多横梁水切割系统切割过程的在线协调控制方法

摘要

本发明提供一种多横梁水切割系统切割过程的在线协调控制方法，用于引导协调多个水射流切割横梁及水刀避免碰撞、平稳并行地完成切割任务，方法具体包括：输入待切割的大型工件的计算机辅助设计(CAD)文件，分解成各横梁系统的待切割部分的CAD子文件；将上述的CAD子文件进一步导入计算机辅助制造(CAM)软件，生成可执行的数控(NC)代码文件；设计多横梁切割过程的在线协调控制策略；将NC代码和协调控制策略的程序分别安装到计算机数字控制器(CNC)和协调控制装置中，执行在线协调下的多横梁水切割过程。

主权项

一种多横梁水切割系统切割过程的在线协调控制方法，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横梁系统、第2横梁系统、…、第i横梁系统、…、第n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横梁系统、第2横梁系统、…、第i横梁系统、…、第n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]，第j重叠区沿导轨方向的两条边界线，分别称为第j重叠区的左重叠线与右重叠线，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各增加一横梁的宽度，形成第1干涉区、第2干涉区、…、第n2‑1干涉区，n2＝n，将第1干涉区、第2干涉区、…、第n2‑1干涉区沿导轨方向的两条边界线，分别称为第1干涉区左干涉线与右干涉线、第2干涉区左干涉线与右干涉线、…、第n2‑1干涉区左干涉线与右干涉线，B.对给定的大型工件切割任务，按照以下在线协调控制方法执行n个横梁系统的切割：B1.以计算机辅助设计CAD文件的形式输入给定的大型工件切割任务，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：B11.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横梁系统或第j+1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横梁系统；B12.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j横梁系统、第j+1横梁系统、…、第j+k‑1横梁系统、第j+k横梁系统；B2.上述的各CAD子文件进一步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：CAD子文件导入水切割计算机辅助制造CAM软件，设置各横梁系统的水刀头的启动点、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，生成各横梁系统的数控NC代码文件；B3.将生成的各横梁系统的数控NC代码文件装载到对应CNC控制器中，由协调控制装置执行多横梁系统的协调控制策略：①启动各CNC控制器执行数控NC代码，同时协调控制装置开始经由各CNC控制器循环读取各横梁系统的位置与速度及方向，设：多横梁系统中任意一对相邻横梁系统即第i横梁系统与第i+1横梁系统中的一个横梁系统为X，则另一个横梁系统为Y，1≤i＜n，为横梁系统X、Y设置优先级；②若X横梁系统与Y横梁系统都在干涉区外工作，则执行预定的NC代码；③一旦X横梁系统向第i干涉区行进，且X横梁系统与第i干涉区的最近的干涉线的距离小于临界距离时，则按照以下处理方法处理，以避免任意两相邻横梁系统的碰撞发生，所述临界距离是协调控制所允许的一个横梁系统到临近干涉区的最近的一条干涉线的最小距离，记为D＝V·τ，其中V为快进速度、τ为协调控制装置读取横梁系统位置信息的循环周期，所述处理方法为：情况一：若Y横梁系统在第i干涉区外，并且预计Y横梁系统将在X横梁系统完成第i干涉区的切割任务或完成在第i干涉区内的快进后进入第i干涉区，则X保持当前运动，进入第i干涉区，Y将保持当前运动；若Y横梁系统在第i干涉区外，并且预计Y横梁系统将于X横梁系统执行第i干涉区的切割任务或执行在第i干涉区内快进的过程中进入第i干涉区，则X保持当前运动，进入第i干涉区，Y横梁系统暂停，直至X横梁系统完全退出第i干涉区后，恢复暂停前的运 动，进入第i干涉区；情况二：若Y横梁系统在第i干涉区外，但预计Y横梁系统将与X横梁系统同时进入第i干涉区，此时根据初始设置的优先级的大小顺序，让高优先级的横梁系统保持当前运动进入第i干涉区，而低优先级的横梁系统则暂停，直至已进入的横梁系统完全退出第i干涉区后，恢复暂停前的运动，进入第i干涉区，C.上述的协调控制装置是执行多横梁系统协调控制策略的工业控制计算机、可编程逻辑控制器PLC、嵌入式控制器或者其他具有计算、存储单元和公知通信接口的电子装置。