TWI420268B - 加工順序自動排列的方法及其電腦系統 - Google Patents

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加工順序自動排列的方法及其電腦系統
本發明涉及一種加工順序自動排列的方法及其電腦系統。
電火花線切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM)，又稱線切割，其基本工作原理是利用連續移動的細金屬絲(稱為電極絲)作為電極，對工件進行脈衝火花放電蝕除金屬、切割成型。它主要用於加工各種形狀複雜和精密細小的工件、成型刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極、各種微細孔槽、窄縫、任意曲線等。電火花線切割具有加工餘量小，加工精度高，生產週期短、製造成本低等突出優點，已在生產中獲得廣泛的應用。
根據電極絲的運行速度不同，電火花線切割機床通常分為兩類：一類是高速走絲電火花線切割機床(WEDM-HS)，其電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為8-10m/s(指電極絲的運動速度，不是材料被切割的速度)。在高速走絲電火花線切割中，電極絲可重複使用，加工速度較高，但快速走絲容易造成電極絲抖動和反向時停頓，使加工品質下降。
另一類是低速走絲電火花線切割機床(WEDM-LS)，其電極絲作低速單向運動，一般走絲速度低於0.2m/s(指電極絲的運動速度，不是材料被切割的速度)，電極絲放電後不再使用，工作平穩、均勻、抖動小、加工品質好，但加工速度較低。
由於低速走絲切割速度非常慢，切割速度又根據材質的不同而略有差異，一般切割一個周長10cm、厚度為4cm、材質為鋼材的方孔大概要十幾個小時。而我們在現實當中會一次性切割幾十或者幾百個孔，顯而易見，要切割很長的時間。在加工孔位數量較多的時候，如果加工孔位的排列不合理，會使得加工路徑和加工時間延長。而且，由於在低速走絲線切割中，電極絲不能重複利用，而電極絲又是非常昂貴的材料，如果加工孔位的排列方式不合理，則直接浪費材料。如果多花一小時的時間，就至少要浪費60*60*0.2m的電極絲，另外還導致用電量增加，浸泡加工材料的液體也需要增加。
鑒於以上內容，有必要提供一種自動排列加工順序的電腦系統，其可對低速走絲線切割工件中待加工孔位的加工順序進行最優化排列，使得加工路徑和加工時間最短。
鑒於以上內容，還有必要提供一種加工順序自動排列方法，其可對低速走絲線切割工件中待加工孔位的加工順序進行最優化排列，使得加工路徑和加工時間最短。
一種自動排列加工順序的電腦系統，包括主機，所述主機包括模具設計單元，用於生成各種工件的二維圖形，所述主機還包含有 加工順序自動排列單元，該加工順序自動排列單元包括：排列方案設定模組，用於設定工件的二維圖形中待加工孔位的排列方案；幾何中心計算模組，用於從工件的二維圖形中提取所有待加工孔位頂點的座標值，並根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心；加工順序排列模組，用於將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據所述排列方案設定模組設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序，同時給所有待加工孔位標注一個加工序號。
所述排列方案包括X軸優先排列方案、Y軸優先排列方案和Z字型排列方案等。所述X軸優先排列方案是指：根據待加工孔位幾何中心的X軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序。所述Y軸優先排列方案是指：根據待加工孔位幾何中心的Y軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序。所述Z字型排列方案是指：將幾何中心Y軸座標值大小在一個固定區間的待加工孔位按照Z字型進行排序。
一種加工順序自動排列方法，包括如下步驟：設定工件的二維圖形中待加工孔位的排列方案；從工件的二維圖形中提取所有待加工孔位頂點的座標值，並根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心；將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據所述設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序，同時給所有待加工孔位標注一個加工序號。
所述排列方案包括X軸優先排列方案、Y軸優先排列方案和Z字型排列方案等。所述X軸優先排列方案是指：根據待加工孔位幾何 中心的X軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序。所述Y軸優先排列方案是指：根據待加工孔位幾何中心的Y軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序。所述Z字型排列方案是指：將幾何中心Y軸座標值大小在一個固定區間的待加工孔位按照Z字型進行排序。
相較於習知技術，所述的加工順序自動排列方法及其電腦系統，可以對低速走絲線切割工件中待加工孔位的加工順序進行最優化排列，使得加工路徑和加工時間最短，並節省了加工材料。
1‧‧‧顯示器
2‧‧‧主機
3‧‧‧鍵盤
4‧‧‧滑鼠
20‧‧‧模具設計單元
21‧‧‧加工順序自動排列單元
30‧‧‧圖形資料庫
210‧‧‧排列方案設定模組
211‧‧‧幾何中心計算模組
212‧‧‧加工順序排列模組
213‧‧‧插入模組
S401‧‧‧設定待加工孔位的排列方案
S402‧‧‧從工件的二維圖形中提取所有待加工孔位頂點的座標值
S403‧‧‧根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心
S404‧‧‧將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序
S405‧‧‧是否有新的加工孔位
S406‧‧‧將該新的加工孔位插入到已排好的加工順序中
圖1係本發明自動排列加工順序的電腦系統的較佳實施方式的系統架構圖。
圖2係圖1中所示加工順序自動排列單元的功能模組圖。
圖3係本發明加工順序自動排列方法較佳實施方式的流程圖。
圖4係自動排列加工順序的示意圖。
參閱圖1所示，係本發明自動排列加工順序的電腦系統的較佳實施方式的系統架構圖。該電腦系統主要包括顯示器1、主機2、鍵盤3及滑鼠4，所述主機2包含有模具設計單元20及加工順序自動排列單元21。其中，模具設計單元20是一種模具自動設計軟體(如AutoCAD)，用於在模具設計中生成各種工件的二維圖形。所述模具設計單元20包括一個圖形資料庫30，所述圖形資料庫30用於存儲模具設計單元20生成的工件的二維圖形及每個工件的二維 圖形的屬性。所述工件的二維圖形的屬性包括：工件的二維圖形中每個待加工孔位所包含的頂點、每個頂點的座標值等。每個工件的二維圖形都有一個自己的標識，透過該標識可以唯一確定一個工件的二維圖形。所述加工順序自動排列單元21用於對待加工孔位的加工順序進行最優化排列。
所述主機2連接有顯示器1，用於顯示模具設計單元20生成的圖形和加工順序自動排列單元21排列出的圖形。所述鍵盤3和滑鼠4用作輸入設備，可以在生成圖形和選擇待加工孔位的排列方案時輸入資料。
參閱圖2所示，係圖1中所示加工順序自動排列單元21的功能模組圖。所述加工順序自動排列單元21包括排列方案設定模組210、幾何中心計算模組211、加工順序排列模組212和插入模組213。本發明所稱的模組是完成一特定功能的電腦程式段，比程式更適合於描述軟體在電腦中的執行過程，因此在本發明以下對軟體描述中都以模組描述。
所述排列方案設定模組210用於設定待加工孔位的排列方案。所述排列方案包括X軸優先排列方案、Y軸優先排列方案和Z字型排列方案等。所述X軸優先排列方案是指：根據待加工孔位幾何中心的X軸座標值大小來排列(遞昇或遞降次序)所有待加工孔位的加工順序。所述Y軸優先排列方案是指：根據待加工孔位幾何中心的Y軸座標值大小來排列(遞昇或遞降次序)所有待加工孔位的加工順序。所述Z字型排列方案是指：將幾何中心Y軸座標值大小在一個固定區間的待加工孔位按照Z字型進行排序(遞昇或 遞降次序)。
所述幾何中心計算模組211用於從工件的二維圖形中提取所有待加工孔位頂點的座標值，並根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心。
所述加工順序排列模組212用於將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據排列方案設定模組210設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序，同時給所有待加工孔位標注一個加工序號。具體而言，如果排列方案設定模組210設定的排列方案為X軸優先排列，則所述加工順序排列模組212根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的X軸座標值大小來排列(遞昇或遞降次序)所有待加工孔位的加工順序。如果排列方案設定模組210設定的排列方案為Y軸優先排列，則所述加工順序排列模組212根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的Y軸座標值大小來排列(遞昇或遞降次序)所有待加工孔位的加工順序。如果排列方案設定模組210設定的排列方案為Z字型排列，則所述加工順序排列模組212將所述二維矩陣中幾何中心Y軸座標值大小在一個固定區間的待加工孔位按照Z字型進行排序(遞昇或遞降次序)。
所述插入模組213用於當有新的加工孔位出現時，將該新的加工孔位插入到已排好的加工順序中。具體過程如下所述：首先，所述插入模組213計算出該新的加工孔位的幾何中心，並根據該新的加工孔位的幾何中心將該新的加工孔位插入到所述二維矩陣中； 其次，所述插入模組213根據所述排列方案設定模組210設定的排列方案，在所述二維矩陣中找到該新的加工孔位的前一個待加工孔位的加工序號，假設該加工序號為X，X為自然數；再次，所述插入模組213將該新的加工孔位之後的所有待加工孔位的加工序號都加1；最後，所述插入模組213將該新的加工孔位的加工序號設定為X加1。
如下所述，是以圖4為例，說明本發明自動排列待加工孔位的加工順序的過程。如圖4所示，方形和圓形代表待加工孔位，方形和圓形中的數字代表待加工孔位的加工序號。其中，圖4A為待加工孔位排列不合理的方案之一。
首先，排列方案設定模組210設定待加工孔位的排列方案，假設設定為X軸優先排列方案(遞昇次序排列)。
然後，幾何中心計算模組211從圖4A中提取所有待加工孔位頂點的座標值，並根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心。
其次，加工順序排列模組212將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的X軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序，同時給所有待加工孔位標注一個加工序號，排列結果如圖4B所示。
如果在圖4B中加工序號為7的待加工孔位和加工序號為8的待加工 孔位之間插入一個新的加工孔位，則插入模組213將加工序號為8和9的待加工孔位的加工序號都加1，然後將該新的加工孔位的加工序號設定為8，插入該新的加工孔位後的排列結果如圖4C所示。
參閱圖3所示，係本發明加工順序自動排列方法較佳實施方式的流程圖。步驟S401，用戶透過所述排列方案設定模組210設定待加工孔位的排列方案。所述排列方案包括X軸優先排列方案、Y軸優先排列方案和Z字型排列方案等。所述X軸優先排列方案是指：根據待加工孔位幾何中心的X軸座標值大小來排列(遞昇或遞降次序)所有待加工孔位的加工順序。所述Y軸優先排列方案是指：根據待加工孔位幾何中心的Y軸座標值大小來排列(遞昇或遞降次序)所有待加工孔位的加工順序。所述Z字型排列方案是指：將幾何中心Y軸座標值大小在一個固定區間的待加工孔位按照Z字型進行排序(遞昇或遞降次序)。
步驟S402，所述幾何中心計算模組211從工件的二維圖形中提取所有待加工孔位頂點的座標值。
步驟S403，所述幾何中心計算模組211根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心。
步驟S404，所述加工順序排列模組212將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據排列方案設定模組210設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序，同時給所有待加工孔位標注一個加工序號。具體而言，如果排列方案設定模組210 設定的排列方案為X軸優先排列，則所述加工順序排列模組212根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的X軸座標值大小來排列(遞昇或遞降次序)所有待加工孔位的加工順序。如果排列方案設定模組210設定的排列方案為Y軸優先排列，則所述加工順序排列模組212根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的Y軸座標值大小來排列(遞昇或遞降次序)所有待加工孔位的加工順序。如果排列方案設定模組210設定的排列方案為Z字型排列，則所述加工順序排列模組212將所述二維矩陣中幾何中心Y軸座標值大小在一個固定區間的待加工孔位按照Z字型進行排序(遞昇或遞降次序)。
假設在圖4A中的方形和圓形的數字代表不同的待加工孔位，則根據X軸優先排列方案(遞昇次序)排列出的待加工孔位的加工順序為：1-5-2-3-7-9-8-4-6，根據Y軸優先排列方案(遞降次序)排列出的待加工孔位的加工順序為：1-7-9-6-2-5-3-8-4，根據Z字型排列方案(先遞昇次序後遞降次序)排列出的待加工孔位的加工順序為：1-2-7-9-6-5-3-8-4或1-2-7-9-6-4-8-3-5。
步驟S405，所述插入模組213判斷是否有新的加工孔位出現。如果有新的加工孔位出現，則執行步驟S406。如果沒有新的加工孔位出現，則流程結束。
步驟S406，所述插入模組213將該新的加工孔位插入到已排好的加工順序中。具體過程如下所述：首先，所述插入模組213計算出該新的加工孔位的幾何中心，並 根據該新的加工孔位的幾何中心將該新的加工孔位插入到所述二維矩陣中；其次，所述插入模組213根據所述排列方案設定模組210設定的排列方案，在所述二維矩陣中找到該新的加工孔位的前一個待加工孔位的加工序號，假設該加工序號為X；再次，所述插入模組213將該新的加工孔位之後的所有待加工孔位的加工序號都加1；最後，所述插入模組213將該新的加工孔位的加工序號設定為X加1。
本發明加工順序自動排列方法及其電腦系統，雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。任何熟悉此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神及範圍內，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S401‧‧‧設定待加工孔位的排列方案
S402‧‧‧從工件的二維圖形中提取所有待加工孔位頂點的座標值
S403‧‧‧根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心
S404‧‧‧將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序
S405‧‧‧是否有新的加工孔位
S406‧‧‧將該新的加工孔位插入到已排好的加工順序中

Claims (10)

  1. 一種自動排列加工順序的電腦系統，包括主機，所述主機包括模具設計單元，用於生成各種工件的二維圖形，其中，所述主機還包含有加工順序自動排列單元，該加工順序自動排列單元包括：排列方案設定模組，用於設定工件的二維圖形中待加工孔位的排列方案；幾何中心計算模組，用於從工件的二維圖形中提取所有待加工孔位頂點的座標值，並根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心；及加工順序排列模組，用於將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據所述排列方案設定模組設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序，同時給所有待加工孔位標注一個加工序號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其中，所述排列方案包括X軸優先排列方案、Y軸優先排列方案和Z字型排列方案。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電腦系統，其中，所述加工順序排列模組根據所述排列方案設定模組設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序是指：如果排列方案設定模組設定的排列方案為X軸優先排列，則所述加工順序排列模組根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的X軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序；如果排列方案設定模組設定的排列方案為Y軸優先排列，則所述 加工順序排列模組根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的Y軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序；及如果排列方案設定模組設定的排列方案為Z字型排列，則所述加工順序排列模組將所述二維矩陣中幾何中心Y軸座標值大小在一個固定區間的待加工孔位按照Z字型進行排序。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電腦系統，其中，所述加工順序自動排列單元還包括：插入模組，用於當有新的加工孔位出現時，將該新的加工孔位插入到已排好的加工順序中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電腦系統，其中，所述插入模組將該新的加工孔位插入到已排好的加工順序中包括：計算出該新的加工孔位的幾何中心，並根據該新的加工孔位的幾何中心將該新的加工孔位插入到所述二維矩陣中；根據所述排列方案設定模組設定的排列方案，在所述二維矩陣中找到該新的加工孔位的前一個待加工孔位的加工序號X，X為自然數；將該新的加工孔位之後的所有待加工孔位的加工序號都加1；及將該新的加工孔位的加工序號設定為X加1。
  6. 一種加工順序自動排列方法，該方法包括如下步驟：設定工件的二維圖形中待加工孔位的排列方案；從工件的二維圖形中提取所有待加工孔位頂點的座標值，並根據每個待加工孔位頂點的座標值計算出該待加工孔位的幾何中心；及將所有待加工孔位的幾何中心組合為一個二維矩陣，並根據所述 設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序，同時給所有待加工孔位標注一個加工序號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之加工順序自動排列方法，其中，所述排列方案包括X軸優先排列方案、Y軸優先排列方案和Z字型排列方案。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之加工順序自動排列方法，其中，所述步驟根據所述設定的排列方案來排列所述待加工孔位的加工順序包括：如果所述設定的排列方案為X軸優先排列，則根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的X軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序；如果所述設定的排列方案為Y軸優先排列，則根據所述二維矩陣中待加工孔位幾何中心的Y軸座標值大小來排列所有待加工孔位的加工順序；及如果所述設定的排列方案為Z字型排列，則將所述二維矩陣中幾何中心Y軸座標值大小在一個固定區間的待加工孔位按照Z字型進行排序。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之加工順序自動排列方法，其中，所述方法還包括步驟：當有新的加工孔位出現時，將該新的加工孔位插入到已排好的加工順序中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之加工順序自動排列方法，其中，所述步驟將該新的加工孔位插入到已排好的加工順序中包括：計算出該新的加工孔位的幾何中心，並根據該新的加工孔位的幾 何中心將該新的加工孔位插入到所述二維矩陣中；根據所述設定的排列方案，在所述二維矩陣中找到該新的加工孔位的前一個待加工孔位的加工序號X，X為自然數；將該新的加工孔位之後的所有待加工孔位的加工序號都加1；及將該新的加工孔位的加工序號設定為X加1。
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