與進(jìn)口樁腿齒條 在成形質(zhì)量上是致的鋼板切

　　基于切割工藝的鋼板下料套料算法及實(shí)現(xiàn)哈爾濱天元數(shù)控設(shè)制造有限（１５００７８） 摘要針對(duì)數(shù)控切割下料行業(yè)中任意形狀零件套排的優(yōu)化問題，依據(jù)離散數(shù)學(xué)的掃描線算法，在套排過程中融入了數(shù)控切割下料的特殊工藝技術(shù)，并根據(jù)局部的原則不斷地將零件進(jìn)行動(dòng)態(tài)套排，直至套排結(jié)束。實(shí)際 計(jì)算結(jié)果表明，該算法實(shí)用性強(qiáng)、速度快、效率高，獲得了滿意的套排結(jié)果。 關(guān)鍵詞：數(shù)控切割切割工藝套排排樣掃描線算法 中圖分類號(hào)：ＴＰ３９１．７３ 在機(jī)械產(chǎn)品制造業(yè)，板材下料是重要的制造工藝過程之一。因此，采用有效的鋼板套料算法，提高板材 利用率，降低生產(chǎn)成本，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重 要的意義。按照人們對(duì)排樣問題（Ｃｕｔｔｉｎｇ ＳｔｏｃｋＰｒｏｂ— ｌｅｍ，ＣＳＰ）的劃分，實(shí)際生產(chǎn)中的大多數(shù)情況是任意形 狀零件排樣問題，因而它可以說是ＣＳＰ問題中重要 的一類。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)任意形狀零件套排問題研 究較多，主要算法有掃描線算法、平行線分割算法 等ｑＪ。通常情況下，鋼板零件的套排算法如前述情 況一樣，僅僅考慮的是數(shù)學(xué)算法，而沒有考慮數(shù)控切割 零件套排過程中的特殊工藝技術(shù)，因而其套排結(jié)果往 往存在缺陷，板材利用率不高。文中在總結(jié)任意形狀 零件優(yōu)化套排算法的基礎(chǔ)上，提出套排前預(yù)處理、排樣 與套排相融合的計(jì)算方法。這種新的套排算法，加入 了零件共邊及零件連割的特殊工藝技術(shù)，使套排結(jié)果 的板材利用率得到有效提高。實(shí)際計(jì)算結(jié)果表明，該 算法速度快、效率高、實(shí)用性強(qiáng)，獲得了滿意的套排結(jié) 果，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。 工藝技術(shù)１．１零件的幾何描述 任何一個(gè)復(fù)雜的不規(guī)則形狀的零件都是由一個(gè)外 部輪廓和若干個(gè)內(nèi)部輪廓構(gòu)成，輪廓線圖段是由直線、 圓弧及任意曲線組成。對(duì)于任意離散點(diǎn)的曲線，采用 曲線擬合算法分解為小直線段或圓弧段，這樣所有輪 廓線圖段終歸結(jié)為直線零件共邊 在零件切割下料時(shí)，如果兩個(gè)零件有相同的直邊， 收稿日期：２０１３—１１—０１ 如圖１所示，切割時(shí)就只需切割一次，很明顯這樣既可以 節(jié)省板料，又可以節(jié)約耗材，并提高生產(chǎn)效率。對(duì)于相同 的零件，如果該零件有直邊，那么這些相同零件就可以套 排成共邊形式。對(duì)于不相同的零件，如果零件有直邊， 同樣可以搜尋其它零件的直邊，用于共邊切割。 兩三角形零件共邊圖不零件共邊的排樣在鋼板套排的預(yù)處理算法中進(jìn) 行，將相互共邊的零件排成一個(gè)零件進(jìn)行整體套排。 １．３零件連割 多個(gè)零件套排時(shí)，條件允許可以把幾個(gè)零件的切 割起點(diǎn)連在一起，如圖２所示三個(gè)零件套排時(shí)，將這三 個(gè)零件的切割起點(diǎn)設(shè)置在一起，就減少了火焰切割的 穿孔點(diǎn)，節(jié)省了能源并減少了切割時(shí)間。 ２數(shù)學(xué)算法 ２．１掃描線 萬方數(shù)據(jù) 向進(jìn)行掃描，掃描增量為ｄ＝ｄｘ＝ｄｙ，圖３所示為對(duì)一個(gè)零件進(jìn)行掃描。 圖３掃描線圖不設(shè)第ｋ個(gè)零件圖為Ｇ（ｋ），ｋ＝１，２，…，ｎ。對(duì)于零件 圖Ｇ（ｋ），每一方向的掃描線與零件輪廓線外側(cè)只有 兩個(gè)交點(diǎn)，兩個(gè)方向共計(jì)４個(gè)交點(diǎn)，根據(jù)此４個(gè)交點(diǎn)值 建立零件輪廓交點(diǎn)表如下： 由零件輪廓交點(diǎn)表Ｂ，（ｋ）和Ｂ，（ｋ），可計(jì)算出兩個(gè)零件間在ｘ方向及ｙ方向上的小間距，根據(jù)此間距 值，確定零件的移動(dòng)距離。 零件的幾何描述已經(jīng)說明，零件輪廓線是由直線 和圓弧組成，所以零件輪廓交點(diǎn)表的計(jì)算實(shí)際上就是 直線與直線的交點(diǎn)計(jì)算及直線與圓弧的交點(diǎn)計(jì)算，但 零件邊緣應(yīng)由其外接矩形確定，設(shè)外接矩形的坐標(biāo)為 ２．２套排預(yù)處理２．２．１單件預(yù)處理 單件預(yù)處理算法為單件利用率原則，計(jì)算方 法為，以零件中心（ｘ。，Ｙｏ）為圓心，角度６為增量，旋轉(zhuǎn) 零件后計(jì)算零件面積Ｐ．ｊ與其外接矩形面積尺。；之比叩， 求單件利用率值，即 Ｍａｘ（．２東Ｊ根據(jù)刀一來確定零件初始方位。 ２．２．２共邊預(yù)處理 單件選擇結(jié)束后，首先選擇具有直邊的相同零件， 這種零件可以共邊，而且還可以多邊公用，尤其是矩形 ２４ ２０１４年第６期 零件的情況，如圖４所示。 圖４矩形零件共邊圖不 對(duì)于共邊后組合在一起的零件，在后續(xù)套排中按 單件處理。 ２．２．３兩件預(yù)處理 在進(jìn)行零件套排前，首先選擇相同零件或面積相 近零件進(jìn)行組合。組合算法為，先固定一個(gè)零件，第二 個(gè)零件按００，９０。，１８００及２７００方位按掃描線算法進(jìn)行 組合，以面積利用率為目標(biāo)，組合成功后按一個(gè)零 件處理，如圖５所示。 圖５兩零件組合圖示 按此方法可進(jìn)行３個(gè)、４個(gè)等多個(gè)零件的有效組 ２．３零件套排原則２．３．１ 起始位置 通常情況下，零件排料從矩形鋼板的左下角開始 作為個(gè)零件的放置位置，對(duì)于特殊要求，也可以從 鋼板的其它位置開始排料，對(duì)程序算法無影響。 ２．３．２零件面積 一般情況是從面積的零件開始排料，遵循此 原則，零件在鋼板上進(jìn)行排料之前，先按零件面積的大 小開始排序，然后以此順序進(jìn)行排料。 ２．３．３內(nèi)輪廓套排 當(dāng)個(gè)零件按起始位置要求及面積原則放 置到鋼板上之后，要首先對(duì)該零件的內(nèi)輪廓區(qū)域進(jìn)行 零件套排，實(shí)際上，此處是一種遞歸算法。 ２．４套排后處理 整張鋼板套排結(jié)束后，進(jìn)行鋼板未利用的空隙搜 索，找到零件間的空隙，設(shè)置切割引入線。如存在 兩個(gè)或多個(gè)零件引入線可設(shè)置在一起的情況，便將這 些零件設(shè)置成連割。 萬方數(shù)據(jù) ２．５程序流程程序流程如圖６所示。 在上述套排流程的內(nèi)輪 廓套排和外部排料的過程，不 僅僅是單個(gè)零件進(jìn)行套排，還 包含了作為單件處理的共邊 過程。３運(yùn)行實(shí)例 ＱｕｉｃｋＮＥＳＴ計(jì)算機(jī)自動(dòng) 套料系統(tǒng)即是應(yīng)用上述套排 方法開發(fā)的實(shí)用高效型套排 零件預(yù)處理 鋼板后處理圖６程序流程 軟件，該系統(tǒng)能有效地解決任意二維不規(guī)則零件的 優(yōu)套料問題，并在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中得到了用戶好評(píng)。 舉例中用７０個(gè)任意形狀的零件套排在寬度為 １６００ｍｍ、長(zhǎng)度為６ ０００ ｍｍ的矩形鋼板上，套排結(jié)果 如圖７所示，此套排結(jié)果的板材利用率達(dá)到了８０％，如 ｍＩ椰／Ｈ 圖７零件套排圖示果零件大小匹配適當(dāng)，套排利用率可達(dá)９０％以上。 （１）使用基于切割工藝的套排算法，可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜零件在矩形板材上的優(yōu)化套排，整張鋼板的套 排結(jié)果更加符合實(shí)際生產(chǎn)需要。 （２）套料過程更快速、套料結(jié)果實(shí)用。 （３）可以大輻度地減少加工時(shí)間、降低耗材使用 量、提高板材利用率。 （４）為鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)下料工序提高生產(chǎn)效率、降 低生產(chǎn)成本提供了有效途徑。 參考文獻(xiàn) ［１］Ｆｏｌｅｙ ＪＤ，ＳｔｅｖｅｎＫＦｅｉｎｅｒ，ＪｏｌＩｌｌＦ Ｈｕｇｈｅｓ．ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒａｐｈ— ｉｔｓ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ８ Ｐｒａｃｔｉｃｅ［Ｍ］．２ｎｄｅｄ．Ａｄｄｉｓｏｎ—Ｗｅｓｌｅｙ，ＵＳＡ，１９９０． ［２］孫立鐫．計(jì)算機(jī)圖形學(xué)［Ｍ］．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版 社。１９９９：１８—２６． ［３］林好轉(zhuǎn)．平行線分割一步平移法抖排樣算法的研究［Ｊ］． 鍛壓技術(shù)，１９９４（５）：３３—３５． ［４］賈志欣．二維不規(guī)則零件排樣問題的遺傳算法求解［Ｊ］． 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