基于Gcode的可持续加工操作执行顺序及刀具路径优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及制造工艺优化技术，尤其设及一种基于Geode的可持续加工操作执行 顺序及刀具路径优化方法。
【背景技术】
[0002] 目前，已有的能耗模型设及机器状态、加工过程中的切削力、切削参数等多个方 面，尽管也出现了通过走刀路线对能耗进行评估的模型，但是运方面的工作仅限于对能耗 的数量化，并未采取进一步的节能措施。针对更高能效的机器和部件开发设计，国际标准化 组织（ISO)发布了节能机床的评估和设计标准，与此同时，欧洲机床制造商协会（CECIM0) 也发起了自律倡议，支持其成员探索发现能够提高机床能效的方法，然而，运方面的工作很 大程度上依赖于机床制造商的投入。在产品开发层面，对单个产品中能耗的分析和评估需 要企业投入大量资金用于对产品制造过程进行仿真，因此并不适合于中小企业。在制造系 统层面，面向可持续制造的加工工艺规划和车间作业调度优化的研究工作主要集中在两个 方面：（1)通过优化加工参数降低制造能耗；似通过优化调度减少机器空闲时间，降低制 造能耗。而作为工艺规划的另一个重要的环节，刀具路径规划对于制造能耗的影响不容忽 视。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于Geode的可 持续加工操作执行顺序及刀具路径优化方法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于Geode的可持续加工操作 执行顺序及刀具路径优化方法，包括W下步骤：
[0005] 步骤1，导入加工工件所需的Geode文件，并根据原加工操作执行顺序对导入的 Geode文件进行编号，构建初始编码；
[0006] 步骤2,读取步骤1中导入的Geode文件中的刀具名称W及走刀过程中的刀位点坐 标；
[0007] 步骤3,根据物理学计算耗电量公式W及执行相邻Geode文件时的换刀情况，建立 换刀能耗模型，并W此模型为基础，W减少加工过程中的换刀能耗为目标，根据步骤2读取 的刀具名称和刀位信息，在满足加工操作间几何约束的前提下，采用优化算法对Geode文 件执行顺序进行优化；
[0008] 步骤4,按照步骤3所得的优化执行顺序，对所有Geode文件进行加工单元划分；
[0009] 步骤5,根据物理学计算耗电量公式W及步骤4对各Geode文件中加工单元的划分 情况，建立与刀具路径相关的能耗模型，并W此模型为基础，W减少加工过程中的空走刀能 耗为目标，W步骤4划分的加工单元间的几何关系为约束条件，采用优化算法对各加工单 元间的走刀路线进行优化；
[0010] 步骤6,按照步骤3优化所得的执行顺序生成新的Geode文件，将步骤5优化所得 的走刀路线写入到新的Geode文件中，获得优化后的Geode文件。
[0011] 按上述方案，所述步骤3和步骤5所述的物理学计算耗电量公式如下：
[0012] W=PowerXTime
[0013] 其中，W为耗电量，Power和Time分别为功率和时间。
[0014] 按上述方案，所述步骤3所述的换刀能耗模型如下：
[0015]
[001引其中，ECtwkh。。,。为换刀能耗，P twieh。。,。和T twkh。。,。分别为换刀功率和换刀时间，Flagi为第i个Geode文件执行完后是否需要换刀的标志，若需要换刀则Flag1为1，否则， Flagi为 0。
[0017] 按上述方案，步骤3所述的加工操作间几何约束是否满足的判断方法如下：
[0018] 根据步骤2中读取的Geode文件的刀位点坐标，可得相应加工操作走刀过程中X 轴和y轴方向上的最大坐标值（Xm。、，ymJ和最小坐标值（Xnu。，ymJ;设两个加工操作和 Oj所对应的刀位在X轴上的坐标范围分别为（Ximi。，XimJ和（Xjmi。，XjmJ，在y轴上的坐标范 围分别为和打，。1。，7，。。=<)，若两组范围之间均存在交集，则操作〇1和〇，之间存在 几何约束，不能调整它们的加工顺序；否则，操作〇1和0i之间不存在几何约束，可W调整两 个操作的加工顺序。
[0019] 按上述方案，步骤3中所述的优化算法包括穷举算法和模拟退火算法。
[0020] 按上述方案，当步骤1中导入Geode文件的数量小于等于10时，采用穷举算法，否 则采用模拟退火算法。
[0021] 按上述方案，所述模拟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。。日咖汾别为新解和原解的换刀能耗，了""1为退火前的 初始溫度，random为随机数。
[0024] 按上述方案，所述步骤4中所述的对Geode文件进行加工单元划分的方法如下：
[00巧]4. 1)对于Geode文件中的G73、G74、G76等用于循环加工孔特征的G代码，每个孔 特征所对应的坐标对应为一个加工单元，并且各单元间无优先约束关系；
[0026] 4. 2)对于Geode文件中的其他加工特征，W定位G代码G00为加工单元划分的界 限，若连续两个或多个G00后的x、y、z坐标相同，则将运些G00W及它们后续的刀位坐标划 分为一个加工单元，加工单元内的各个操作之间存在严格的优先约束关系，若当前G00的 X、y、Z坐标与其后续G00的X、y、Z坐标不相同，则该G00及其后续的刀位坐标单独作为一 个加工单元。
[0027] 按上述方案，所述步骤5中所述的加工单元间几何关系的判断方法如下：
[002引从Geode文件中读取出每个加工单元在X、y轴上的坐标范围（Xmin，Xmax)和（ymin，ymax)。设任意两个加工单元Ci和C.j在X轴上的坐标范围分别是（X imin，Ximax)和（Xjmin，Xjmax)， 在y轴上的坐标范围分别为（Yimi。，yimJ和（yimi。，yjmJ，若。和C i的坐标范围在X轴和y 轴上均无交集，或者仅在X轴或y轴上的有交集，则。和C,之间无几何约束；否则，C1和C, 之间存在几何约束，不能更换走刀路线。
[0029] 按上述方案，所述步骤5中所述的优化算法包括穷举算法和模拟退火算法。
[0030] 按上述方案，若步骤5中采用模拟退火算法，其概率公式如下：
[0031]
[0032] 其中，ECs。l。tl。nNe濟ECs。l。。。n。ld分别为新刀路和原刀路的能耗，Tstart为退火其实溫 度，random为随机数。
[0033] 按上述方案，所述步骤5中所述的与刀具路径相关的能耗模型如下：
[0034]
[003引其中，EC为各加工单元间连接刀路段的走刀总能耗，P,、Py和P,分别为x、y、zΞ个 轴向的功率，Ps为主轴功率，T1为第i段连接刀路（共k段连接刀路）上的走刀时间，TU、 Tiy和TU分别为在第i段连接刀路（共k段连接刀路）上沿x、y、zΞ个轴向的走刀时间分 量。
[0036] 本发明产生的有益效果是：首先，本发明不再局限于仅仅对加工过程能耗的数量 化工作，而是更进一步通过对加工操作执行顺序和刀具路径两个层次的优化，实现了最小 化制造能耗的目标。其次，相对于目前用于生成Geode文件的CAM软件来讲，本发明对Geode 文件进行了进一步的面向制造能耗的优化处理，在原有Geode注重制造效率的基础上，进 一步兼顾了制造能耗。再次，相对于目前通过优化加工参数和调度过程实现降低制造能耗 的目标来讲，本发明更进一步将直接影响加工过程能耗的操作执行顺序和刀具路径两个因 素考虑进来，使得对工艺规划的优化更进一步。
【附图说明】
[0037] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0038] 图1是本发明实施例的方法流程图；