基于Gcode的可持續加工操作執行順序及刀具路徑優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及制造工藝優化技術，尤其設及一種基于Geode的可持續加工操作執行 順序及刀具路徑優化方法。
【背景技術】
[0002] 目前，已有的能耗模型設及機器狀態、加工過程中的切削力、切削參數等多個方 面，盡管也出現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 的數量化，并未采取進一步的節能措施。針對更高能效的機器和部件開發設計，國際標準化 組織（ISO)發布了節能機床的評估和設計標準，與此同時，歐洲機床制造商協會（CECIM0) 也發起了自律倡議，支持其成員探索發現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。在產品開發層面，對單個產品中能耗的分析和評估需 要企業投入大量資金用于對產品制造過程進行仿真，因此并不適合于中小企業。在制造系 統層面，面向可持續制造的加工工藝規劃和車間作業調度優化的研究工作主要集中在兩個 方面：（1)通過優化加工參數降低制造能耗；似通過優化調度減少機器空閑時間，降低制 造能耗。而作為工藝規劃的另一個重要的環節，刀具路徑規劃對于制造能耗的影響不容忽 視。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種基于Geode的可 持續加工操作執行順序及刀具路徑優化方法。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于Geode的可持續加工操作 執行順序及刀具路徑優化方法，包括W下步驟：
[0005] 步驟1，導入加工工件所需的Geode文件，并根據原加工操作執行順序對導入的 Geode文件進行編號，構建初始編碼；
[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,根據物理學計算耗電量公式W及執行相鄰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，W減少加工過程中的換刀能耗為目標，根據步驟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，采用優化算法對Geode文 件執行順序進行優化；
[0008] 步驟4,按照步驟3所得的優化執行順序，對所有Geode文件進行加工單元劃分；
[0009] 步驟5,根據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的能耗模型，并W此模型為基礎，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系為約束條件，采用優化算法對各加工單 元間的走刀路線進行優化；
[0010] 步驟6,按照步驟3優化所得的執行順序生成新的Geode文件，將步驟5優化所得 的走刀路線寫入到新的Geode文件中，獲得優化后的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，Flagi為第i個Geode文件執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調整兩 個操作的加工順序。
[0019] 按上述方案，步驟3中所述的優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。
[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，并且各單元間無優先約束關系；
[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及它們后續的刀位坐標劃 分為一個加工單元，加工單元內的各個操作之間存在嚴格的優先約束關系，若當前G00的 X、y、Z坐標與其后續G00的X、y、Z坐標不相同，則該G00及其后續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。
[0033] 按上述方案，所述步驟5中所述的與刀具路徑相關的能耗模型如下：
[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] 本發明產生的有益效果是：首先，本發明不再局限于僅僅對加工過程能耗的數量 化工作，而是更進一步通過對加工操作執行順序和刀具路徑兩個層次的優化，實現了最小 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，本發明對Geode 文件進行了進一步的面向制造能耗的優化處理，在原有Geode注重制造效率的基礎上，進 一步兼顧了制造能耗。再次，相對于目前通過優化加工參數和調度過程實現降低制造能耗 的目標來講，本發明更進一步將直接影響加工過程能耗的操作執行順序和刀具路徑兩個因 素考慮進來，使得對工藝規劃的優化更進一步。
【附圖說明】
[0037] 下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
[0038] 圖1是本發明實施例的方法流程圖；