二维石材锯切割路径优化问题研究

【摘要】随着石材行业的兴起以及石材产品需求量的日益渐增,各企业对石材加工效率提升的要求越来越高。为了提升加工效率,切割路径自然成了众多学者研究的对象。一条的好切割路径,使得企业直接在不增加成本的基础上就能提升加工效率。因此,寻找最优切割路径,意义重大。为了研究石材锯切割路径优化这一问题,本文先介绍了石材桥式切割机的结构和功能,并分析了锯切割的工艺流程。由于锯加工过程中涉及到刀具旋转角度大小的问题,且刀具旋转角度耗时与角度的大小成正比关系。区别于基于空走行程最短的切割路径优化,本文提出了一种基于加工时间最短的切割路径优化算法。为了建立基于加工时间最短的切割路径优化数学模型,本文分析了锯切割过程中的刀向调节转角,引入图案内刀向调节转角和图案间刀向调节转角的概念,并分析了完整切割路径的组成部分以及各部分加工时间的决定因素,最终得到数学模型。分析模型可知,切割路径优化问题实质上是一个组合优化问题。结合组合优化问题解空间的特点,本文采用分步求解的思想对切割路径优化问题进行求解,通过分步思想实现问题简化,并加速求解。第一步通过采用本文提出的一种最小内角法,确定各图案的切割起止点。第二步采用遗传算法求解所有已确定切割起止点的图案的切割顺序,最终实现切割路径的优化。最小内角法为一种启发式算法,它是以各图案内刀向调节转角最小为原则来确定切割起止点的一种方法,能快速的确定各图案的起止切割点。结合图案间刀向调节转角和刀具水平空走行程对图案切割顺序的共同约束,对遗传算法进行设计。以刀向调节转角所耗时间和刀具水平空走所耗时间之和的倒数为适应度函数,对不同的切割顺序进行评价；以单点部分交叉算子进行配对交叉操作,以随机位置基因互换的方式对个体进行变异操作。在MATLAB软件中,实现实例切割路径优化仿真求解。将得到的结果与采用最邻近算法确定图案切割起止点,再采用蚁群算法确定图案切割顺序的切割路径进行对比分析,采用本文算法得到的基于加工时间最短的切割路径的部分加工时长是基于空走行程最短的切割路径的部分加工时长的88.9%,证明了本文提出算法的有效性。
【作者】徐晟逸；
【导师】苏平；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】锯切割；切割路径优化；最小内角法；加工时间；分步求解；

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