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分类号学号M200971966学校代码10487密级硕士学位论文数控冲床加工路径规划的研究学位申请人：高健学科专业：系统工程指导教师：朱明富副教授答辩日期：2012.2.8AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonWorkingPathPlanningofCNCPunchingMachineCandidate:GaoJianMajor:SystemsEngineeringSupervisor:AssociateProf.ZhuMingfuHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaFebruary,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于I华中科技大学硕士学位论文摘要数控冲床作为主要的加工设备之一在制造业有着广泛的使用。冲床加工时的主要时间花在了工件的移动和冲孔上面，冲床的加工效率受制于移动工件的时间和冲孔时间的花费，而工件的移动和冲孔又取决于孔的加工次序。安排冲孔的加工次序就是一个加工路径的规划问题。规划后的加工路径一般能减少工件的移动总距离和加工时间。研究数控冲床加工路径规划有着实际的应用价值，在大规模批量生产中，按照经过规划后的加工路径进行加工能有效地减低能耗，提高生产效率，可以创造可观的环境价值和经济价值。本文的主要工作如下：首先以数控冲床加工为背景，运用了TSP问题的模型来建立加工路径规划的模型，分析自然蚂蚁觅食的过程，随后介绍了蚁群算法的原理、蚁群算法求解TSP问题的实现步骤和蚁群算法的一些重要参数的设定；然后本文考虑了冲床加工有其自身的特点，主要是冲孔只冲一次但可以经过多次，以及换刀时间和刀具下冲时间带来的额外影响。从这点出发，在应用蚁群算法解决数控冲床加工路径规划问题时对算法中的路径参数进行了预处理，加入等效路径这个概念，解决了换刀时间和刀具下冲时间对原有TSP模型带来的影响。随后本文分析了最近邻算法的实现步骤和最近邻算法更宜移植到嵌入式系统的原因。最后给出了一种根据优化后的加工路径自动生成G代码和对人工编制的G代码提取加工孔坐标然后根据这些加工孔的坐标信息优化加工路径，得到加工路径后自动生成G代码的优化方法。关键词：冲床路径规划；蚁群算法；最近邻算法；G代码优化II华中科技大学硕士学位论文ABSTRACTCNCpunchingmachineiswildlyusedinthemanufacturingindustryasoneofthemainequipments.Mostworking-timeofpunchingmachineliesontheprocessofmovingandpunchingmaterials,sodoestheefficiency.Themoveandpunchdependontheorderthoseholesaremachined,AKApathplanningoftheCNCpunchmachine.Workingtimecanbereducebyusingpathplanning.StudyofpathplanningofCNCpunchinghasbroadapplication.Inlarge-scaleproductioncase,followingtheoptimizedpathcalculatedbypathplanningprogram,energyconsumptioncanbeeffectivelyreducedandproductionefficiencycanbeincreased,thereforeitcancreatemagnificenvironmentalandeconomicvalues.Theworkofthispapercanbesummarizedasfollows:Firstly,basedonworkingofCNCpunching,usingTSPmodeltobuildmodelforpathplanning,introducedthetheoryofACOalgorithm,thestepstosolveTSPproblemusingACOalgorithmandhowtosetsomeimportantparameters.Secondly,consideringthefeaturesbelongtopunchmachinewhenworking,thatis:travellingatleastonceperdotbutexactlyoncetomakethehole,theimpactscausedbythetool-changetimeandtool-punchtime.Forthatreasondistancevariableneedsbepreprocessed,replacedbytheconceptofequivalentdistancetosolvethesecondimpacts,meanwhilestudiedthesteptorealizenearestneighboralgorithmandexplainedwhyNNwasmoresuitableforembeddedsystems.Lastly,thepaperreferredawaytocodeoptimizationbypickingupholecoordinatorfromGcodegeneratedbyhand,thenusingpathplanningtogetanoptimizedpaththengeneratethenewcode.Keywords:pathplanningofpunchingmachine;ACOalgorithm;nearestneighboralgorithm;machiningcodeoptimizationIII华中科技大学硕士学位论文目录摘要............................................................................................................IABSTRACT..................................................................................................II1绪论.....................................................................................................11.1课题来源及应用背景........................................................................11.2课题的研究意义...............................................................................21.3数控冲床加工路径规划的内容及国内外研究现状..........................31.4本文的主要工作...............................................................................62路径规划的数学模型和蚁群算法........................................................72.1TSP问题的数学描述.........................................................................72.2蚁群算法..........................................................................................82.3蚁群算法的一些重要参数的设定...................................................152.4本章小结........................................................................................203蚁群算法距离参数的预处理.............................................................213.1TSP问题和路径规划问题的差异....................................................213.2换刀操作的时间量t1......................................................................223.3冲头下冲的时间量t2......................................................................233.4加入t1、t2需要对蚁群算法距离参数的预处理.............................243.5本章小结........................................................................................254最近邻算法........................................................................................26IV华中科技大学硕士学位论文4.1最近邻算法的步骤及特点..............................................................264.2最近邻算法距离参数的预处理......................................................274.3实验数据........................................................................................284.4本章小结........................................................................................295数控冲床加工代码优化.....................................................................305.1数控冲床编程概述..............................