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钣金切割自动排料方法
    【技术领域】

    本发明涉及的是一种钣金切割的自动排料方法，属钣金切割技术领域。

    背景技术

    企业在产品的生产加工前需要进行原材料预算工作，以确定耗用原材料的数量，由于零件的形状各异，目前靠工人的经验进行下料，往往为了保险起见，通常会将零件的下料尺寸放得很宽，造成原材料的浪费，而且边角料的利用率很低，使得产品成本居高不下。

    【发明内容】

    本发明的目的在于针对上述存在的问题，提出一种新的钣金切割自动排料方法，应用本方法可有效的提高钣金材料的利用率和排料的效率。本发明的技术解决方案：钣金切割自动排料方法的工艺步骤依次分为：

    第一步，通过接口读取CAD零件图纸上有关零件形状、尺寸、材质等信息，并且按相同材质和厚度进行分类，然后自动在钣金材料库中进行匹配，将符合要求的材料取出，进行排料计算。

    第二步，计算各零件的面积；

    第三步，采用最大空间靠接法，建立优化排料算法数学模型：

     β = min ( L 0 × H - Σ i = 1 n S i ) ]]>

    式中，β为用料剩余量，Si为多边形零件的面积，n为多边形的个数，矩形钣金材料的区域面积为D，材料长度为L，宽度为H，假设排料结果用料的长度为L₀，则本算法要实现：在固定宽度为H，最大地极限长度为L的矩形区域D中，对任意多边形进行排料，使得材料使用最少。也即是在不超出钣金材料区域D的前提下，对给定的多边形零件进行排料，使得L₀最小。

    约束条件：任意两个多边形互不重叠；多边形的顶点不越界。

    按照零件互相不嵌入原则，从钣金材料的左上角开始排料，当一个零件排料完成后，计算可排料的最大空间，然后与下一个零件的投影面积比较，当可排料的最大空间能完全覆盖零件投影面积时，自动进行靠接排料，直到最大可排空间不能覆盖零件中最小的零件投影面积，则该钣金材料排版完成，并计算用料剩余量β值。

    第四步，按以上自动排料原则可以有很多种排料方式，计算不同排料结果的用料剩余量β值，确定最小的用料剩余量β值排料方式作为最终优化结果。

    第五步，计算材料利用率，进行排料结果评价，利用率δ计算函数为：

     δ = Σ i = 1 n S i / Σ k = 1 m ( L k × H k ) ]]>

    式中的δ为利用率，S_I为多边形面积，n为多边形零件的个数，L_K为用料长度，H_K为用料的宽度。m为用料的张数。

    第六步，得到优化的排料结果，并输出钣金切割指令。

    将产品零件的设计图与相应规格的钣金材料进行二维计算机辅助配料，它能以最快的速度选择企业材料库中最佳的钣金材料和排料方式，根据加工过程产生的损耗，自动计算出产品零件排列图，并标注上尺寸，作为下料加工的依据，同时，自动统计出所需材料的数量，形成备料清单，达到最大限度地提高原材料的利用率的目的，并将排料结果输出到切割机上进行切割作业。

    本发明的有益效果是，可以在生产下料的同时，方便地得到最佳原材料利用率和备料计划，为切割机提供优化排料后的加工指令，大大提高钣金材料切割加工的效率和准确性，降低原材料耗用成本。

    附图是本发明实施例排料结果示意图。

    【具体实施方式】

    实施例

    第一步，读取CAD零件图纸上零件A1、A2、A3、A4、A5、A6，与其相匹配适合的钣金材料为5mm的45#碳钢；它们与钣金材料库中的规格为5000×3000×5的45#碳钢钣金材料相符；

    第二步，计算零件A1、A2、A3、A4、A5、A6所对应的面积分别为

    S1＝5600mm²，

    S2＝11300mm²，

    S3＝8400mm²，

    S4＝7200mm²，

    S5＝14500mm²，

    S6＝4800mm²；

    第三步，计算用料剩余量

     β = min ( L 0 × H - Σ i = 1 n S i ) ]]>

    式中的β为用料剩余量，Si为多边形零件的面积，n为多边形零件的个数，矩形钣金材料的区域面积为D，宽度为H，假设的排料结果用料长度为L₀。

    采用最大空间靠接法进行零件排料，从钣金材料的左上角开始排料，约束条件为任意两个多边形互不重叠，多边形的顶点不越界，考虑一定的切割耗用量。当一个零件排料完成后，计算可排料的最大空间，然后与下一个零件的投影面积比较，当可排料的最大空间能完全覆盖零件投影面积时，自动进行靠接排料，依此类推，当全部六个零件都完成排料后，得到L₀值，以此计算用料剩余量β值；

    第四步，按以上自动排料原则可以有很多排料方式，计算不同排料结果的用料剩余量β值，确定最小的用料剩余量β值作为最终优化结果的排料方式，本例中用料剩余量β值最小为：

     β = min ( L 0 × H - Σ i = 1 n S i ) ]]>

     = 200 × 300 - ( 5600 + 11300 + 8400 + 7200 + 14500 + 4800 ) = 8200 ]]>

    排料结果如附图所示：

    第五步，进行排料结果评价，材料利用率

     δ = Σ i = 1 n S i / Σ k = 1 m ( L k × H k ) ]]>

     = ( S 1 + S 2 + S 3 + S 4 + S 5 + S 6 ) / L k × H K = ( 5600 + 11300 + 8400 + 7200 + 14500 + ]]>

     4800 ) / 200 × 300 = 86.3 % . ]]>

    上式中的m＝1；

    第六步，得到优化的排料结果，并输出钣金切割指令。