線切割加工中典型零件的排料與裝夾研究

天津航天機電設備研究所 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)工種的車刀、銑刀、鏜刀等，需要的加工留量很少，很容易實現(xiàn)連續(xù)加工。在生產(chǎn)實踐中，科學合理的排料，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 線切割排料的種類和方法

1.1 排料的原則 排料的一般原則是直邊對直邊、斜邊對斜邊、凸起對凹槽、取長補短、彎與彎相順 。根據(jù)零件的外形特征靈活選擇，可以是簡單的運用一種，也可以多種同時運用，構成嵌套，滿足不同形狀復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)濟的加工路線，編程并完成加工。

1)原材料給予充分，簡單幾何形狀零件，陣列就能解決排料問題。

(1)小型零件，考慮一個程序中加工完成。

(2)大型零件在切割過程中注意單件編程，或者采取分段切割。因為機床會有各種異常情況如斷絲嚴重影響零件的加工進度。或者在一個程序中根據(jù)自己的加工經(jīng)驗，估計好時間，適時增加M00暫停，排除異常，繼續(xù)進行加工。

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

3)另一種情況是零件形狀比較個性，陣列會拉長圖形的寬度，跨度比較大，工件之間有大部分不加工的余量，浪費材料。這時候就不能比較規(guī)矩的陣列，需要進行旋轉，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)簡單零件的排布

圖2卡子 零件基本特征為長形零件，選擇陣列排料。原材料尺寸為200mm*80mm*6mm。直邊對直邊，圓弧與圓弧相順。圖中零件列距為5毫米。因為工件厚度方向比較薄，如果間距太小的話，由于內(nèi)應力的釋放，會產(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型結構，后續(xù)要進行手工折彎加工。為避免出現(xiàn)折彎裂紋，工件要求45度方向切割。采用斜對斜的方式，比較合理。由于原材料為0.3毫米薄板，裝夾時要上下面分別添加護板，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，兩斜線平行容易構成為正方形或長方形。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)鉸鏈類零件的排布

圖5母鉸 零件主要形狀特征為直邊帶長傾角。符合斜對斜，直對直。原材料尺寸為101mm*60mm*101mm。利用平行角的方式排布，容易構成長方形特質。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對角使用。

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排布。同一個型號，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。左邊兩件直對直，凹對凸，右邊兩對斜對斜。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。原計劃每件材料加工兩件鎖鉸，排布盡量利用了原材料的長度方向，把第三件圓弧嵌入了上面兩件的空隙部分。具備取長補短，凹對凸的特性。圖中顯示沒有便于裝夾的直長邊，所以選用窄托架成對使用。分別固定材料左下角和右上角，平穩(wěn)裝夾，保證加工過程中不會發(fā)生意外位移。

圖8公鉸鏈 原材料尺寸103mm*102mm*40mm。圖形為原點對稱排料，直對直，斜對斜。零件由于有大直角的特性，很適合原點對稱排料，最大程度上利用了原材料?？瞻孜恢猛屑軐茄b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.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)省了機床加工時間。由于排料緊密，裝夾余量充分，采用導軌橋式裝夾。

圖10母鉸 特征是溝槽加長傾角。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。符合斜對斜，凹對凸。裝夾方式采用導軌裝夾。

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

圖12180度公鉸鏈 特征為L型。原材料為鈦合金，尺寸為Φ220mm*330mm。凸對凹，原點對稱圖形很好的互補了材料空間，節(jié)省了比較昂貴的鈦合金材料。裝夾采用導軌橋式裝夾方法。

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，第二行工件先復制第一行后再旋轉180度，將第二行的各個凸起分別對準第一的陣列形成的各個凹槽，嵌套進取。高度方向縮短距離，從而節(jié)約材料。直對直，凸對凹，工件做留量加工。工件之間基本上有0.3毫米的加工余量，采用導軌懸空裝夾。

圖14彈片 工件特征為L型，圖中為彈片的排列，上下兩行分別加工。彈片的種類很多，在各個型號任務中都有運用。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，否則就有可能對以加工工件造成傷害，致使工件尺寸變小。一般情況下設置為1毫米。直邊對直邊，凸起對凹陷，有效利用了面積空間，節(jié)約原材料。采用導軌橋式裝夾法，固定導軌和活動導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。直邊對直邊，上一行的凹槽對下一行的凸起。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，一般設為0.05毫米。這種情況下，工件會在外形接近尾聲時依次掉落。圖示坐標系左上角為原點，所以在每一行X坐標最大值處適時加一個M00暫停。機床暫停后，適時上下加護板，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。工件直邊對直邊，第二行水平180度鏡像，嵌入第一行凹槽。凹對凸，裝夾采用可靠的導軌橋式裝夾方法。

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，采用凸對凹的方法排料，很好地節(jié)約了機床行程，。裝夾采用導軌橋式裝夾。

圖18簧片折彎工裝 原材料尺寸Φ80 mm*200mm的工具鋼。凸模和凹模配對使用。圖中可以看出零件有非常順滑的圓弧邊，兩個工裝分別對應要折彎工件的內(nèi)外邊。線切割排料時直邊對直邊，配對圓弧相順應，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工件長徑比大，屬于細長型零件，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，不能采用斜對斜，只能凸對凹，把工件傾斜一定角度排布，著重考慮水平長度方向放置。工件裝夾采用導軌懸空裝夾法。

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型。兩件工件首先直邊對直邊，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，考慮到加工時間，所以采用分行獨立切割，逐行完成加工任務。采用壓板螺桿裝夾。

圖21直邊對直邊。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長方形特征。排布工件時首先繪制好最大工件的圖形，剩余的位置可以補充排入比較細長的零件，細長零件的直邊對應三角形零件的三個直邊，零活掌握工件的陣列，有效的利用了原材料的面積余量。裝夾采用導軌橋式裝夾。兩個導軌有效分擔材料的重量壓力。

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。三種墊圈可以一個程序中實現(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?？上确謩e切割各個零件內(nèi)孔，然后統(tǒng)一串接編制外形，在一個程序中切出。由于內(nèi)孔較小，加工時采用無屑切削法，防止落料嵌頓，造成工件的損傷。裝夾采用專用工裝橋式固定在導軌上。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。符合直邊對直邊。一次排料，可以加工多個零件。工件裝夾方式同圖23裝夾方式。一個工裝可以同時完成6件原材料的裝夾。

2 不合理的排布實例

圖26不合理實例。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，四個凸起成90度陣列排布。如圖按圖紙所畫圖形直接陣列，拉長了排布的跨度，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45度，再進行陣列。總體要求是盡量縮短橫向和縱向距離，力爭做到排列緊密。充分利用原材料，在有效的面積中實現(xiàn)加工最大化。

3 鉸鏈專用工裝介紹

圖27上面介紹鉸鏈排布時多次提到的工裝窄托架，實物如圖27所示。窄托架適用于裝夾余量較少或裝夾長度較短的場合。上圖中多處“幾何圖形”標識為窄托架裝夾處。

線切割加工對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在工件的繪圖排布過程中，講究方法和規(guī)律，為節(jié)約成本做出讓步。

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

在兩者矛盾與統(tǒng)一的辯證關系中，同步完成能源的節(jié)約和材料成本的節(jié)約是機械加工中一個永恒的話題。我們在前行的路上必將不斷摸索前行。

4 結束語

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