人造板材鋸切排樣算法及數(shù)控程序設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、人造板鋸切優(yōu)化排樣和排樣方案數(shù)控程序的生成對提高我國板式家具制造業(yè)中人造板材鋸切排樣加工的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本具有重要的理論意義和實際價值。為解決現(xiàn)有國產(chǎn)排樣系統(tǒng)基于整體套排思路而生成的排樣方案使裁板鋸在工作過程中鋸路變化繁瑣、降低切割效率的問題，本文在中國林業(yè)科學(xué)研究院中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項資金“人造板優(yōu)化排樣關(guān)鍵技術(shù)研究示范”的資助下，以人造板材鋸切矩形零件優(yōu)化排樣為例，研究鋸切排樣優(yōu)化算法及數(shù)控程序接口文件。<

2、br>　　(1)人造板材鋸切排樣數(shù)學(xué)建模及遺傳算法實現(xiàn)的探索試驗研究。根據(jù)板式家具鋸切排樣的生產(chǎn)工藝，設(shè)計以面積為決定因素的分組降維啟發(fā)式規(guī)則，將大規(guī)模矩形零件的排樣轉(zhuǎn)化為每組不大于3種零件的組內(nèi)排樣和組間順序承接問題;建立鋸切排樣數(shù)學(xué)模型，從而將組內(nèi)矩形零件的排樣方案轉(zhuǎn)化為5個設(shè)計變量的解，即基材板上每種零件的橫排行數(shù)、豎排行數(shù)、橫排時每行零件數(shù)、豎排時每行零件數(shù)和排放方式;采用內(nèi)點法和外點法相結(jié)合的懲罰函數(shù)方法處理約束條件，并構(gòu)建二

3、進制編碼的遺傳算法對數(shù)學(xué)模型進行求解;通過實例驗證方法的可行性，分析數(shù)學(xué)模型和算法的改進空間。
　　(2)鋸切排樣數(shù)學(xué)模型和求解算法的優(yōu)化試驗研究。提出人造板材鋸切排樣問題求解的兩種改進思路。其一是面向基材板的數(shù)學(xué)模型，利用4個參數(shù)描述組內(nèi)矩形零件的排樣方案，即基材板需求量;每張基材板所排行數(shù);每一行上每種零件的排樣個數(shù)和排樣方式。經(jīng)參數(shù)編碼分析該模型遺傳算法實現(xiàn)的可行性。其二是面向零件的排樣模型，制定基于配合尺寸的分組降維啟發(fā)式

4、規(guī)則，并建立面向零件的鋸切排樣數(shù)學(xué)模型，統(tǒng)一考慮本組內(nèi)所有零件，通過4個參數(shù)描述排樣方案，即第幾個零件排樣在第幾張基材板的第幾行和排放方式。分析該模型遺傳算法的整數(shù)編碼方式、約束條件處理方法，并設(shè)計懲罰因子自適應(yīng)算法，實例驗證該方法的可行性。
　　(3)人造板材鋸切排樣方案與數(shù)控裁板鋸的數(shù)控程序接口文件研究。分析DXF文件寫入和讀取以及NC代碼生成方法。為完成DXF文件寫入和讀取，首先研究DXF文件結(jié)構(gòu)和對應(yīng)段的編碼技術(shù);然后以面

5、向零件的鋸切排樣數(shù)學(xué)模型及其遺傳求解為對象，針對具體實例分析排樣參數(shù)矩陣與優(yōu)化多段線（LWPOLYLINE）圖元頂點坐標值的對應(yīng)關(guān)系，并研究頂點坐標值的計算方法;進一步完成MATLAB下鋸切排樣方案的DXF文件寫入;最后使用VC＃讀取DXF文件代碼對，并分析DXF文件打開、數(shù)據(jù)讀取和圖形繪制方法，從而實現(xiàn)排樣方案的圖形可視化。以DXF文件建立和讀取為基礎(chǔ)，研究NC代碼生成方法。首先分析人造板材數(shù)控鋸切NC代碼結(jié)構(gòu)及格式;然后從刀具路徑設(shè)

6、計和計算、定位基準選擇、工序劃分和切削用量的確定等四個角度分析人造板材數(shù)控鋸切加工工藝;最后，詳細分析NC代碼生成方法和流程，設(shè)計NC代碼生成器并佐以實例。
　　(4)采用可視化的面向?qū)ο蠓椒?，基于MATLAB和VC＃混合編程設(shè)計人造板材鋸切排樣和數(shù)控程序接口系統(tǒng)。構(gòu)建系統(tǒng)總體功能框架并劃分系統(tǒng)的基本功能，包括信息輸入、求解和運算以及輸出和結(jié)果顯示。分析各基本功能模塊的具體實現(xiàn)方法，建立手動排樣、系統(tǒng)初始化界面和幫助系統(tǒng)。

7、　　(5)鋸切排樣及數(shù)控程序接口系統(tǒng)應(yīng)用檢測。采用兩種板式家具排樣數(shù)據(jù)對人造板材鋸切優(yōu)化排樣算法的良好性能以及排樣和數(shù)控程序接口系統(tǒng)的可行性進行試驗。檢測系統(tǒng)接收排樣參數(shù)信息、運算求解及包括排樣方案生成和可視化、接口文件生成等功能實現(xiàn)上的性能。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有比較穩(wěn)定的工作性能，可適應(yīng)板式家具備料工段的優(yōu)化排樣要求。
　　本文針對大規(guī)模人造板材矩形零件鋸切優(yōu)化排樣問題，首次提出了基于配合尺寸的分組降維啟發(fā)式規(guī)則，并建立了面