CATIA型材自動(dòng)切割指令轉(zhuǎn)換研究

李 進(jìn)， 王少華， 章 強(qiáng)， 郭文忠， 劉 亞

(中船黃埔文沖船舶有限公司， 廣東 廣州 510000)

0 引 言

中船黃埔文沖船舶有限公司龍穴廠區(qū)配備有型材自動(dòng)下料切割生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線能實(shí)現(xiàn)型材的自動(dòng)進(jìn)料、轉(zhuǎn)運(yùn)和切割，具有生產(chǎn)效率高和人工成本低等特點(diǎn)。流水線的型材自動(dòng)切割機(jī)通過自帶的DIG自動(dòng)切割指令轉(zhuǎn)換軟件讀取SPD軟件設(shè)計(jì)的型材LST格式文件，生成自動(dòng)切割指令，能完成型材端部形式切割、流水孔和透氣孔切割、端部坡口切割等一系列工作，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量好[1-2]。近年來，越來越多的產(chǎn)品開始采用CATIA軟件設(shè)計(jì)，CATIA軟件無法生成型材自動(dòng)切割指令的問題日益突出。沒有指令，型材自動(dòng)切割機(jī)就無法生產(chǎn)，最后只能采用手工下料的方式，這不僅會(huì)降低型材切割流水線的產(chǎn)值,而且會(huì)增加生產(chǎn)成本。為解決該問題，本文對(duì)采用CATIA設(shè)計(jì)的型材文件進(jìn)行研究，并開發(fā)出能讀取的型材自動(dòng)切割指令。

1 CATIA型材自動(dòng)切割指令的轉(zhuǎn)換方法

目前SPD軟件能生成型材LST文件，型材自動(dòng)切割機(jī)自帶的DIG自動(dòng)切割指令轉(zhuǎn)換軟件通過讀取LST文件生成切割指令[3]。CATIA軟件只能生成XLS文件，該文件與LST文件相比，除了格式不同，表達(dá)的內(nèi)容基本一致，若XLS文件能轉(zhuǎn)換成LST文件，就能實(shí)現(xiàn)型材的自動(dòng)切割。在型材自動(dòng)切割指令轉(zhuǎn)換流程(見圖1)中，若XLS文件能生成LST文件，就可與原有的SPD業(yè)務(wù)流程完美銜接，不需要額外設(shè)計(jì)一套業(yè)務(wù)流程，這樣能簡(jiǎn)化公司的業(yè)務(wù)流程，有利于管理的提升。

圖1 型材自動(dòng)切割指令轉(zhuǎn)換流程

2 LST文件格式分析

LST文件主要由表頭項(xiàng)目和內(nèi)容項(xiàng)目組成，其中表頭項(xiàng)目包括型材名、左右舷數(shù)量、長(zhǎng)度和端切形式等信息。以第一排“=”為分界線，該分界線以下為每根型材的對(duì)應(yīng)信息，型材與型材之間的內(nèi)容以“=”分開。其中各項(xiàng)字符的意義如下:

1) “Part Name”欄給出型材零件名。

2) “Length”欄給出型材零件的軌跡線長(zhǎng)度,以毫米為單位,該長(zhǎng)度既不包括余量，又不包括端部沖角,因此不等同于下料長(zhǎng)度。SB表示右舷，PS表示左舷，L表示正落件數(shù)，R表示反落件數(shù)，4個(gè)件數(shù)合起來就是該零件的總下料數(shù)量。所有數(shù)據(jù)默認(rèn)型材平鋪，角鋼或球扁鋼折邊向下。零件有兩端，稱為端頭1和端頭2。當(dāng)端頭1在左方時(shí)為正落方式，當(dāng)端頭1在右方時(shí)為反落方式，無論哪種方式，在量取尺寸時(shí)都從端頭1開始量取。

3) “WGT”欄給出型材零件以千克為單位的單件重量。以*1*和*2*分2行給出零件端部切割的數(shù)據(jù)。

4) “type”欄給出端部切割類型，即船體端部切割標(biāo)準(zhǔn)碼的前2位。

5) “ENDCUT DATA” 給出對(duì)應(yīng)于該端部切割類型的參數(shù)[4]。

6) “MARK”給出型材零件某一端在船體上的方位,AFT表示向艉，F(xiàn)OR表示向艏，SB表示向右舷，BOT表示向下，TOP表示向上。

8) 若有端部坡口，則在“BEVW”欄給出各端腹板的坡口，在“BEVF”欄給出面板的坡口。若有余量，則在“EXC”欄給出各端的余量。

9) 在“TYPE/DIM”欄給出型材規(guī)格，以“類型/規(guī)格”的形式給出。在“Quality” 欄給出型材的材料牌號(hào)，例如A表示A級(jí)鋼。

10) 若型材零件上有開孔，則以“HOLE”為標(biāo)題給出開孔的類型、孔中心高度和距端頭1的距離。例如“HE60*30 V=30 U=999”。

11) 若型材零件上有邊界孔，則以“NOTCH”為標(biāo)題給出開孔的類型和距端頭1的距離。例如“R50 U=999”。

12) 若型材零件上有切口，則以“CUTOUT”為標(biāo)題給出切口尺寸碼和距端頭1的距離。例如“250*90*25*35 U=999”。切口尺寸碼的形式為貫通材h*b*上r1*下r2，前面可帶有負(fù)號(hào)"-"，表示反向的貫通切口(理論線靠型材零件端頭2)。

13) 若型材零件需逆直線彎曲加工，則以“BENDING TABLEi”為標(biāo)題提供逆直線彎曲加工數(shù)據(jù)[5]。例如,當(dāng)i=1時(shí):

BENDING TABLE 1

i為逆直線序號(hào);D為逆直線上各點(diǎn)距端頭1的距離;H為對(duì)應(yīng)的離基準(zhǔn)邊的高度。1個(gè)型材零件上最多可布置4根逆直線。

14) 若逆直線根數(shù)過多，則以“BENDING TEMPLATE TABLE”為標(biāo)題改為提供鐵樣制作型值。

15) 若型材零件是需彎曲加工的面板零件，則以“FORMING DATA”為標(biāo)題提供面板彎曲加工數(shù)據(jù)。面板被劃分為STRAIGHT(直線段)、ARC(圓弧段)和CURVED(曲線段)等，給出每段的中和軸長(zhǎng)度、彎曲半徑和拱高。當(dāng)段數(shù)過多或出現(xiàn)曲線段時(shí)，還提供制作彎曲樣板的型值點(diǎn)數(shù)據(jù)L(長(zhǎng)度)和D(拱高)。

3 型材端切代碼編寫

3.1 型材端切形式收集

型材端切形式(見圖2)是型材加工中最重要的部分之一，端切形式限制條件多，形式種類多，對(duì)切割指令進(jìn)行轉(zhuǎn)換也是最困難的部分。為提高代碼的轉(zhuǎn)換效率，對(duì)所有的端切形式進(jìn)行收集歸類，以便于代碼的編寫簡(jiǎn)化。

a) 壓球頭節(jié)點(diǎn)

3.2 端切形式轉(zhuǎn)換規(guī)則

1) 端部類型判斷：包含R、L、D為類型71,其中D值包含D1、D2和D3值，根據(jù)B值按照1∶4的比例得出D1、D2和D3值；包含R、L、C為類型129(且不包含B)；有D為類型24；有S、J和Y為類型23(適用扁鐵)；有L為類型22(適用扁鐵)；無上述字母為類型21(適用扁鐵)；129類型轉(zhuǎn)22類型，把C值指定為0。

2)A、B、C、R1、D1、D2、D3、V1、V2、V3值計(jì)算。

計(jì)算C值、D2值和V2值,其中C25表示C值=25，D2=(球頭高度-C值)×1.732；若C后無值，則C值為0；*表示C=球扁鋼厚度+10(固定)，D2=(球頭高度-C值)×1.732；V2=30。S30節(jié)點(diǎn)，計(jì)算B值、D3值和V3值，其中B=15(固定)；D3=(球扁鋼高度-15)×tan角度。

3) R25和WC、G過焊孔節(jié)點(diǎn)，計(jì)算R1的值，其中,WC(R1=-10)，G(h<120，R1=WC=-10)，120≤h<150(R1=30)，150≤h<250(R1=35)，250≤h(R1=50)。

4) R10L20B15過焊孔節(jié)點(diǎn)，計(jì)算A值、B值、R1值，A=R+L，B=B，R1=R。若B不存在B值,默認(rèn)為R。

5) R10J120和R25Y120h100等高T型角接節(jié)點(diǎn)，計(jì)算R1值、B值、D3值、V3值。R25J120：R1=R，B=J，D3=(球扁鋼高度-J)×1.732，V3=30。R25Y120h100：R1=R，B=h，D3=Y，V3=arctan(高度-B/D3)/pi×180。注：R可替換為WC或G。

6) 開孔計(jì)算。Y值在“++++ H O L E ++++”備注寫Y=35，開孔寫300Y，D35，V=35/2+15=33，U=300。T值和E值在“++++ H O L E ++++”備注寫T或E=60×30，開孔寫300T或E。HO或HE=60×30，V=30/2+15=30，U=300。Z值在“+++ N O T C H +++”，開孔寫185Z30，R=30/2=15，U=185。若Y、T和E在備注中沒寫值,則采用默認(rèn)值處理。

7) 方向確認(rèn)(根據(jù)起始肋位計(jì)算)。“左”和“舷”轉(zhuǎn)換為OUTB;“下”轉(zhuǎn)換為BOT;“上”轉(zhuǎn)換為TOP;“中”轉(zhuǎn)換為CL;“右”轉(zhuǎn)換為SB;“艏”轉(zhuǎn)換為FOR;“艉”轉(zhuǎn)換為AFT。

8) 坡口轉(zhuǎn)換規(guī)則?！胺?0度”轉(zhuǎn)換為COVN*;“正20度”轉(zhuǎn)換為COVS*;“反30度”轉(zhuǎn)換為VN30;“正30度”轉(zhuǎn)換為VS30;“反45度”轉(zhuǎn)換為VN45;“正45度”轉(zhuǎn)換為VS45。

9) 長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換。長(zhǎng)度為總長(zhǎng)減去左右余量，若有削斜,則需加上削斜值D1。

4 XLS文件格式分析

XLS文件(見表1)是現(xiàn)場(chǎng)施工的依據(jù)，其以表格的形式列出型材加工的各項(xiàng)信息，包括零件名、加工碼、坡口和端切等。LST文件與XLS文件表達(dá)的內(nèi)容一致，只是格式不同，利用Excel辦公軟件的“宏”模塊編寫VBA程序，抽取XLS文件的信息，按LST文檔的格式輸出LST文件。成功轉(zhuǎn)換LST文件之后，將程序集成到集成系統(tǒng)中，利用集成系統(tǒng)的型材套料功能進(jìn)行套料，自動(dòng)型材切割機(jī)根據(jù)LST文件和套料文件生成最終的切割指令，其操作步驟如下：

表1 XLS文件格式示例

1) 導(dǎo)入集成系統(tǒng)型材數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊將CATIA型材XLS文件導(dǎo)入集成系統(tǒng)中[6];

2) 生成LST文件，將XLS文件的轉(zhuǎn)換程序集成到集成系統(tǒng)中之后，通過一鍵點(diǎn)取轉(zhuǎn)換即可將XLS文件轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ST文件;

3) 集成系統(tǒng)型材套料，加載需進(jìn)行套料的單元，點(diǎn)擊開始計(jì)算，套料之后根據(jù)界面的套料情況優(yōu)化材料規(guī)格，爭(zhēng)取每個(gè)規(guī)格的利用率都達(dá)到98%以上;

4) 生成套料結(jié)果，完成型材套料之后，點(diǎn)擊“導(dǎo)出套料結(jié)果”，輸出TXT格式的套料文件;

5) 生成型材自動(dòng)切割指令，利用型材自動(dòng)切割機(jī)配套的程序讀取LST文件和套料文件，點(diǎn)擊“生成NC切割程序”，生成切割指令。

5 型材切割指令切割測(cè)試

型材自動(dòng)切割指令轉(zhuǎn)換程序完成之后，在CATIA上建立15根型材模型，作為切割樣，每根型材長(zhǎng)0.5 m，端切形式囊括所有的端切組合、開孔組合和坡口組合。將這15根型材切割樣轉(zhuǎn)換成型材切割指令，并采用型材自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行切割測(cè)試，切割結(jié)果示例見圖3。

圖3 切割結(jié)果示例

6 結(jié) 語

通過切割測(cè)試可看出，各切割樣成型良好，各端部的R值、斜邊L值、壓球頭值和流水孔等參數(shù)基本符合代碼的要求，且指令差錯(cuò)率為零，證明了程序具有良好的可靠性。實(shí)現(xiàn)CATIA型材自動(dòng)下料之后，使CATIA設(shè)計(jì)的型材切割工作業(yè)務(wù)融入SPD的業(yè)務(wù)流程中，簡(jiǎn)化了流程，不僅提高了生產(chǎn)效率，降低了人工成本，而且很好地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。