[发明专利]多横梁水切割系统切割过程的在线协调控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控水射流切割加工领域，具体地说，涉及大型工件的多横梁式水射流切割机床的在线协调控制方法。

背景技术

水射流切割(简称水切割)是一种冷态的点切割技术，因无热变形和附加应力变形、切割材料无选择性、切割速度快，以及无污染等特点，明显优于其他切割技术，如硬质刀具切割、激光切割、电火花切割、等离子切割等。水切割技术如今已被广泛应用于建筑、装饰、机械、航空航天、传播、汽车、化工、食品等行业，切割多达500多种类型材质，如钢材、钛、合金、复合材料、大理石、皮革等。

近年来航空航天、装备制造、石化、食品加工等行业中大型工件(4-12m乃至更长)水切割需求迅猛增长，应运而生了两种大型水切割机床方案，即单横梁水切割系统与多横梁式水切割系统。单横梁水切割系统具有单一横梁及安装其上的水刀头以及长的导轨和工作台，但切割效率较低。多横梁式水切割系统由多个水切割横梁、导轨、切割台拼接组合而成，各横梁可以并行地切割。多横梁系统的切割效率显著较高，又具备伸缩性与可扩展性，已成为大型水切割的首选方案。然而，多横梁式水切割系统为保证衔接部分无切割死区，必须做到相邻两两横梁的加工区域存在一定的重叠。在没有任何措施的情况下，一旦相邻两横梁系统在重叠区的时段具有交集，则尽可能发生干涉和碰撞，导致系统的损毁。因此对于多横梁系统，首要考虑的问题是如何协调多个平行且相互存在约束的切割过程之间的协调，避免干涉。对此，目前存在离线和在线两种协调策略。现有技术多为离线的协调方法，大体思想是将多横梁水切割机床的位置干涉问题转变为时间干涉问题，预先安排相邻切割过程中各横梁系统位于干涉区的时序，并将这种协调策略固化到NC代码中。实施这种方法必须要对各横梁系统执行同步的启动、暂停、继续、回退、停止。在线协调策略根据在线检测到的相邻横梁的位置信息，动态决定横梁的前进与暂停状态和进入干涉区的先后顺序。在线的协调控制方法将直接操控各横梁的CNC控制器，而与各横梁系统的NC代码是相互独立，不必对各横梁系统同时启动、暂停、继续、回退、停止，各横梁系统可做到完全独立。

发明内容

本发明提供了一种多横梁水切割系统切割过程的在线协调控制方法，以避免相邻切割过程的冲突，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；