CN110968039B - 应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法 - Google Patents

应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，包括以下步骤：将CAD文件导入激光数控***，根据文件格式转换为图元数据，选择需要加工的图元数据；判断选择的图元数据是否存在至少一个封闭外框图元，且内部存在至少两个圆孔图元，如果是，则继续步骤；否则，排序失败；对图元数据的加工角度和加工路径趋势方向进行策略排序；根据排序结果将图元数据依次转化为G代码加工文件，导入G代码加工文件并进行加工。采用了本发明的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，能够按照圆孔中从下往上或从左到右的规律，使得切割顺序连成一条直线，使得前后相连的圆孔能够平行过渡，不仅提高切割效率，还可提高加工效果。

Description

应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法
技术领域
本发明涉及平面切割数控加工领域，尤其涉及激光切割数控排序领域，具体是指一种应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法。
背景技术
市面现有的数控激光切割方式较多，但切割顺序基本都较为死板且不适用于平面激光切割。平面切割的CAD特征如下：存在一个外框，外框内部存在较多圆孔，要求切割完圆孔后再切割外框，因此内部圆孔的切割顺序的排布就极为重要，好的切割策略可以大大提高加工效率，节约成本以及提高加工效果。市面上的切割方式基本上分为以下几种：1.X轴与Y轴切割，将图元按照X或者Y坐标排序，该种策略简单明了，但无法识别内部圆孔排布特征，死板的排布策略会使得切割时抬刀频繁，效率降低；2.从外向内，沿着字外边框开始，一层一层向内进行切割，该策略考虑了圆孔排布特征，但也并非最完美的排序策略，外框的形状特征并不一定适用于圆孔的排布，无法使得多个圆孔之间的过渡路径趋于平行，提高效率与效果。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足效率高、效果好、操作灵活的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法。
为了实现上述目的，本发明的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法如下：
该应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)将CAD文件导入激光数控***，根据文件格式转换为图元数据，选择需要加工的图元数据；
(2)判断所述的所选图元数据是否存在至少一个封闭外框图元，且内部存在至少两个圆孔图元，如果是，则继续步骤(3)；否则，排序失败，退出步骤；
(3)对图元数据的加工角度和加工路径趋势方向进行策略排序；
(4)根据排序结果将图元数据依次转化为G代码加工文件，导入G代码加工文件并进行加工。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)根据图元数据的圆孔的圆心根据数据结构排列，选择起始圆孔；
(3.2)根据圆孔间距离筛选起始圆孔附近的数个圆孔，计算附近的数个圆孔的圆心与起始圆孔的圆心间的向量角度；
(3.3)根据向量角度优选选择与所选圆孔圆心的角度趋于平行的圆孔；
(3.4)将该圆孔标记为当前排序圆孔，记录排序圆孔相比起始圆孔的趋势方向，将该趋势方向标记为当前排序趋势；
(3.5)根据圆孔间距离筛选当前排序圆孔附近的数个圆孔，计算附近的数个圆孔的圆心与当前排序圆孔的圆心间的向量角度；
(3.6)判断附近的数个圆孔的圆心与当前排序圆孔的圆心间的向量角度是否大于预设角度，如果是，则继续步骤(3.7)；否则，继续步骤(3.3)；
(3.7)判断附近的数个圆孔与当前排序圆孔的间距是否相同，如果是，继续步骤(3.8)；否则，选择与当前排序圆孔距离最近的圆孔，继续步骤(3.4)；
(3.8)计算附近的数个圆孔相比当前排序圆孔的趋势方向，选择具有的趋势方向与当前排序趋势相同的圆孔，继续步骤(3.4)。
较佳地，所述的步骤(3)中的加工路径趋势方向为由下至上或由左至右。
较佳地，所述的步骤(3.1)中的数据结构为四叉树。
采用了本发明的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，克服了传统的圆孔排序算法过于单一且死板的缺陷，能够巧妙按照圆孔中从下往上或从左到右的规律，使得切割顺序连成一条直线，使得前后相连的圆孔能够平行过渡，不仅提高切割效率，还可提高加工效果，避免了激光切割头做过多的多余操作，如为了移动到公切线而绕着圆孔多加工一圈等繁琐的动作。
附图说明
图1为本发明的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法的流程图。
图2为本发明的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法的排序策略的实施例的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，其中包括以下步骤：
(1)将CAD文件导入激光数控***，根据文件格式转换为图元数据，选择需要加工的图元数据；
(2)判断所述的所选图元数据是否存在至少一个封闭外框图元，且内部存在至少两个圆孔图元，如果是，则继续步骤(3)；否则，排序失败，退出步骤；
(3)对图元数据的加工角度和加工路径趋势方向进行策略排序；
(3.1)根据图元数据的圆孔的圆心根据数据结构排列，选择起始圆孔；
(3.2)根据圆孔间距离筛选起始圆孔附近的数个圆孔，计算附近的数个圆孔的圆心与起始圆孔的圆心间的向量角度；
(3.3)根据向量角度优选选择与所选圆孔圆心的角度趋于平行的圆孔；
(3.4)将该圆孔标记为当前排序圆孔，记录排序圆孔相比起始圆孔的趋势方向，将该趋势方向标记为当前排序趋势；
(3.5)根据圆孔间距离筛选当前排序圆孔附近的数个圆孔，计算附近的数个圆孔的圆心与当前排序圆孔的圆心间的向量角度；
(3.6)判断附近的数个圆孔的圆心与当前排序圆孔的圆心间的向量角度是否大于预设角度，如果是，则继续步骤(3.7)；否则，继续步骤(3.3)；
(3.7)判断附近的数个圆孔与当前排序圆孔的间距是否相同，如果是，继续步骤(3.8)；否则，选择与当前排序圆孔距离最近的圆孔，继续步骤(3.4)；
(3.8)计算附近的数个圆孔相比当前排序圆孔的趋势方向，选择具有的趋势方向与当前排序趋势相同的圆孔，继续步骤(3.4)；
(4)根据排序结果将图元数据依次转化为G代码加工文件，导入G代码加工文件并进行加工。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)中的加工路径趋势方向为由下至上或由左至右。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.1)中的数据结构为四叉树。
本发明的具体实施方式中，图形内圆孔填充是一个应用较为广泛的功能需求，实际应用意义在于平面切割行业，用户需要在切割好的图形中均匀地放入圆孔，因此图形内圆孔的加工顺序是一个较为广泛的问题，该算法集合图元外框特征以及内部圆孔排布特征，能寻找出一条最优的加工路径，使得加工之时切割极为有序且由于有序性的提高，使得各组圆孔与圆孔之间的过渡能够组成一条近似平行的路径，这为寻求图形内框架内的圆孔提高加工效率以及增强加工效果做出了积极贡献。
本发明的基本操作步骤如下：
1、产生相关CAD文件，如DXF，DWG等通用或特殊CAD软件文件。
2、将文件导入激光数控***，根据相应文件格式，统一转换为软件中特有数据格式，如：圆，椭圆，矩形，多义线等等，称其为图元数据。
3、用户选中***中所显示的图元数据，对其进行扫描切割，并选中文中所述该类加工顺序以及方式。
扫描切割：数控***在进行平面切割之时，每加工切割完一个图元数据后，切割头会抬起，然后空移到下一个图元所在处，再下降切割头进行下一次切割，而扫描切割则是将一部分具有某种特征的图元数据合为一组，这一组数据在经过图元数据的计算以及规划排序后，整组数据的切割激光头都不会抬起，而是一直保持加工状态，只是在不该加工的地方(如两图元间的空白地带)关闭激光，在图元所在处打开激光，这是一种行业内普遍的提高加工效率的方法。
4、在进行扫描切割之前，对选中图元的性质具有一定要求：1)要求至少拥有一个外框图元，该外框图元需为封闭图元；2)要求内部至少拥有两个或以上圆孔图元。3)圆孔的排布尽量均匀。
5、扫描切割能够大幅度提升加工效率，但也有一些限制，如若下一个图元的起点的加工方向矢量与上一个图元的结束点的结束方向矢量角度相差过大，且距离较近，那么激光切割头会在此处有一个明显的降速与加速，这样的场景出现多了，会严重影响加工效率，且可能引起激光头抖动，影响加工效果。对选中图元进行扫描切割排序，排序后可获得以下特征的刀路顺序：每个圆孔与下一个将要加工的圆孔之间的空移路径基本保持在同一直线上，相当于加工路径能够根据某处圆孔的排布规律，自动调整加工角度，识别出该区域效率最高的“行列”，来保证激光头的稳定高速进行。
6、此时对所有圆孔的生成顺序已然排布完成，便根据上一步所产生的结果，依次将图元转化为G代码数据。
G代码：用于数控操控机床的指令，如(G00 X Y)，为激光头空移至坐标为(X，Y)处
7、G代码生成后，可直接操控软件进行机床加工，激光头便会沿着之前所设定路径进行加工。
其中，步骤3中扫描切割排序的步骤为：
(1)将CAD圆孔根据圆心生成四叉树。
(2)根据用户设置选择首点。
(3)对角度进行筛选，进行排序优先选择
选择策略应该分为从下到上或从左到右(或改为X轴与Y轴)，以从下往上排序为实施例具体描述该排序步骤：
(1)如图2所示，选取最下最左圆孔，编号为0。
(2)根据四叉树(一种数据结构，用于提高搜索数据效率)筛选出该圆附近的各个圆，再进行筛选。跟据筛选距离可获得第一个圆附近的这五个圆，分别计算出各个圆心与该圆圆心形成的向量角度，由于选择从下往上扫描，因此优先选择角度趋于平行的圆，由此可获得2号圆为下一个圆心，由于上一个圆是向右方获得了下一个圆，因此此时也在2号圆上记录下趋势记号为向右。
(3)此时根据2号圆继续向后找，获得下一序列备选圆为3与6，由于3与6两个圆都与2号圆心角度差较大，大于所设定角度值(假定为60度)，因此便根据距离或者上一圆的趋势来决定，此处3，6号圆与2号圆相距相仿，因此根据趋势决定，2号中标记趋势向右，因此优先选择趋势向右的圆，选中了6号圆为下一圆。
(4)6号圆根据附近所属圆角度选取到了3号，依此类推到了4号，四号此时需要选取5号或者1号，虽然平行角度优先选取，但若在从下往上模式下，位于圆下方的圆优先度需要更高，这样避免在扫描排序时漏掉过多的圆。
(5)此时1号便能成为下一个圆，接下来便扫描至5号依次类推，能够按照圆本身的排布趋势来进行从下到上或者从左到右的扫描。
采用了上述的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，克服了传统的圆孔排序算法过于单一且死板的缺陷，能够巧妙按照圆孔中从下往上或从左到右的规律，使得切割顺序连成一条直线，使得前后相连的圆孔能够平行过渡，不仅提高切割效率，还可提高加工效果，避免了激光切割头做过多的多余操作，如为了移动到公切线而绕着圆孔多加工一圈等繁琐的动作。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (3)

1.一种应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
（1）将CAD文件导入激光数控***，根据文件格式转换为图元数据，选择需要加工的图元数据；
（2）判断所选图元数据是否存在至少一个封闭外框图元，且内部存在至少两个圆孔图元，如果是，则继续步骤（3）；否则，排序失败，退出步骤；
（3）对图元数据的加工角度和加工路径趋势方向进行策略排序；
（4）根据排序结果将图元数据依次转化为G代码加工文件，导入G代码加工文件并进行加工；
所述的步骤（3）具体包括以下步骤：
（3.1）根据图元数据的圆孔的圆心根据数据结构排列，选择起始圆孔；
（3.2）根据圆孔间距离筛选起始圆孔附近的数个圆孔，计算附近的数个圆孔的圆心与起始圆孔的圆心间的向量角度；
（3.3）根据向量角度选择与所选圆孔圆心的角度趋于平行的圆孔；
（3.4）将该圆孔标记为当前排序圆孔，记录排序圆孔相比起始圆孔的趋势方向，将该趋势方向标记为当前排序趋势；
（3.5）根据圆孔间距离筛选当前排序圆孔附近的数个圆孔，计算附近的数个圆孔的圆心与当前排序圆孔的圆心间的向量角度；
（3.6）判断附近的数个圆孔的圆心与当前排序圆孔的圆心间的向量角度是否大于预设角度，如果是，则继续步骤（3.7）；否则，继续步骤（3.3）；
（3.7）判断附近的数个圆孔与当前排序圆孔的间距是否相同，如果是，继续步骤（3.8）；否则，选择与当前排序圆孔距离最近的圆孔，继续步骤（3.4）；
（3.8）计算附近的数个圆孔相比当前排序圆孔的趋势方向，选择具有的趋势方向与当前排序趋势相同的圆孔，继续步骤（3.4）。
2.根据权利要求1所述的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，其特征在于，所述的步骤（3）中的加工路径趋势方向为由下至上或由左至右。
3.根据权利要求1所述的应用于激光切割数控加工的图形切割排序处理方法，其特征在于，所述的步骤（3.1）中的数据结构为四叉树。
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