基于遺傳算法的輪廓曲線數控代碼生成方法及其數控機床的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及機械加工技術領域，尤其設及基于遺傳算法的輪廓曲線數控代碼生成 方法及其數控機床。
【背景技術】
[0002] 數控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床，隨著機械電子技術的快速發(fā) 展，數控機床設備在機械加工領域已經得到了廣泛的應用，經過幾十年的發(fā)展，技術水平大 幅度提高，數控機床產品的功能日趨完善，規(guī)格日趨齊全，但僅僅在功能和規(guī)格上的變化與 豐富并不能滿足加工需要。
[0003] 目前在利用數控機床對加工工件的外形輪廓曲線的數控加工中，一般采用直線或 圓弧去逼近其節(jié)點，并進行逼近的走刀加工。對自由曲線直線逼近節(jié)點的主要方法包括等 間距、等弦長和等誤差逼近節(jié)點，其中等誤差直線逼近節(jié)點的方法能夠使所有逼近線段誤 差相等，能夠保證逼近節(jié)點的加工誤差，但在實際的計算機應用中，自由曲線等誤差直線逼 近節(jié)點的幾何算法編程繁復、難W直接實現，對于復雜曲線難W有效地確定最優(yōu)的加工曲 面軌跡，只能通過數值分析于處理的方法等效代替實現，在數控機床的加工刀具對工件的 外形輪廓曲線的加工工序繁瑣、加工曲面軌跡的精度低W及操作復雜，因此并沒有很好的 利用自由曲線等誤差直線逼近節(jié)點的幾何算法運用于數控機床機械的加工當中。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出加工精度高、操作簡單的基于遺傳算法的輪廓曲線數控代 碼生成方法。
[0005]本發(fā)明的另一個目的在于提出一種適用于加工工件外形輪廓曲線的數控機床。
[0006] 為達此目的，本發(fā)明采用W下技術方案：
[0007] 基于遺傳算法的輪廓曲線數控代碼生成方法，用于數控機床，包括如下加工步驟： [000引（1)于數控系統(tǒng)中對加工工件的輪廓曲線建立數學模型；
[0009] (2)將遺傳算法于計算機中編程迭代計算，求取有效的逼近節(jié)點；
[0010] (3)生成并輸出加工刀具的加工曲面刀位軌跡數控代碼；
[0011] (4)將加工工件放入加工臺，通過夾具定位固定；
[0012] (5)由刀庫出刀對刀，定位加工起點位置；
[0013] (6)所述加工刀具依步驟(3)獲得的加工曲面刀位軌跡數控代碼，于所述加工臺上 對所述加工工件加工，獲得成品。
[0014]進一步說明，所述建立數學模型包括如下步驟：
[0015] (1)確定允許誤差、波動誤差和逼近直線的斜率；
[0016] (2)確定自由曲線方程和逼近直線方程；
[0017] (3)確定目標函數、約束條件和終止條件。
[0018]進一步說明，所述遺傳算法迭代計算包括如下步驟：
[0019] (1)給定自由曲線參數和力旺起點坐標；
[0020] (2)采用實數編碼，設定初始種群個體，隨機生成個體位置坐標，計算所有個體的 目標函數；
[0021] (3)采用輪盤賭的方法選擇較優(yōu)的個體;采用中間重組方式，計算下一代個體的位 置;利用實數變異的方法，對下一代個體進行變異操作；
[0022] (4)計算所有個體的目標函數值，加權平均求出該種群的平均目標函數值；
[0023](5)評價所述平均目標函數值與波動誤差的大小關系，即種群整體在波動誤差范 圍內為目標函數的最優(yōu)解，存儲當前種群個體位置坐標的平均值為下一節(jié)點坐標;否則返 回步驟(3)迭代。
[0024]-種適用于加工工件外形輪廓曲線的數控機床，包括加工臺、加工刀具和數控系 統(tǒng)，所述數控系統(tǒng)設置有用于確定加工曲面刀位軌跡的遺傳算法子系統(tǒng)，所述遺傳算法子 系統(tǒng)根據加工面的初始位置確定所述刀具加工的移動，所述加工刀具由所述數控系統(tǒng)控制 其對工件的外形輪廓曲線的加工。
[0025]所述遺傳算法子系統(tǒng)是通過建立數學模型和采用遺傳算法于計算機編程中的迭 代計算求解優(yōu)化，獲取所述加工刀具的加工曲面軌跡的逼近節(jié)點。
[0026]進一步說明，所述加工工件的外形輪廓曲線為自由曲線。
[0027]進一步說明，所述遺傳算法子系統(tǒng)的操作步驟如下：
[0028] A建立數學模型
[0029] (1)確定允許誤差、波動誤差和逼近直線的斜率；
[0030] (2)確定自由曲線方程和逼近直線方程；
[0031](3)確定目標函數、約束條件和終止條件；
[0032]B遺傳算法迭代計算求解優(yōu)化
[0033](1)給定自由曲線參數和加工起點坐標；
[0034] (2)采用實數編碼，設定初始種群個體，隨機生成個體位置坐標，計算所有個體的 目標函數；
[0035](3)采用輪盤賭的方法選擇較優(yōu)的個體;采用中間重組方式，計算下一代個體的位 置;利用實數變異的方法，對下一代個體進行變異操作；
[0036](4)計算所有個體的目標函數值，加權平均求出該種群的平均目標函數值；
[0037](5)評價所述平均目標函數值與波動誤差的大小關系，即種群整體在波動誤差范 圍內為目標函數的最優(yōu)解，存儲當前種群個體位置坐標的平均值為下一節(jié)點坐標;否則返 回步驟(3)迭代。
[0038]進一步說明，所述目標函數為所述自由曲線與逼近直線的誤差。
[0039]進一步說明，所述約束條件為逼近節(jié)點在自由曲線上。
[0040]進一步說明，所述迭代終止條件為誤差允許范圍。
[0041]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明設置所述遺傳算法子系統(tǒng)，將遺傳算法的計算機編程 運用于數控機床的數控代碼生成中，直接有效地確定最優(yōu)的加工曲面刀位軌跡，使所述加 工刀具有效準確地對工件外形輪廓曲線進行數控加工，提高所述數控機床的工作效率和質 量，操作簡單直接，加工精度高。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發(fā)明一個實施例的數控機床的系統(tǒng)框架圖；
[0043] 圖2是本發(fā)明一個實施例的遺傳算法流程圖；
[0044] 圖3是本發(fā)明一個實施例的遺傳算法子系統(tǒng)中的遺傳算法流程圖。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0046]基于遺傳算法的輪廓曲線數控代碼生成方法，用于數控機床，包括如下加工步驟：
[0047] (1)于數控系統(tǒng)中對加工工件的輪廓曲線建立數學模型；
[0048] (2)將遺傳算法于計算機中編程迭代計算，求取有效的逼近節(jié)點；
[0049] (3)生成并輸出加工刀具的加工曲面刀位軌跡數控代碼；
[0050] (4)將加工工件放入加工臺，通過夾具定位固定；
[0051] (5)由刀庫出刀對刀，定位加工起點位置；
[0052] (6)所述加工刀具依步驟(3)獲得的加工曲面刀位軌跡數控代碼，于所述加工臺上 對所述加工工件加工，獲得成品。
[0053] 將遺傳算法運用于數控機床的數控代碼生成中，確定加工曲面刀位軌跡，用來控 制加工刀具對工件的加工，使所述加工刀具準確地完成工件外形輪廓曲線的加工，提高了 對工件外形輪廓曲線的加工精度，從而同時提高了數控機床的加工效率和質量，操作簡單 直接，加工精度高。
[0054]進一步說明，所述建立數學模型包括如下步驟：
[0055](1)確定允許誤差、波動誤差和逼近直線的斜率；
[0056] (2)確定自由曲線方程和逼近直線方程；
[0057] (3)確定目標函數、約束條件和終止條件。
[0058]通過建立數學模型將等誤差直線逼近節(jié)點坐標的問題轉變?yōu)閹Ъs束的函數優(yōu)化 問題，提高獲得所述加工曲面刀位軌跡數控代碼的準確度，滿足于計算機的編程中的需要， 從而有效獲得所述刀具的加工曲面軌跡，保證刀具加工的精確性和穩(wěn)定性。
[0059] 進一步說明，所述遺傳算法迭代計算包括如下步驟：
[0060](1)給定自由曲線參數和加工起點坐標；
[0061] (2)采用實數編碼，設定初始種群個體，隨機生成個體位置坐標，計算所有個體的 目標函數；
[0062] (3)采用輪盤賭的方法選擇較優(yōu)的個體;采用中間重組方式，計算下一代個體的位 置;利用實數變異的方法，對下一代個體進行變異操作；
[0063] (4)計算所有個體的目標函數值，加權平均求出該種群的平均目標函數值；
[0064] (5)評價所述平均目標函數值與波動誤差的大小關系，即種群整體在波動誤差范 圍內為目標函數的最優(yōu)解，存儲當前種群個體位置坐標的平均值為下一節(jié)點坐標;否則返 回步驟(3)迭代。
[0065]通過利用遺傳算法于計算機編程中迭代計算，可W有效求取的精確的逼近節(jié)點， 從而降低數控機床對加工工件外形輪廓曲線的難度，提高數控機床的加工精度。
[0066] -種適用于加工工件外形輪廓曲線的數控機床，如圖1所示，包括加工臺、加工刀 具和數控系統(tǒng)，其特征在于:所述數控系統(tǒng)設置有用于確定加工曲面刀位軌跡的遺傳算法 子系統(tǒng)，所述遺傳算法子系統(tǒng)根據加工面的初始位置確定所述刀具加工的移動，所述加工 刀具由所述數控系統(tǒng)控制其對工件的外形輪廓曲線的加工。
[0067]所述遺傳算法子系統(tǒng)是通過建立數學模型和采用遺傳算法于計算機編程中的迭 代計算求解優(yōu)化，獲取所述加工刀具的加工曲面軌跡的逼近節(jié)點。
[0068]本發(fā)明的所述數控機床是通過所述數控系統(tǒng)設置所述遺傳算法子系統(tǒng)來確定加 工曲面刀位軌跡的，從而控制所述加工刀具對工件外形輪廓曲線的加工，在原有對于外形 輪廓曲線的幾何計算方法是難W在計算機中運用的，所述加工刀具無法有效地依據最優(yōu)的 加工曲面軌跡進行加工，只能通過數值分析與處理來等效的代替實現，因此本發(fā)明設置所 述遺傳算法子系統(tǒng)，通過建立數學模型和采用遺傳算法迭代計算，從而獲取加工曲面軌跡 的逼近節(jié)點，直接有效地確定最優(yōu)的加工曲面刀位軌跡，則所述加工刀具便可準確地對加 工工件外形輪廓曲線進行加工，提高所述數控機床的工作效率和加工質量，加工操作簡單、 加工精度高。需要說明，所述子系統(tǒng)可W為軟件或固件，其中軟件設有函數或子程序。
[0069]進