小零件激光切割排版套料优化思路

同样一批零件，同样的切割设备，同一个操作人员，切割出来的效果和质量会一样吗？答案是否定的。激光切割质量与诸多因素有关，除了受气压、火焰、功率、操作熟练度等现场人为参数影响外，排版套料环节也可以对切割质量产生不小的影响。

原切割工艺及存在的问题

在钣金激光切割生产中，小尺寸零件加工一直是车间痛点。批量小零件排版切割普遍存在三类常见问题：一是小件切割完成后极易掉落胎架，造成丢件、废件；二是密集排版状态下，单块板材零件数量多，局部板材受热变形、边缘翘起，极易引发撞枪、擦头故障；三是零件数量庞大，打孔点位成倍增加，不仅拉长整体切割时长，还会加速割嘴损耗、增加设备运维成本。

针对以上问题，行业普遍采用微连、预切割、更改切割旋向等常规工艺规避风险。但单一固定工艺无法适配所有生产场景，容易出现“保质量牺牲效率、保效率牺牲品质”的矛盾。本文结合批量小件实际生产案例，通过多组排版套料方案对比，从切割时长、打孔数量、空走路径、板材利用率、成品质量五个维度，梳理适配不同生产需求的小件排版优化思路。

本次案例原始排版采用“共边+微连+预切割”组合工艺（图1），切割的零件如图2所示。共边切割有效缩短切割路径、保证板材利用率；密集微连固定小件，防止零件掉落；预切割工艺规避共边零件翘起、撞枪风险。但在小件超高密排场景下，该传统方案弊端突出：整体切割长度87.283m，空走长度45.611m，材料利用率71.17%，打孔点位高达541个。过多的微连打孔不仅大幅拉长切割节拍、加剧割嘴损耗，还会导致零件表面微连痕迹密集、毛刺点位多，后期打磨二次加工工作量极大，整体生产综合效率偏低。

图1 “共边+微连+预切割”工艺

图2 采用“共边+微连+预切割”工艺切割的零件

优化后的切割方案

针对原始方案打孔多、空走长、后处理量大的核心痛点，在保证成品质量稳定、杜绝掉件与撞枪风险的前提下，优化出三套差异化排版套料方案，供大家参考。

方案一：共边+预留割缝+预切割

“共边+预留割缝+预切割”工艺如图3所示，预留割缝可以起到类似于微连的作用。采用该工艺进行切割，切割路径如图4所示，切割长度87.795m，空走长度44.977m，材料利用率71.17%，打孔数131个。该工艺的优势在于打孔数明显下降，减少了切割时间和切割头的磨损。

图3 “共边+预留割缝+预切割”工艺

 图4 方案一切割路径

方案二：指定切割+绘制切割线+微连

“指定切割+绘制切割线+微连”工艺如图5所示，该工艺的优势是用户可以自定义刀路（指定切割功能），还可以自定义绘制切割线条，让轮廓与轮廓之间更加连贯，无需重新打孔；采用该工艺进行切割，切割路径如图6所示，切割长度99.785m，空走长度24.775m，材料利用率71.17%，打孔数64个。相较前两种方案，该方案中减少了微连数量，同样可以防止小零件掉落到胎架；切割的空走长度及打孔数都明显下降，但切割长度略有增加，同时指定切割的设置过程也非常考验排版人员的能力。

图5 “指定切割+绘制切割线+微连”工艺

图6 方案二切割路径

方案三：一刀切+短距连割+预留割缝

“一刀切+短距连割+预留割缝”工艺如图7所示，设置零件两两共边一刀切，搭配短距连割，切割路径如图8所示，切割长度107.341m，空走长度1.474m，材料利用率69.82%，打孔数3个。虽然材料利用率不如零件全共边的高，但能有效减少空走及打孔。该方案在空走长度以及打孔数两个方面大幅优化，空走长度从原先的40多米骤减到1m，打孔数从一开始的541个锐减至3个。

图7 “一刀切+短距连割+预留割缝”工艺

图8 方案三切割路径

对比上述四种切割方案，以2万瓦激光切割机做切割测试，数据见表1。采用原始方案与优化方案切割零件如图9所示。

表1 四种切割方案切割数据对比

图9 切割对比（左边2个零件是原始方案，右边2个零件是优化方案三）

结束语

从本次测试中可以看出，在车间排版下料工作中，即使是同种零件但配上不同的排版工艺，切割过程也是千差万别的。对于生产加工型企业来说，生产效率和产品质量是核心竞争力。同样一批零件，使用优化方案后，可以大幅减少了打孔点，既能优化产品质量，又能降低因打孔多造成的加工耗时，还能减少切割头磨损造成的设备更新成本。同时使用三个优化方案虽然切割长度都有所增加，但逐渐下降的空走长度和打孔数使得整体切割时长都有所减少，最多减少约50%，大大节省了加工时间，切实有效地提高了生产效率。