葉秋琴，譚海林，倪敏敏，陸曉華

（蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司，江蘇 蘇州 215011）

噴絲板是化纖生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵部件，其上的噴絲孔的形狀、精度及表面粗糙度對化纖的性能和質(zhì)量起著決定作用。隨著民用與軍用對化纖紡織品的光澤度、保暖性、透氣性、堅固度、輕量化等需求不斷提升，三角截面纖維、中空異形纖維、五角形截面纖維、多葉形截面纖維、Y型截面纖維、雙十字截面纖維、扁平截面纖維等各種異形化纖絲相繼問世，生產(chǎn)這類新型異形化纖絲的噴絲板需具有尺寸微細(xì)、形狀特異、精度高且孔表面粗糙度值低的異形噴絲孔（圖1），這就對異形噴絲孔的制造質(zhì)量提出了新的要求。

圖1 各種異形噴絲孔

目前，數(shù)控精密電火花噴絲板加工機(jī)床是完成這類異形噴絲孔的主要加工設(shè)備。該設(shè)備既可采用整體電極一次放電加工成形，也可采用簡單電極，通過機(jī)床數(shù)控軸的位移、旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動進(jìn)行分步放電加工來完成單個異型噴絲孔的加工。一次放電加工工藝的效率、精度及孔的一致性相對較高，但電極的精度要求高、制作難度大且周期長，且一種電極只適合加工一種孔型，電極成本極大；分步放電加工工藝對電極的要求大大降低，只需機(jī)床的精度及數(shù)控系統(tǒng)滿足要求，便可實現(xiàn)多規(guī)格、多品種的孔的批量加工。

20世紀(jì)80年代，蘇州電加工機(jī)床研究所就提出采用扁電極絲加工異型噴絲孔的工藝方法，并研制了相應(yīng)的設(shè)備，在我國化纖噴絲板制造行業(yè)得到了較好的應(yīng)用。近年來，又在自主研制的數(shù)控精密電火花微孔加工機(jī)床上，采用“一”字形精密扁電極絲進(jìn)行高精度拼花異形噴絲孔的加工研究，解決了由于編程原點與電極回轉(zhuǎn)中心發(fā)生偏離而導(dǎo)致“散花”的關(guān)鍵技術(shù)問題，滿足了大多數(shù)異形噴絲孔的拼花精度需求。

1 “一”字形扁電極異形噴絲孔加工原理

采用“一”字形扁電極對化纖拼花異形噴絲孔進(jìn)行電火花加工的關(guān)鍵部件包括“一”字形扁電極、精密導(dǎo)向器、旋轉(zhuǎn)分度軸（C）及數(shù)控軸（X、Y）。 如圖2所示，“一”字形扁電極安裝在自行研發(fā)的四矩形寶石錯位組合的微細(xì)電極精密導(dǎo)向器內(nèi)，為便于編程，將扁電極的一端定義為電極回轉(zhuǎn)中心O′，同時定義其與導(dǎo)向器中心O重合，該點即為編程原點?！耙弧弊中伪怆姌O由一對同步滾輪送入導(dǎo)向器，同步滾輪和導(dǎo)向器安裝在C軸的正下方，理想狀態(tài)下，O、O′均與 C 軸旋轉(zhuǎn)軸線重合（圖 3）。

圖2 電極安裝在導(dǎo)向器內(nèi)的截面示意圖

圖3 旋轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)（C軸）示意圖

任何一個復(fù)雜的異形噴絲孔都可視為由 “一”字形孔通過C軸旋轉(zhuǎn)分度及X、Y軸平移組合而成的圖形，該圖形可通過對“一”字孔形進(jìn)行數(shù)控編程實現(xiàn)。以“Y”形孔為例，可由三個“一”字形孔組成，其交點為“Y”形孔的中心，實際加工時可將其定義為編程原點。

2 電極回轉(zhuǎn)中心偏離編程原點的問題分析

利用電火花噴絲板加工機(jī)床加工異形噴絲孔時，由于受到機(jī)械加工、裝配等因素的影響，O′往往會偏離編程原點。以“Y”形孔為例，加工過程中隨著扁電極的偏移，導(dǎo)致O′形成一個圓形的偏離軌跡（圖4），從而導(dǎo)致“散花”，致使化纖織品染色不均而變成次品。如果通過人工調(diào)整編程原點與O′的重合度，則精度差、隨機(jī)性大，且費(fèi)時費(fèi)力，工作效率低。

圖4 電極回轉(zhuǎn)中心偏離編程原點示意圖

經(jīng)過分析可知，通過三角函數(shù)運(yùn)算并由計算機(jī)控制坐標(biāo)工作臺平移和電極（C軸）旋轉(zhuǎn)，可彌補(bǔ)O′與編程原點偏離的實際偏差。在所需加工的孔位中心建立X-Y直角坐標(biāo)系，以“Y”形槽為例，理想的加工情況見圖5，即加工任意時刻O′均處于X-Y直角坐標(biāo)系的原點（O）。由圖4所示的非理想加工情況可知，如果能計算出加工過程中任意時刻的O′在X-Y直角坐標(biāo)系中的位置，并通過計算機(jī)控制工作臺將O點分別平移至每個扁槽孔中心的下方，然后放電加工各個扁槽孔，就能補(bǔ)償O′與編程原點偏離的實際偏差，進(jìn)而加工出理想的孔形。

圖5 電極回轉(zhuǎn)中心與編程原點重合示意圖

3 電極回轉(zhuǎn)中心偏離編程原點的問題求解

由圖6可知，當(dāng)“一”字形扁電極的橫截面與X軸平行時，其夾角分別為0°和180°，在這兩個位置分別加工兩個槽孔。假設(shè)，夾角為0°和180°時的電極回轉(zhuǎn)中心分別為A和B，連接A、B兩點，則線段AB的中點就是所要建立的直角坐標(biāo)系原點（O）。設(shè)A 點坐標(biāo)為（xA，yA），B點坐標(biāo)為（xB，yB），隨著加工的進(jìn)行，電極回轉(zhuǎn)中心的軌跡就是以O(shè)點為圓心、AB為直徑的圓，用顯微鏡可測得Δx和Δy。

當(dāng)“一”字形扁電極橫截面與X軸正向平行（夾角為0°）時，將工作臺沿X、Y軸方向分別移動Δx/2和Δy/2（可視為坐標(biāo)系的移動），電極回轉(zhuǎn)中心即可與坐標(biāo)系原點重合，此時能加工出一個扁槽；同理，當(dāng)“一”字形扁電極橫截面與X軸反向平行（夾角為180°）時，將工作臺沿X、Y軸方向分別移動-Δx/2和-Δy/2，電極回轉(zhuǎn)中心又可與坐標(biāo)系原點重合，此時能加工出另一個扁槽。上述兩個扁槽可組合成為一條平行于X軸且關(guān)于Y軸對稱的、尺寸二倍于扁電極長度的扁槽。

圖6 “一”字形扁電極橫截面與X軸平行時加工的槽孔位置

將上述理論推廣到扁電極處于任意角度時，建立相同的直角坐標(biāo)系。如圖7所示，當(dāng)“一”字形扁電極橫截面與X軸正向平行（夾角為0°）時，電極回轉(zhuǎn)中心為A，設(shè)∠AOX為α，電極回轉(zhuǎn)中心圍繞坐標(biāo)系原點發(fā)生偏移的軌跡圓半徑為R，即線段AO、BO，當(dāng)扁電極沿著軌跡圓偏移θ角度后，電極回轉(zhuǎn)中心變?yōu)锽，此時與X軸的夾角為β。

圖7 “一”字形扁電極在任意角度時加工的槽孔位置

因此，電極偏移任意θ角度后的工作臺平移距離dx、dy的求解過程為：

另一種求解過程為：

即：

綜上，只需將初值Δx和Δy輸入計算機(jī)系統(tǒng)，并根據(jù)上述求解公式計算及控制工作臺（X、Y）的移動，使電極回轉(zhuǎn)中心與編程原點重合，從而達(dá)到應(yīng)有的加工精度。

4 實際加工效果

采用自行研制的數(shù)控精密電火花噴絲板加工機(jī)床，其數(shù)控系統(tǒng)采取了上述自動補(bǔ)償算法，有效解決了電極回轉(zhuǎn)中心與編程原點的重合度問題，實現(xiàn)了噴絲板異形噴絲孔的精密加工（圖8）。

圖8 異形噴絲孔的噴絲板加工零件圖

針對高檔噴絲板的高精度異形噴絲孔加工特點，主機(jī)X、Y、C軸均采用全閉環(huán)控制，同時進(jìn)行激光測量誤差補(bǔ)償，滿足了異形噴絲孔加工時在XY平面極高的定位精度和C軸的高定位精度與重復(fù)定位精度，異形噴絲孔的拼花精度可達(dá)0.006 mm，且實際使用效果良好。

5 結(jié)束語

電火花噴絲板加工機(jī)床的電極實際回轉(zhuǎn)中心會偏離編程原點，通過顯微鏡很容易測得其偏離值。通過采用簡單的“一”字形扁電極加工異形噴絲孔及電極回轉(zhuǎn)中心與編程原點的自動補(bǔ)償算法，可滿足異形噴絲孔精密加工的需求。