基于Gcode的可持續(xù)加工操作執(zhí)行順序及刀具路徑優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及制造工藝優(yōu)化技術(shù)，尤其設(shè)及一種基于Geode的可持續(xù)加工操作執(zhí)行 順序及刀具路徑優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，已有的能耗模型設(shè)及機器狀態(tài)、加工過程中的切削力、切削參數(shù)等多個方 面，盡管也出現(xiàn)了通過走刀路線對能耗進行評估的模型，但是運方面的工作僅限于對能耗 的數(shù)量化，并未采取進一步的節(jié)能措施。針對更高能效的機器和部件開發(fā)設(shè)計，國際標準化 組織（ISO)發(fā)布了節(jié)能機床的評估和設(shè)計標準，與此同時，歐洲機床制造商協(xié)會（CECIM0) 也發(fā)起了自律倡議，支持其成員探索發(fā)現(xiàn)能夠提高機床能效的方法，然而，運方面的工作很 大程度上依賴于機床制造商的投入。在產(chǎn)品開發(fā)層面，對單個產(chǎn)品中能耗的分析和評估需 要企業(yè)投入大量資金用于對產(chǎn)品制造過程進行仿真，因此并不適合于中小企業(yè)。在制造系 統(tǒng)層面，面向可持續(xù)制造的加工工藝規(guī)劃和車間作業(yè)調(diào)度優(yōu)化的研究工作主要集中在兩個 方面：（1)通過優(yōu)化加工參數(shù)降低制造能耗；似通過優(yōu)化調(diào)度減少機器空閑時間，降低制 造能耗。而作為工藝規(guī)劃的另一個重要的環(huán)節(jié)，刀具路徑規(guī)劃對于制造能耗的影響不容忽 視。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于Geode的可 持續(xù)加工操作執(zhí)行順序及刀具路徑優(yōu)化方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于Geode的可持續(xù)加工操作 執(zhí)行順序及刀具路徑優(yōu)化方法，包括W下步驟：
[0005] 步驟1，導入加工工件所需的Geode文件，并根據(jù)原加工操作執(zhí)行順序?qū)氲?Geode文件進行編號，構(gòu)建初始編碼；
[0006] 步驟2,讀取步驟1中導入的Geode文件中的刀具名稱W及走刀過程中的刀位點坐 標；
[0007] 步驟3,根據(jù)物理學計算耗電量公式W及執(zhí)行相鄰Geode文件時的換刀情況，建立 換刀能耗模型，并W此模型為基礎(chǔ)，W減少加工過程中的換刀能耗為目標，根據(jù)步驟2讀取 的刀具名稱和刀位信息，在滿足加工操作間幾何約束的前提下，采用優(yōu)化算法對Geode文 件執(zhí)行順序進行優(yōu)化；
[0008] 步驟4,按照步驟3所得的優(yōu)化執(zhí)行順序，對所有Geode文件進行加工單元劃分；
[0009] 步驟5,根據(jù)物理學計算耗電量公式W及步驟4對各Geode文件中加工單元的劃分 情況，建立與刀具路徑相關(guān)的能耗模型，并W此模型為基礎(chǔ)，W減少加工過程中的空走刀能 耗為目標，W步驟4劃分的加工單元間的幾何關(guān)系為約束條件，采用優(yōu)化算法對各加工單 元間的走刀路線進行優(yōu)化；
[0010] 步驟6,按照步驟3優(yōu)化所得的執(zhí)行順序生成新的Geode文件，將步驟5優(yōu)化所得 的走刀路線寫入到新的Geode文件中，獲得優(yōu)化后的Geode文件。
[0011] 按上述方案，所述步驟3和步驟5所述的物理學計算耗電量公式如下：
[0012] W=PowerXTime
[0013] 其中，W為耗電量，Power和Time分別為功率和時間。
[0014] 按上述方案，所述步驟3所述的換刀能耗模型如下：
[0015]
[001引其中，ECtwkh。。,。為換刀能耗，P twieh。。,。和T twkh。。,。分別為換刀功率和換刀時間，F(xiàn)lagi為第i個Geode文件執(zhí)行完后是否需要換刀的標志，若需要換刀則Flag1為1，否則， Flagi為 0。
[0017] 按上述方案，步驟3所述的加工操作間幾何約束是否滿足的判斷方法如下：
[0018] 根據(jù)步驟2中讀取的Geode文件的刀位點坐標，可得相應加工操作走刀過程中X 軸和y軸方向上的最大坐標值（Xm。、，ymJ和最小坐標值（Xnu。，ymJ;設(shè)兩個加工操作和 Oj所對應的刀位在X軸上的坐標范圍分別為（Ximi。，XimJ和（Xjmi。，XjmJ，在y軸上的坐標范 圍分別為和打，。1。，7，。。=<)，若兩組范圍之間均存在交集，則操作〇1和〇，之間存在 幾何約束，不能調(diào)整它們的加工順序；否則，操作〇1和0i之間不存在幾何約束，可W調(diào)整兩 個操作的加工順序。
[0019] 按上述方案，步驟3中所述的優(yōu)化算法包括窮舉算法和模擬退火算法。
[0020] 按上述方案，當步驟1中導入Geode文件的數(shù)量小于等于10時，采用窮舉算法，否 則采用模擬退火算法。
[0021] 按上述方案，所述模擬退火算法中采用的概率公式如下：
[0022]
[002引其中ECTwkhangeNew和EC了。。1。4。。日咖汾別為新解和原解的換刀能耗，了""1為退火前的 初始溫度，random為隨機數(shù)。
[0024] 按上述方案，所述步驟4中所述的對Geode文件進行加工單元劃分的方法如下：
[00巧]4. 1)對于Geode文件中的G73、G74、G76等用于循環(huán)加工孔特征的G代碼，每個孔 特征所對應的坐標對應為一個加工單元，并且各單元間無優(yōu)先約束關(guān)系；
[0026] 4. 2)對于Geode文件中的其他加工特征，W定位G代碼G00為加工單元劃分的界 限，若連續(xù)兩個或多個G00后的x、y、z坐標相同，則將運些G00W及它們后續(xù)的刀位坐標劃 分為一個加工單元，加工單元內(nèi)的各個操作之間存在嚴格的優(yōu)先約束關(guān)系，若當前G00的 X、y、Z坐標與其后續(xù)G00的X、y、Z坐標不相同，則該G00及其后續(xù)的刀位坐標單獨作為一 個加工單元。
[0027] 按上述方案，所述步驟5中所述的加工單元間幾何關(guān)系的判斷方法如下：
[002引從Geode文件中讀取出每個加工單元在X、y軸上的坐標范圍（Xmin，Xmax)和（ymin，ymax)。設(shè)任意兩個加工單元Ci和C.j在X軸上的坐標范圍分別是（X imin，Ximax)和（Xjmin，Xjmax)， 在y軸上的坐標范圍分別為（Yimi。，yimJ和（yimi。，yjmJ，若。和C i的坐標范圍在X軸和y 軸上均無交集，或者僅在X軸或y軸上的有交集，則。和C,之間無幾何約束；否則，C1和C, 之間存在幾何約束，不能更換走刀路線。
[0029] 按上述方案，所述步驟5中所述的優(yōu)化算法包括窮舉算法和模擬退火算法。
[0030] 按上述方案，若步驟5中采用模擬退火算法，其概率公式如下：
[0031]
[0032] 其中，ECs。l。tl。nNe濟ECs。l。。。n。ld分別為新刀路和原刀路的能耗，Tstart為退火其實溫 度，random為隨機數(shù)。
[0033] 按上述方案，所述步驟5中所述的與刀具路徑相關(guān)的能耗模型如下：
[0034]
[003引其中，EC為各加工單元間連接刀路段的走刀總能耗，P,、Py和P,分別為x、y、zΞ個 軸向的功率，Ps為主軸功率，T1為第i段連接刀路（共k段連接刀路）上的走刀時間，TU、 Tiy和TU分別為在第i段連接刀路（共k段連接刀路）上沿x、y、zΞ個軸向的走刀時間分 量。
[0036] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：首先，本發(fā)明不再局限于僅僅對加工過程能耗的數(shù)量 化工作，而是更進一步通過對加工操作執(zhí)行順序和刀具路徑兩個層次的優(yōu)化，實現(xiàn)了最小 化制造能耗的目標。其次，相對于目前用于生成Geode文件的CAM軟件來講，本發(fā)明對Geode 文件進行了進一步的面向制造能耗的優(yōu)化處理，在原有Geode注重制造效率的基礎(chǔ)上，進 一步兼顧了制造能耗。再次，相對于目前通過優(yōu)化加工參數(shù)和調(diào)度過程實現(xiàn)降低制造能耗 的目標來講，本發(fā)明更進一步將直接影響加工過程能耗的操作執(zhí)行順序和刀具路徑兩個因 素考慮進來，使得對工藝規(guī)劃的優(yōu)化更進一步。
【附圖說明】
[0037] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0038] 圖1是本發(fā)明實施例的方法流程圖；