[发明专利]多横梁式水射流切割系统的切割过程离线协调方法

摘要

本发明提供一种多横梁式水射流切割系统的切割过程离线协调方法，包括：对多横梁式水切割系统的加工区域进行划分；输入待切割的大型工件的计算机辅助设计CAD文件，分情况进行切割轮廓的分解和分配，形成各横梁系统的切割部分的CAD子文件；将各CAD子文件导入水切割计算机辅助制造CAM软件，生成可执行的数控NC代码文件，并读取数控NC代码文件，获得各横梁系统的走刀路径的序列；计算上述的每个走刀序列中的每个路径执行的时间窗，并对干涉区时间窗进行协调处理，达到避免两两相邻横梁相互干涉的目的；将协调处理结果写入原数控NC代码文件中，并下载到各横梁系统的计算机数字控制器CNC中，执行多横梁式水切割过程。采用本发明，可以实现超过3个横梁的水切割系统的并行的切割过程的平滑、无干涉的执行。

主权项

1.一种多横梁式水射流切割系统的切割过程离线协调方法，所述的多横梁式水射流切割系统包括n个横梁系统且n个横梁系统沿导轨方向依次排列并记为第1个横梁系统、第2个横梁系统、…、第i个横梁系统、…、第n个横梁系统，n为多横梁式水射流切割系统中的横梁系统总数，n∈□⁺且n≥2，□⁺为正整数的集合，i∈[1，n]各个横梁系统含一个设有水刀头的横梁及计算机数字控制CNC系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：A.对多横梁式水切割系统的加工区域进行划分：分别将第1个横梁系统、第2个横梁系统、…、第i个横梁系统、…、第n个横梁系统中的各横梁运动所覆盖的最大区域，作为第1可达区、第2可达区、…、第i可达区、…、第n1可达区，n1＝n，将相邻的第j可达区和第j+1可达区的重叠部分作为第j重叠区，j∈[1，n-1]，分别将第1重叠区、第2重叠区、…、第n2-1重叠区的两侧沿导轨向外增加一个横梁的宽度，形成第1干涉区、第2干涉区、…、第n2-1干涉区，n2＝n；B.输入待切割的大型工件的计算机辅助设计CAD文件，按照以下情况进行切割轮廓的分解和分配，形成各横梁系统的切割部分的CAD子文件：B1.如果待切割轮廓完全位于第j重叠区内，j∈[1，n-1]，则将待切割轮廓分配给第j个横梁系统或第j+1个横梁系统；如果待切割轮廓位于第j可达区内的第j重叠区之外的区域，则将待切割轮廓分配给第j个横梁系统；如果待切割轮廓位于第j可达区内且待切割轮廓始于第j重叠区内、止于第j重叠区外，则将待切割轮廓分配给第j个横梁系统；B2.对于连续跨越第j重叠区、第j+1重叠区、…、第j+k-1重叠区的待切割轮廓，j，k∈[1，n-1]且i+k∈[2，n]，k∈□⁺代表跨越的重叠区个数，以待切割轮廓跨越的各重叠干涉区的中心线为界，将待切割轮廓沿导轨方向分割成第j段、第j+1段、…、第j+k-1段、第j+k段，分割后的各待切割轮廓段分别分配给第i个横梁系统、第j+1个横梁系统、…、第j+k-1个横梁系统、第j+k个横梁系统；C.将步骤B生成的各CAD子文件导入水切割计算机辅助制造CAM软件，生成可执行的数控NC代码文件，并读取数控NC代码文件，获得各横梁系统的走刀序列：C1.CAD子文件导入到水切割计算机辅助制造CAM软件，并设置各横梁系统的水刀头的出发点、水刀头的终止点、各轮廓的切入点与切出点、各轮廓加工的先后顺序，以及输入切割准备时间、切割速度、快进速度、水与磨料阀开与关的耗时参数，经CAM软件的后置处理器处理后，生成各横梁系统的数控NC代码文件；C2.读取上述各数控NC代码文件中准备功能G指令代码和辅助功能M指令代码，获取横梁运动与切割轮廓信息，所述横梁运动与切割轮廓信息包括水刀头出发点、水刀头的终止点、各轮廓以及各轮廓的切入点与切出点，确定轮廓切割的先后次序，从而最终确定各横梁系统的走刀序列，设第i个横梁系统的走刀序列为其中i∈[1，n]，m_i∈□⁺，分别代表第i个横梁系统的按刀头行进先后顺序排列的第1个、第2个、…、第m_i个快进和切割路径；D.计算上述的每个走刀序列P_i中的每个路径执行的时间段即包括起始时间和终止时间的执行时间窗，并对执行时间窗进行协调处理，达到避免两两相邻横梁相互干涉的目的，依次取i＝1～n：D1.根据切割准备时间、切割速度、快进速度、水与磨料阀开与关的耗时参数，计算第i个横梁的走刀序列中各路径的执行时间窗，得到执行时间窗的序列P_i与W_i的元素一一对应；依次取i＝1□n，重复上述计算过程，形成第1个横梁、第2个横梁、……、第n个横梁的执行时间窗序列W₁、W₂、……、W_n；D2.移除第i个横梁走刀序列P_i中所有独立于第i个横梁的相邻干涉区的路径，得到走刀的子序列根据P_i与W_i的对应关系，从W_i中找出中的各个路径所对应的执行时间窗，形成执行时间窗的子序列称为干涉区相关时间窗序列；依次取i＝1□n，分别计算形成第1个横梁、第2个横梁、……、第n个横梁的所有干涉区相关时间窗序列对于任一从中截取出落入第i个横梁的1个或2个临近干涉区的所有时间窗或时间窗片段，将临近干涉区的所有时间窗或时间窗片段按时间先后的顺序排列，形成干涉区时间窗序列T_i，如果在所述的干涉区时间窗序列T_i中存在时间上连续的时间窗或时间窗片段，则将时间上连续的时间窗或时间窗片段依时间先后排列组成一个干涉区时间窗，同时，将各个干涉区时间窗依照时间的先后，记为代表中元素的个数，i∈[1，n]，依此，形成各横梁系统的干涉区时间窗序列T₁、T₂、……、T_n；D3.对干涉区时间窗进行协调处理：D31.从所有横梁的干涉区时间窗序列T₁、T₂、……、T_n中，分别取出首个时间窗从中找查出起始时间最早的干涉区时间窗r＝i，判断干涉区时间窗所对应的路径位于哪个干涉区：①若干涉区时间窗对应的路径位于第l-1干涉区，l＝r且l∈[2，n-1]，则从第l-1个横梁的干涉区时间窗序列T_l-1中找出位于第l-1干涉区的首个路径所对应的干涉区时间窗x∈[1，|T_l-1|]且|T_l-1|代表T_l-1中元素的个数，将干涉区时间窗与干涉区时间窗组成的对记为pw，进入D32；若干涉区时间窗不存在，则跳转到D33；②若干涉区时间窗对应的路径位于第l干涉区，从第l+1个横梁的干涉区时间窗序列T_l+1中找出位于第l干涉区的首个路径所对应的干涉区时间窗y∈[1，|T_l+1|]，|T_l+1|代表T_l+1中元素的个数，将干涉区时间窗与干涉区时间窗组成的对记为pw，进入D32；若干涉区时间窗不存在，则跳转到D33；D32.若干涉区时间窗对pw中两干涉区时间窗没有交错重叠部分，则转向D33，否则转向D34；D33.将干涉区时间窗对pw中的干涉区时间窗从所属的T_r中删除，并将T_r中余下的各元素的上标减1，以此更新D31中的T_r；判断是否所有横梁系统的干涉区时间窗序列为空或者存在唯一一个不为空的干涉区时间窗序列，则D3步结束，否则，跳转到D31继续执行；D34.设有交错重叠部分的干涉区时间窗对pw中的干涉区时间窗按照时间先后顺序分别记为将所在时间窗序列设为T，时间窗序列T中除外所有时间窗元素均后移δ时间，δ为的终止时间减去的起始时间，从而使得当前的干涉区时间窗对pw无交错重叠部分，记录结果数据令h＝h+1，h是初值为1的整数，代表协调次数；将时间窗对pw中时间窗从所属的干涉区时间序列中删除，并将两个干涉区时间序列中余下的各元素的上标减1，以此更新D31中的时间窗序列；然后判断是否所有横梁系统的干涉区时间窗序列为空或者存在唯一一个不为空的干涉区时间窗序列，则D3步结束，否则，跳转到D31继续执行；E.将上述的协调处理结果写入原数控NC代码文件中，并下载到各横梁系统的计算机数字控制器CNC中，执行多横梁式水切割过程：E1.对于步骤D所生成的时间窗后移动处理的结果数据d∈[1，h]，令的起始时间为τ，T对应第q个横梁，从第q个横梁的执行时间窗序列W_q中查到包含τ时刻且不以τ时刻为终止时间的时间窗，记录为找出时间窗对应的走刀路径，设为p，再将Δ_d中的δ以暂停代码的形式插入到第q个横梁系统的数控NC文件中p路径所对应的代码前，为走刀路径的起始点，得到无干涉的数控NC代码；依次取d＝1□h，重复执行上述的步骤E1；E2.将修改后的各数控NC代码文件装载入相应横梁的CNC系统中，执行多横梁式水切割过程，期间由同步控制装置执行各横梁系统的启动、暂停、续进、停止以及回退动作的同步控制。