三、塑料模數控加工技術
1.塑料模型腔采用數控加工的優勢
塑料模具型腔傳統的加工方法是，將備好的模具鋼材坯料經過數種普通機床切屑加工，
待型腔雛形完成後，最後由鉗工修整、拋光而成。常用到的普通機床有車、銑、刨、磨、鏜、鑽，模具型腔要在各個工序和機床間傳遞加工，加工中每個工序都要重新裝夾、定位，由於重複定位有誤差，使型腔精度大大降低，型腔的一些特殊的曲線或曲麵如拋物線、高次曲線、某些空間曲麵，用普通機床是無法加工的，它隻有通過繪圖、製樣板、人工打磨，依靠鉗工的技能來控製模具的質量，質量一般很差。而現代高精度的數控加工技術，可直接精確地加工出要求的曲線或曲麵，使模具質量大幅度提高，有的模具型腔在通過數控加工，高速數控銑床或數控電火花機床加工完畢後隻需稍加修整（拋光或不拋光）後即可投入使用。
數控是數字控製（Numerical Control,簡稱NC）技術的簡稱，是以數字化信息對機床運動及加工過程進行控製的一種自動控製技術。數控機床是指采用數控技術的機床。它裝備了數控係統，用數字化代碼程序控製機床的運動，在一台機床上就能分工序完成銑削、鑽削、鏜削、攻絲、切螺紋等工序的自動化加工。
老的數控機床數控係統由數控邏輯電路構成，被稱為硬件數控係統，近年來硬件數控係統已經被淘汰，而代之以由計算機軟件控製的計算機數控（Computer Numerical Control, 簡稱CNC）係統，CNC係統采用計算機軟件來完成基本數控功能，對各類控製信息進行處理，具有真正的柔性，即當加工的工件改變時隻需改變加工程序（軟件）而不需改造機床硬件係統，而且可以處理邏輯電路難以處理的各種複雜信息。數控機床加工有以下特點：
（1）對變換加工產品適應性強通過改變加工程序信息即可加工各種不同的製品，加工程序可以由穿孔紙帶輸入，手工鍵盤輸入或磁盤、磁帶輸入，微型計算機輸入等，數控加工為單件、小批量產品的生產或試製提供了極大方便。由於不需要重新製造和更換工具、夾具和模具，節省了生產準備時間和工裝費用。
（2）加工精度高數控機床是按數控指令進行工作的，由於數控裝置輸出的脈衝當量（即每輸出一個脈衝機床部件移動量）普遍達到0.001mm，而且傳動裝置的反向間隙和傳動絲杆的螺距誤差等均可通過對加工過程自動監測進行補償，因此中小型機床的定位精度達到0.008～0.01mm，重複定位精度達到0.005mm，國外甚至達到0.002～0.003mm的定位精度和0.0003mm以下的重複定位精度。加工用數控機床的剛性好，采用數控加工中心進行加工時隻需一次裝夾即可完成多道工序的連續加工，減少了安裝誤差，特別是避免了操作者的人為誤差，因此加工同一批產品的尺寸一致性好，質量十分穩定。
（3）生產效率高由於數控機床剛性大，其主軸轉速和切屑用量都高於普通機床，有效節省了機動時間，在加工完成後更換零件時幾乎不需要重新調整機床，有自動換刀裝置，大大節省了輔助時間。數控機床的加工精度穩定，例如在用穿孔紙帶時，經過校驗及刀具完整的情況下，一般隻做首件檢驗或關鍵尺寸抽檢即可連續生產，可以減少停機檢測時間和成品的逐件檢測時間，在使用多工序連續加工的加工中心時，還減少了半成品在各工序之間的周轉時間。當加工像模具型腔這樣的複雜工件時，效率可提高5～10倍或更多。
（4）減輕勞動強度數控加工首先由操作人員按圖樣編製加工程序，然後輸入數控機床，在加工過程中工人隻是觀察、監視加工過程，安裝和卸下加工零件，勞動條件比使用普通機床得到大幅度的改善。
（5）降低加工成本數控加工機床由於設備費用高，因此加工費用貴，但節省了被加工零件的劃線費，減少了鑽模板、凸輪靠模等工裝夾具費，減少了零件檢測費，產品廢品率低。綜合起來當加工單件或生產小批量零件時能降低生產費用，獲得良好的經濟效益。
（6）有利於實現塑料模具的CAD/CAM/CAE目前采用塑料模具的計算機輔助設計、輔助製造和輔助工程使模具的設計和製造進入了高科技、高效率、高收益時代，模具CAD/CAM已被廣泛應用，數控機床和數控加工技術是模具計算機輔助製造最重要的基礎。它和三維建模技術和自動編程技術聯合起來能發揮最大的效益。
2.數控技術和數控機床的原理
數控機床由輸入/輸出裝置數控裝置（CNC係統）、測量反饋係統、機床本體組成。
首先將被加工零件的加工工藝過程和幾何參數用數控代碼（即數控程序）以數字信息的形式輸入數控裝置，數控裝置發出指令驅動伺服機構（步進電機）控製機床的動作和各種操作（如決定主軸轉速、裝夾工件、進退刀具或移動工作台、開車、停車、更換刀具、供給冷卻液等），信息的輸入方式可以用鍵盤手工輸入，也可通過磁盤、光盤、穿孔紙帶、網絡等傳輸介質將數字信息送入數控裝置的計算機進行處理。
計算機根據譯碼程序來識別這些指令符號，將加工程序翻譯成計算機內部能識別的語言，還要根據旋轉刀具的半徑把工件輪廓軌跡轉化成刀具中心點的運動軌跡。刀具運動是按曲線段完成的，當已知某段曲線的種類、起點、終點及進給速度後要在起點和終點之間進行中間點坐標的密化計算，然後向各個坐標軸分配控製脈衝，從而驅動在相應軸的軸向的運動量。要對刀具的位置進行控製，通過插補運算處理，計算出位置的一個指令值，同時通過檢測裝置檢測一次反饋值，找出兩者之間的差異，再換算得到速度指令值。當一個曲線段在進行插補時管理程序即著手下一個曲線數據段的讀入、譯碼、數據處理，一旦本曲線段加工完畢即開始下一個曲線段加工，如此反複，直至完成整個零件的加工。
數控加工的一個顯著特點就是連續地控製切削過程，即同時對多個坐標方向的運動進行不間斷控製，為了使刀具沿工件型麵的運動軌跡符合要求的直線、曲線或曲麵，必須將各坐標方向的位移量與位移速度按規定的比例關係精確地協調起來，這就是所謂的多坐標聯動加工。按聯動控製的坐標軸數，常見有：
①二軸聯動如數控車床加工曲線形旋轉麵或數控銑床加工曲線形柱麵。
②二軸半聯動加工時x、y、z三軸中有兩軸互為聯動，另一個軸作周期性進給，如數控銑床采用行切法加工三維空間曲麵；
③三軸聯動，最典型的是數控銑床或加工中心沿著x、y、z三個直線坐標軸聯動，例如用球頭銑刀銑三維空間曲麵，也有沿兩個直線坐標軸聯動，再圍繞一個軸關聯轉動的；
④四軸聯動一般是同時控製沿x、y、z三個直線坐標軸和圍繞某一個旋轉坐標軸聯動；
⑤五軸聯動除了同時控製沿x、y、z三個直線坐標軸聯動外，還同時控製圍繞這些直線坐標軸旋轉的A、B、C坐標中的兩個旋轉坐標，即控製五個軸同時聯動，可保證加工曲麵的圓滑性，提高加工精度，減小表麵粗糙度。
3.數控機床的結構
塑料模型腔加工常采用數控銑床或加工中心，由於加工中心帶有自動換刀裝置，能對零件進行多個工序順序加工，因此效率更高，它包括：
（1）機床主體由床身立柱，橫梁、工作台、滑枕等大件組成，它們要承載銑床或加工中
心的靜載荷和切屑加工時的動載荷，因此必須具有足夠的剛度和強度，它一般由鑄件或重型焊接件構成，其特點是結構簡單、精度高、剛性好、運動效率高。
（2）主軸部件主軸末端裝有切削工件的旋轉刀具，它由主軸電動機、安裝齒輪變速機構
的主軸箱、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的轉速由數控係統控製，它是切削力的輸出部件，要求它具有高的和穩定的運轉精度，因此軸承的選用和配對十分考究，加工中心有自動換刀功能，因此主軸回轉精度還要考慮由於刀柄定位誤差造成的影響。主軸箱變速由液壓係統按數控程序驅動，主軸箱由滾動導軌支承，固定在溜板的定位基麵上，可進行上下和水平移動。
（3）數控係統數控係統接受來自程序輸入設備的程序和數據，再按輸入信息的要求完
成數值計算，邏輯判斷和輸入輸出控製功能，它是由一台專用計算機與可編程控製器、輸入輸出接口板等組成，是機床核心控製裝置。
（4）伺服係統及位置檢測裝置它是機床數控指令的執行部分，由伺服驅動電動機和其他伺服驅動裝置組成，它可分為主軸伺服係統和進給（位移）伺服係統兩部分。前者要對主軸的轉速在很寬的範圍內進行調節，且能維持恒功率輸出，後者根據數控裝置發來的速度和位移指令控製執行部件的進給速度、方向和位移量。每個進給運動的執行部件都配有一套伺服係統，伺服係統有開環、閉環和半閉環之分，在閉環和半閉環係統中還配有對執行部件進行實際位移量測量的位置檢測裝置，將測得信息（通過光、電、磁等技術手段）及時反饋到數控係統進行修正。伺服係統優劣決定機床的加工精度、加工表麵質量和生產效率高低。
（5）刀庫和自動換刀裝置加工中心為了對一個零件實施多工序加工，設有一個能儲存多種不同功能刀具的刀庫和自動換刀裝置，常見有盤式刀庫和鏈式刀庫，刀具固定在專用刀夾內，換刀時機械手將刀夾直接裝入機床的主軸。
4.數控加工編程基礎知識
數控編程分為手工編程和自動編程兩類。
（1） 基本概念
①手工編程該方法適用於工件輪廓由直線和圓弧兩種線型組成的工件。從分析零件圖，確定加工工藝過程，編寫和校對零件的加工過程均由人工來完成，手工編程經濟，但隻適用於幾何形狀簡單的零件。
②自動編程對於像模具型腔這一類形狀複雜的工件，常常具有非圓的曲線及曲麵，數控程序量很大，不能進行手工編程，必須采用自動編程，選擇適當的功能強大的CAD/CAM軟件來編寫數控加工程序，通過零件造型，特征識別，使計算機自動對零件進行數值計算，計算出刀具軌跡，再經過後置處理生成零件的數控加工程序，與手工編程相比勞動強度低，速度快，質量高。本節將對自動編程的常用軟件作簡單介紹。