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CAM系统中孔加工路径的优化处理
发表时间:2006-8-31 王先逵;解开颜;张玉峰;郁鼎文;梁吉元   来源:计算机集成制造系统-CIMS
关键字:CIMS CAD/CAPP/CAM 点位最优化 旅行商问题 
概要介绍了所实施CIMS环境中的CAM系统,提出了在该系统中对数控代码进行优化处理的必要性。为满足这一要求,利用图论中经典的"旅行商问题"数学模型,对墙板类零件典型的大量孔加工进行了优化处理。实现了加工多个特征时所规划的走刀路径最短,缩短了走刀时间,提高了加工效率。
    CAD/CAPP/CAM系统在CIMS中占有极其重要的地位。在某企业CIMS一期工程中,实现了基于产品数据管理(Product Data Management,PDM)的初步集成。该工程采用的CAD/CAM商用软件为I-DEAS,CAM系统以I-DEAS GM模块为平台,一方面接受CAPP生成的工艺结果,另一方面接受CAD的几何实体信息,生成各种加工信息,自动规划刀位轨迹,经过后置处理模块,生成适用于不同数控系统的NC代码。 

    尽管创成式CAPP规划了工序内容,但没有约束一道工序内的加工顺序。如果工序内含有多个加工特征,如加工多个孔,则其加工顺序由CAD系统的造型次序决定,因为CAM加工特征的实体号由CAD传递过来的。设计人员在造型过程中不考虑加工顺序,这就意味着CAM规划的加工顺序是随机的,由此会增加走刀路径,增加能耗和降低加工效率,特别是加工特征数量很大时,这种问题暴露得更加明显。本文采用数学上的"便宜"算法,在生成数控代码的过程中,进行了特征加工的点位最优化,很好地解决了该问题。 

    1 数学描述

    特征加工点位优化的数学模型是图论中的旅行商问题。这一问题的原形,即有一个旅行售货商要从他所在的村子出发,到周围的几个村子售货,每个村子去一次,最后回到出发点,求他的一条最短路径。如果抽象成数学语言,可以说成: 给定一个正权完全图,求其最短的哈密尔顿道路。如图1所示,这是由结点V1至V6组成的正权完全图G,结点间的细线称作边,设线的长度为边权;则粗线是旅行商问题的解。

    对这类问题的精确求解法是分支与定界法,它是在搜索过程中不断地构造分支与确定界值;一旦确定了界值,则对大于等于界值的分支不再搜索,最后得到的界值就是问题的最优解。此方法比枚举法优越得多,但是在最坏情况下,其计算复杂度仍为(n!)次(枚举法的平均计算复杂度为(1/2(n-1)!))。因此,在实际问题中,需要采用近似算法求得问题的近似最优解,以避免巨大的计算量。"便宜"算法是其中较好的一种近似算法。 

    为了采用该算法,我们假定:①G是由n个结点组成的无向正权图,即G的任意两结点间有边,且边无向;②G的任意三结点符合三角不等式关系:两边之和大于第三边。 

    如果设G的边权代表结点间的距离,用结点vk的下标K(K为结点序号)建立两个序列S和T,则算法描述如下: 
    (1)置 S={2,3,¨¨,n},T={1}; 
    (2)对S中的各结点,求distmin=min(dist(j,k)),(j∈S,k∈T) 
    (其中假定dist(i,j)为求结点i和j间距离的函数) 
    (3)设distmin=dist(m,n), (m∈S,n∈T) 
    若dist(m,n-1)-dist(n,n-1)≤dist(m,n+1)-dist(n,n-1),则m插入到T的n-1、n之间,否则,m插入到T的n、n+1之间。 
    在S中将m的位置置为零; 
    若S=Ф,结束;否则转第(2)步。 
    T是一个不断扩充的初级道路,最初只有一个结点。结点m插入的原则是寻找插入后对总路程贡献小的位置。如果旅行商问题的最优解为Q,"便宜"算法的解是T,则可以证明T/Q<2。这一结果的近似程度并非理想,但在实际中它的解与最优解十分接近,计算复杂度小,因而我们采用此种算法。 

    2 程序算法
    
    程序逻辑如图2和图3所示。

    先从后置处理模块产生的初始数控代码文件中读出各特征位置,即加工中各个特征的坐标值,按"便宜"算法求得最短路径后,遵从模态原则回写到原文件中。 

 
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责任编辑:陈沁