摘要：為了提高輪胎模具的電火花加工效率，提出了在一臺設備上同時加工兩片輪胎模具的雙回路電火花加工方法，并給出了關鍵部位的結構形式及控制框圖。
關鍵詞：雙回路；輪胎模具；電火花加工
用電火花方法加工輪胎模具是國內近10 年發展起來的一種新的加工手段，而專用的數控電火花輪胎模加工機的發展則僅有5 年的歷史。此類設備因其特殊的加工工藝及較高的工藝水平，使其在輪胎模具加工中的應用越來越受到重視，所起的作用也越來越大。
輪胎模具生產企業除了對模具的質量有較高要求外，對模具加工的效率也十分重視。對于單臺設備來講，提高加工效率有以下幾個途徑：①縮短電極和模具的裝夾、校正等輔助時間；②提高脈沖電源的加工工藝指標；③先用機械銑削方法進行預銑，留出適當余量再進行電火花加工；④采用雙回路脈沖電源，同時加工兩片模具。
上述方法中①和②是電火花加工輪胎模具必須考慮的共性問題，③適用于大型輪胎模具加工，唯有④是一種新的加工形式，它可在不增加太大成本的基礎上提高效率。國外有類似的設備，但在國內尚沒有這種機床問世。我們通過深入研究，研制了雙回路脈沖電源，對德國生產的輪胎模加工設備進行了改進，獲得了滿意的效果。
1 雙回路加工的原理
1. 1 基本原理
眾所周知，電火花加工時，在一定的電流范圍內，加工效率與放電電流成正比，電流愈大，效率愈高，而電流的大小應根據電極的面積來選擇。也就是說，對一個確定的電極面積，其電流的選擇有一個上限，否則會因熱融效應使電極損耗大大增大而增加型腔的修整次數，反而降低加工效率，另外過大的電流也會使工件表面粗糙度變差。采用雙回路加工增大了電極面積，加工電流是單回路加工的兩倍，由于是兩個獨立的放電回路，在單位時間內的放電次數將近多了一倍，提高了模具的加工效率，而表面粗糙度則與單回路同等電流時相當。
1. 2 結構形式
單頭雙模雙回路電火花加工設備的基本構造如圖1 所示。
1 、10. 轉臺A 和B 2 、9. 分度轉盤A 和B
3 、8. 放電回路L1 和L2 4. 電極夾具A 和B
5. 主軸頭6 、7. 電極A 和電極B 11. 床身
圖1 雙回路電火花輪胎模加工機結構圖
主軸頭帶動電極A 和B 作伺服運行，轉臺A和B 在床身上可左右移動，以調節模具與電極的相對位置，轉盤A 和B 可作獨立分度旋轉，脈沖電源E1 和E2 與電極A 和B 以及模具A 和B 形成放電回路L1 和L2 。
1. 3 加工過程
安裝好模具及電極，調整模具在Y 軸方向的位置及傾角，調節電極的水平位置，設置好兩個電極的加工深度相對零位，加工開始后，Z 軸的設定位置就是兩片模具的加工深度。到達設定深度，Z 軸自動抬起，分度轉盤A 和B 自動旋轉分度，Z 軸再次下行，開始下一個型腔的加工，周而復始直至全部型腔加工結束。
2 分度及伺服檢測系統的組成
2. 1 分度系統
分度系統的機械結構如圖2 所示。
1 、7. 齒輪副2. 傳動軸3. 轉盤4. 大齒輪
5. 基體6. 軸承8. 電機
圖2 分度系統機械結構圖
分度系統采用直流電機驅動，經齒輪減速后拖動轉盤轉動，轉速在1~20 r/ min 之間可調。轉盤上裝有一個大齒輪，通過齒輪，帶動旋轉編碼器，編碼器輸出的脈沖信號送給計算機作為轉盤位置的反饋信號，可實時顯示。
采用該方式可大大降低對編碼器分辨率的要求，且分度精度較高，成本低，控制也較方便，缺點是大齒輪的加工有一定難度。分度驅動結構見圖3 。
1. 大齒輪2. 旋轉編碼器3. 小齒輪
圖3 分度驅動結構原理圖
轉盤實際轉動的角度為：
A = 360·N/ P·Z
轉盤的電氣分度精度為：
D = 360/ P·Z
式中：N 為編碼器輸出的脈沖數；P 為編碼器每圈輸出的脈沖數；Z 為轉盤與編碼器的齒輪速比。在實際操作中，手動操作時利用A 可實時觀察轉盤的轉動角度，自動操作時利用A 作為反饋量可進行自動分度。兩個轉盤的轉動是相互獨立又相互制約的，在加工過程中，只有兩個型腔都達到設定深度（ Z 軸下行到預置深度） ，Z 軸抬起后，轉盤才可旋轉分度，只有兩個轉盤都轉到預置工位后，Z 軸才能下行開始加工。兩個轉盤的旋轉速度應盡量保持一致，這樣可縮短輔助時間。
2. 2 伺服檢測系統
由于是單主軸頭、雙回路程式，在放電間隙檢測時應以低電壓優先為原則，即主軸頭的伺服動作以兩個回路中間隙電壓低的一路作為判據。在加工過程中，脈沖電源E1 和E2 與電極和模具分別構成兩個放電回路L 1 和L 2 ，兩個檢測電路對兩個放電回路的間隙分別進行獨立檢測，經邏輯電路判斷分出開路、放電和短路3 種狀態，再經過比較電路去控制兩個控制門，打開通道A 或B 。其中短路狀態的優先級別最高，其次是放電狀態，開路狀態級別最低。兩個回路中任何一個出現短路，立即打開相應的控制門，使主軸快速上升；若兩個回路都處于放電狀態，則根據其瞬時的狀態值來打開相應的控制門，控制主軸的伺服運行；只有當兩個回路均處于開路狀態，主軸才能下行。其原理框圖見圖4 。
圖4 雙回路伺服控制原理圖
3 電源的組成及實現
雙回路電源的系統構成如圖5 所示。
圖5 雙回路電源系統原理圖
通過鍵盤將加工參數，如脈沖寬度、脈沖間隔、梳形脈沖寬度、梳形脈沖間隔、低壓電流、高壓電流等輸入計算機，計算機通過數據總線將電源參數傳輸給接口板，經光電隔離送給電源功率板，開通相應的功率管并輸出具有相應脈沖寬度和間隔的脈沖電流到放電間隙。通過間隙采樣電路將放電間隙狀態經模數變換后送給適應控制單元，經光電隔離和接口板后再送給計算機對脈沖寬度、脈沖間隔、峰值電流、抬刀等參數進行調節控制。
接口板輸出的是編碼信號，電源板上采用E2PROM 器件，由其內置軟件對編碼信號進行譯碼確定電參數。電源板的功率器件采用V2MOS 管，最大電流可達200 A ，其電流上升斜率可根據要求進行調節。
間隙采樣環節采用窗口比較電路，將放電狀態變換成脈沖信號，再對各種狀態的脈沖進行統計、分析，最后由適應控制環節發出適控信號，適應控制的動作依據是由軟件設置的，具體動作的先后次序及控制的量均可由程序實施執行。
4 結論
經實際應用，雙回路電火花加工輪胎模具方法，取得了良好的效果。它不僅將輪胎模具的電火花加工效率比原來的單回路提高了70 %~80 % ，而且還開發出了一種新型的設備。帶有適應控制的脈沖電源加工穩定，不積碳，放電坑穴均勻，較好地解決了加工效率與表面粗糙度兩者的矛盾。
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