天津航天機(jī)電設(shè)備研究所 天津 海濱 300458

0 引言

線切割加工屬于特種加工。所用電極絲直徑一般為0.2毫米，相比傳統(tǒng)工種的車(chē)刀、銑刀、鏜刀等，需要的加工留量很少，很容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工。在生產(chǎn)實(shí)踐中，科學(xué)合理的排料，不僅增加原材料的利用率，節(jié)省材料成本，而且增加機(jī)床加工的有效性，從而減少電極絲行走距離，節(jié)省能源成本。

1 線切割排料的種類(lèi)和方法

1.1 排料的原則 排料的一般原則是直邊對(duì)直邊、斜邊對(duì)斜邊、凸起對(duì)凹槽、取長(zhǎng)補(bǔ)短、彎與彎相順 。根據(jù)零件的外形特征靈活選擇，可以是簡(jiǎn)單的運(yùn)用一種，也可以多種同時(shí)運(yùn)用，構(gòu)成嵌套，滿足不同形狀復(fù)雜的零件的排料要求。

既定面積中，排出所需的零件外形和數(shù)量。在繪圖過(guò)程中就需要一定的空間想象能力和排料技巧。最終制定出最合理的、最經(jīng)濟(jì)的加工路線，編程并完成加工。

1)原材料給予充分，簡(jiǎn)單幾何形狀零件，陣列就能解決排料問(wèn)題。

(1)小型零件，考慮一個(gè)程序中加工完成。

(2)大型零件在切割過(guò)程中注意單件編程，或者采取分段切割。因?yàn)闄C(jī)床會(huì)有各種異常情況如斷絲嚴(yán)重影響零件的加工進(jìn)度。或者在一個(gè)程序中根據(jù)自己的加工經(jīng)驗(yàn)，估計(jì)好時(shí)間，適時(shí)增加M00暫停，排除異常，繼續(xù)進(jìn)行加工。

2)可以先陣列一部分，剩余的零件進(jìn)行鏡像、旋轉(zhuǎn)。充分利用零件圓弧和溝槽的包容，還有角的包容，旋轉(zhuǎn)所需的角度，鏡像復(fù)制粘貼。

3)另一種情況是零件形狀比較個(gè)性，陣列會(huì)拉長(zhǎng)圖形的寬度，跨度比較大，工件之間有大部分不加工的余量，浪費(fèi)材料。這時(shí)候就不能比較規(guī)矩的陣列，需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，互嵌，圖形要求合理利用形狀余量，在有效的面積中最大化加工。原則是盡量減少橫向和縱向尺寸。

圖1 合理的排列方法原則

1.2 排布方法介紹

1)簡(jiǎn)單零件的排布

圖2卡子 零件基本特征為長(zhǎng)形零件，選擇陣列排料。原材料尺寸為200mm*80mm*6mm。直邊對(duì)直邊，圓弧與圓弧相順。圖中零件列距為5毫米。因?yàn)楣ぜ穸确较虮容^薄，如果間距太小的話，由于內(nèi)應(yīng)力的釋放，會(huì)產(chǎn)生變形，從而影響尺寸精度。裝夾方式采用橋式裝夾。

圖3試制彈片 原材料尺寸105mm*60mm*0.3mm。彈片的特征為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，后續(xù)要進(jìn)行手工折彎加工。為避免出現(xiàn)折彎裂紋，工件要求45度方向切割。采用斜對(duì)斜的方式，比較合理。由于原材料為0.3毫米薄板，裝夾時(shí)要上下面分別添加護(hù)板，保證平面度。裝夾余量不均衡，分別在左上角和右下角采用托架托舉固定。圖中左上角和右下角圓形表示裝夾位置。

圖4夾塊 零件特征為大直角帶斜邊。原材料尺寸101mm*102mm*60mm。根據(jù)工件特性，兩斜線平行容易構(gòu)成為正方形或長(zhǎng)方形。工件形狀要素中有一條斜線，很好的利用了原材料空間。左上角整體留出來(lái)托架裝夾位置。兩工件斜邊間隙排料為0.3毫米，行程只需走一次即可。左上角為托架裝夾位置。

2)鉸鏈類(lèi)零件的排布

圖5母鉸 零件主要形狀特征為直邊帶長(zhǎng)傾角。符合斜對(duì)斜，直對(duì)直。原材料尺寸為101mm*60mm*101mm。利用平行角的方式排布，容易構(gòu)成長(zhǎng)方形特質(zhì)。很大程度上利用了原材料的有效面積，節(jié)約了原材料。圖中左上角和右下角空白位置托架成對(duì)對(duì)角使用。

圖6公鉸和母鉸 圖中有兩種工件，原材料尺寸為101mm*60mm*101mm。公鉸、母鉸在一件原材料中同時(shí)排布。同一個(gè)型號(hào)，一批零件，同一批原材料，零件可以統(tǒng)籌編排，提高材料的有效利用。左邊兩件直對(duì)直，凹對(duì)凸，右邊兩對(duì)斜對(duì)斜。托架裝夾位置在為材料空白處左下角。

圖7鎖鉸 原材料尺寸為135mm*60mm*101mm。原計(jì)劃每件材料加工兩件鎖鉸，排布盡量利用了原材料的長(zhǎng)度方向，把第三件圓弧嵌入了上面兩件的空隙部分。具備取長(zhǎng)補(bǔ)短，凹對(duì)凸的特性。圖中顯示沒(méi)有便于裝夾的直長(zhǎng)邊，所以選用窄托架成對(duì)使用。分別固定材料左下角和右上角，平穩(wěn)裝夾，保證加工過(guò)程中不會(huì)發(fā)生意外位移。

圖8公鉸鏈 原材料尺寸103mm*102mm*40mm。圖形為原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)排料，直對(duì)直，斜對(duì)斜。零件由于有大直角的特性，很適合原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)排料，最大程度上利用了原材料?？瞻孜恢猛屑軐?duì)角裝夾。注意中間落料。

圖9鉤鉸 形狀特征為溝槽帶斜邊帶圓弧和平臺(tái).原材料尺寸300mm*300mm*60mm排圖充分利用零件直邊與斜邊，相鄰工件間為近距離繪圖為0.3毫米，相平行的直邊與斜邊只走一次就可以，節(jié)省了機(jī)床加工時(shí)間。由于排料緊密，裝夾余量充分，采用導(dǎo)軌橋式裝夾。

圖10母鉸 特征是溝槽加長(zhǎng)傾角。原材料尺寸102mm*40mm*102mm。母鉸尺寸較小，一塊方形材料能排4件。根據(jù)長(zhǎng)傾角平行特征排布出上面一組，再陣列出下面一組，上下兩組分別加工。完成上面兩件加工后，掉頭裝夾，固定已加工落料后的那端，重新加工完成剩余兩件。符合斜對(duì)斜，凹對(duì)凸。裝夾方式采用導(dǎo)軌裝夾。

圖11母鉸側(cè)面外形 零件特征Y型。直對(duì)直，取長(zhǎng)補(bǔ)短。原材料尺寸103mm*102mm*40mm。左下角兩件分別借用了材料的兩個(gè)直邊，這種情況適合粗加工，留量比較大的情況。裝夾時(shí)，特別注意要找正材料的垂直度。右上角兩件共用一個(gè)直邊，直邊間隙0.3毫米，只走一次行程，節(jié)約時(shí)間。右下角用托架裝夾。

圖12180度公鉸鏈 特征為L(zhǎng)型。原材料為鈦合金，尺寸為Φ220mm*330mm。凸對(duì)凹，原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)圖形很好的互補(bǔ)了材料空間，節(jié)省了比較昂貴的鈦合金材料。裝夾采用導(dǎo)軌橋式裝夾方法。

3)適合嵌套加工零件

圖13W型卡子 工件特征為T(mén)型件原材料尺寸200mm*90mm*200mm。第一行做陣列排布，第二行工件先復(fù)制第一行后再旋轉(zhuǎn)180度，將第二行的各個(gè)凸起分別對(duì)準(zhǔn)第一的陣列形成的各個(gè)凹槽，嵌套進(jìn)取。高度方向縮短距離，從而節(jié)約材料。直對(duì)直，凸對(duì)凹，工件做留量加工。工件之間基本上有0.3毫米的加工余量，采用導(dǎo)軌懸空裝夾。

圖14彈片 工件特征為L(zhǎng)型，圖中為彈片的排列，上下兩行分別加工。彈片的種類(lèi)很多，在各個(gè)型號(hào)任務(wù)中都有運(yùn)用。原材料尺寸200mm*90mm*0.4mm。線切割加工到圖紙尺寸。所以零件之間的排布間隙必須大于0.3毫米，否則就有可能對(duì)以加工工件造成傷害，致使工件尺寸變小。一般情況下設(shè)置為1毫米。直邊對(duì)直邊，凸起對(duì)凹陷，有效利用了面積空間，節(jié)約原材料。采用導(dǎo)軌橋式裝夾法，固定導(dǎo)軌和活動(dòng)導(dǎo)軌都要用壓板固定工件。

圖15支座 支座的外形接近十字形。原材料尺寸300mm*300mm*12mm。這種形狀有規(guī)矩的直邊，能夠很好的嵌入和平行。直邊對(duì)直邊，上一行的凹槽對(duì)下一行的凸起。線切割要求加工最終外形，選用陣列繪圖，一行一行依次切割出零件外形。由于零件與零件的連接處暫留量很小，為了減少工件的毛刺，一般設(shè)為0.05毫米。這種情況下，工件會(huì)在外形接近尾聲時(shí)依次掉落。圖示坐標(biāo)系左上角為原點(diǎn)，所以在每一行X坐標(biāo)最大值處適時(shí)加一個(gè)M00暫停。機(jī)床暫停后，適時(shí)上下加護(hù)板，兩端固定。防止工件掉落，與絲碰撞，產(chǎn)生不確定性的損傷。根據(jù)排布余量采用橋式裝夾法壓板固定裝夾。

圖16卡子 卡子的外形為拱門(mén)型。中間圓弧寬度僅為1毫米，兩邊的寬度為5毫米。這種形狀容易產(chǎn)生變形。原材料尺寸300mm*300mm*12mm。工件中間留有很大的空間。零件原材料厚度已加工，只需線切割外形。工件直邊對(duì)直邊，第二行水平180度鏡像，嵌入第一行凹槽。凹對(duì)凸，裝夾采用可靠的導(dǎo)軌橋式裝夾方法。

4)流線型零件的排布

圖17C形鉤 工件形狀特征明顯，在圖形的特征中找到一段直線采用直邊對(duì)直邊，這段距離內(nèi)采用0.3毫米的間隙。原材料尺寸500mm*500mm*40mm由于工件尺寸較大，兩件C形鉤互搭，采用凸對(duì)凹的方法排料，很好地節(jié)約了機(jī)床行程，。裝夾采用導(dǎo)軌橋式裝夾。

圖18簧片折彎工裝 原材料尺寸Φ80 mm*200mm的工具鋼。凸模和凹模配對(duì)使用。圖中可以看出零件有非常順滑的圓弧邊，兩個(gè)工裝分別對(duì)應(yīng)要折彎工件的內(nèi)外邊。線切割排料時(shí)直邊對(duì)直邊，配對(duì)圓弧相順應(yīng)，在有效的圓截面積內(nèi)，可以完成工裝的加工。裝夾采用懸空裝夾。

圖19工件長(zhǎng)徑比大，屬于細(xì)長(zhǎng)型零件，且有一定的傾斜角度。原材料尺寸200mm*80mm*120mm有由于受到原材料尺寸規(guī)格的影響，不能采用斜對(duì)斜，只能凸對(duì)凹，把工件傾斜一定角度排布，著重考慮水平長(zhǎng)度方向放置。工件裝夾采用導(dǎo)軌懸空裝夾法。

5)原材料為棒料或工件為圓形件的排布

圖20大棒料排料 繪制圖形有九行，每一行的工件數(shù)量都不一樣。工件形狀特征為T(mén)型。兩件工件首先直邊對(duì)直邊，排料形成的凸出部分可以有效嵌入下一行的凹槽。很自然的行行嵌入，充分利用了棒料的有效面積。由于工件高度較高，考慮到加工時(shí)間，所以采用分行獨(dú)立切割，逐行完成加工任務(wù)。采用壓板螺桿裝夾。

圖21直邊對(duì)直邊。圖中有兩種工件，一種尺寸比較大，另一種比較小。原材料為Φ500mm*400mm棒料。工件形狀分別為三角形特征和細(xì)長(zhǎng)方形特征。排布工件時(shí)首先繪制好最大工件的圖形，剩余的位置可以補(bǔ)充排入比較細(xì)長(zhǎng)的零件，細(xì)長(zhǎng)零件的直邊對(duì)應(yīng)三角形零件的三個(gè)直邊，零活掌握工件的陣列，有效的利用了原材料的面積余量。裝夾采用導(dǎo)軌橋式裝夾。兩個(gè)導(dǎo)軌有效分擔(dān)材料的重量壓力。

圖22圖為多種不同規(guī)格的帶孔墊圈的排布方式。原材料為180mm*180mm*0.2mm(0.1 mm、0.05mm、0.02mm)。外圈直徑最大為120 mm，內(nèi)圈最小直徑為60mm。圖中排布符合彎與彎相順。分析各個(gè)墊圈的尺寸后可以如圖繪制。大圈套小圈，先中心后外圈的切割方式逐件加工。三種墊圈可以一個(gè)程序中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一編程。同樣的材料，同樣的厚度，同樣的數(shù)量可以考慮統(tǒng)一排料。裝夾采用托架橋式裝夾。

圖23為帶孔零件的陣列排料，符合彎與彎相順。原材料尺寸Φ80mm*10mm。為加工中心已經(jīng)加工好的外形和小孔。內(nèi)外形狀分行切割。可先分別切割各個(gè)零件內(nèi)孔，然后統(tǒng)一串接編制外形，在一個(gè)程序中切出。由于內(nèi)孔較小，加工時(shí)采用無(wú)屑切削法，防止落料嵌頓，造成工件的損傷。裝夾采用專(zhuān)用工裝橋式固定在導(dǎo)軌上。工裝外形為150mm*150 mm，厚度為30毫米。中心位置銑床加工好圓形腔，與圖中圓形材料外形配合，加工螺孔，采用螺釘連接，通過(guò)與原材料圓孔的配合，完成工件的固定。

圖2425中工件的特征為輻射狀，原材料尺寸Φ80mm*6mm采用360度圓周陣列方法排布，能在很大程度上節(jié)約原材料。符合直邊對(duì)直邊。一次排料，可以加工多個(gè)零件。工件裝夾方式同圖23裝夾方式。一個(gè)工裝可以同時(shí)完成6件原材料的裝夾。

2 不合理的排布實(shí)例

圖26不合理實(shí)例。圖26所示右邊兩件為圖紙零件。零件外形特征明顯，零件縱向和橫向尺寸相等，四個(gè)凸起成90度陣列排布。如圖按圖紙所畫(huà)圖形直接陣列，拉長(zhǎng)了排布的跨度，工件周邊留有大部分不加工的材料余量。左邊兩件是圖形旋轉(zhuǎn)45度方向后陣列，但是受到材料余量的影響，只能就料，將其中一件稍微下沉后形成的。相比較，右邊兩件陣列出的圖形，顯然比左邊兩件要占用面積大很多。這種特征的零件的排料方法是零件需要先旋轉(zhuǎn)45度，再進(jìn)行陣列?？傮w要求是盡量縮短橫向和縱向距離，力爭(zhēng)做到排列緊密。充分利用原材料，在有效的面積中實(shí)現(xiàn)加工最大化。

3 鉸鏈專(zhuān)用工裝介紹

圖27上面介紹鉸鏈排布時(shí)多次提到的工裝窄托架，實(shí)物如圖27所示。窄托架適用于裝夾余量較少或裝夾長(zhǎng)度較短的場(chǎng)合。上圖中多處“幾何圖形”標(biāo)識(shí)為窄托架裝夾處。

線切割加工對(duì)象一般有各種性能的鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼材料等金屬材料，還有鉬材料，軟磁合金等特殊材料。原材料的昂貴促使我們?cè)诠ぜ睦L圖排布過(guò)程中，講究方法和規(guī)律，為節(jié)約成本做出讓步。

多年的生產(chǎn)實(shí)踐，不斷總結(jié)工件的排列方法。采用合理的工件排布方法，能夠節(jié)約50%的原材料。對(duì)于最大化的工件排布，裝夾也是一個(gè)要同時(shí)考慮的問(wèn)題。合理的排料與裝夾，是線切割加工中一個(gè)相輔相成的工藝方法。

在兩者矛盾與統(tǒng)一的辯證關(guān)系中，同步完成能源的節(jié)約和材料成本的節(jié)約是機(jī)械加工中一個(gè)永恒的話題。我們?cè)谇靶械穆飞媳貙⒉粩嗝髑靶小?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

總結(jié)了線切割加工中部分零件的排列方法，在以后的工作實(shí)踐中繼續(xù)總結(jié)，不斷完善工作方法，逐步提高技術(shù)能力水平。