一种基于模拟退火算法的薄壁件加工路径规划方法技术

本发明专利技术针对复杂铝镁合金薄壁件典型结构的加工，为了降低加工工艺的成本，缩短非工作时间和提高加工效率，公开一种基于模拟退火算法的薄壁件加工路径规划方法。通过对典型薄壁结构件的铣削加工进行合理的路径规划，并利用MATLAB软件对铝镁合金薄壁件典型结构的加工路径进行仿真计算，得出最短铣削加工路径。将经过模拟退火算法优化和未经过优化两种情况下的路径长度进行对比，优化后的路径长度比未优化的情况缩短了28%，进而验证了规划加工路径模型的可行性与先进性。径模型的可行性与先进性。径模型的可行性与先进性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模拟退火算法的薄壁件加工路径规划方法


[0001]本专利技术涉及金属学及金属工艺和自动化
，具体涉及一种基于模拟退火算法的薄壁件加工路径规划方法。

技术介绍

[0002]铝镁合金薄壁结构件因具有高强度、轻重量、高载荷等特色，在航空航天等领域得到了普遍的运用，是当今社会资源可持续发展的必然选择。在对铝镁合金薄壁件进行加工时，经常需要加工腹板，但因其加工路径的简单性，常常被人们所忽视。在实际工程应用中，当待加工腹板数量较多时，由于是点对点的机加工特征，加工腹板的生产效率，除了取决于铣削加工腹板的时间以外，还取决于刀具移位、换刀等辅助时间。甚至在一些情况下，走刀时间比加工时间对生产效率的影响程度更大，因此加工路径的规划就显得尤为重要。

技术实现思路

[0003]专利技术提供一种路径规划方法，能够在待加工的腹板数量较多时，计算出最短的加工路径的解决方案。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现：一种基于模拟退火算法的薄壁件加工路径规划方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，标序号；对于具有n个腹板的铝镁合金薄壁件，给刀具起始点编号为1，目标点位按照顺时针从下往上依次编号为2,3,
…
n-1,n；步骤2，解空间；解空间W表示为{1,2,
…
,n-1,n}循环集合了所有点位，即S={（,
…
）|=1，（,
…
,）为{2,3
…
,n}的排列组合 }，其中：一个排列组合表示刀具完成n个腹板加工的一种路径，为第i-1次走刀铣腹板对象j，使用蒙特卡洛方法求出一个初始解为(1,2,
…
,n)；步骤3，目标函数；目标函数（代价函数）为刀具在所有点位之间移动的路径长度，要求：而下述三个步骤形成一次迭代；步骤4，产生新解；假设上一步迭代的解为:此时可采取两种变换方法：
①
随机挑选序号x,y调换它们的位置再放回原路径中；
②
随机选取序号x,y和z，将y和z之间的路径放到x之前；步骤5，代价函数差；对于
①
变换法，路径差可表示为：)步骤6，交换法则；
若<0,则采用新的路径；反之，则以的概率采用新的加工路径，即用计算机在0至1之间随机选择一个数，若则采用；步骤7，降温；首先选定一个的值.再由上一步迭代的温度乘以降温系数产生新的温度，进行降温操作；步骤8，结束操作；根据选择的截止温度e=10-30
来决定是否终止退火过程；若T＞e，则算法尚未结束，若T＜e，则结束。
[0005]本专利技术针对复杂铝镁合金薄壁件典型结构的加工，为了降低加工工艺的成本，缩短非工作时间和提高加工效率，公开一种基于模拟退火算法的薄壁件加工路径规划方法。通过对典型薄壁结构件的铣削加工进行合理的路径规划，并利用MATLAB软件对铝镁合金薄壁件典型结构的加工路径进行仿真计算，得出最短铣削加工路径。将经过模拟退火算法优化和未经过优化两种情况下的路径长度进行对比，优化后的路径长度比未优化的情况缩短了28%，进而验证了规划加工路径模型的可行性与先进性。
附图说明
[0006]图1为铝镁合金薄壁件剖面图；图2为优化前加工路径图；图3为优化后的加工路径图。
具体实施方式
[0007]针对像图1的铝镁合金薄壁件剖面图，在其内部有着168个腹板。
[0008]首先给刀具起始点编号为1，目标点位按照顺时针从下往上依次编号为2,3,
…
,168。也就是将问题转变成了一个找寻从点1出发经过所有中间点到达点168的最短路径。
[0009]第一步 解空间。解空间W表示为{1,2,
…
,167,168}循环集合了所有点位。
[0010]即S={（,
…
）|=1，（,
…
,）为{2,3
…
,168}的排列组合 }，其中：一个排列组合表示刀具完成168个腹板加工的一种路径，为第i-1次走刀铣腹板对象j，使用蒙特卡洛方法求出一个较好的初始解为(1,2,
…
,168)。
[0011]第二步 目标函数。目标函数（代价函数）为刀具在所有点位之间移动的路径长度。要求：而下述三个步骤形成一次迭代。
[0012]第三步 产生新解。假设上一步迭代的解为:此时可采取两种变换方法。
①
随机挑选序号x,y调换它们的位置再放回原路径中。
②
随
机选取序号x,y和z，将y和z之间的路径放到x之前。
[0013]第四步 代价函数差。对于
①
变换法，路径差可表示为：)第五步 交换准则。
[0014]若<0,则采用新的路径；反之，则以的概率采用新的加工路径，即用计算机在0至1之间随机选择一个数，若则采用；第六步 降温。首先选定一个的值.再由上一步迭代的温度乘以降温系数产生新的温度，进行降温操作。
[0015]第七步 结束操作。根据选择的截止温度e=10-30
来决定是否终止退火过程。若T＞e，则算法尚未结束，若T＜e，则结束。
[0016]通过MATLAB仿真，经过模拟退火算法优化和未经优化的加工路径如图2和图3所示。
[0017]结果显示未经优化的加工（即按孔的编号顺序处理），路径长度为31457.17mm（见图2），而经过模拟退火算法优化的最短路径长度为22699.79mm(见图3)。由此可见通过模拟退火算法的优化，大大缩短了加工路径，节约了近28%的刀具行进距离。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟退火算法的薄壁件加工路径规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，标序号；对于具有n个腹板的铝镁合金薄壁件，给刀具起始点编号为1，目标点位按照顺时针从下往上依次编号为2,3,
…
n-1,n；步骤2，解空间；解空间W表示为{1,2,
…
,n-1,n}循环集合了所有点位，即S={（,
…ꢀ
）| =1，（ ,
…
, ）为{2,3
…
,n}的排列组合 }，其中：一个排列组合表示刀具完成n个腹板加工的一种路径， 为第i-1次走刀铣腹板对象j，使用蒙特卡洛方法求出一个初始解为(1,2,
…
,n)；步骤3，目标函数；目标函数（代价函数）为刀具在所有点位之间移...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海华，黄怡，赵祖阳，廖永祥，王春梅，
申请(专利权)人：南京璟麒智能机器人系统控制研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：