空间管架的cam系统的制作方法

专利名称：空间管架的cam系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种数控切割技术领域的处理系统，特别是一种空间管架的 C扁系统。
背景技术：
空间管架的CAM的处理方法的基本原理是对空间管架中所有钢管，依次根据 每根钢管以及与该钢管相连接的其他钢管的基本参数，计算出每根钢管成型端面 相贯线数据，使其能与其他钢管在连接节点处只需依靠焊接、而无需任何连接件 即可连接在一起;继而根据相贯线切割机床的硬件配置以及用户加工工艺和焊接 工艺的要求，对钢管成型端面相贯线数据进行调整并将其转化为相贯线切割机床 可识别并可执行切割动作的切割代码。这种通过数控切割并在此基础上将钢管焊 接在一起而成的空间管架在建筑行业中正逐步取代传统的依靠连接件连接钢管 的管架形式，并已在许多国内外飞机场、体育馆、会展中心等大型建筑物中得以 运用。
目前，空间管架的C扁系统，比较通用的主要有以下两种 一、由多个C扁 系统协同组成的组合式系统，主要为通用计算机辅助CAM系统与用户自主研发的 CAM系统组合，用户首先在通用计算机辅助CAM系统中计算出每根钢管的成型端 面相贯线数据，再通过自主研发的CAM系统将该数据转换成能为所使用的相贯线 切割机床识别的钢管切割代码；二、单个CAM系统，该CAM系统一般由相贯线切 割机床厂家提供，需要用户依次以每根钢管为对象、依次输入其以及与其相交的 其余各管的参数以及该钢管的加工工艺和焊接工艺，然后输出其切割代码。以上 两种CAM系统都有以下弊病1、都无法完成从空间管架描述文件输入到钢管切 割代码输出一气呵成，都需要用户不断的进行参与，当空间管架极为复杂时，用 户容易因为疏忽或疲劳造成错误，且效率低下；2、输入接口过于单一，无法兼 容多种文件格式；3、输出文件格式面向特定型号和类型的相贯线切割机床，无 法兼容多种类型和型号的相贯线切割机床。4、没有对钢管的套料处理，在以上CAM系统中，如果用户需要进行套料处理，则必须手动或借助第三方软件，而第 三方软件为能处理该C層系统输出的面向特定型号和类型的相贯线切割机床的 钢管切割文件，往往又必须由用户自主开发或再次由相贯线切割机床厂家垄断， 对用户来说，极不方便。
经对现有技术文献的检索发现，文献《钢管相贯切割及组焊技术》(《安徽 建筑》2008年第4期)提出了一种空间管架C層系统，该系统为组合系统，由 基于AutoCAD 二次开发的CAM系统与用户自主研发的CAM系统组合，输入的空间 管架描述文件形式必须为在AutoCAD软件中建立的三维模型，输出的钢管的数控 切割代码形式为描述机床的步进电机的脉冲电流的代码，则代码形式由相贯线切 割机床的硬件配置即由其型号和类型决定，没有对钢管的数控切割代码的套料处 理。因此，该系统具有如上所述的现有的通用的空间管架的CAM系统的所有弊病。 并且，该系统通过AutoCAD软件的实体编辑工具提取钢管成型端面相贯线，以该 相贯线数据生成钢管成型端面相贯线切割代码，该流程中并没有根据钢管焊接和 切割工艺以及数控相贯线切割机硬件配置调整钢管成型端面切割轨迹的环节，切 割出的是钢管理想成型端面，而当有钢管焊接和切割工艺以及数控相贯线切割机 硬件配置限制时，这种理想成型端面往往是无法加工得到的，因此该系统不符合 实际要求。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种空间管架的CAM系统。 使得用户只需将空间管架描述文件输入该系统，设定好加工工艺要求、特定型号 相贯线切割机动作指令代码格式，即可由该系统自动生成每根钢管的成型端面数 控切割文件，并进行套料处理后批量输出至系统外部存储媒介进行存储。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括空间管架描述文件处理模 块、数据库模块、几何计算模块、人机交互模块、数控切割文件处理模块，其中
空间管架描述文件处理模块,将空间管架中所有钢管的基本参数存储到数据 库模块;将数据库模块中存储的所有钢管的基本参数取出并还原出空间管架描述 文件；
数据库模块存储所有钢管的几何数据，并在系统空间管架描述文件处理模 块、数据库模块、几何计算模块、人机交互模块、数控切割文件处理模块需要调度钢管的几何数据时随时输出数据；
几何计算模块根据从数据库模块获取的空间管架中所有钢管的基本参数以
及从人机交互模块获取的钢管相贯线计算模式，计算出所有钢管的理想成型端面 相贯线数据，在计算过程中判断每根钢管的设计合理性；
人机交互模块将设定的钢管相贯线计算模式传输给几何计算模块，并通过显 示界面将几何计算模块传来的基本参数和计算结果以及系统异常情况显示给用 户；
数控切割文件处理模块接收数据库模块输出的设计合理的钢管的理想成型 端面相贯线数据，生成钢管的成型端面的数控切割代码，这些代码经过处理后输 出到系统外部的存储媒介;并将还原出的各钢管实际成型端面相贯线数据输入数 据库模块;将生成的各钢管的成型端面的数控切割代码输入人机交互模块供还原 出切割轨迹显示给用户。
所述的空间管架描述文件处理模块，包括文件读取模块和文件生成模块。文 件读取模块是整个空间管架处理系统的输入口，负责系统的数据采集工作，即从
系统外部的存储媒介读入空间管架描述文件，取得空间管架中所有钢管的基本参 数，然后将这些原始数据存储入数据库模块。文件生成模块执行的则是数据还原 工作，即从数据库模块取得空间管架中所有钢管的基本参数，将这些信息还原成 空间管架描述文件，导出至空间管架处理系统外部的存储媒介进行存储。
所述的数据库模块，包括原始数据存储模块和计算结果存储模块。其中 原始数据存储模块从空间管架描述文件处理模块获取空间管架中所有钢管 的基本参数并保存,这些数据供系统的几何计算模块和空间管架描述文件处理模 块调度，包括将数据输送至几何计算模块供空间管架中所有钢管的理想成型端 面相贯线计算、将数据输送至空间管架描述文件处理模块供空间管架描述文件生 成。除非文件读取模块输入了新的空间管架描述文件使得该模块中的数据全部更 新，否则该模块中的数据可以且只可以由人机交互模块修改。
计算结果存储模块按照数据生成的时间先后存储两类数据:首先在几何计算 模块完成计算后从几何模块获取空间管架中所有设计合理的钢管的理想成型端 面相贯线数据并保存，其次在数控切割文件处理模块利用以上数据生成钢管成型 端面的数控切割代码并根据切割代码还原出各钢管实际成型端面相贯线数据后，从数控切割文件处理模块获取钢管的实际成型端面相贯线数据并保存。计算结果 存储模块中的钢管的理想成型端面相贯线数据分两路输出，一路输出给人机交互 模块供用户观察;一路输出给数控切割文件处理模块供该模块生成钢管成型端面 的数控切割文件。而计算结果存储模块中的钢管的实际成型端面相贯线数据只输 出给人机交互模块供用户观察。
所述的几何计算模块，包括数据校验模块和相贯线计算模块，其中数据校 验模块读取数据库模块输入的空间管架中所有钢管的基本参数，筛选出基本参数 合理的钢管，将这些钢管的基本参数输入相贯线计算模块，相贯线计算模块进行 理想成型端面相贯线数据的计算，然后对计算结果进行筛选，将设计合理的钢管， 其计算结果输出至数据库模块进行存储，将设计不合理的钢管，其计算结果以及 其引起的异常输出到人机交互模块报告给用户。
所述理想成型端面相贯线数据的计算，是指，相贯线计算模块首先从数据校 验模块获得经数据校验模块过滤后的空间管架中基本参数合理的钢管的基本参 数，然后根据从人机交互模块获得的管架不同节点上钢管相贯线计算模式，依次 计算这些钢管的理想成型端面相贯线数据，计算出的数据输出到数据校验模块。
所述的人机交互模块主要负责系统与用户之间的通话，包括系统面向用户的 通话和用户面向系统的通话。包括六个子模块显示模块、数据修改模块、加工 工艺设定模块、数控机床指令格式设定模块、几何计算模式设定模块和钢管套料 操作模块。这六个子模块承担了整个系统与用户之间的通话，其中显示模块主要
采用反馈的方式负责系统面向用户的通话，其余五个模块主要采用数据干预的方 式负责用户面向系统的通话。
显示模块将系统处理结果以及系统运行过程中出现的异常情况通过显示界 面反馈给用户。其中，将系统处理结果反馈给用户，包括图形和文字两种反馈方 式。以图形反馈方式进行的反馈包括 一、根据从数据库模块获取的空间管架中 所有钢管的理想成型端面相贯线数据，还原出所有钢管的理想实体三维模型，即 模拟出不考虑焊接和相贯线切割机床等因素的理想情况下的空间管架实体模型 显示给用户；二、根据从数据库模块获取的空间管架中所有钢管的实际成型端面 相贯线数据，还原出所有钢管的实际实体三维模型，即模拟出考虑焊接和相贯线 切割机床等因素后的实际空间管架实体模型显示给用户；三、根据从数控切割文件处理模块获取的空间管架中所有钢管的切割代码，还原出每根钢管的切割轨迹 曲线显示给用户。以文字方式进行的反馈是指，将以上用图形方式反馈的数据以 文本的形式显示给用户，即只有数字与文字形式的解释语句。显示模块将系统运 行过程中出现的异常情况反馈给用户，主要是反馈几何计算模块在计算过程中检 验出的钢管几何数据错误，包括钢管基本参数不合理和钢管理想成型端面相贯 线数据不合理等，用户通过该反馈可以自觉检査设计中不合理的部分并通过数据 修改模块进行修正。
数据修改模块为用户修改管架中钢管的基本参数提供了一个接口，用户通过 显示模块发现设计不合理部分，实时修改不合理的钢管基本参数，然后观察显示 模块更新的管架模型和系统异常情况报告，再修改，直至显示模块显示的管架模 型符合用户要求和管架结构设计要求并且系统无异常情况报告为止，而修改不会 影响到系统外部存储媒介存储的系统当前处理的空间管架描述文件。
加工工艺设定模块将用户设定的工艺参数输送到数控切割文件处理模块。用 户设定的工艺参数主要有两种相贯线切割机床工件切割工艺的参数、钢管焊接 工艺的参数。这两种工艺的参数具有一定的变动性，如相贯线切割机床工件切割 工艺参数随着相贯线切割机床的型号、类型的不同而不同，如钢管焊接工艺的参 数，随着钢管在管架结构中所处的位置不同或者钢管焊接节点的强度或承载力等 要求不同而不同，因此该加工工艺设定模块为用户提供了修改这些工艺参数的接 口，使得系统能兼容多种多样的工艺要求，极大提高了系统的灵活性。
数控机床指令格式设定模块将用户设定的相贯线切割机床的动作指令格式 输送到数控切割文件处理模块。
几何计算模式设定模块将用户设定的钢管相贯线计算模式输送到几何计算 模块。该模块负责与几何计算模块通话，设定几何计算模块计算每根钢管的成型
端面相贯线数据时，采用的针对不同钢管对象的不同的钢管相贯线计算模式。
钢管套料操作模块，为用户提供套料处理人机交互接口，用户可以选择系统 自动套料处理使数控切割文件处理模块自动完成所有设计合理的钢管的成型端 面的数控切割文件的套料处理、也可以选择手动套料处理，依次取遍所有设计合 理的钢管的所有外壁直径，对每一个外壁直径对应的所有钢管成型端面的数控切 割轨迹，用户依次手动调节每个轨迹沿钢管圆周向旋转的角度和沿钢管中心轴线移动的距离，并实时输入数控切割文件处理模块供其根据该数据直接修改对应的 钢管成型端面相贯线的切割代码。在手动套料过程中，用户可以通过显示模块观 察当前操作的一批相同外壁直径、排列成一行的钢管的成型端面切割轨迹集合， 以追踪手动套料过程中的切割轨迹变化，检验操作的正确性。
所述的数控切割文件处理模块，包括两个子模块钢管切割代码生成模块和 钢管相贯线更新模块。钢管切割代码生成模块根据从人机交互模块输入的工艺参 数和相贯线切割机床的动作指令格式，将从数据库模块获取的设计合理的所有钢 管的理想成型端面的相贯线数据转化成这些钢管的钢管成型端面的数控切割代 码，这些代码或通过人机交互模块的套料操作修改后或直接一方面以其生成这些 钢管的成型端面的数控切割文件输出至系统外部媒介存储、一方面输出到钢管相 贯线更新模块供还原出钢管实际成型端面相贯线数据。钢管相贯线更新模块从钢 管切割代码生成模块获取所有设计合理的钢管的成型端面相贯线切割代码还原 出它们的实际成型端面相贯线数据，输送到数据库模块存储。
所述的空间管架描述文件，是指表达了空间管架中所有钢管的基本参数的文 件。文件形式多样，可以为用图形形式表达的文件如AutoCAD文件等，也可以为 用文字形式表达的文件如Excel文件、Word文件等等。
所述的钢管基本参数，包括钢管外壁直径、壁厚、中心轴线的曲率与弧度， 在管架中所处的位置。
所述的系统外部的存储媒介，主要是指计算机硬盘、移动存储器、光盘、网 络存储空间等可供存储数据的媒介物。
所述的钢管在管架中所处的位置，其表达方式是在管架坐标系下，钢管轴 线的两个端点的坐标值。
所述的管架坐标系，是指在描述所有钢管在管架中所处的位置时，采用的一 个公共的固定三维坐标系。
所述的钢管的几何数据，包括钢管的基本参数和钢管的理想成型端面相贯线 数据和实际成型端面相贯线数据。
所述的钢管相贯线计算模式，是指由于空间管架中不同的节点其受力性能要 求以及承载能力要求甚至外形结构要求等往往各不相同，导致对于不同的节点， 在该节点处连接的钢管彼此之间的连接形式往往多种多样，例如以任意两根钢管
10为对象，该两根钢管有可能是一根的端面焊接在另一根的外壁上，有可能在两根 钢管半径相同的情况下，两根钢管端面相接，即端面与端面焊接在一起等等。那 么当选取不同的连接形式时，计算出的钢管理想成型端面相贯线的数据亦不同。 因此，钢管相贯线计算模式即直接影响钢管理想成型端面相贯线数据的钢管彼此 之间连接形式的描述。
所述的钢管的成型端面，是指每根钢管两端的端面切割成的空间曲面。钢管 的成型端面包括理想成型端面和实际成型端面。
所述的钢管的理想成型端面，是指钢管的端面曲面与其他钢管连接时，连接 面不留缝隙，紧密贴合。
所述的钢管的实际成型端面，是指钢管的理想成型端面往往或不利于与其他 钢管连接时进行焊接、或由于相贯线切割机床的功能限制无法完成曲面加工，因 此钢管的理想成型端面往往需要进行修改，修改成即能方便焊接、方便数控加工 又不影响管架结构和性能的曲面形状，修改后的曲面即为钢管的实际成型端面。 最后生成的数控切割文件对应的即为钢管的实际成型端面。
所述的钢管的成型端面相贯线，是指钢管的成型端面边缘将曲面封闭起来的 两条封闭曲线，分别位于钢管内壁和钢管外壁上。
所述的钢管的成型端面相贯线数据，是指钢管的成型端面相贯线的量化描 述，即在曲线上按照统计规律原则，依次取一系列非重复离散点作为曲线上的插 值点，这些离散点的数据可近似还原出该条曲线，故钢管的成型端面相贯线数据 即为该相贯线上这些离散点的数据集合。这些离散点的取用原则是需能基本不失 真的还原出原曲线，包括形状、位置、走向等等。
所述的钢管的设计合理性，当某根钢管的基本参数和理想成型端面相贯线数 据均合理时，判定其设计合理，否则为不合理。
所述的钢管的基本参数的合理性，是指，按照该基本参数，能否几何还原出 一个钢管实体。若可以还原出一根完整的钢管，则判定该基本参数合理；若不能， 则判定该基本参数不合理。基本参数不合理的情况，包括钢管的外壁直径《0、 外壁半径《壁厚即钢管的内壁半径《0 (内壁半径=外壁半径_壁厚)、钢管轴线两
个端点重合即钢管无实体、钢管轴线曲率〈o等。
所述的钢管的成型端面相贯线数据的合理性，是指，按照该数据，能否几何还原出一个钢管实体。若可以还原出一根完整的钢管，则判定该数据合理；若不 能还原出一根完整的钢管，则判定该数据不合理。由钢管的成型端面相贯线数据 还原钢管实体的过程是命名钢管的两个端点分别为第一端点和第二端点，那么 在第一端点处根据多根连接在该节点的其他钢管所计算出的该钢管成型端面命 名为第一端面，同理可命名第二端面。由此不难推断，第一端面应该靠近第一端 点、第二端面应该靠近第二端点。则将由该钢管基本参数忽略轴线两端点之间距 离还原出来的无限长的钢管实体保留第一端面和第二端面之间的实体部分，即得 由钢管的成型端面相贯线数据还原出来的钢管实体。但是，假若第一端面靠近第 二端点，第二端面靠近第一端点，则由该钢管基本参数还原出来的钢管实体在第 一端面和第二端面之间的部分是不存在的，从空间管架结构上来看，就相当于该 钢管湮没在其他钢管实体中了 。
所述的系统处理结果，包括计算出的空间管架中所有钢管的理想和实际成型 端面相贯线数据以及每根钢管实际成型端面的切割代码。
所述的钢管成型端面的数控切割文件，是指，钢管的实际成型端面数控切割 文件，是指相贯线切割机床可识别的、设定了相贯线切割机床的动作流程以控制 其对钢管管端进行切割的数据文件，切割出的钢管端面为实际成型端面。
所述的套料处理，是指，将外壁直径相同的一批钢管的切割轨迹沿轴向排布 成一行，计算出当沿着这些切割轨迹切割出该批钢管，所耗费的毛坯管总长度最 短时，每根钢管成型端面的切割轨迹需要绕钢管中心轴线的圆周向旋转角度和沿 钢管中心轴线的轴向移动距离，然后根据计算出的这两个数据修改每根钢管的成 型端面的切割轨迹，进而修改钢管成型端面的数控切割文件中描述切割轨迹的代 码。
与现有技术相比，本发明空间管架三维实体仿真功能以及数据异常报错功能 使得用户可以在管架实际切割与搭接前检査设计不合理处并做出修改，极大程度 上避免了传统空间管架的C眉系统由系统输入到系统输出由人工干预引入的人 为因素带来的错误，縮短了工期，大大提高了设计的可靠性和稳定性。其对钢管 的成型端面数控切割代码的套料处理功能替代了用户的手工套料，套料结果精准 且快速，极大提高了原材料的利用率以及用户的生产效率。


图1本发明系统示意框图
具体实施例方式
如图l所示，本实施例包括空间管架描述文件处理模块、数据库模块、几 何计算模块、人机交互模块、数控切割文件处理模块。空间管架描述文件处理模 块分别与系统外部存储媒介和数据库模块相连;数据库模块与空间管架描述文件 处理模块、几何计算模块、人机交互模块和数控切割文件处理模块相连；几何计
算模块与数据库模块和人机交互模块相连；人机交互模块与数据库模块、几何计 算模块和数控切割文件处理模块相连；数控切割文件处理模块与数据库模块、人 机交互模块和系统外部存储媒介相连。
1、 空间管架描述文件处理模块，从系统外部存储媒介读入空间管架描述文 件，进行处理，从中取得空间管架中所有钢管的基本参数输入数据库模块进行存 储，并且可以将数据库模块中存储的所有钢管的基本参数取出并还原出空间管架 描述文件存储到系统外部存储媒介。该模块由文件读取模块、文件生成模块组成。
a) 文件读取模块与系统外部存储媒介相连，对读入的空间管架描述文件进行 处理，取得所有钢管的基本参数送到数据库模块的原始数据存储模块。
b) 文件生成模块与数据库模块的原始数据存储模块相连，从中取出空间管架 中所有钢管的基本参数，还原成空间管架描述文件，导出至系统外部存储媒介进 行存储。
2、 数据库模块，存储空间管架中所有钢管的基本参数，并在其他模块需要 调度这些数据时输出至发出调度请求的模块。具体是指-
从空间管架描述文件处理模块输入空间管架中所有钢管的基本参数进行存 储，当人机交互模块发出关于这些基本参数的修改请求时，从人机交互模块输入 修改内容修改这些基本参数，当几何计算模块发出钢管理想成型端面相贯线数据 等待计算请求时，将这些基本参数输送到几何计算模块为其提供原始计算数据， 当空间管架描述文件处理模块发出等待还原空间管架描述文件请求时，将这些基 本参数输送到空间管架描述文件处理模块供还原出空间管架描述文件；
从几何计算模块输入空间管架中所有设计合理的钢管的理想成型端面相贯
线数据进行存储，当人机交互模块发出显示请求时，将这些数据输送到显示模块 供用户观察，当数控切割文件处理模块发出数控切割文件等待生成请求时，将这些数据输送到数控切割文件处理模块供其生成钢管的成型端面数控切割文件；
当数控切割文件处理模块发出钢管实际成型端面相贯线数据计算完成信号 时，从数控切割文件处理模块输入所有设计合理的钢管的实际成型端面相贯线数 据并存储，当人机交互模块发出显示请求时，将这些数据输送到显示模块供用户 观察。
数据库模块由原始数据存储模块、计算结果存储模块组成。
a) 原始数据存储模块从空间管架描述文件处理模块的文件读取模块输入空 间管架中所有钢管的基本参数进行存储，可通过人机交互模块的数据修改模块修 改这些数据，存储的这些数据一路输送到几何计算模块的数据校验模块， 一路输 送到空间管架描述文件处理模块的文件生成模块。
b) 计算结果存储模块存储两类数据 一、存储从几何计算模块的数据校验模 块输入的所有设计合理的钢管的理想成型端面相贯线数据，该数据一路输送到人 机交互模块的显示模块、一路输送到数控切割文件处理模块的钢管切割代码生成 模块；二、存储从数控切割文件处理模块的钢管相贯线更新模块输入的所有设计 合理的钢管的实际成型端面相贯线数据，数据输送到人机交互模块的显示模块。
3、几何计算模块，从数据库模块获取所有钢管的基本参数，根据从人机交 互模块获取的钢管相贯线计算模式，进行所有钢管的理想成型端面相贯线数据计 算并判断钢管的设计合理性，将设计合理的钢管的计算结果输送到数据库模块进 行存储，将设计不合理的钢管的几何数据及其引起的系统异常情况输送到人机交 互模块报告给用户。该模块由数据校验模块、相贯线计算模块组成。
a) 数据校验模块，从数据库模块的原始数据存储模块输入空间管架中所有钢 管的基本参数，对这些数据进行检验，将合理的数据输送到相贯线计算模块、不 合理的数据及其引起的异常情况输送到人机交互模块的显示模块;从相贯线计算 模块输入基本参数合理的所有钢管的理想成型端面相贯线数据，对这些数据进行 检验，将合理的数据输送到数据库模块的计算结果存储模块、不合理的数据及其 引起的异常情况输送到人机交互模块的显示模块。
b) 相贯线计算模块，从数据校验模块输入空间管架中所有基本参数合理的钢 管的基本参数，根据从人机交互模块的几何计算模式设定模块设定的管架每个连 接节点处的钢管相贯线计算模式，计算出每根钢管的理想成型端面相贯线数据，
14输送到数据校验模块。
4、人机交互模块，将从数据库模块输入的所有设计合理的钢管的理想、实 际成型端面相贯线数据和从数控切割文件处理模块输入的所有设计合理的钢管 的成型端面的切割代码，将其以图形或文字的方式在显示界面上显示给用户；从 几何计算模块输入几何计算模块运行过程中由于某些钢管设计不合理引起的异 常情况以及设计不合理的钢管的几何数据，通过显示界面报告给用户；响应用户 对钢管的基本参数修改的操作，将修改的数据输送到数据库模块修改其存储的对 应钢管的基本参数;响应用户的加工工艺设定操作和相贯线切割机床动作指令格 式设定操作，将设定的工艺参数和相贯线切割机床动作指令格式提供给数控切割 文件处理模块；响应用户对管架不同连接节点处的钢管相贯线计算模式设定，将 设定的计算模式提供给几何计算模块；响应用户的钢管套料操作，当用户选择自 动套料操作，则向数控切割文件处理模块发送钢管自动套料请求，由数控切割文
件处理模块对所有设计合理的钢管的成型端面相贯线切割文件自动进行套料处 理，当用户选择手动套料操作，则不断将用户每一次的手动套料对钢管成型端面 相贯线轨迹的调整数据输入数控切割文件处理模块，由该模块实时根据该数据修 改钢管的成型端面相贯线切割文件。该模块由显示模块、数据修改模块、加工工 艺设定模块、数控机床指令格式设定模块、几何计算模式设定模块和钢管套料操 作模块组成。
a)显示模块，从数据库模块的计算结果存储模块输入所有设计合理的钢管的 理想成型端面相贯线数据和实际成型端面相贯线数据，处理成图形或文本形式在 显示界面上显示;从数控切割文件处理模块的钢管切割代码生成模块输入所有设 计合理的钢管的成型端面的切割代码，处理成图形形式在显示界面上显示，尤其 在用户通过人机交互界面进行套料操作时，实时显示当前操作的批量钢管的模拟 套料过程的排列成一行的切割轨迹;从几何计算模块的数据校验模块输入几何计 算模块运行过程中由于某些钢管设计不合理引起的异常情况以及设计不合理的 钢管的几何数据，在显示界面上报告给用户。
其中，将钢管的理想或实际成型端面相贯线数据处理成图形形式在显示界面 上显示，是指还原出所有钢管的理想或实际实体三维模型，即模拟出考虑或不 考虑焊接和相贯线切割机床等因素的情况下的空间管架实体模型显示给用户；将钢管的理想或实际成型端面相贯线数据处理成文本形式在显示界面上显示，是 指将这些数据以数字和文字表示的文本形式在显示界面上显示。
b) 数据修改模块，响应用户对钢管的基本参数修改的操作，将修改的数据输 送到数据库模块的原始数据存储模块。
c) 加工工艺设定模块，响应用户的加工工艺设定操作，将设定的加工工艺参 数输送到数控切割文件处理模块的钢管切割代码生成模块。
d) 数控机床指令格式设定模块，响应用户的相贯线切割机床动作指令格式设 定操作，将设定的相贯线切割机床动作指令格式输送到数控切割文件处理模块的 钢管切割代码生成模块。
e) 几何计算模式设定模块，响应用户对管架不同连接节点处的钢管相贯线计 算模式设定，将设定的钢管相贯线计算模式输送到几何计算模块的相贯线计算模 块。
f) 钢管套料操作模块，响应用户对所有设计合理的钢管的套料操作。首先， 由用户选择套料模式自动套料或手动套料。当用户选择自动套料模式时，该模 块向数控切割文件处理模块的钢管切割代码生成模块发送自动套料请求使钢管 切割代码生成模块自动对所有设计合理的钢管的切割代码进行套料处理，当从钢 管切割代码生成模块反馈回套料完成信号时，向显示模块发送"套料模拟"显示 请求，通过用户对钢管外壁直径的选择来切换显示界面上显示的具有相同外壁直 径的排列成一行的钢管成型端面切割轨迹；当用户选择手动套料模式时，由用户 选择待套料的钢管外壁直径，该模块向显示模块发送"套料模拟"显示请求，使
显示模块显示具有该外壁直径的所有或一批设计合理的钢管的成型端面切割轨 迹，然后用户选择其中某一个轨迹进行相贯线轨迹调整，该模块实时将该轨迹调 整数据输入数控切割文件处理模块的钢管切割代码生成模块使其实时修改该轨 迹的切割代码并在修改完成后立即将修改完成信号反馈回该模块，再由该模块向 显示模块发送更新切割轨迹显示请求使其显示经过修改后的切割轨迹。当用户对 该切割轨迹调整满意后，切换到另一个轨迹进行同样的操作直至所有切割轨迹最 终相互无干涉的排列成一行。
所述的相贯线轨迹调整，是指将相贯线轨迹绕钢管中心轴圆周向旋转和沿钢 管中心轴轴向移动。所述的相贯线轨迹的调整数据，是指对相贯线轨迹的绕钢管中心轴圆周向旋 转的角度和沿钢管中心轴的轴向移动的距离两个数据。
5、数控切割文件处理模块，接收从数据库模块输入的所有设计合理的钢管 的理想成型端面相贯线，从人机交互模块输入的加工工艺参数和相贯线切割机床 动作指令格式，根据以上三类数据生成这些钢管成型端面的数控切割代码，将这 些代码一方面还原出钢管实际成型端面相贯线数据输出到数据库模块存储，另一 方面输送到人机交互模块以模拟出切割轨迹显示给用户，当从人机交互模块输入 套料处理请求时，根据从人机交互模块输入的套料模式和套料操作数据，修改这 些代码并以这些代码生成钢管的成型端面的数控切割文件输出到系统外部存储 媒介进行存储。
本实施例所述的套料模式，包括手动套料和自动套料两种模式。 本实施例所述的套料操作数据，主要是指在手动套料模式下，用户当前操作 的相贯线切割轨迹与空间管架中与之相对应的钢管的从属关系，以及用户对该相 贯线轨迹的调整数据。
a)钢管切割代码生成模块，首先，从数据库模块的计算结果存储模块输入所 有设计合理的钢管的理想成型端面相贯线数据，从人机交互模块的加工工艺设定 模块输入加工工艺参数，从人机交互模块的数控机床指令格式设定模块输入相贯 线切割机床动作指令格式，根据以上三类数据生成这些钢管的成型端面切割轨迹 代码。然后，通过人机交互模块的钢管套料操作模块修改生成的数控切割文件中 的钢管成型端面切割轨迹代码，当从人机交互模块的钢管套料操作模块输入自动 套料请求时，该模块自动对所有设计合理的钢管成型端面相贯线切割代码进行套 料处理并在套料处理完成后将套料处理完成信号发送给钢管相贯线更新模块以 及人机交互模块的钢管套料操作模块;当从人机交互模块的钢管套料操作模块输 入手动套料请求时，该模块只负责不断从人机交互模块的钢管套料操作模块输入 套料操作数据，根据该数据修改对应的钢管的成型端面切割轨迹代码并在修改完 成后将修改完成信号发送给钢管相贯线更新模块以及人机交互模块的钢管套料 操作模块。这些钢管的数控切割代码一路输出到人机交互模块的显示模块， 一路 输出到钢管相贯线更新模块，并由该模块以其生成钢管的数控切割文件输出到系 统外部存储媒介进行存储。其中，该模块生成空间管架中所有设计合理的钢管的成型端面数控切割代 码，其具体实施方式
为首先根据从人机交互模块输入的工艺参数中的钢管焊接
工艺参数,对从数据库模块的计算结果存储模块输入的所有设计合理的钢管的理 想成型端面相贯线数据作出修改;随后根据从人机交互模块输入的工艺参数中的 相贯线切割机床工件切割工艺的参数，从该数据中取出实际切割时刀具切割轨迹 以及刀具在轨迹上的位姿变化，并在该轨迹上添加刀具切割时导入导出切割轨迹 的曲线；然后根据从人机交互模块输入的相贯线切割机床的动作指令格式，将刀 具切割轨迹以及刀具在轨迹上的位姿变化以相贯线切割机床可识别的代码形式 描述出来，该代码即为钢管的成型端面数控切割代码。
b)钢管相贯线更新模块，当钢管切割代码生成模块生成所有设计合理的钢管 的成型端面数控切割代码时从钢管切割代码生成模块输入所有设计合理的钢管 的数控切割代码，还原出这些钢管的实际成型端面相贯线数据，输出到数据库模 块的计算结果存储模块，当从钢管切割代码生成模块接收到自动套料完成信息或 单根钢管数控文件修改完成信息时，从钢管切割代码生成模块输入修改了的钢管 的成型端面数控切割代码，重新还原出这些修改了的钢管的实际成型端面相贯线 数据并输送到数据库模块的计算结果存储模块更新对应的数据。
本实施例从原始文件输入到套料处理到数控加工文件输出，用户无需借助 第三方CAM系统、人为干预最少，能兼容多样的空间管架描述文件和多种类型和 型号的数控相贯线切割机，能根据实际工艺和数控相贯线切割机硬件配置计算钢 管实际成型端面数控切割代码，克服了现有技术中效率低下、兼容性差等缺陷。
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权利要求
1、一种空间管架的CAM系统，其特征在于，包括空间管架描述文件处理模块、数据库模块、几何计算模块、人机交互模块、数控切割文件处理模块，其中空间管架描述文件处理模块，将空间管架中所有钢管的参数存储到数据库模块；将数据库模块中存储的所有钢管的参数取出并还原出空间管架描述文件；数据库模块存储所有钢管的几何数据，并在系统空间管架描述文件处理模块、数据库模块、几何计算模块、人机交互模块、数控切割文件处理模块需要调度钢管的几何数据时随时输出数据；几何计算模块根据从数据库模块获取的空间管架中所有钢管的参数以及从人机交互模块获取的钢管相贯线计算模式，计算出所有钢管的成型端面相贯线数据；人机交互模块将设定的钢管相贯线计算模式传输给几何计算模块，并通过显示界面将几何计算模块传来的参数和计算结果以及系统异常情况显示给用户；数控切割文件处理模块接收数据库模块输出的钢管的成型端面相贯线数据，生成钢管的成型端面的数控切割代码，这些代码经过处理后输出到系统外部的存储媒介；并将还原出的各钢管实际成型端面相贯线数据输入数据库模块；将生成的各钢管的成型端面的数控切割代码输入人机交互模块供还原出切割轨迹显示给用户。
2、 根据权利要求1所述的空间管架的CAM系统，其特征是，所述的空间管架 描述文件处理模块，包括文件读取模块和文件生成模块，其中文件读取模块读入空间管架描述文件，取得空间管架中所有钢管的参数，将 这些参数存储到数据库模块；文件生成模块从数据库模块取得空间管架中所有钢管的参数，将这些信息还 原成空间管架描述文件，导出至外部的存储媒介进行存储。
3、 根据权利要求1所述的空间管架的CAM系统，其特征是，所述的数据库模 块，包括原始数据存储模块和计算结果存储模块，其中原始数据存储模块保存从空间管架描述文件处理模块获取的空间管架中所有 钢管的参数；计算结果存储模块接收几何计算模块的空间管架中所有钢管的成型端面相贯线数据和数控切割文件处理模块的钢管的实际成型端面相贯线数据并保存。
4、 根据权利要求3所述的空间管架的CAM系统，其特征是，所述钢管的成型 端面相贯线数据分两路输出， 一路输出给人机交互模块； 一路输出给数控切割文 件处理模块。
5、 根据权利要求1所述的空间管架的CAM系统，其特征是，所述的几何计算 模块，包括数据校验模块和相贯线计算模块，其中数据校验模块读取数据库模块输入的空间管架中所有钢管的参数，筛选出参 数的钢管，将这些钢管的参数输入相贯线计算模块；相贯线计算模块进行成型端面相贯线数据的计算，对计算结果即该数据进行 筛选，将该数据的钢管，其计算结果输出至数据库模块进行存储，以及其引起的 异常输出到人机交互模块报告给用户。
6、 根据权利要求5所述的空间管架的CAM系统，其特征是，所述理想成型端 面相贯线数据的计算，是指，首先从数据校验模块获得经数据校验模块过滤后的 空间管架中参数钢管的参数，然后根据从人机交互模块获得的管架不同节点上钢 管相贯线计算模式，依次计算这些钢管的成型端面相贯线数据，计算出的数据输 出到数据校验模块。
7、 根据权利要求1所述的空间管架的C雄系统，其特征是，所述的人机交互 模块，包括显示模块、数据修改模块、加工工艺设定模块、数控机床指令格式设 定模块、几何计算模式设定模块和钢管套料操作模块，其中显示模块将系统处理结果以及系统运行过程中出现的异常情况通过显示界面反馈给用户；数据修改模块实时修改钢管基本参数；加工工艺设定模块将用户设定的工艺参数输送到数控切割文件处理模块； 数控机床指令格式设定模块将用户设定的相贯线切割机床的动作指令格式输 送到数控切割文件处理模块；几何计算模式设定模块将用户设定的钢管相贯线计算模式输送到几何计算模块；钢管套料操作模块，提供套料处理人机交互接口，用户选择系统自动套料处理或手动套料处理完成所有钢管的成型端面的数控切割文件的套料处理。
8、 根据权利要求7所述的空间管架的CAM系统，其特征是，所述的反馈，包 括图形和文字两种方式。
9、 根据权利要求7所述的空间管架的CAM系统，其特征是，所述的套料处理， 是指，将外壁直径相同的一批钢管的切割轨迹沿轴向排布成一行，计算出当沿着 这些切割轨迹切割出该批钢管，所耗费的毛坯管总长度最短时，每根钢管成型端 面的切割轨迹需要绕钢管中心轴线的圆周向旋转角度和沿钢管中心轴线的轴向移 动距离，然后根据计算出的这两个数据修改每根钢管的成型端面的切割轨迹，进 而修改钢管成型端面的数控切割文件中描述切割轨迹的代码。
10、 根据权利要求1所述的空间管架的CAM系统，其特征是，所述的数控切 割文件处理模块，包括钢管切割代码生成模块和钢管相贯线更新模块，其中钢管切割代码生成模块根据从人机交互模块输入的工艺参数和相贯线切割机 床的动作指令格式，将从数据库模块获取的所有钢管的成型端面的相贯线数据转 化成这些钢管的钢管成型端面的数控切割代码；钢管相贯线更新模块从钢管切割代码生成模块获取所有的钢管的成型端面相 贯线切割代码还原出它们的实际成型端面相贯线数据，输送到数据库模块存储。
全文摘要
一种数控切割技术领域的空间管架的CAM系统，包括空间管架描述文件处理模块、数据库模块、几何计算模块、人机交互模块、数控切割文件处理模块，其中空间管架描述文件处理模块，负责数据的存储和还原；数据库模块存储所有钢管的几何数据，供其他模块调用；几何计算模块计算所有钢管的理想成型端面相贯线数据，并判断每根钢管的设计合理性；人机交互模块将几何计算模块传来的基本参数和计算结果以及系统异常情况显示给用户；数控切割文件处理模块将生成钢管的成型端面的数控切割代码输出到系统外部的存储媒介。本发明人为干预少，工期短，提高了设计的可靠性、稳定性和兼容性，套料结果精准且快速，提高了原材料的利用率和生产效率。
文档编号G05B19/4097GK101556471SQ200910051178
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月14日 优先权日2009年5月14日
发明者殷跃红, 陈柳芸 申请人:上海交通大学