数控相贯线切割机套料模块系统技术方案

一种用于数控切割技术领域的数控相贯线切割机套料模块系统，包括：ＮＣ文件处理模块、参数设定模块、布管模块、数据管理模块和显示模块，ＮＣ文件处理模块从计算机硬盘或移动存储器上读取待处理ＮＣ文件，生成新的ＮＣ文件存入计算机硬盘或移动存储器，参数设定模块列出需要设定或修改的布管操作所需的布管各项参数供用户设定或修改，数据管理模块为其他模块传输接收数据，布管模块接收布管各项参数和各管原始钢管加工数据进行布管，通过对各管的相贯线轨迹位态调整，实现管簇的最优排列，显示模块负责显示用户在布管过程需要或期望观测的数据。本发明专利技术不仅能使毛坯料的利用率达到最大，又为用户大大提高了时间效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种用于数控切割
的套料模块系统，特别是一种数控相贯线切割机套料模块系统。
技术介绍
数控相贯线切割机套料方法的基本原理是将相同半径的钢管簇沿轴向排布，通过对钢管相贯线的绕钢管中心线的圆周旋转和沿钢管中心线的轴向移动操作，使排列成一行的钢管簇轴向总长度最短，从而使得能从定长钢管毛坯料中切割出尽可能多的具有不同形态相贯线的钢管，以达到省料目的。在当今能源紧张、钢材等原材料价格不断上涨的情势下，数控切割中套料环节已成为不可或缺的一个环节，能大大提高原材料的利用率，从而为企业节省大量成本开销，并符合当前国家关于“创建节约型社会”的倡议，所以数控套料技术是一项利国利民的技术，极具发展前景和推广价值。 但是，现在大部分企业进行数控切割时，仍采用传统方法手工排料，即由企业排料师根据丰富的实践经验和直觉手工设计排料方案。材料利用率直接由排料师的经验和直觉决定，排料优化的精度往往不够高，导致材料利用率无法完全达到最优，而且，时间效率低下，无形中增加了企业成本，严重制约了企业的市场竞争力。 经对现有技术文献的检索发现，计算机硬件和软件技术在世界切割行业应用的开拓者之一FastCAM公司在《航空制造技术》(2007年第二期)上发表的《全新数控切割理念与技术》，该文中提出在数控切割机机床结构、硬件配置和制造水平大致相同的情况下，数控切割机的切割效率和切割质量主要由数控切割控制决定，尤其要由优化套料编程和数控系统中的切割控制决定，而目前大部分数控切割机的数控系统没有使用套料控制模块，使得切割机在使用过程中普遍存在切割效率低、切割质量差、钢材和耗材浪费严重的问题。 经过进一步检索，FastCAM公司在《航空制造技术》(2005年第五期)上发表的《FastCAM套料模块——先进的切割模块技术》，该文描述了目前市场上主要的两大类套料模块以及针对该两类套料模块的缺陷，该公司自主研发的较为成熟的套料模块。 上述套料模块，都无法满足数控相贯线切割机的套料要求，原因是这些套料模块都是针对平板切割，对零件位置的调整都是基于平面二维空间的，假设绘图平面为X-Y平面，则零件位置调整包括X方向位移、Y方向位移、以及绕垂直X-Y平面的Z轴的旋转三个调整自由度；而数控相贯线切割机切割件为不同半径的钢管，决定了其对零件(钢管)的位置调整是基于三维空间的，即沿钢管中心线方向的位移、绕钢管中心线的圆周向旋转两个调整自由度。为了视图的方便，数控相贯线切割机系统将钢管相贯线沿圆周向展开，将钢管中心线作为X轴，钢管圆周向作为Y轴，以此将相贯线展开于X-Y平面，故针对数控相贯线切割机系统的套料模块亦在X-Y平面对相同半径的钢管进行排料，但Y方向的位移自由度不存在，因为相贯线轨迹上各离散数据点的Y坐标本质是以360°(角度制)或2π(弧度制)为周期的角度值 或 沿Y方向的位移本质上就是沿钢管中心线的圆周向旋转。因此在进行相贯线轨迹虚线圆周向旋转时，并不会看到曲线沿Y轴平移，而是看到曲线的波峰波谷沿Y方向平移。这一点，是与基于平面切割的套料系统的排料思想完全不同的。因此，随着空间管桁结构在建筑行业的越来越广泛的应用，迫切需要开发一套用于钢管切割的相贯线数控切割系统的专用套料模块系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种数控相贯线切割机套料模块系统，使得切割机切割大量钢管时，能快速地进行精确排料，使毛坯料的利用率达到最大。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括NC(电脑数控加工)文件处理模块、参数设定模块、布管模块、数据管理模块和显示模块，其中 NC文件处理模块从计算机硬盘或移动存储器上读取待处理NC文件，从文件中读取原始钢管加工数据，将这些数据连同NC文件路径存入数据管理模块，当布管完成后，从数据管理模块取出布管操作完成后的钢管加工数据，生成NC文件存入计算机硬盘或移动存储器，并将生成的新NC文件的存储路径存入数据管理模块； 参数设定模块列出需要设定或修改的布管操作所需的布管各项参数供用户设定或修改，并将这些数据一方面送入数据管理模块，为后续的布管操作提供参数信息，另一方面送入计算机硬盘或移动存储器上的参数文件进行保存，作为下次程序运行时的默认值； 数据管理模块从参数设定模块获得布管各项参数，从NC文件处理模块获取原始钢管加工数据，并将布管各项参数和各管原始钢管加工数据送入布管模块，同时不断接收布管模块反馈的实时更新的各管布管操作完成后的钢管加工数据和各管相贯线轨迹位态调整数据存入数据库，并将数据库中的布管各项参数、布管操作完成后的钢管加工数据以及各管相贯线轨迹位态调整数据送入显示模块于计算机人机交互界面上显示； 布管模块从数据管理模块接收布管各项参数和各管原始钢管加工数据进行布管，通过对各管的相贯线轨迹位态调整，实现管簇的最优排列，使管簇轴向总长度最短，达到原材料利用率最大，同时在布管过程中实时将各管布管操作完成后的钢管加工数据和各管相贯线轨迹位态调整数据反馈回数据管理模块； 显示模块负责显示用户在布管过程需要或期望观测的数据，包括各管相贯线轨迹数据的二维显示、各管相贯线轨迹位态调整数据、手动布管过程中当前操作管与邻管邻边最小间距、设定的布管各项参数、各管对应的布管前读入的原始NC文件路径以及布管完成后生成的新的NC文件保存路径； 所述的钢管加工数据，包括用来拟合出钢管相贯线曲线轨迹的各离散点坐标、数控机床控制割枪运动的两联动轴在这些离散点的旋转角度、钢管半径、管壁厚度，其中各离散点坐标以X、Y表示； 所述的布管操作完成后的钢管加工数据，与原始钢管加工数据的数据种类一致，但其中的各离散点坐标X在原值基础上叠加了平移值； 所述布管各项参数，包括加工引入线长度、加工间隙、自动布管方案选择以及手动布管圆周向旋转角度步长和轴向移动距离步长，其中，自动布管方案包括精度优先方案和速度优先方案两种； 所述相贯线轨迹数据，是指钢管加工数据中的可变加工数据，包括用来拟合出钢管相贯线曲线轨迹的各离散点坐标以及数控机床控制割枪运动的两联动轴在每个离散点的旋转角度。 所述布管模块，其调整相贯线轨迹位态，包括相贯线轨迹曲线绕钢管中心线的圆周向旋转调整和沿钢管中心线的轴向移动调整，对于同一根钢管的多根相贯线(包括打孔产生的相贯线)，位态调整是同步的，即同步圆周向旋转调整、同步轴向移动调整。 所述的布管模块，其依次对由相同半径的钢管组成的管簇中每根钢管进行相贯线轨迹位态调整后，得到的能使管簇轴向总长度最短的各管形态集合，实现管簇的最优排列。 所述的NC文件处理模块，包括NC文件读取模块和NC文件生成模块，其中 NC文件读取模块作为整个套料模块的输入源，通过用户从计算机硬盘或移动存储器上选择待布管NC文件，自动读入文件中原始钢管加工数据，并将这些数据打包成一个独立的数据对象连同NC文件路径，存入数据管理模块，为后期的布管操作做好准备；同时在读入NC文件中原始钢管加工数据时自动将可以拟合出钢管相贯线曲线轨迹的各离散点坐标中的Y坐标转换为角度值，便于后续布管算法中角度映射到同一个角度范围内(如周期为360°的0°～-360°)； NC文件生成模块则整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控相贯线切割机套料模块系统，其特征在于，包括：ＮＣ文件处理模块、参数设定模块、布管模块、数据管理模块和显示模块，其中：　ＮＣ文件处理模块从计算机硬盘或移动存储器上读取待处理ＮＣ文件，从文件中读取原始钢管加工数据，将这些数据连同ＮＣ文件路径存入数据管理模块，当布管完成后，从数据管理模块取出布管操作完成后的钢管加工数据，生成ＮＣ文件存入计算机硬盘或移动存储器，并将生成的新ＮＣ文件的存储路径存入数据管理模块；　参数设定模块列出需要设定或修改的布管操作所需的布管各项参数供用户设定或修改，并将这些数据一方面送入数据管理模块，为后续的布管操作提供参数信息，另一方面送入计算机硬盘或移动存储器上的参数文件进行保存，作为下次程序运行时的默认值；　数据管理模块从参数设定模块获得布管各项参数，从ＮＣ文件处理模块获取原始钢管加工数据，并将布管各项参数和各管原始钢管加工数据送入布管模块，同时不断接收布管模块反馈的实时更新的各管布管操作完成后的钢管加工数据和各管相贯线轨迹位态调整数据存入数据库，并将数据库中的布管各项参数、布管操作完成后的钢管加工数据以及各管相贯线轨迹位态调整数据送入显示模块于计算机人机交互界面上显示；　布管模块从数据管理模块接收布管各项参数和各管原始钢管加工数据进行布管，通过对各管的相贯线轨迹位态调整，实现管簇的最优排列，使管簇轴向总长度最短，达到原材料利用率最大，同时在布管过程中实时将各管布管操作完成后的钢管加工数据和各管相贯线轨迹位态调整数据反馈回数据管理模块；　显示模块负责显示用户在布管过程需要或期望观测的数据，包括各管相贯线轨迹数据的二维显示、各管相贯线轨迹位态调整数据、手动布管过程中当前操作管与邻管邻边最小间距、设定的布管各项参数、各管对应的布管前读入的原始ＮＣ文件路径以及布管完成后生成的新的ＮＣ文件保存路径；　所述的钢管加工数据，包括用来拟合出钢管相贯线曲线轨迹的各离散点坐标、数控机床控制割枪运动的两联动轴在这些离散点的旋转角度、钢管半径、管壁厚度，其中各离散点坐标以Ｘ、Ｙ表示；　所述的布管操作完成后的钢管加工数据，与原始钢管加工数据的数据种类一致，但其中的各离散点坐标Ｘ在原值基础上叠加了平移值；　所述布管各项参数，包括：加工引入线长度、加工间隙、自动布管方案选择以及手动布管圆周向旋转角度步长和轴向移动距离步长，其中，自动布管方案包括：精度优先方案和速度优先方案两种；　所述相贯线轨迹数据，是指钢管加工数...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：殷跃红，陈柳芸，徐文超，李鹏，陆健，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[]