PCB数控钻孔佳走刀路线的建模与求解

目前，国内外广泛采用PROTEL，TANGO，ORCAD，P-CADEE等印刷电路板CAD软件设计PCB.将PCB-CAD生成的PCB图形文件输入光绘仪可获得光绘正片；生成的钻孔数控文件经自动编程处理生成NC指令，以供PCB专用数控钻床进行敷铜版焊盘孔的加工。然而在生成NC指令方面，现有的PCB自动编程软件采用按孔位的XY坐标以某种约定逐次编排的方法确定钻孔的走刀顺序。

　　显然，这样生成的钻孔走刀路线并非*佳路线，影响生产效率。这对于那些年产几千块到几十万块PCB的中、大批量生产规模的专用生产厂家来说，其影响相当可观。关于这一问题，国外学者进行了不少研究与探讨，足见其整体工艺过程优化的强烈意识。

　　2*佳走刀路线模型的建立PCB上通常有多种不同直径的孔，对某一种孔径所构成的孔系，PCB数控钻问题可描述为：从换原稿收到日期：2000~03-25；修改稿收到日期：2001~03~05.王霄，男，1964年生，讲师，主要研究方向为CAD/CAM虚拟制造。刘会霞，刀点出发，不重复又不遗漏地加工完所有孔，再回到问题，属于NP完备问题。在迄今所提出的TSP的换刀点，进行下一种孔径换刀和加工。这对数控编程而言，就存在如何安排孔的加工顺序（路线），使空程移动时间*短，即所谓*佳走刀路线问题。显然，这一问题可归结为的旅行售货员问题，其中钻头扮演了售货员的角色，而*佳走刀路线的目标函数可选为刀具的空行程*短或空行程花费的时间*短。现讨论分析：PCB数控钻都是具有点位控制的数控机床，这种机床的刀具由一点（孔）运动到另一点（孔）时，通常是沿XY轴方向同时快速移动。当沿XY轴各自距离不同时，坐标值小者先完成运动，到达某一中间点（如中由0点到A点）。另一坐标将沿坐标轴方向从中间点继续向终点（如中1点）运动，由换刀点0经过饫2-3- 5返回换刀点0的运动轨迹如所示。

　　从可知，刀具从一孔到另一孔，其快速移动的走刀路线一般不是直线，而是折线。以0到1为例，其两点间的空行程而两点间的空行程时间t（I，）=maxIX/-X/i/Vx，IY-Y/i/Vy.其中，V为工作台相对刀具的X或Y方向的快移速度，一般Vx=Vy=V.由于求*短路线的目的是为了减少空程时间，因此，采用计算比较简单的*短空程时间作为衡量*佳走刀路线的目标函数能提高计算效率。显然，*小化t（/，）相对于*小化D7U.）=maxIX-X/I，IY-Y/I作为衡量*佳走刀路线的目标函数更简化。

　　各种解法中基本可分为3类：精确求解法启发式求解法以及神经网络算法。精确求解法仅能解较小规模的TSP问题，显然对PCB问题不适合。PCB的*佳走刀路线问题属于大规模TSP问题。国外学者对这一问题作了不少研究，基本上都是采用启发式求解法，并且其算法都建立在两点间欧几里德距离的基础上，即d/=SQRT.从前面分析可知，这与数控钻所走的路径不符。这样，利用其位置信息或利用三角不等式的几何特征提出的算法就很难有效地解决这一问题。本系统以空行程时间为目标函数，采用模拟退火方法。

　　形式退火策略，这种策略的选择是*关键的，因为算法中影响解收敛质量的温度由退火策略控制。常见的退火策略有：（e为目标函数值的标准偏差161）。

　　其中c是一种自适应的退火策略，本文即选用这种退火策略。

　　SA算法是一个通用的与领域无关的具有概率爬山的能逃离局部*优的强有力的组合优化算法，对TSP而言，它是较好的模型之一，目前能处理的城市数目已达6000个之多。

　　3.3运行实例0编写，在奔腾I处理器650MHz计算机上调试并运行通过。是某64）按一般PCB-CAD软件所生成的钻孔走刀路线图。是利用本文算法生成的钻孔走刀路线图。比较，3可以看出，其走刀空行程缩短了36.5%.通过大量实例比较，发现用该算法所得的优化走刀路线比用一般PCB-CAD软件按孔位的XY坐标，以某种约定逐次编排的方法确functionTSP-它表示交换顶点A；和a，看能否产生较短的周游足的走刀路线节省的行程显者，一般在25%以上，该方法实用、可靠并能获得较好的解。

　　4PCB*优数控编程系统bookmark4 PCB数控钻孔*佳走刀路线的确定，有效地解决了PCB加工工艺过程的优化数控编程问题。在此基础上开发了PCB自动编程系统，其工作流程如所示。

　　钻孔数据文件前置处理器*佳走刀路线确定后置处理器DNC通信接口PCB数控钻孔系统PCB*优数控编程系统工作流程的工作原理是将不同类型的PCB-CAD系统中生成的不同格式的PCB钻孔数据文件交给前置处理器。前置处理器的作用是分析识别不同CAD系统产生的钻孔数据文件内容，并按不同孔径族提取位置信息，将其转化为统一的数据文件形式，作为确定某一钻头*佳走刀路线模型的数据源；再经*佳走刀路线模块确定钻孔的*佳走刀路线，然后交给后置处理器处理。后置处理器的任务是由扫描器读入不同的钻头直径、*佳走刀路线模型位置信息及具体数控机床的数控特性文件，由语义分析器进行分析并产生对应数控机床的数控指令，*后由DNC通讯程序将数控指令传输给对应的数控机床。

　　本文将PCB数控钻孔*佳路线归结为TSP问题，给出了利用SA算法求解*佳走刀路线的目标函数及3个重要函数：产生函数Gnerate接受函数Accept及温度更新函数Update.其中，退火策略在模拟退火中起重要作用，直接影响TSP解的质量。

　　该算法已成功应用于激光数控打孔中，并在PCB数控钻孔CAM系统中试用。该算法有效地解决了多卩工中刀具路径冗长、空行程导致加工效率低的问题，使数控钻孔加工工艺得以优化。