專利名稱：數控相貫線切割機套料模塊系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種用于數控切割技術領域的套料模塊系統，特別是一種數控相貫線切割機套料模塊系統。
背景技術：
數控相貫線切割機套料方法的基本原理是將相同半徑的鋼管簇沿軸向排布，通過對鋼管相貫線的繞鋼管中心線的圓周旋轉和沿鋼管中心線的軸向移動操作，使排列成一行的鋼管簇軸向總長度最短，從而使得能從定長鋼管毛坯料中切割出盡可能多的具有不同形態相貫線的鋼管，以達到省料目的。在當今能源緊張、鋼材等原材料價格不斷上漲的情勢下，數控切割中套料環節已成為不可或缺的一個環節，能大大提高原材料的利用率，從而為企業節省大量成本開銷，并符合當前國家關于“創建節約型社會”的倡議，所以數控套料技術是一項利國利民的技術，極具發展前景和推廣價值。
但是，現在大部分企業進行數控切割時，仍采用傳統方法手工排料，即由企業排料師根據豐富的實踐經驗和直覺手工設計排料方案。材料利用率直接由排料師的經驗和直覺決定，排料優化的精度往往不夠高，導致材料利用率無法完全達到最優，而且，時間效率低下，無形中增加了企業成本，嚴重制約了企業的市場競爭力。
經對現有技術文獻的檢索發現，計算機硬件和軟件技術在世界切割行業應用的開拓者之一FastCAM公司在《航空制造技術》(2007年第二期)上發表的《全新數控切割理念與技術》，該文中提出在數控切割機機床結構、硬件配置和制造水平大致相同的情況下，數控切割機的切割效率和切割質量主要由數控切割控制決定，尤其要由優化套料編程和數控系統中的切割控制決定，而目前大部分數控切割機的數控系統沒有使用套料控制模塊，使得切割機在使用過程中普遍存在切割效率低、切割質量差、鋼材和耗材浪費嚴重的問題。
經過進一步檢索，FastCAM公司在《航空制造技術》(2005年第五期)上發表的《FastCAM套料模塊——先進的切割模塊技術》，該文描述了目前市場上主要的兩大類套料模塊以及針對該兩類套料模塊的缺陷，該公司自主研發的較為成熟的套料模塊。
上述套料模塊，都無法滿足數控相貫線切割機的套料要求，原因是這些套料模塊都是針對平板切割，對零件位置的調整都是基于平面二維空間的，假設繪圖平面為X-Y平面，則零件位置調整包括X方向位移、Y方向位移、以及繞垂直X-Y平面的Z軸的旋轉三個調整自由度；而數控相貫線切割機切割件為不同半徑的鋼管，決定了其對零件(鋼管)的位置調整是基于三維空間的，即沿鋼管中心線方向的位移、繞鋼管中心線的圓周向旋轉兩個調整自由度。為了視圖的方便，數控相貫線切割機系統將鋼管相貫線沿圓周向展開，將鋼管中心線作為X軸，鋼管圓周向作為Y軸，以此將相貫線展開于X-Y平面，故針對數控相貫線切割機系統的套料模塊亦在X-Y平面對相同半徑的鋼管進行排料，但Y方向的位移自由度不存在，因為相貫線軌跡上各離散數據點的Y坐標本質是以360°(角度制)或2π(弧度制)為周期的角度值
或
沿Y方向的位移本質上就是沿鋼管中心線的圓周向旋轉。因此在進行相貫線軌跡虛線圓周向旋轉時，并不會看到曲線沿Y軸平移，而是看到曲線的波峰波谷沿Y方向平移。這一點，是與基于平面切割的套料系統的排料思想完全不同的。因此，隨著空間管桁結構在建筑行業的越來越廣泛的應用，迫切需要開發一套用于鋼管切割的相貫線數控切割系統的專用套料模塊系統。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提出了一種數控相貫線切割機套料模塊系統，使得切割機切割大量鋼管時，能快速地進行精確排料，使毛坯料的利用率達到最大。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括NC(電腦數控加工)文件處理模塊、參數設定模塊、布管模塊、數據管理模塊和顯示模塊，其中 NC文件處理模塊從計算機硬盤或移動存儲器上讀取待處理NC文件，從文件中讀取原始鋼管加工數據，將這些數據連同NC文件路徑存入數據管理模塊，當布管完成后，從數據管理模塊取出布管操作完成后的鋼管加工數據，生成NC文件存入計算機硬盤或移動存儲器，并將生成的新NC文件的存儲路徑存入數據管理模塊； 參數設定模塊列出需要設定或修改的布管操作所需的布管各項參數供用戶設定或修改，并將這些數據一方面送入數據管理模塊，為后續的布管操作提供參數信息，另一方面送入計算機硬盤或移動存儲器上的參數文件進行保存，作為下次程序運行時的默認值； 數據管理模塊從參數設定模塊獲得布管各項參數，從NC文件處理模塊獲取原始鋼管加工數據，并將布管各項參數和各管原始鋼管加工數據送入布管模塊，同時不斷接收布管模塊反饋的實時更新的各管布管操作完成后的鋼管加工數據和各管相貫線軌跡位態調整數據存入數據庫，并將數據庫中的布管各項參數、布管操作完成后的鋼管加工數據以及各管相貫線軌跡位態調整數據送入顯示模塊于計算機人機交互界面上顯示； 布管模塊從數據管理模塊接收布管各項參數和各管原始鋼管加工數據進行布管，通過對各管的相貫線軌跡位態調整，實現管簇的最優排列，使管簇軸向總長度最短，達到原材料利用率最大，同時在布管過程中實時將各管布管操作完成后的鋼管加工數據和各管相貫線軌跡位態調整數據反饋回數據管理模塊； 顯示模塊負責顯示用戶在布管過程需要或期望觀測的數據，包括各管相貫線軌跡數據的二維顯示、各管相貫線軌跡位態調整數據、手動布管過程中當前操作管與鄰管鄰邊最小間距、設定的布管各項參數、各管對應的布管前讀入的原始NC文件路徑以及布管完成后生成的新的NC文件保存路徑； 所述的鋼管加工數據，包括用來擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標、數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在這些離散點的旋轉角度、鋼管半徑、管壁厚度，其中各離散點坐標以X、Y表示； 所述的布管操作完成后的鋼管加工數據，與原始鋼管加工數據的數據種類一致，但其中的各離散點坐標X在原值基礎上疊加了平移值； 所述布管各項參數，包括加工引入線長度、加工間隙、自動布管方案選擇以及手動布管圓周向旋轉角度步長和軸向移動距離步長，其中，自動布管方案包括精度優先方案和速度優先方案兩種； 所述相貫線軌跡數據，是指鋼管加工數據中的可變加工數據，包括用來擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標以及數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在每個離散點的旋轉角度。
所述布管模塊，其調整相貫線軌跡位態，包括相貫線軌跡曲線繞鋼管中心線的圓周向旋轉調整和沿鋼管中心線的軸向移動調整，對于同一根鋼管的多根相貫線(包括打孔產生的相貫線)，位態調整是同步的，即同步圓周向旋轉調整、同步軸向移動調整。
所述的布管模塊，其依次對由相同半徑的鋼管組成的管簇中每根鋼管進行相貫線軌跡位態調整后，得到的能使管簇軸向總長度最短的各管形態集合，實現管簇的最優排列。
所述的NC文件處理模塊，包括NC文件讀取模塊和NC文件生成模塊，其中 NC文件讀取模塊作為整個套料模塊的輸入源，通過用戶從計算機硬盤或移動存儲器上選擇待布管NC文件，自動讀入文件中原始鋼管加工數據，并將這些數據打包成一個獨立的數據對象連同NC文件路徑，存入數據管理模塊，為后期的布管操作做好準備；同時在讀入NC文件中原始鋼管加工數據時自動將可以擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標中的Y坐標轉換為角度值，便于后續布管算法中角度映射到同一個角度范圍內(如周期為360°的0°～-360°)； NC文件生成模塊則整個套料模塊的輸出模塊，當鋼管簇已排布完成后，原先在數據管理模塊中存儲的原始鋼管加工數據已通過布管模塊修改為布管操作完成后的鋼管加工數據，該子模塊將布管操作完成后的鋼管加工數據從數據管理模塊中取出，自動生成完整的NC文件，可選擇單個文件輸出，或選擇所有文件打包輸出。由用戶在計算機硬盤或移動存儲器上選擇路徑保存生成的新NC文件并由該子模塊將該文件保存路徑反饋回數據管理模塊進行存儲。
所述NC文件生成模塊，其選擇單個文件輸出是指將每根鋼管布管操作完成后的鋼管加工數據封裝在一個單獨的NC文件中。
所述NC文件生成模塊，其選擇所有文件打包輸出是指將所有鋼管布管操作完成后的鋼管加工數據封裝在同一個NC文件中，從而實現實際切割時連續性加工。
所述的參數設定模塊，用于對布管各項參數進行設定和修改。所有布管參數保存于一個txt格式的參數文件中，該文件保存于硬盤或移動存儲器上的該套料軟件的執行文件目錄下，參數文件只對該模塊設為可讀可寫模式，而對其它模塊都設為只讀模式，即參數文件的修改只通過該模塊完成，其他模塊只能從參數文件中讀取數據。程序運行時，參數文件以只讀模式將參數送入數據管理模塊，為程序輸送布管各項參數，當用戶根據實際情況需要修改某些參數時，通過參數設定模塊修改參數文件。
所述的布管模塊，包括兩個子模塊自動布管模塊、手動布管模塊，其中 自動布管模塊從數據管理模塊取得布管所需的原始相關數據，使鋼管簇在保證相鄰管加工間隙的前提下按序號遞增的順序以及軸向總長度最短的優化要求從右到左排成一行，并將布管操作完成后的相關數據反饋回數據管理模塊實現數據更新。根據鋼管相貫線曲率是否平緩以及用戶的實際要求，自動布管模塊提供精度優先和速度優先兩套優化方案供用戶選擇，前者保證優化結果準確度，后者保證優化快速性，兩套方案功能互補，但由于各自算法的特點無法取長補短集成一體，用戶只能根據實際需要取其一。
手動布管模塊，實現用戶在計算機人機交互界面上進行手動模擬布管，即由該模塊從數據管理模塊取得原始鋼管加工數據和布管各項參數，用戶選中某根待布管后，通過點擊左移、右移、順時針旋轉、逆時針旋轉按鈕對該管進行相貫線軌跡位態調整，每一次調整都可以看成一次暫時性的布管完成，因此每一次調整后該模塊都把該管的布管操作完成后的鋼管加工數據和每根鋼管的相貫線軌跡位態調整數據實時反饋回數據管理模塊實現數據更新。
所述的數據管理模塊，起數據庫的作用，管理各管信息包括各管相貫線軌跡數據(實時更新)、各管的序號、各管原始NC文件在計算機硬盤或移動存儲上的路徑以及布管完成后生成的新NC文件在計算機硬盤或移動存儲上的保存路徑、布管完成后各管相貫線軌跡位態調整數據、以及布管各項參數。
所述的顯示模塊，顯示用戶在布管過程需要或期望觀測的數據，包括從數據管理模塊取得布管各項參數、布管操作完成后的鋼管加工數據、各管相貫線軌跡位態調整數據以及手動布管過程中當前操作管與鄰管鄰邊最小間距、各管對應的布管前讀入的原始NC文件路徑以及布管完成后生成的新的NC文件保存路徑等等，尤其是布管操作完成后的鋼管加工數據中的由各離散點擬和出的鋼管相貫線曲線軌跡的二維顯示，該模塊包括數據顯示模塊和相貫線軌跡顯示模塊組成，其中 數據顯示模塊，其顯示的數據包括各管相貫線軌跡位態調整數據、各管對應的布管前讀入的原始NC文件路徑以及布管完成后生成的新的NC文件保存路徑、布管各項參數以及手動布管過程中當前操作管與鄰管鄰邊最小間距等； 相貫線軌跡顯示模塊包括靜態軌跡顯示和動態軌跡顯示兩個子模塊，靜態軌跡顯示模塊在用戶每次進行操作(如自動布管、手動布管或參數修改)后根據從數據管理模塊中實時刷新的新軌跡數據，實時顯示各管相貫線的當前二維展開形狀，以便用戶跟蹤和觀察自己的操作結果；動態軌跡顯示模塊采用動態繪圖方式模擬實際切削過程中割槍切割軌跡，使管簇相貫線顯示按一定的速度推行，顯示的曲線走向就是實際切割中割槍的軌跡走向，并與在當前狀態下生成的NC文件相對應，以便用戶更直觀的觀察布管效果。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果 本發明使得切割機切割大量鋼管時，既能快速性進行精確排料，又人性化的保留讓排料師根據經驗進行手工排料的功能。
自動布管功能可根據布管方案的選擇實現精確性布管或快速性布管，解放了用戶繁雜的腦力勞動并大大提高了效率，其中精確性布管對于單根鋼管布管結果誤差為±1°，鋼管簇最優排列的累計布管誤差為n×±1°(n為鋼管簇的鋼管數量)，而快速性布管相對精確性布管，運算時間減少了89.17％；其中，單根鋼管布管結果誤差是指每根鋼管相貫線軌跡位態調整中的圓周向旋轉調整角度的誤差，鋼管簇最優排列的累計布管誤差是指所有單根鋼管布管結果誤差的簡單疊加。
手動布管中相鄰管最小間隙的反饋以及模擬加工模塊，為排料師省去了大量的計算，并大大提高了手工排料的直觀性，大幅度提高了排管效率。
總體上來說，本發明對套料技術是一大推進，不僅能使毛坯料的利用率達到最大，又為用戶大大提高了時間效率，從而為企業減少大量成本，提升企業競爭力。
圖1是本發明的系統結構框圖。
具體實施例方式 下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本發明系統包括NC文件處理模塊、參數設定模塊、布管模塊、數據管理模塊和顯示模塊，其中 NC文件處理模塊從計算機硬盤或移動存儲器上讀取待處理NC文件，從文件中讀取原始鋼管加工數據，將這些數據連同NC文件路徑存入數據管理模塊，當布管完成后，從數據管理模塊取出布管操作完成后的鋼管加工數據，生成NC文件存入計算機硬盤或移動存儲器，并將生成的新NC文件的存儲路徑存入數據管理模塊； 參數設定模塊列出需要設定或修改的布管操作所需的布管各項參數供用戶設定或修改，并將這些數據一方面送入數據管理模塊，為后續的布管操作提供參數信息，另一方面送入計算機硬盤或移動存儲器上的參數文件進行保存，作為下次程序運行時的默認值； 數據管理模塊從參數設定模塊獲得布管各項參數，從NC文件處理模塊獲取原始鋼管加工數據，并將布管各項參數和各管原始鋼管加工數據送入布管模塊，同時不斷接收布管模塊反饋的實時更新的各管布管操作完成后的鋼管加工數據和各管相貫線軌跡位態調整數據存入數據庫，并將數據庫中的布管各項參數、布管操作完成后的鋼管加工數據以及各管相貫線軌跡位態調整數據送入顯示模塊于計算機人機交互界面上顯示； 布管模塊從數據管理模塊接收布管各項參數和各管原始鋼管加工數據進行布管，通過對各管的相貫線軌跡位態調整，實現管簇的最優排列，使管簇軸向總長度最短，達到原材料利用率最大，同時在布管過程中實時將各管布管操作完成后的鋼管加工數據和各管相貫線軌跡位態調整數據反饋回數據管理模塊； 顯示模塊負責顯示用戶在布管過程需要或期望觀測的數據，包括各管相貫線軌跡數據的二維顯示、各管相貫線軌跡位態調整數據、手動布管過程中當前操作管與鄰管鄰邊最小間距、設定的布管各項參數、各管對應的布管前讀入的原始NC文件路徑以及布管完成后生成的新的NC文件保存路徑； 所述的鋼管加工數據，包括用來擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標(以X、Y表示)、數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在這些離散點的旋轉角度、鋼管半徑、管壁厚度，按照數據的可變性將鋼管加工數據中所有子數據項分為可變加工數據和不可變加工數據，其中，用來擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標(以X、Y表示)、數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在這些離散點的旋轉角度為可變加工數據(由于可變加工數據正好構成鋼管相貫線的軌跡曲線，故又將可變加工數據稱為相貫線軌跡數據)，原因是可以擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標的Y與X之間的映射關系以及數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在每個離散點的旋轉角度與該點坐標之間的映射關系都可以通過布管操作重新組合。而鋼管加工數據中除可變加工數據外的其他項都是不可變加工數據，包括鋼管半徑、管壁厚度等，都屬于鋼管固有的特性而作為常數數據，其中鋼管半徑可用于擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標中的Y值轉換為角度值，具體為
或
管壁厚度可用于鋼管工藝坡口的計算，雖然本套料模塊是一個無用數據，但還是需要將其存入數據庫。
所述的布管操作完成后的鋼管加工數據，與原始鋼管加工數據的數據種類一致，包括可以擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標(以X、Y表示)、數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在這些離散點的旋轉角度、鋼管半徑、管壁厚度等，但除了鋼管半徑、管壁厚度這兩個數據外，其它數據均是變化了的，具體來說，是由于鋼管的相貫線軌跡曲線進行了圓周向旋轉和軸向平移，使得軌跡曲線上各離散點在坐標Y沒有平移的前提下，其坐標X與坐標Y的原映射關系以及坐標X、坐標Y與控制割槍運動的兩聯動軸在該點的旋轉角度的原映射關系被打亂并重新組合，并且各離散點的坐標X在原值基礎上疊加了平移值。
所述布管各項參數，包括加工引入線長度、加工間隙、自動布管方案選擇以及手動布管圓周向旋轉角度步長和軸向移動距離步長等，其中，自動布管方案包括精度優先方案和速度優先方案兩種。
所述相貫線軌跡數據，是指鋼管加工數據中的可變加工數據，包括用來擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標以及數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在每個離散點的旋轉角度。
所述的NC文件處理模塊，包括NC文件讀取模塊和NC文件生成模塊，其中 NC文件讀取模塊作為整個套料模塊的輸入源，通過用戶從計算機硬盤或移動存儲器上選擇待布管NC文件，自動讀入文件中原始鋼管加工數據，并將這些數據打包成一個獨立的數據對象連同NC文件路徑，存入數據管理模塊，為后期的布管操作做好準備；同時在讀入NC文件中原始鋼管加工數據時自動將可以擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標中的Y坐標轉換為角度值，便于后續布管算法中角度映射到同一個角度范圍內； NC文件生成模塊則整個套料模塊的輸出模塊，當鋼管簇已排布完成后，原先在數據管理模塊中存儲的原始鋼管加工數據已通過布管模塊修改為布管操作完成后的鋼管加工數據，該子模塊將布管操作完成后的鋼管加工數據從數據管理模塊中取出，自動生成完整的NC文件，選擇單個文件輸出或選擇所有文件打包輸出，由用戶在計算機硬盤或移動存儲器上選擇路徑保存生成的新NC文件并由該子模塊將該文件保存路徑反饋回數據管理模塊進行存儲。
所述布管模塊，包括自動布管模塊和手動布管模塊，其中 自動布管模塊實現自動布管，使鋼管簇在保證相鄰管加工間隙的前提下按序號遞增的順序以及軸向總長度最短的方案從右到左排成一行，即將待排布管相貫線不斷進行以中心線為軸的圓周旋轉，直到一個周期2π，找到其可向已排布管軸向移動的最大距離以及對應的圓周旋轉調整角度，將待布管的該旋轉查找過程稱為試探性過程。根據鋼管相貫線曲率是否平緩以及用戶的實際要求，該自動布管模塊提供兩套優化方案供用戶選擇(用戶通過參數設定模塊即可選擇和更換方案)。第一種為“精度優先”，即采用窮舉試探法，將待排布管的試探性過程以步長1°完成(對于一個圓周周期2π＝360°，需要試探360次)，該方法能保證最優結果中旋轉角度調整的誤差≦1°，從而使得不管鋼管相貫線是怎樣的形狀，是否光滑，曲率是否平緩，曲線優化結果始終為最優解，但由于試探次數太多，使得優化速度相對較慢，尤其當鋼管數量較多時，其時間效率低的弊端就更明顯了。第二種方案克服了第一種方案中時間效率低的弊端，采用分塊查找算法思想，即將試探性過程分別以步長α、β……γ、1°完成(α>β>……>γ>1°)。先粗找出大步長(α、β……γ)下最優解對應的試探性旋轉角度，再以該角度為中心，該試探性過程所取角度步長(α、β……γ中某個)為半徑取出一個區間作為新試探性過程最優旋轉角度查找區間(為能取到完整區間，前兩輪大步長試探查找中查找區間兩端點不納入計算范圍，即取開區間)。最后以小步長1°在半徑為γ的最終鎖定區間內用窮舉法查找(端點作計算，即取閉區間)。在本軟件模塊中，兼顧到精度與時間效率，將試探性過程的步長取為15°、5°和1°，使得該過程僅需次完成，運算時間減少了89.17％，并且在各管相貫線曲率變化較平緩的情況下，所得布管結果與窮舉法幾乎一樣。但該方案所得優化解不能總是保證為最優解，尤其是當相鄰兩管中有一管相貫線曲率不平緩(例如在很小的角度范圍內曲線波浪形起伏幅度較大甚至有尖點)時，該解無法保證為最優解。因此，“精度優先”和“速度優先”兩套方案功能互補，但由于各自算法的特點無法取長補短集成一體，用戶只能根據實際需要取其一(通過參數設定模塊進行選擇)。
b)手動布管模塊，使用戶在計算機繪圖界面上進行模擬布管，為用戶根據實踐經驗手動布管保留接口。用戶通過點擊左移、右移、順時針旋轉、逆時針旋轉按鈕手動進行各管相貫線軌跡位態調整，各管的相貫線二維展開形狀在計算機繪圖界面上實時顯示和刷新供用戶觀測。該模塊還實時計算待布管和相鄰管相貫線的最小間隙，送入顯示模塊以便用戶觀察相臨管干涉情況。
所述顯示模塊，從數據管理模塊取得布管各項參數、布管操作完成后的鋼管加工數據、各管相貫線軌跡位態調整數據以及手動布管過程中當前操作管與鄰管鄰邊最小間距、各管對應的布管前讀入的原始NC文件路徑以及布管完成后生成的新的NC文件保存路徑等等，尤其是布管操作完成后的鋼管加工數據中的由各離散點擬和出的鋼管相貫線曲線軌跡的二維顯示，于計算機人機交互界面上顯示，該模塊包括相貫線軌跡顯示模塊和數據顯示模塊，其中 相貫線軌跡顯示模塊，該模塊從數據管理模塊取得各管布管操作完成后的鋼管加工數據，從中分離出由各離散點擬和出的鋼管相貫線曲線軌跡在計算機繪圖界面上顯示。包括靜態軌跡顯示和動態軌跡顯示兩個子模塊。靜態軌跡顯示模塊將各管相貫線軌跡數據以類圖片形式顯示；動態軌跡顯示模塊采用動態繪圖方式模擬實際切削過程中割槍切割軌跡，采用的技術手段是使管簇相貫線顯示按一定的速度推行，顯示的曲線走向就是實際切割中割槍的軌跡走向，并與在當前狀態下生成的NC文件相對應，以便用戶更直觀的觀察布管效果。
數據顯示模塊，該模塊從“數據管理模塊”取得各管除布管操作完成后的鋼管加工數據之外的其他用戶希望觀察的數據，包括相貫線軌跡位態調整數據、布管各項參數、布管前讀入的原始NC文件路徑以及布管完成后生成的新的NC文件保存路徑。
權利要求
1.一種數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征在于，包括NC文件處理模塊、參數設定模塊、布管模塊、數據管理模塊和顯示模塊，其中
NC文件處理模塊從計算機硬盤或移動存儲器上讀取待處理NC文件，從文件中讀取原始鋼管加工數據，將這些數據連同NC文件路徑存入數據管理模塊，當布管完成后，從數據管理模塊取出布管操作完成后的鋼管加工數據，生成NC文件存入計算機硬盤或移動存儲器，并將生成的新NC文件的存儲路徑存入數據管理模塊；
參數設定模塊列出需要設定或修改的布管操作所需的布管各項參數供用戶設定或修改，并將這些數據一方面送入數據管理模塊，為后續的布管操作提供參數信息，另一方面送入計算機硬盤或移動存儲器上的參數文件進行保存，作為下次程序運行時的默認值；
數據管理模塊從參數設定模塊獲得布管各項參數，從NC文件處理模塊獲取原始鋼管加工數據，并將布管各項參數和各管原始鋼管加工數據送入布管模塊，同時不斷接收布管模塊反饋的實時更新的各管布管操作完成后的鋼管加工數據和各管相貫線軌跡位態調整數據存入數據庫，并將數據庫中的布管各項參數、布管操作完成后的鋼管加工數據以及各管相貫線軌跡位態調整數據送入顯示模塊于計算機人機交互界面上顯示；
布管模塊從數據管理模塊接收布管各項參數和各管原始鋼管加工數據進行布管，通過對各管的相貫線軌跡位態調整，實現管簇的最優排列，使管簇軸向總長度最短，達到原材料利用率最大，同時在布管過程中實時將各管布管操作完成后的鋼管加工數據和各管相貫線軌跡位態調整數據反饋回數據管理模塊；
顯示模塊負責顯示用戶在布管過程需要或期望觀測的數據，包括各管相貫線軌跡數據的二維顯示、各管相貫線軌跡位態調整數據、手動布管過程中當前操作管與鄰管鄰邊最小間距、設定的布管各項參數、各管對應的布管前讀入的原始NC文件路徑以及布管完成后生成的新的NC文件保存路徑；
所述的鋼管加工數據，包括用來擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標、數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在這些離散點的旋轉角度、鋼管半徑、管壁厚度，其中各離散點坐標以X、Y表示；
所述的布管操作完成后的鋼管加工數據，與原始鋼管加工數據的數據種類一致，但其中的各離散點坐標X在原值基礎上疊加了平移值；
所述布管各項參數，包括加工引入線長度、加工間隙、自動布管方案選擇以及手動布管圓周向旋轉角度步長和軸向移動距離步長，其中，自動布管方案包括精度優先方案和速度優先方案兩種；
所述相貫線軌跡數據，是指鋼管加工數據中的可變加工數據，包括用來擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標以及數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在每個離散點的旋轉角度。
2.根據權利要求1所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述鋼管加工數據，按照數據的可變性分為可變加工數據和不可變加工數據，其中，可變加工數據包括用來擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標、數控機床控制割槍運動的兩聯動軸在這些離散點的旋轉角度，可變加工數據通過布管操作會發生重新組合；不可變加工數據包括鋼管半徑、管壁厚度，屬于鋼管固有的特性而作為常數數據，其中鋼管半徑用于擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標中的Y值并轉換為角度值。
3.根據權利要求1所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述的NC文件處理模塊，包括NC文件讀取模塊和NC文件生成模塊，其中
NC文件讀取模塊作為整個套料模塊的輸入源，通過用戶從計算機硬盤或移動存儲器上選擇待布管NC文件，自動讀入文件中原始鋼管加工數據，并將這些數據打包成一個獨立的數據對象連同NC文件路徑，存入數據管理模塊，為后期的布管操作做好準備；同時在讀入NC文件中原始鋼管加工數據時自動將可以擬合出鋼管相貫線曲線軌跡的各離散點坐標中的Y坐標轉換為角度值，便于后續布管算法中角度映射到同一個角度范圍內；
NC文件生成模塊則整個套料模塊的輸出模塊，當鋼管簇已排布完成后，原先在數據管理模塊中存儲的原始鋼管加工數據已通過布管模塊修改為布管操作完成后的鋼管加工數據，該子模塊將布管操作完成后的鋼管加工數據從數據管理模塊中取出，自動生成完整的NC文件，選擇單個文件輸出或選擇所有文件打包輸出，由用戶在計算機硬盤或移動存儲器上選擇路徑保存生成的新NC文件并由該子模塊將該文件保存路徑反饋回數據管理模塊進行存儲。
4.根據權利要求3所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述NC文件生成模塊，其選擇單個文件輸出是指將每根鋼管布管操作完成后的鋼管加工數據封裝在一個單獨的NC文件中。
5.根據權利要求3所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述NC文件生成模塊，其選擇所有文件打包輸出是指將所有鋼管布管操作完成后的鋼管加工數據封裝在同一個NC文件中，實現實際切割時連續性加工。
6.根據權利要求1所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述的參數設定模塊，用于對布管各項參數進行設定和修改，所有布管參數保存于一個txt格式的參數文件中，該文件保存于硬盤或移動存儲器上的該套料軟件的執行文件目錄下，參數文件只對該模塊設為可讀可寫模式，而對其它模塊都設為只讀模式，即參數文件的修改只通過該模塊完成，其他模塊只能從參數文件中讀取數據，程序運行時，參數文件以只讀模式將參數送入數據管理模塊，為程序輸送布管各項參數，當用戶根據實際情況需要修改某些參數時，通過參數設定模塊修改參數文件。
7、根據權利要求1所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述布管模塊，其調整相貫線軌跡位態，包括相貫線軌跡曲線繞鋼管中心線的圓周向旋轉調整和沿鋼管中心線的軸向移動調整，對于同一根鋼管的多根相貫線，位態調整是同步的，即同步圓周向旋轉調整、同步軸向移動調整。
8.根據權利要求1或7所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述的布管模塊，其依次對由相同半徑的鋼管組成的管簇中每根鋼管進行相貫線軌跡位態調整后，得到的能使管簇軸向總長度最短的各管形態集合，實現管簇的最優排列。
9.根據權利要求1或7所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述的布管模塊，包括兩個子模塊自動布管模塊、手動布管模塊，其中
自動布管模塊從數據管理模塊取得布管所需的原始相關數據，使鋼管簇在保證相鄰管加工間隙的前提下按序號遞增的順序以及軸向總長度最短的優化要求從右到左排成一行，并將布管操作完成后的相關數據反饋回數據管理模塊實現數據更新，根據鋼管相貫線曲率是否平緩以及用戶的實際要求，自動布管模塊提供精度優先和速度優先兩套優化方案供用戶選擇，前者保證優化結果準確度，后者保證優化快速性，兩套方案功能互補，但由于各自算法的特點無法取長補短集成一體，用戶只能根據實際需要取其一；
手動布管模塊，實現用戶在計算機人機交互界面上進行手動模擬布管，即由該模塊從數據管理模塊取得原始鋼管加工數據和布管各項參數，用戶選中某根待布管后，通過點擊左移、右移、順時針旋轉、逆時針旋轉按鈕對該管進行相貫線軌跡位態調整，每一次調整都看成一次暫時性的布管完成，每一次調整后該模塊都把該管的布管操作完成后的鋼管加工數據和每根鋼管的相貫線軌跡位態調整數據實時反饋回數據管理模塊實現數據更新。
10.根據權利要求1所述的數控相貫線切割機套料模塊系統，其特征是，所述的顯示模塊，包括數據顯示模塊和相貫線軌跡顯示模塊組成，其中
數據顯示模塊，其顯示的數據包括各管相貫線軌跡位態調整數據、各管對應的布管前讀入的原始NC文件路徑以及布管完成后生成的新的NC文件保存路徑、布管各項參數以及手動布管過程中當前操作管與鄰管鄰邊最小間距；
相貫線軌跡顯示模塊包括靜態軌跡顯示和動態軌跡顯示兩個子模塊，靜態軌跡顯示模塊在用戶每次進行操作后根據從數據管理模塊中實時刷新的新軌跡數據，實時顯示各管相貫線的當前二維展開形狀，以便用戶跟蹤和觀察自己的操作結果；動態軌跡顯示模塊采用動態繪圖方式模擬實際切削過程中割槍切割軌跡，使管簇相貫線顯示按一定的速度推行，顯示的曲線走向就是實際切割中割槍的軌跡走向，并與在當前狀態下生成的NC文件相對應，以便用戶更直觀的觀察布管效果。
全文摘要
一種用于數控切割技術領域的數控相貫線切割機套料模塊系統，包括NC文件處理模塊、參數設定模塊、布管模塊、數據管理模塊和顯示模塊，NC文件處理模塊從計算機硬盤或移動存儲器上讀取待處理NC文件，生成新的NC文件存入計算機硬盤或移動存儲器，參數設定模塊列出需要設定或修改的布管操作所需的布管各項參數供用戶設定或修改，數據管理模塊為其他模塊傳輸接收數據，布管模塊接收布管各項參數和各管原始鋼管加工數據進行布管，通過對各管的相貫線軌跡位態調整，實現管簇的最優排列，顯示模塊負責顯示用戶在布管過程需要或期望觀測的數據。本發明不僅能使毛坯料的利用率達到最大，又為用戶大大提高了時間效率。
文檔編號G05B19/18GK101364101SQ200810042480
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月4日 優先權日2008年9月4日
發明者殷躍紅, 陳柳蕓, 徐文超, 鵬 李, 健 陸 申請人:上海交通大學