工艺约束下的激光切割路径优化算法设计.pdf

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1、机械设计与制造第3期MachineryDesign&Manufacture2014年3月工艺约束下的激光切割路径优化算法设计张青锋，饶运清(华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉430074)摘要：钣金件切割路径优化问题类似于TSP问题，但是路径优化中的零件却不能像TSP问题中的城市一样可以作为点来处理。首先对拍样图中的零件大小进行分类，以遗传算法为基础对排样图中的较大零件生成切割顺序，然后应用改进的最近插入法将未进入排序的较小零件进行插入，最后应用打孔点选择方法动态地选择符合工艺的切割起始点。本方法很好的满足了生产工艺对顺着切、避免频繁抬刀和割嘴碰撞等问题，同时也获得

2、了较短的切割路径，提高了切割效率和质量。关键词：切割路径优化；遗传算法；最近插入法；打孑L点选择中图分类号：TH16；TG458文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)03—0034—03AOptimizationAlgorithmofLaserCuttingPathwithProcessConstrainsZHANGQing—feng，RAOYun—qing(SchoolofMechanicalScienceandEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，HubeiWuhan430074，Ch

3、ina)Abstract：SheetmetalcuttingpathoptimizationproblemsissimilartotheTSPproblem,butthepartisnotlikethecityinaTSPproblemthatcanbehandledapoint．Thepartsareclassifiedaccordingtothesizeofthem,andgeneratecuttingsequenceforthebigpartswiththeimprovedgeneticalgorithm,theninseaunsortedsmallpartsint

4、osequencewithimprovednearestinsertion,firmlychoosingcuttingstartingpointdynamicallywithpunchpointselectionmethod．hisnotonlyfollowingthecuttingprocessrequirementsofavoidingfrequentcuttingnozzleandavoidingcollisionbutalsogettingashoaercuttingpath．KeyWords：CuttingPathOptimization；GeneticAlgo

5、rithm；NearestInsertion；PunchPointSelection控制切割起点间的距离作为约束条件，并结合改进的最近插入法1引言和打孔点选择法选取切割起点的方法来解决钣金件激光切割数控激光切割对钣金件的加工过程可以描述为：激光割嘴路径优化问题。从原点出发，经过空行程到达某一零件轮廓切割起点，打孔后切割该轮廓，然后回到该零件轮廓切割起点，并以此起点为原点再2路径优化数学模型经过空行程到达下一轮廓切割起点，不断循环的过程。此过程中2．1钣金件几何表达碰到的切割工艺问题Il既是我们优化的目标：(1)防碰撞提高切割m效率，割嘴随动功能会在割嘴碰到空洞(即已切割区

6、域)会产生抬刀和降刀过频问题，此过程可能导致碰刀并影响切割效率；(2)顺着切提高零件定位精度，有序的切割顺序可以提高零件的定位精度，避免因周围零件先切而无法定位的情况；(3)缩短空行程，即寻找可以缩短空行程的切割起点；(4)提高切割质量，切割起点过于密集引起的局部高温会影响切割件的质量。∞01钣金件的激光切割路径优化类似于旅行商问题~(TSP：销售图1钣金零件Pi的表达商从Ⅳ个城市中的某一个开始出发，不重复的走完剩余的J7、L1Fig．1ExpressionofSheetMetalParts个回到原点，求所有可能的路径中最短的那条)。但是TSP问题有多个内轮廓的钣金件嗍可

7、以表述为：零件含有多个轮廓，中的城市相距甚远，可以作为一个点来处理，而钣金件却是紧凑最外层的为外轮廓，其他被包含的即是内轮廓；线段，圆弧和圆，的排样在钢板上，所以不能作为一个点来处理。所以提出了一种即为轮廓的三元素；线段的表述方法为其两端点坐标，圆弧的表以遗传算法为基础方法，将割嘴路径避开已切割区域、顺着切和述方法为中心，半径，起始弧脚和终止弧脚，圆的表述方法为圆心来稿日期：2013—08—14基金项目：江苏省科技支撑汁划项目(BE2010170)作者简介：张青锋，(1988一j，男，湖北人，在读硕士研究生，主要研究方向：路径