专利名称：用于切割的控制规则及变量的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械切割材料的方法，该方法使用射束切割技术从一块材料切割得到若干零件。该方法提供了一套用于切割二维形状或式样的控制规则及变量，其中，一项规则或多项规则的结合被用于根据待切形状或式样所进行的切割操作，所述形状和式样构成从一块材料中得到的零件。本发明还涉及用于实施本发明方法的系统和计算机程序产品。现有技术中，从一块材料切割得到多个零件的切割技术有很多，而本发明涉及的是此处称为射束切割的技术。射束切割的定义为采用某种射束作为其切割机构，例如激光切割、等离子切割、粒子射束切割、火焰切割或气割、水刀切割、颗粒切割或空气切割。与机械切割不同的是，机械切割的切割机构是机械构件，例如切割刀片、旋转切割头。
背景技术：
现有技术中，采用基于嵌套零件放置方法的工作计划优化工具，将从一块材料切割得到的各零件放置出。嵌套是一种作用于二维空间的几何优化工具，该工具基于不同的试探算法，在特定工作区域内对多边形进行旋转和打包。嵌套工作计划以图形的方式提供了一种很好的解决办法，但是在生产过程中其要求各零件之间具有一定的安全距离。而安全距离需要考虑到生产过程中的加工以及材料技术条件。安全距离的大小根据所用材料与所用切割技术的不同有所变化，通常各零件之间的安全距离在为5-20mm。用于控制机器切割操作的控制规则的实例为如何处理-尖锐边缘，-转折点，-临界区域中的射束中断，-感应切割头，-将网格考虑在内，使材料能够设置于网格处，
-将预切割细节中的枢轴危险考虑在内，-引入线的长度和角度，-引出线的长度和角度，-零件的微型关节，以及-切割时气体的不同使用和水刀切割时抽象材料的体积。与所用材料相关的控制规则的实例为-不同金属的轧制方向，-热度，-材料的放置位置，-材料中的不同式样，-材料拉伸，-零件公差，以及
-零件质量。由于上述与生产过程以及材料相关的条件，切割零件之间存在材料的浪费。在材料切割中，由于切割厚度与射束厚度一致或相对应，因此，当定位材料上的零件以及设置零件之间的安全距离时，应考虑射束厚度。在切割过程中使用刀具半径补偿是众所周知的技术，其中，如果切割是在零件左侧沿切割方向进行，使用左刀具半径补偿，如果切割是在零件右侧沿切割方向进行，则使用右刀具半径补偿。每当刀具半径补偿被改变时，切割过程被停止，射束被关闭，并且产生一个新的穿孔。在一些被用于提供可靠生产工艺的现有技术中，利用了零件与其周边材料之间的微型关节，所述微型关节通常被称为材料的骨架。在切割过程中停止沿切割路径的切割射束，将切割设备沿切割路径移动一小段距离，然后再启动射束并继续沿切割路径进行切割， 即产生了材料的骨架。而其中小的未切割部分便构成了微型关节。为了最小化切割过程中的穿孔数量和定位距离，现有技术中可以在零件之间手动设置搭桥，并且进行链切割。已知地，采用共边切割法切割两点之间的直线可以使得材料浪费和切割长度最小化。在共边切割中，两个零件之间的距离仅为切割射束的厚度，并且在切割过程中无需使用刀具半径补偿。
发明内容
问题无论何种射束切割技术均存在巨大的浪费问题。一个常规生产可靠的切割计划大约有20-50%的浪费。生产中之所以会出现浪费的原因是在于低效的零件放置方法，即与用于每种切割方法和每种材料的技术规则相结合的原材料上零件的排布方法。当切割技术作为生产方法使用时，四种不同的成本带来了具体的价格。材料成本 通常明显占具体价格的50%以上；三种不同的机械成本穿孔、定位距离和切齿安装距。降低材料的浪费是个问题。限制切割过程中所需穿孔的数量以及优化切割过程中的定位距离和切齿安装距也是个问题。最小化自由形状零件之间的距离以减少材料损失是个问题。如果各零件彼此之间的位置非常接近，保持穿孔数量最小，为射束切割工艺提供转向区域，以及在零件附近没有与其连接的骨架时避免零件在枢轴上转动还是个问题。射束切割技术中还存的问题是，在切割设备和材料之间的相对移动中，从材料的上表面到材料的下表面切割射束均滞后。也就是说，如果机器停止移动、射束转向，切割终点处材料不会被完全切断。另外还存在一个问题是，如果切割移动与射束保持同步使射束不再滞后，那么停止点周边区域的材料性质会受到一些切割技术的影响，例如材料被加热变硬。在切割的起始点处也有同样的情况，例如材料的穿孔产生一个凹陷的坑，坑周围材料的性能会受到影响。因为上述问题，有时在每次切割的起始点和停止点处使用引入线和引出线，引入线和引出线在实际切割范围之外，所以受影响的材料并不属于被切割部分。解决方法
为了解决一个或多个上述问题，以及从上述发明领域的角度来看，本发明提供了一套控制规则，所述一套控制规则包括以下规则形成具有自由形状的零件组，所述零件被彼此紧密放置，使得当所述零件的形状允许时，相邻零件之间的距离仅为切割射束的厚度。这样会减少材料的浪费，并且优化切割过程中的定位距离和切割距离。本发明指出，所述一套控制规则包括以下规则通过微型关节将所述零件相连接， 所述微型关节支撑相邻零件并将所述零件相互连接。尤其指出，通过从待切轮廓内一设定距离开始切割轮廓以制作微型关节，或者在待切轮廓终点之前的一设定距离停止切割轮廓以制作微型关节，由此未闭合轮廓的完整切割，其中轮廓的未切割起点或终点构成了所述微型关节，所述微型关节的尺寸与所述设定距离相对应。微型关节的形成不需要在切割过程中启动和停止切割，从而减少了切割过程中启动和停止切割射束的次数。由此零件组内通过微型关节彼此相连的零件在切割过程中可以被看作一个复杂零件。本发明还指出，所述一套控制规则包括以下规则从所述组中将各零件分离，并通过微型关节对零件与所述组的周边材料相连接，所述微型关节支撑零件并使其与周边材料相连接。还可以通过从待切轮廓内一设定距离开始切割轮廓以制作微型关节，或者在待切轮廓终点之前的一设定距离停止切割轮廓以制作微型关节，从而未闭合轮廓的完整切割， 其中轮廓的未切割起点或终点构成了微型关节，所述微型关节的尺寸与所述设定距离相对应。如果零件组只包括少量零件，则零件均易于与周边材料连接，此时更为有利。本发明指出，所述微型关节的尺寸由所述控制规则控制，并且控制所述尺寸的变量取决于所述设定距离、所用材料和所用切割装置。为了保持相邻零件之间的期望距离，有时需要刀具半径补偿，以及切割零件的期望质量是否需要刀具半径补偿。为了限制穿孔及其引入线、引出线的数量，以及为了使属于一个组的零件的复杂组合可行，提出一套控制规则，所述控制规则包括在右刀具半径补偿、 左刀具半径补偿和无刀具半径补偿之间的切换规则，所述切换是在不停止和启动切割射束的直线或轮廓的连续切割中进行的。基于上述同样的理由，本发明提出一套控制规则包括以下规则创建战略性定位转向区域，所述转向区域通过以此为目的所进行的劈割、或通过切割长度大于所需长度的直线或轮廓而产生，并采用以此方式产生的间隙作为转向区域。采用所述间隙作为转向区域，允许在所述转向区域内切割射束与所用切割装置实现同步，也就是说，在转向区域内可以排除切割射束的滞后，使直线切割射束转变方向，在新的方向上继续切割。这将确保当机器使切割射束转向另一个方向时，即使材料位于转向点，切割也能够完成，并且不会在转向点的相邻材料之间留下不必要的桥接材料。本发明还提出，所述一套控制规则包括以下规则当切割射束穿过拦截点时，允许切割射束与所用切割装置在所述拦截点处同步。由于若干零件被彼此紧密放置，根据各零件的形态，有时需要小角切割。所述小角由延伸向角的两次直线切割、两次切线切割、两次曲线切割或者直线切割与曲线切割结合的切割而形成。小角切割是一个技术问题，因此本发明提出的一套控制规则包括切割小角的规则开始时分两次切割小角，一次切割用于形成角的一边，并且每次切割均通往角的尖端。
如果零件组中零件被彼此紧密放置，有时需要从材料中切割得到细条，本发明指出，当两次切割之间的距离非常小，使得两次切割之间的材料特性受到影响并开始变形时， 每一切割分两次局部切割完成，所述局部切割从所述切割的外侧零件开始切向所述切割的中心。本发明还提出，所述局部切割并非一直沿各自切割完成，而是在两次局部切割之间留下微型关节。如果零件组通过微型关节连接，本发明提出从周边材料或零件间的材料中完全切割下所述零件组，所述材料不属于任何零件。为了进一步减少材料的浪费，本发明提出，每当从一块材料中切割得到两个或多个组时，使用至少两个不同变量来设定相邻零件之间的距离，所述相邻零件属于两个不同的组，第一变量代表具有平行边线的相邻零件之间的第一最小距离，第二变量代表相邻零件之间的第二最小距离，其中所述相邻零件中的至少一个具有边缘切线，并且所述第二变量代表的距离比所述第一变量代表的距离小，这是因为两平行切割比具有一切线的切割对相邻零件的材料造成的影响大。本发明还提出，所述第二变量代表的第二距离取决于所述切线的半径，一个较小的半径会产生一个较短的最小距离。本发明还提出，第三变量代表相邻零件之间的第三最小距离，其中所述相邻零件中的至少一个具有边缘拐角，并且所述第三变量代表的第三距离小于第一变量和第二变量代表的距离。应该说明的是，上述规则的实施取决于所用的射束切割技术和所用材料，因此本发明提出一个第四变量和一个第五变量，第四变量代表所用材料，第五变量代表所用射束切割技术，例如使用等离子体、激光、火焰、水、离子、火、颗粒或空气来切割，所以在某一切割操作中使用上述规则时可以考虑上述变量。不同的切割技术会提供不同厚度的切割射束，并且使用相同切割技术的不同切割设备也会提供不同厚度的切割射束，所述厚度取决于切割设备的条件。因此，还提出第六变量，所述第六变量代表切切割射束的宽度或厚度。该第六变量还取决于第四变量和第五变量。本发明提出，根据所用材料、所述所用材料的厚度以及所用切割技术，通过自动角度调整和长度调整提供引入线或引出线，所述角度调整和长度调整适用于定位切割的起始点和停止点，使其距离切割足够远，并且引入线或引出线的角度尽量小。本发明提出，按照以下顺序进行切割操作-切割所有孔、战略性定位劈割以及共线切割，-切割所有产生于零件组之间或零件之间的凹窝，以及-切割组的外轮廓。应该说明的是，所述方法可作为计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助设计(CAD)的一种工具被执行，或者所述方法作为控制规则和变量的一部分被执行，所述控制规则和变量被用于由计算机数控(CNC)控制的切割设备中的数字控制器中。本发明还涉及一种用于从一块材料中机械切割得到若干零件的系统，包括一个射束切割装置和一个控制单元，所述控制单元用于控制所述射束切割装置，所述切割装置适用于执行本发明方法中所述的控制。本发明还涉及一种计算机程序产品，包括计算机程序代码，当其被运行时，使得计算机能够执行本发明的方法中所述的控制规则和变量。优点本发明所述的方法、系统、计算机程序产品的优点在于，可以使材料的浪费降低到最少，并且提供了一种可靠的生产切割计划，并且该生产切割计划优化了机器成本，对穿孔的数量、定位距离及切割距离也进行了优化。本发明提供了一种具有切割工作计划的优选切割，可以控制切割机器中的切割变量从而得到可靠的生产工艺。本发明提供了一种对转向区域、零件间距离、零件间微型关节的控制，当多于一个的自由形状零件被聚集在一起时，对引入线的长度和角度、引出线的长度和角度、刀具半径补偿之间的转换、以及零件组区域内的扫描进行控制，也就是说，可以使用传感切割头使定位距离最小化，并且不需要在零件组区域内的孔、劈割、共边切割及凹窝处提升所述传感切割头。本发明中提供的可靠生产意味着安全的工艺、零件的正确公差以及零件的最优品质，并且资源浪费最小。本发明提供了一种提供了产生具有自由形状零件组的可能性。单个零件在相邻零件组的工作区域中得到优化，从而提供了对材料浪费降低到最小的机会。由于零件组彼此相对产生，使得其被集合在一起时可以使用所有的切线。本发明所述若干零件的组在无需安全距离而仅有切线、劈割、桥接、转向区域、微型关节、共边切割线和凹窝下，产生一个新零件。当自由形态的二维零件被聚集在一起而没有安全距离时，本发明所述的规则和变量的不同组合，可以为任意的既定情况提供可靠切割工艺。采用待切零件之间的微型关节取代零件和骨架之间的微型关节，也为手工或自动分类工艺提供了优势。采用本发明所述的转向区域还提供了一种可能性，即避免使用骨架区域来改变切割方向，而是使用已经存在的切割线来改变切割方向，这样也减少了浪费。
结合以下附图对本发明的方法、系统和计算机程序产品做详细说明，其中图1是本发明所述方法、系统及计算机程序产品的示意图；图2是仅具有两个零件的零件组的示意图；图3是具有若干零件的零件组的示意图；图4是如何在若干拦截点上进行切割的示意图；图5阐明如何完成共线切割以得到不同装置；图6是如何进行小角度切割的示意图；图7a和图7b是以两种不同方式切割出两个零件的示意图，所述两个零件在切割射束的厚度距离处具有相邻的切线；图8是如何切割薄条的示意图；图9是如何在不同零件组之间设置距离的示意图；图10是如何设置引入线和引出线的示意图；以及
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图11是切割操作程序的流程图。对优选实施例的描述根据图1对本发明进行阐述，一种使用射束切割技术从材料12中机械切割得到零件12a、12b、12c的方法，如图1所示。图1表明，切割装置13可移动，而材料12固定，但应该说明的是，本发明也可以被实施于切割装置固定而材料可移动的系统中。本发明涉及对材料12和切割装置13之间相对移动的控制，但不考虑其中哪一个移动，哪一个固定。在本发明说明书中，某一术语可能用于指代一种具体射束切割技术，但是应该说明的是，本发明涉及任意射束切割技术，并且，本领域技术人员在不付出创造性劳动的前提下可以想到如何将通过术语描述的一种射束切割技术的具体特征适用于和实施于其他射束切割技术。本发明所述的方法提供了一套用于切割二维形状或式样的控制规则和变量，其中一项规则或多项规则的结合被用于根据待切形状或式样所进行的切割操作，所述形状或式样构成从一块材料中得到的零件。控制规则和参数用于控制切割装置13和材料12之间的相对移动，使得所述移动以受控方式被执行，从而进行切割操作。特别地，本套控制规则包括以下规则形成具有自由形状的零件组15。所述自由形状是指由材料切割得到的零件可以具有任意的二维形态或形状。本发明中，零件12a、12b、12c被彼此紧密地放置，使得在零件形状允许的情况下， 相邻零件之间的距离仅为射束13a的厚度13a’。这就意味着，零件之间需要共边切割，零件之间的待切共线在两点之间并非直线， 而是任意曲线，或多条相连直线。以下不同实施例表明，零件之间无需骨架，即可切割得到具有不同形态或形状的零件，从而节约了大量的材料。一个实施例如图2所示，其中，第一零件21和第二零件22被彼此紧密放置，使得零件21和零件22之间的距离仅为射束23的厚度。本套控制规则包括以下规则制作微型关节，所述微型关节支撑相邻零件并将所述零件相互连接，以及通过从待切轮廓内一设定距离开始切割轮廓以制作微型关节，或者在待切轮廓终点之前的一设定距离停止切割轮廓以制作微型关节，由此未形成闭合轮廓的完整切割，如图5所示。此处所得到的微型关节的尺寸与所述设定距离相对应。本套控制规则还包括以下规则从零件组中将各零件分离，以及通过微型关节对零件及其周边材料的支撑将零件与其周边材料相连接，如图2所示，第一微型关节M和第二微型关节25将零件21、零件22与其周边的材料2连接起来。根据图2所示，通过从待切轮廓内一设定距离开始切割轮廓制作第一微型关节 M，通过在待切轮廓终点之前停止切割轮廓制作第二微型关节25，由此形成非闭合轮廓的完整切割。此处得到的微型关节对、25的尺寸与所述设定距离相对应。根据材料的厚度，微型关节并非在所有地方都需要，这是因为当材料足够厚且没有小型零件倾斜风险时，切割零件将附于骨架及周围的零件上。微型关节的尺寸通过控制规则来控制，而控制尺寸的变量取决于所述设定距离、 所用材料以及所用切割装置。例如，如果切割技术和材料的结合使用导致了射束的滞后，那么切割将几乎一直进行直至射束被转向的另一切割零件，并且由于射束的滞后，此处的微型关节在材料背面的那部分关节厚度将更厚。如果切割技术和材料的结合使用未导致任何射束的滞后，那么就可以得到尺寸精确的微型关节。若第一零件21和第二零件22需要刀具半径补偿，则当在点加处开始切割时，采用左刀具半径补偿来切割第一零件21的轮廓直至点2b，并从点2b处开始共边切割。从点 2b到点2c，在轮廓的共边切割部分不采用刀具半径补偿。从点2c到点2d，采用右刀具半径补偿来切割第二零件22的轮廓。由此，本套控制规则包括右刀具半径补偿、左刀具半径补偿与无刀具半径补偿之间的切换规则，所述切换是在不停止和启动切割射束的直线或轮廓的连续切割中进行的。这意味着，图2中切割零件21和零件22可以从点加到点2d连续切割完成，该图中还表明了如何通过一直不完全切割形成微型关节M和微型关节25。由于零件组仅包括两个零件，因此图2阐明的是本发明的一个非常简单和特殊的实施例。具有四个零件的零件组3A的实施例如图3所示，所述四个零件为第一零件31、 第二零件32、第三零件33和第四零件34。如图所示，由于所述四个零件具有圆角，四个零件之间的中间部分产生了一个凹窝3B。本发明所述的一套控制规则包括以下规则创建战略性定位转向区域，所述转向区域通过以此为目的所进行的劈割、或通过切割长度大于所需长度的直线或轮廓而产生， 并采用以此方式产生的间隙作为转向区域。在图3中，首先进行三个零件之间的共边切割，例如，首先进行第一零件31和第二零件32之间的第一次共边切割35，再进行第二零件32和第三零件33之间的第二次共边切割36，然后进行第三零件33和第四零件34之间的第三次共边切割37。所述三次共边切割35、36、37切入中间的凹窝;3B，从而每次共边切割之后，得到了三个转向区域第一转向区域35’、第二转向区域36’以及第三转向区域37’。中间的凹窝随着第四次共边切割38的进行而产生，此处三个转向区域35’、36’、 37’允许射束进入转向区域、转向、并继而离开转向区域，切割下一个圆角，以及继续进入下一转向区域，如此往复围绕整个凹窝3B进行。根据图3所示的实施例也是一个在切割过程中需要改变刀具半径补偿的实例。如图所示，进行第四共次边切割38时，在第一零件31和第四零件34之间的切割不使用刀具半径补偿，然后在以下情况时改为左刀具半径补偿，即切割第四零件34的圆角时、转入第三转向区域37’时、切割第三零件33的圆角时、转入第二转向区域沈’时、切割第二零件32 的圆角时、转入第一转向区域35’以及切割第一零件31的圆角时。采用间隙作为转向区域，允许在所述转向区域内切割射束与所用切割装置实现同步。射束可以以不同的方式与切割装置同步，选择何种方式取决于具体的切割环境。一种允许射束与切割装置同步的方式为，允许在转向区域内减慢切割速度，而当切割进行到转向区域之外后加速到标准切割速度。在本发明的实际应用中，当在转向区域内转向时，紧密转向区域会导致切割速度减慢，从而在转向区域内转向时允许射束与切割装置同步。在一些应用中，根据对可靠性和/或质量的要求，可能需要切割过程中移动的积极减速或甚至停止，以确保射束能够与切割装置同步。另一种使射束与切割装置同步的方法是，允许切割装置在转向区域内做一个半径。另一种使射束与切割装置同步的方法是，允许切割装置在转向区域内做一角度或相位。本发明的一个实施例如图4所示，其中切割射束41穿过若干已切割线如、仙、如、 4d或拦截点，如果射束滞后于切割装置，由于在射束下部切穿拦截点的第一边之前，射束上部可能已开始切割拦截点的另一边，从而存在切割中断的风险。为了克服以上问题，本发明所述控制规则包括以下规则当切割射束穿过拦截点时，允许切割射束与所用切割装置在所述拦截点处同步。所述同步可以通过不同的方式来完成，其中的三种方式分别是，使切割装置在切割间隙内做一个小半径A，或者在切割间隙内做一个小相位B，或者在进入间隙时减慢切割速度，并随后在离开间隙C时开始以正常切割速度切割。一个实施例如图5所示，介绍了如何以不同方式结束切割以得到本发明中的不同特征。如图所示，第一零件51、第二零件52、第三零件53和第四零件M均属于零件组5A， 整个零件组未在图中示出。所述零件的位置使得第一零件51和第二零件52之间的第一切割512为共线切割，第二零件52和第三零件53之间的第二切割523为共线切割，第三零件53和第四零件 54之间的第三切割534为共线切割，以及全部四个零件以外侧切割55为边界。如图所示，第一切割512在到达外侧切割55之前被停止，从而在第一零件51和第二零件52之间形成一个微型关节56。如图所示，第二切割523 —直切割至外侧切割55，从而将第二零件52和第三零件 53互相分离。如图所示，第三切割534超过了外侧切割，从而提供了可用作转向区域57的战略性定位切割。图6阐明了本发明提出的切割小角6A的解决方法。本发明所述的一套控制规则， 包括以下规则开始时分两次切割小角6A，即第一次切割61和第二次切割62，一次切割用于形成角6A的一边，并且每次切割都通往角6A的尖端6A’。图中，以两条曲线延伸彼此相交形成角为例，但是，应该说明的是，小角也可以是两条直线延伸彼此相交，或者一条直线、 一条曲线延伸彼此相交。一个实施例如图7所示，第一零件7al和第二零件7a2的位置使得相邻切线之间的距离仅为切割射束的厚度。在图7a中，切割操作开始于切割一个战略性定位劈割7a3，所述劈割7a3贯穿第一零件7al和第二零件7a2的共同切线。然后对两个零件7al、7a2进行一次切割，其中切割射束采用战略性定位劈割7a3作为转向区域7a3’。在此切割中，由于切割方向7a4、7a4’使半径补偿在整个切割过程中保持不变，因此无需改变半径补偿。一个实施例如图7b所示，第一零件7b 1和第二零件7 的位置使得相邻切线之间的距离仅为切割射束的厚度。在图7b中，对两个零件7bl、7l32进行一次切割，切割射束将穿过已切切点7b3，此时切割射束为第二次穿过切点7b3，已切切点7b3因此成为如图4所示的一个拦截点。由于切割方向7b4、7b4’使得切割射束经过切点时半径补偿发生了改变， 因此当切割射束从切割第一零件7bl移动至切割第二零件7b2时，可以通过改变半径补偿来提供所需的刀具半径补偿，反之亦然。
图8表明，当第一切割81、第二切割82、第三切割83这三次切割之间的距离非常小，使得两次相邻切割之间的材料特性受到影响并开始变形时，本发明提出，对所述第一切割81、第二切割81、第三切割83分别进行两次局部切割8la、8lb、82a、82b、83a、83b，所述局部切割分别从切割81、82、83的外侧开始切向切割81、82、83的中心。图8中还表明，第一局部切割81a、81b和第二局部切割8加、8沘并非分别一直沿切割81、切割82进行，而是在两次局部切割81a、81b、8^i、8^之间留下微型关节81c、82c， 而第三局部切割83a、8;3b —直切割直至闭合第三切割83的轮廓。可以把零件组看作单个复杂零件，从周边材料或零件间的材料完全切割下零件组，所述材料不属于任何零件，这种情况下，如有需要，零件组中的零件可以通过微型关节相连接，而零件组完全与周围骨架材料分离。本发明提出了可用于控制切割装置的不同变量。图9中阐明从一块材料中切割得到的两个或多个零件组9A、9B、9C。所述零件组可以包括若干不同零件，但是为了简化起见，零件组9A、9B、9C在图中示意性地表现为实心零件。使用至少两个变量来设定两个相邻零件之间的距离，所述相邻零件属于两个不同的零件组。第一变量代表相邻零件9A和9B间的第一最小距离a9，所述相邻零件具有平行的边线9A’、9B’。第二变量代表相邻零件9A和9C间的第二最小距离b9，其中相邻零件9C中的至少有一个具有边缘切线9C’。本发明中，所述第二变量代表的距离b9比所述第一变量代表的距离a9小。本发明还指出，第二变量代表的第二距离b9取决于切线9C’的半径。图9中还表明，第三变量代表相邻零件9B和9C之间的第三最小距离c9，其中相邻零件9B中的至少有一个具有边缘拐角9B”，所述第三变量代表的第三距离c9小于第一变量代表的距离a9和第二变量代表的距离b9。本发明还提出了代表所用材料的第四变量，以及代表所用射束切割技术的第五变量，所述射束切割技术为使用等离子体、激光、火焰、水、离子、火、颗粒或空气来进行的切割。本发明还提出了代表所述切割射束宽度的第六变量，所述第六变量取决于所述第四变量和第五变量。图10表明根据所用材料、所用材料的厚度及所用切割技术，通过自动角度调整和长度调整提供的引入线101或引出线102。应选择有关切割103的尽可能小的角101a、102b，从而使得切割射束从引入线101 开始时由穿孔产生的坑101b，或者射束在引出线102处停止时产生的影响区102b，都位于切割103之外，同时还分别将引入线101和引出线102的长度最小化。图11为切割操作程序的流程图-切割所有孔、战略性定位劈割以及共线切割111，-切割所有产生于零件组之间或零件之间的凹窝112，以及-切割组的外轮廓113。第一步操作111为切割所有孔、战略性定位劈割以及共线切割，其中，首先创建所需转向区域，由于在进行此操作时，各零件仍与其他零件、骨架相连，所以此时材料为一块稳定材料，因此此操作比较容易进行。切割、劈割和共线切割均被适于连接零件组中不同零件的任何微型关节。第二步操作112为切割所有产生于零件组之间或零件之间的凹窝，由于进行此操作时，各零件仍与其他零件、骨架相连，所以此时材料为一块稳定材料，因此该操作比较容易进行。第三步也是最后一步操作113为切割组的外轮廓，随着这一步骤的进行，所有零件都将从骨架中分离出，并且仅通过该过程中产生的微型关节彼此相连。如果一个实施例中，微型关节连接的是零件组中的零件与骨架，而不是零件与零件，那么该微型关节是在切割外轮廓时产生的。根据本发明所述的方法可作为计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助设计(CAD)的一种工具被执行，或者作为控制规则和变量的一部分被执行，所述控制规则和变量被用于由计算机数控(CNC)控制的切割设备中的数字控制器中。本发明还涉及一个系统，再次参考图1对所述系统进行描述，作为用于从一块材料12中机械切割得到若干零件12a、12b、12c的系统11，包括一个射束切割装置13和一个用于控制射束切割装置13的控制单元14。控制单元14适用于遵循一套用于切割二维形状或式样的控制规则，其中，一项规则和多项规则的结合被用于根据待切形状或式样所进行的切割操作，所述形状或式样构成从一块材料中得到的零件12a、12b、12c。特别地，所述控制单元14适用于遵循一套控制规则，包括以下规则形成具有自由形状的零件12a、12b、12c，所述零件12a、12b、12c被彼此紧密放置，使得在所述零件的形状允许的情况下，相邻零件之间的距离仅为切割射束13a的厚度13a’。本发明还提出，所述控制单元适用于控制所述切割装置在相邻零件之间形成微型关节，从而使所述微型关节支撑住彼此相邻的零件，此处所述控制单元被用于控制所述切割装置在待切轮廓内部一设定距离处开始切割轮廓，或者如图5所示于待切轮廓终点之前一设定距离处而停止轮廓切割512，从而切割装置在受控下未闭合轮廓的完整切割，并因此提供了一个连接第一零件51和第二零件52的微型关节56，所述微型关节的尺寸与所述设定距离相对应。如图2所示，所述控制单元适用于控制所述切割装置在零件21、22及零件组周边的材料2之间形成微型关节对、25，从而使微型关节M、25支撑零件21、22及其周边的材料。所述控制单元适用于遵循以下规则设置微型关节尺寸，并且控制所述尺寸的变量取决于所用材料和所用切割装置。本发明还提出，所述控制单元适用于控制切割装置在右刀具半径补偿、左刀具半径补偿与无刀具半径补偿之间切换，所述切换是在没有停止和启动切割射束的直线或轮廓的连续切割中进行的，无需切割出一个新孔。图2中对此进行了描述，从点加处开始切割， 采用左刀具半径补偿来切割第一零件21的轮廓直至点2b，并从点2b处开始共边切割，从点2b到点2c，在轮廓的共边切割部分不采用刀具半径补偿。从点2c到点2d，采用右刀具半径补偿来切割第二零件22的轮廓。如图3所示，所述控制单元适用于控制所述切割装置制造战略性定位转向区域 35’、36’、37’，所述转向区域35’、36’、37’通过以此为目的所进行的劈割、或通过切割长度大于所需长度的直线或轮廓而形成，并且控制所述切割装置将以此方式得到的间隙用作转向区域。所述控制单元适用于控制所述切割装置将所述间隙用作转向区域，从而允许在转向区域内切割射束与所述切割装置实现同步。射束可以以不同的方式与切割装置同步。调整控制单元适用于控制切割操作，在切割间隙内减慢切割速度，而当切割进行到切割间隙另一侧时便加速到标准切割速度。由于转向区域内的紧密转向点的自然原因，导致转向时切割速度减慢，但是在一些应用中，根据对可靠性和/或质量的要求，可能需要切割过程中移动的积极减速或甚至停止，以确保射束能够与切割装置同步。控制单元还适用于控制切割装置在切割间隙内做一个半径，或者在切割间隙内做一个角度或相位。以同样的方式，所述控制单元适用于控制所述切割装置，当切割射束穿过拦截点时，允许切割射束与所用切割装置在所述拦截点处同步。如图6所示，所述控制单元适用于控制所述切割装置分两次切割小角6A，即第一次切割61和第二次切割62，一次切割用于形成角6A的一边，每次切割61、62都通往角6A 的尖端6A，。如图8所示，当第一次切割81和第二次切割82之间的距离非常小，使得两次切割 81、82之间的材料特性受到影响并开始变形时，所述控制单元适用于控制所述切割装置将每一切割81、82分两次局部切割完成，所述局部切割从所述切割的外侧零件开始切向所述切割的中心。本发明还提出，所述控制单元适用于控制所述切割装置并非分别一直沿切割进行局部切割81a、81b、82a、82b，而是在两次局部切割之间留下微型关节。可以看到，第三次切割83时，两次局部切割83a、8;3b —直切割直至闭合第三切割83的轮廓，没有形成微型关节。本发明还提出，所述控制单元适用于控制所述切割装置，从周边材料或零件间的材料中完全切割下所述零件组，所述材料不属于任何零件。图9中表明从一块材料中切割得到的两个或多个零件组9A、9B、9C。所述控制单元适用于控制所述切割装置使用具有平行边线9A’、9B’的相邻零件9A、9B之间的第一最小距离a9，所述第一最小距离a9由第一变量代表；所述切割装置使用相邻零件9A、9C之间的第二最小距离b9，所述相邻零件中的至少有一个具有一边缘切线9C’，所述第二最小距离b9 由第二变量代表，所述第二变量代表的第二距离b9比所述第一变量代表的第一距离a9小。所述第二变量代表的第二距离b9取决于所述切线9C’的半径。本发明还提出，第三变量适用于代表相邻零件9B、9C间的第三最小距离c9，所述相邻零件9B中的至少一个具有边缘拐角9B”，所述第三变量代表的第三距离c9小于第一变量代表的距离a9和第二变量代表的距离b9。本发明还提出，所述控制单元适用于引入第四变量和第五变量，所述第四变量代表所用材料，而所述第五变量代表所用射束切割技术，例如使用等离子体、激光、火焰、水、 离子、火、颗粒或空气的切割。本发明还提出，所述控制单元适用于引入第六变量，所述第六变量代表所述切割射束的宽度，所述第六变量取决于所述第四变量和第五变量。图10表明，所述控制单元适用于根据所用材料、所用材料的厚度及所用切割技术，通过自动角度调整和长度调整提供的引入线101或引出线102。本发明所述的控制单元适用于控制所述切割装置按照以下顺序进行切割操作，如图11的流程图所示-切割所有孔、战略性定位劈割以及共线切割111，-切割所有产生于零件组之间或零件之间的凹窝112，以及-切割组的外轮廓113。本发明所述的系统适用于作为计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助设计(CAD)的一种工具被执行，或者本发明所述的控制单元为计算机数字控制(CNC)机器中的数字控制器。本发明还涉及计算机程序产品P，如图1所示，包括计算机程序代码Pl，当其被运行时，所述计算机程序代码Pi使得计算机C能够执行本发明所述方法中的控制规则和变量。本发明不限于上述的实施例。对于所属领域的普通技术人员来说，许多不同的显而易见变化仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种使用射束切割技术从一块材料中机械切割得到若干零件的方法，所述方法提供了一套用于切割二维形状或式样的控制规则和变量，其中，一项规则或多项规则的结合被用于根据待切形状或式样所进行的切割操作，所述形状或式样构成从所述一块材料中得到的所述零件，其特征在于所述一套控制规则包括以下规则形成具有自由形状的零件组， 所述零件被彼此紧密放置，使得当所述零件的形状允许时，相邻零件之间的距离仅为切割射束的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述一套控制规则还包括以下规则通过微型关节将所述零件相连接，所述微型关节支撑相邻零件并将所述零件相互连接，以及通过从待切轮廓内一设定距离开始切割轮廓以制作微型关节，或者在待切轮廓终点之前的一设定距离停止切割轮廓以制作微型关节，由此未闭合轮廓的完整切割，所述微型关节的尺寸与所述设定距离相对应。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述一套控制规则包括以下规则从所述组中将各零件分离，并通过微型关节对零件与所述组的周边材料相连接，所述微型关节支撑零件并使其与周边材料相连接，以及通过从待切轮廓内一设定距离开始切割轮廓以制作微型关节，或者在待切轮廓终点之前的一设定距离停止切割轮廓以制作微型关节，由此未闭合轮廓的完整切割，所述微型关节的尺寸与所述设定距离相对应。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述微型关节的尺寸由所述控制规则控制，并且控制所述尺寸的变量取决于所述设定距离、所用材料和所用切割装置。
5.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于所述一套控制规则包括右刀具半径补偿、左刀具半径补偿与无刀具半径补偿之间的切换规则，所述切换是在不停止和启动切割射束的直线或轮廓的连续切割中进行的。
6.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于所述一套控制规则包括以下规则创建战略性定位转向区域，所述转向区域通过以此为目的所进行的劈割、或通过切割长度大于所需长度的直线或轮廓而产生，并采用以此方式产生的间隙作为转向区域。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于采用所述间隙作为转向区域，允许在所述转向区域内切割射束与所用切割装置实现同步。
8.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于所述一套控制规则包括以下规 当切割射束穿过拦截点时，允许切割射束与所用切割装置在所述拦截点处同步。
9.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于所述一套控制规则包括切割小角的规则开始时分两次切割小角，一次切割用于形成角的一边，并且每次切割均通往角的尖端。
10.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于当两次切割之间的距离非常小， 使得两次切割之间的材料特性受到影响并开始变形时，每一切割分两次局部切割完成，所述局部切割从所述切割的外侧零件开始切向所述切割的中心。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述局部切割并非一直沿各自切割完成，而是在两次局部切割之间留下微型关节。
12.根据权利要求1、2、4、5、6、7、8、9、10或11所述的方法，其特征在于从周边材料或零件间的材料中完全切割下所述零件组，所述材料不属于任何零件。
13.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于每当从一块材料中切割得到两个或多个组时，使用至少两个不同变量来设定相邻零件之间的距离，所述相邻零件属于两个不同的组，第一变量代表具有平行边线的相邻零件之间的第一最小距离，第二变量代表相邻零件之间的第二最小距离，其中所述相邻零件中的至少一个具有边缘切线，并且所述第二变量代表的距离比所述第一变量代表的距离小。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述第二变量代表的第二距离取决于所述切线的半径。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于第三变量代表相邻零件之间的第三最小距离，其中所述相邻零件中的至少一个具有边缘拐角，并且所述第三变量代表的第三距离小于第一变量和第二变量代表的距离。
16.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于第四变量代表所用材料，第五变量代表所用射束切割技术，例如使用等离子体、激光、火焰、水、离子、火、颗粒或空气进行的切割。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于第六变量代表所述切割射束的宽度，其中所述第六变量取决于所述第四变量和第五变量。
18.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于根据所用材料、所述所用材料的厚度以及所用切割技术，通过自动角度调整和长度调整提供引入线或引出线。
19.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于按照以下顺序进行切割操作-切割所有孔、战略性定位劈割以及共线切割，-切割所有产生于零件组之间或零件之间的凹窝，以及-切割组的外轮廓。
20.根据上述权利要求任一所述的方法，其特征在于所述方法可作为计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助设计(CAD)的一种工具被执行。
21.根据权利要求1至19任一所述的方法，其特征在于所述方法作为控制规则和变量被执行，所述控制规则和变量的一部分被用于由计算机数控(CNC)控制的切割设备中的数字控制器中。
22.一种用于从一块材料中机械切割得到若干零件的系统，包括一个射束切割装置和一个控制单元，所述控制单元用于控制所述射束切割装置，所述控制单元适用于遵循一套用于切割二维形状或式样的控制规则，其中，一项规则或多项规则的结合被用于根据待切形状或式样所进行的切割操作，所述形状或式样构成从所述一块材料中得到的所述零件， 其特征在于所述控制单元适用于遵循一套控制规则，所述控制规则包括以下规则形成具有自由形状的零件组，所述零件被彼此紧密放置，使得当所述零件的形状允许时，相邻零件之间的距离仅为切割射束的厚度。
23.根据权利要求21所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置在相邻零件之间留下微型关节，从而允许所述微型关节支撑相邻零件使其相互连接，其中，所述控制单元适用于控制所述切割装置在待切轮廓内部一设定距离处开始切割轮廓， 或者在待切轮廓终点之前一设定距离处停止轮廓切割，从而控制切割装置完成非闭合的轮廓的完整切割，因此提供一个尺寸与所述设定距离相对应的微型关节。
24.根据权利要求21所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置从所述组中将零件分离，并且在零件与所述组周边材料之间留下微型关节，从而允许所述微型关节支撑零件并使其与周边材料相连接，其中，所述控制单元适用于控制所述切割装置在待切轮廓内一设定距离处开始切割轮廓，或者在待切轮廓终点之前一设定距离处停止切割轮廓，从而控制切割装置完成非闭合的轮廓的完整切割，所述微型关节的尺寸与所述设定距离相对应。
25.根据权利要求23或M所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于遵循以下规则设置所述微型关节的尺寸，并且控制所述尺寸的变量取决于所述设定距离、所用材料以及所用切割装置。
26.根据权利要求22至25任一所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置在右刀具半径补偿、左刀具半径补偿与无刀具半径补偿之间切换，所述切换是在不停止和启动切割射束的直线或轮廓的连续切割中进行的，无需切割一个新孔。
27.根据权利要求22至沈任一所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置创建战略性定位转向区域，所述转向区域通过以此为目的所进行的劈割、或通过切割长度大于所需长度的直线或轮廓而产生，并且控制所述切割装置将以此方式产生的间隙用作转向区域。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置将所述间隙用作转向区域，从而允许在所述转向区域内切割射束与切割装置实现同步。
29.根据权利要求22至观任一所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置，当切割射束穿过拦截点时，允许切割射束与所用切割装置在所述拦截点处同止少ο
30.根据权利要求22至四任一所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置分两次切割小角，一次切割用于形成角的一边，并且每次切割均通往角的尖端。
31.根据权利要求22至30任一所述的系统，其特征在于当两次切割之间的距离非常小，使得两次切割之间的材料特性受到影响并开始变形时，所述控制单元适用于控制所述切割装置将每一切割分两次局部切割完成，所述局部切割从所述切割的外侧零件开始切向所述切割的中心。
32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置并非一直沿各自切割进行局部切割，而是在两个局部切割之间留下微型关节。
33.根据权利要求22、23、25、26、27、28、四、30或32所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置，从周边材料或零件间的材料中完全切割下所述零件组， 所述材料不属于任何零件。
34.根据权利要求22至33任一所述的系统，其特征在于，当从一块材料中切割得到两个或多个零件组时，所述控制单元适用于控制所述切割装置，使用相邻零件之间的第一最小距离，所述零件具有平行边线，所述第一最小距离由第一变量代表，以及使用相邻零件之间的第二最小距离，所述相邻零件中的至少有一个具有边缘切线，所述第二最小距离由第二变量代表，所述第二变量代表的第二距离比所述第一变量代表的第一距离小。
35.根据权利要求31所述的系统，其特征在于所述第二变量代表的第二距离取决于所述切线的半径。
36.根据权利要求34或35所述的系统，其特征在于第三变量适用于代表相邻零件间的第三最小距离，所述相邻零件中的至少一个具有边缘拐角，所述第三变量代表的第三距离小于第一变量和第二变量代表的距离。
37.根据权利要求22至36任一所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于引入第四变量和第五变量，所述第四变量代表所用材料，而所述第五变量代表所用射束切割技术， 例如使用等离子体、激光、火焰、水、离子、火、颗粒或空气的切割。
38.根据权利要求22至37任一所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于引入第六变量，所述第六变量代表所述切割射束的宽度，所述第六变量取决于所述第四变量和第五变量。
39.根据权利要求22至观任一所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于根据所用材料、所述所用材料的厚度以及所用切割技术，通过自动角度调整和长度调整提供引入线或引出线。
40.根据权利要求22至39任一所述的系统，其特征在于所述控制单元适用于控制所述切割装置按照以下顺序执行所述切割操作-切割所有孔、战略性定位劈割以及共线切割，-切割所有产生于零件组之间或零件之间的凹窝，以及-切割组的外轮廓。
41.根据权利要求22至40任一所述的系统，其特征在于所述系统适用于作为计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助设计(CAD)的一种工具被执行。
42.根据权利要求22至40任一所述的系统，其特征在于所述控制单元为计算机数字控制(CNC)机器中的数字控制器。
43.一种计算机程序产品，其特征在于包括计算机程序代码，当其被运行时，使得计算机能够执行根据权利要求1至21任一所述的控制规则和变量。
全文摘要
本发明涉及机械切割材料的方法及系统，所述方法及系统应用射束切割技术从一块材料中切割得到若干零件(31，32，33，34)，本发明提供了一套用于切割二维形状或式样的控制规则及变量，其中一项规则或多项规则的结合被用于根据待切形状或样式所进行的切割操作，所述形状或样式构成从一块材料中得到的零件(31，32，33，34)；本发明特别提出，所述一套控制规则包括以下规则，形成具有自由形状的零件组(3A)，所述零件被彼此紧密放置，使得所述零件的形状允许时，相邻零件之间的距离仅为切割射束的厚度。
文档编号B23K26/38GK102574244SQ200980161876
公开日2012年7月11日 申请日期2009年10月8日 优先权日2009年10月8日
发明者马格纳斯·诺伯格奥尔森 申请人:特摩劳吉克公司