由于一把刀具要完成80余个孔的加工，经过该方法优化的刀具路径和原始的未经处理的路径相比，大大缩短了加工时间。因此，本文的算法符合实际情况，解决了多孔加工时刀具路径冗长、加工效率较低的问题。
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
评论内容
载入中...
载入中...
P
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
·最新招聘信息
·最新求职信息
·推荐产品
·推荐厂商
·栏目热门排行
·站内热门排行