数控技术在塑料包装容器模具加工中的应用

生命力。
1 塑料包装容器模具的加工方法
塑料包装容器是利用塑料成形工艺特性，如 流动性、收缩性、结晶性、硬化特性、稀释性与热敏 性等采用模具制成的。塑料包装容器按成型方法 分类，主要有吹塑成型、挤出成型、注射成型、拉伸 成型、滚塑成型、真空成型等。通常模具的要求： 首先应具有较高的强度、刚度； 其次是形状尺寸精 度要求高； 以及标准化高，互换性好。在包装容器 设计时，为了增加强度和美观性，容器的边缘、底 （ 顶） 部及侧面均由曲面构成（ 见图 1） ，因此对模 具加工提出了更高的要求。
一般塑料包装容器模具的加工方法有传统的 仿型加工和数控加工等［2］。传统的仿型加工中， 有用成形车刀、工具铣削、仿形铣削、成形磨削等 的仿形加工。成型车刀能完成模具零件的复杂旋 转曲面外形的加工。工具铣削可加工回转曲面的 型腔或型腔中非回转曲面的部分。仿形铣削以仿 行靠模作为二类工具来进行加工的，当型腔为复 杂立体曲面而又难以分解成若干简单型面来加工 时采用。成形磨削对复杂模具表面成型进行精加 工。加工时往往需要靠模，刀具依据靠模的形状、 尺寸进行切削加工，因此靠模的精度极大地影响 加工产品的形状和精度。加工中，加工系统是完 全封闭的系统，容易受到振动、温度等外界因素的 影响，同时在进行高精度加工时往往会产生跟踪 速度滞后的问题，不但影响加工精度，而且加工效 率也将受影响。对于大型复杂曲面模具的产品因 受到刀具的尺寸、形状等工艺参数使得加工难以 实现。
Key words： plastic packaging container； numerical control technology； the high-speed machining technology； many axis CNC processing
0 引言
现代 产 品 包 装 注 重 安 全、美 观，物 美、价 廉。 由塑料原料经成型加工制成的塑料包装容器是随 处可见。塑料包装容器有以下特点： （ 1） 塑料密 度小、质量 轻； （ 2 ） 良 好 的 耐 腐 蚀、耐 冲 击 性 能； （ 3） 包装效果好，塑料品种多，易于着色，色泽鲜 艳，可根据需要制作各不同种类的包装容器，取得 最佳包装效果； （ 4 ） 成 型 加 工 容 易，只 要 变 换 模 具，即可 得 到 不 同 形 状 的 容 器，便 于 大 批 量 生 产［1］。随着石油化工和塑料工业的发展，塑料包 装容 器 在 很 多 方 面 已 取 代 早 先 用 金 属、玻 璃、陶 瓷、木材等材料制作的包装容器，显示出其强大的
由于多轴联动加工技术有众多的优势，目前 正在得到越来越广泛地应用。多轴联动机床的使 用，让 工 件 的 装 夹 变 得 容 易，加 工 时 无 需 特 殊 夹 具，减少夹具的使用数量，避免了多次装夹，降低 了夹具的成本，提高产品加工精度； 其次，由于多 轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具，能增 加刀具的有效切削刃长度，减小切削力，提高刀具 使用寿命，降低刀具的成本； 另外，采用多轴联动 机床加工可以快速地完成模具加工，交货快，缩短 了加工周期； 同时，采用多轴联动机床加工稳定性 好，能更好保证模具的加工质量，并且使模具修改
3 塑料包装容器模具的数控加工发展趋势
近几年数控加工设备向高速化、高精度、多轴 化方向发展。用于塑料包装容器模具加工的主要 是高速加工技术和多轴联动加工技术。 3． 1 高速加工技术
随着塑料包装模具向大型、复杂、长寿命和多 功能的方向发展，传统的加工方法无法实现，高速 加工技术的发展恰恰满足了此类模具市场发展需 求，模具制造要求数控机床能满足高速、高动态精 度、高刚性、热稳定性、高可靠性、网络化以及与之 配套的控制系统的要求。由于数控加工中心具备 高速加工的特性，所以逐渐成为塑料包装模具制 造首选加工设备［4 － 6］。
目前，国外高速加工设备主轴转速已达到 4 ～ 10 万 r / min，快速进给可达 30 ～ 60m / min，主轴 输出功率 10 ～ 40kW。 3． 2 多轴联动加工技术
当前模具制造行业中，三轴数控加工技术已 被普遍应用并且ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ对成熟，随着 4、5、6 轴数控技 术的发展与推进，先进的多轴数控加工技术在市 62
图 2 刀具切入工件的方式
以瑞士、德国为代表的高速加工技术，其高速 切削具有如下优点： （ 1） 效率高，单位时间内的材 料切除量可增加 3 ～ 6 倍，进给速度提高 5 ～ 10 倍； （ 2） 切削力小，切削力可减少 30% 左右，尤其 是径向切削力大幅度减小； （ 3） 热影响小，95% 以 上切削热被切削迅速带走，工件基本上保持冷态， 特别适合于加工容易产生热变形的零件； （ 4） 质 量稳定，高速铣削时激振频率特别高，远离工艺系 统的固有频率，因此工艺系统振动小。所以高速 加工适应于浅腔或多腔塑料包装模具的加工。
学出版社，2007． ［5］ 王和慧，卢均臣，关凯书，等． 带接管组合法兰的强度
Numerical Control Technology in Plastic Packaging Container Mould Processing Applications
CHEN Li （ Hefei Institute of General Professional Technology，Hefei 230031，China）
设计与注塑过程控制［J］． 包装与食品机械，2011，29 （ 4） ： 28 － 32． ［2］ 关耀奇． 模具型腔的精密加工［J］． 模具制造，2003，3 （ 4） ： 51 － 52． ［3］ 盛晓敏，邓朝晖． 先进制造技术［M］． 北京： 机械工业
出版社，2000． ［4］ 刘宏军． 模具数控加工技术［M］． 大连： 大连理工大
图 3 立式五轴加工中心
图 3 所示为立式五轴加工中心。数控机床的 工作台可以做 X、Y 轴两个方向的直线运动，主轴 箱可以沿 Z 轴做直线运动，并且主轴可以实现绕 Y 轴的摆动 B，工作台可以实现绕 Z 轴的转动 C， 所以这台数控机床能够实现 5 种运动，有 X、Y、 Z、B、C 这 5 个控制轴。在工作台上的工件除了 底面之外，其余的 5 个面都可以由立式主轴进行 加工。两轴最小分度值一般为 0． 001 度，这样又 可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜 孔等。两轴如与 XYZ 三直线轴实现联动，有了数 控系统、伺服系统以及软件的支持就可加工出复 杂的空间曲面。
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数控技术在塑料包装容器模具加工中的应用———陈立
图 1 常见的塑料包装容器底（ 顶） 部和边缘
塑料包装容器模具的加工特点： （ 1） 模具形 状复杂，加工要求高； （ 2） 加工过程复杂，周期长； （ 3） 加工属于单件小批量； （ 4） 加工精度高； （ 5） 相 互关联的零件配合精度要求高。
2 塑料包装容器模具的数控加工特点
数控技术是利用数字化的信息对机床运动及 加工进行控制的一种方法，即装备数控技术的机 床实施加工控制。数控系统包括： 数控装备、可编 程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。数控 系统按运动轨迹控制方式分三类： 点位控制系统、 直线控制系统和轮廓控制系统（ 指能对 2 个或 2 个以上的坐标轴进行连续加工控制） ，相应的数 控加工设备包括： 数控钻床、数控车床、数控车铣、 数控加工中心、电火花、线切割等。与普通机床相
收稿日期： 2012 － 07 － 18； 修稿日期： 2012 － 08 － 03 作者简介： 陈立（ 1959 － ） ，女，本科，高级工程师，教师，研究包装机械及塑料包装容器模具的加工，通信地址： 230031 安徽合肥市长江西
路 888 号 合肥通用职业技术学院，E-mail： chenli9666@ yahoo． com． cn。
工件在数控机床上一次装卡可以加工多个表 面，一台数控机床可以代替数台普通机床，相对来 讲工序较为集中，有的则在一次装卡的情况下，可 以完成零件全部表面的加工，工序集中减少了安 装误差，节约加工辅助时间。 2． 3 适应能力强
数控机床可以实现多轴多坐标联动控制，能 加工普通机床难以或无法加工的复杂曲线、曲面， 对于形状复杂的多维曲面更适合用数控机床进行 加工。在数控机床加工不同的零件时，确定了工 件装卡方式和加工刀具后，只需更换零件的加工 程序，就可以进行不同零件的加工。在数控加工 中心上采用成组技术的成套夹具，可大大缩短加 工辅助时间和生产周期，有利于产品的更新换代， 提高产品的竞争力。
包装与食品机械 2012 年第 30 卷第 5 期
场上体现出了明显的优越性。多轴加工准确地说 应该是多坐标联动加工。多轴数控加工能同时控 制 4 个以上坐标轴的联动，将数控铣、数控镗、数 控钻等功能组合在一起，工件在一次装夹后，可以 对加工面进行铣、镗、钻等多工序加工，有效地避 免了由于多次安装造成的定位误差，能缩短生产 周期，提高加工精度［7 － 9］。
比，数控加工有以下特点［3］： 2． 1 加工精度高、质量稳定
数控机床的加工精度一般在 0． 001mm ～ 0． 1 mm，且受加工表面复杂程度的影响不大。由于数 控机床中的主要传动链均采用高精传动副机构， 并通过半闭环或闭环控制装置进行自动补偿，因 此定位精度、运动精度非常高。其次，数控机床的 大部分操作都是由机床自动加工来完成的，可以 消除人为的误差，所以产品质量稳定。 2． 2 生产效率高
关键词： 塑料包装容器； 数控技术； 高速加工技术； 多轴数控加工 中图分类号： TB482． 2 文献标识码： A 文章编号： 1005 － 1295（ 2012） 05 － 0060 － 04 doi： 10． 3969 / j． issn． 1005 － 1295． 2012． 05． 017
包装与食品机械 2012 年第 30 卷第 5 期
数控技术在塑料包装容器模具加工中的应用
陈立
（ 合肥通用职业技术学院，合肥 230031）
摘要： 本文简述了在塑料包装容器生产中所用模具的常见加工方法，介绍了高速加工、多轴加工等 数控技术特点，阐述了充分利用数控加工技术的优越性，进而提高模具的加工效率和质量，缩短制造周 期。
高速加工与普通数控加工不同，要考虑到高 速切削的特殊性和控制的复杂性。在编程上的主 要是切削载荷恒定。因此要做到： （ 1） 保持金属 切削层厚度的恒定，分层加工要比仿形加工有利
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于保证材料去除量的恒定； （ 2） 刀具切入工件的 方式要平滑，如图 2。采用螺旋线方向切入或渐 进切入比直接切入好； （ 3） 保证刀具轨迹平滑过 渡，最好采用螺旋走刀方式。其次还要尽量减少 刀具的切入次数和均衡的进给量。
Abstract： This paper briefly in plastic packaging containers used in the production of the common mould processing method，this paper presents a high speed processing，the multiaxial processing characteristics of numerical control technology，this paper expounds the full use of the advantages of nc machining technology，and improve the mould processing efficiency and quality，shorten the manufacturing cycle．
数控技术在塑料包装容器模具加工中的应用———陈立
变得容易。所以，多轴联动加工能满足塑料容器 复杂型面模具和深腔塑料容器模具的特殊加工要 求［10］。
4 结束语
随着数控技术的不断发展，相信塑料包装模 具的加工会越来越简单，只有高效率、高质量、短 周期、低成本的产品生产框架才能适应市场的需 求。
参考文献： ［1］ 郭幼丹，吴春笃，程晓农． 超薄塑料包装盒注塑模具