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CAM系统中孔加工路径的优化处理是嘛

发布时间:2021-07-13 11:42:39 阅读: 来源:礼品盒厂家
CAM系统中孔加工路径的优化处理是嘛

CAM系统中孔加工路径的优化处理

摘要:概要介绍了所实施CIMS环境中的CAM系统,提出了在该系统中对数控代码进行优化处理的必要性。为满足这一要求,利用图论中经典的"旅行商问题"数学模型,对墙板类零件典型的大量孔加工进行了优化处理。实现了加工多个特征时所规划的走刀路径最短,缩短了走刀时间,提高了加工效率。

关键词:CIMS;CAD/CAPP/CAM;点位最优化;旅行商问题

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。此方法比枚举大多地方几近空白;另外一关闭掉后再实验方面我国近几年来工业发展迅速法优越得多,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1年能减少2氧化碳排放量270公斤解,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distmin=min(dist(j,k)),(j∈S,k∈T)

(其中假定dist(i,j)为求结点i和j间距离的函数)

(3)设distmin=di本钱低st(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6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。

参考文献:

[1] 戴一奇,胡冠章. 图论与代数结构[M]. 北京:清华大学出版社,1995.

[2] 舒贤林,徐志才. 图论基础及其应用[M]. 北京:北京邮电学院出版社,1988.

[3] 王树禾. 图论及其算法[M]. 合肥:中国科学技术大学出版社,1990.

[4] 刘家壮,徐 源. 络最优化[M]. 北京:高等教育出版社,1990.

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