1 引言

　　牙齒的自然形態(tài)非常復(fù)雜，義齒和義齒模具的制作也很復(fù)雜。傳統(tǒng)制作義齒模具的方法有三種：一是根據(jù)原來(lái)的牙齒模具進(jìn)行翻模，可以采用石膏型精密鑄造工藝方法；二是使用膨脹材料獲得母模，使用母模鑄造翻鑄義齒模具；第三是采用塑性材料印模，再進(jìn)行電鍍，在印模中填充材料翻制最終形成義齒。前兩種方法需要有模具的原件進(jìn)行操作，不利于自主生產(chǎn)。第三種工藝方法制作的模具工藝復(fù)雜，而且模具本身的強(qiáng)度差，容易變形，模具表面容易銹蝕，使用壽命低，而且由該種模具制作的義齒由于上下模合模易錯(cuò)位而導(dǎo)致義齒輪廓不清晰，精度低。

　　為了提高義齒模具的強(qiáng)度和精度，延長(zhǎng)其使用壽命，減少制作成本，本文打破傳統(tǒng)做法，采用不銹鋼作為制作義齒模具的材料，直接在數(shù)控雕銑機(jī)上加工，避免了中問(wèn)轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，模具的加工精度高，成型質(zhì)量好，輪廓清晰。

2 結(jié)構(gòu)工藝性分析

　　人的牙齒分大牙、小牙等，以28顆為一組，每顆牙模又分上模和下模。圖1為應(yīng)用數(shù)字化處理的具有多種復(fù)雜曲面的單個(gè)牙齒模具CAD模型。圖2為多個(gè)義齒組和模具CAD模型。

　　2.1 結(jié)構(gòu)工藝性

　　義齒模具在排列上有多個(gè)不同的牙型混合排列。義齒的種類(lèi)多，各個(gè)義齒齒面和側(cè)面由多個(gè)復(fù)雜曲面構(gòu)成，每個(gè)義齒的結(jié)構(gòu)各不相同，部分義齒曲面有側(cè)凹的情況。

　　構(gòu)成義齒型面的曲面數(shù)量較多，形狀復(fù)雜。模型文件轉(zhuǎn)換接口不同時(shí)需要對(duì)義齒模具曲面進(jìn)行公差檢測(cè)，對(duì)有縫隙的地方需要進(jìn)行縫合修補(bǔ)處理。對(duì)模具型面表面進(jìn)行分析，其曲面最小的適用半徑為0.5mm，由該曲面圓弧半徑?jīng)Q定精加工刀具的尺寸。分模面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析也非常重要，這關(guān)系到上下合模的配合情況以及壓模產(chǎn)生飛邊的大小。

　　2.2 材料切削性能

　　模具材料采用不銹鋼lCrl8Ni9Ti。該材料切削性能具有以下特點(diǎn)：塑性大，易粘刀，散熱困難，易產(chǎn)生積屑瘤，影響加工表面粗糙度，因此合理選用刀具材料、切削參數(shù)是至關(guān)重要的。硬質(zhì)合金刀具材料中的YT類(lèi)，因?yàn)槠渲械腡i與不銹鋼材料中的Ti產(chǎn)生親和反應(yīng)，不宜選用；YG類(lèi)刀具不易與該不銹鋼材料發(fā)生粘接，粗加工選用；通用YW類(lèi)刀具硬度、耐磨性、耐熱性和抗氧化性以及韌性都較好，適宜精加工選用。

3 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)

　　3.1 數(shù)控加工工藝流程圖

　　義齒模具數(shù)控加工編程涉及多方面的關(guān)鍵技術(shù)，包括：制定加工工藝方案，型面加工余量計(jì)算，根據(jù)各型面特點(diǎn)合理進(jìn)行刀位軌跡規(guī)劃和計(jì)算，仿真加工與刀位干涉檢查，后置處理生成NC程序等。本模具的數(shù)控加工工藝流程如圖3所示。

圖3數(shù)控加工工藝流程圖

　　3.2 工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選擇　　以圖2a下模的加工過(guò)程為例，首先根據(jù)義齒模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理設(shè)置毛坯，由圖中模型尺寸可選擇150mm×150mm×15mm的毛坯。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)復(fù)雜型面的加工分為三個(gè)工步：牙模整體粗加工，整體精加工，義齒成型面精加工　　編程坐標(biāo)系選擇矩形體的上表面中心位置，方便對(duì)刀及數(shù)值計(jì)算。機(jī)床選用四開(kāi)公司的高速雕銑機(jī)，主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)20000r／rnin。

　　3.3 確定切削參數(shù)

　　整體粗加工時(shí)，根據(jù)義齒型腔之間的距離大小，選用Φ4mm硬質(zhì)合金鍵槽銑刀，按照切削速度vf=60m／min，計(jì)算得主軸轉(zhuǎn)數(shù)n=4838r／min。切削進(jìn)給速度vf=400mm／min，z軸下刀進(jìn)給速度vf=100mm／min。

　　整體精加工時(shí)，根據(jù)曲面最小半徑值及從刀具強(qiáng)度考慮，選用Φ3mm硬質(zhì)合金球頭銑刀，計(jì)算所得主軸轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)為n=6451r／min；切削進(jìn)給速度vf=400mm／min，z軸下刀進(jìn)給速度vf=100mm／min。

　　成型面精加工時(shí)，由于最小曲面的適用半徑為0.5mm，因此精加工選用Φ1mm硬質(zhì)合金球頭銑刀，計(jì)算所得主軸轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)為n=19353r／rnin；切削進(jìn)給速度vf=1000mm／min，z軸下刀進(jìn)給速度vf=300mm／min。

　　實(shí)際加工中對(duì)進(jìn)給速度用倍率開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 數(shù)控加工編程

　　4.1 編程準(zhǔn)備

　　用UG軟件對(duì)義齒模型編程需要作幾項(xiàng)準(zhǔn)備工作：首先，將幾何體woRKPIEcE項(xiàng)毛坯設(shè)為150mm×150mm×15mm的方料，MCS加工坐標(biāo)系設(shè)在矩形體的上表面中心位置；其次，為提高編程的效率，需預(yù)先對(duì)模具的成型面及合模面的顏色分別進(jìn)行設(shè)定，在具體編程時(shí)候就可以利用uG的強(qiáng)大分類(lèi)選擇功能對(duì)指定顏色的面或片體進(jìn)行特定選擇，極大地提高了編程操作的效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

　　4.2 曲面加工編程

　　(1)整體粗加工粗加工的目的在于盡可能快地有效切除多余材料。采用型腔銑cavity mill方式進(jìn)行粗加工，選擇4刃Φ4mm鍵槽銑刀。從實(shí)際機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速不高、模具的加工精度高且其最小曲面半徑小，刀具的強(qiáng)度等方面綜合考慮，粗加工采取高切削速度、高進(jìn)給速度和小切削量的策略，盡可能地保持刀具負(fù)荷的穩(wěn)定，減少任何切削方向的突然變化，保持最大和穩(wěn)定的切削速度。

　　型腔銑削方式隨工件模式而定，每刀切深設(shè)為0.2mm。選擇層優(yōu)先，順銑。部件加工余量設(shè)為0.2mm，內(nèi)外公差設(shè)為0．12nun。在連接方式中選擇優(yōu)化方式、打開(kāi)刀路方式，減少空行程。

　　(2)整體精加工選擇聲3球頭銑刀，采用ZLEVEL_PR0nLE_STEEP方式與CONTUUR_AREA方式配合進(jìn)行精加工。

　　ZLEVEL_PROHLE_STEEP方式的主要目的是去除陡峭方向的加工余量。每刀切深設(shè)為0.025MMn。在切削方式中選擇深度優(yōu)先方式、混合方式走刀。選擇混合方式走刀可以有效節(jié)省加工時(shí)問(wèn)。注意選擇移除邊緣跟蹤項(xiàng)，可以去除部分空刀。精加工余量設(shè)為0，內(nèi)外公差設(shè)為0.0025mm。

　　CONTOUR_AREA方式主要目的是去除在平坦方向的加工余量。選擇區(qū)域銑削方式，以平行方式進(jìn)行走刀，且切削類(lèi)型選擇ZIG_ZAG，步進(jìn)距離在平面上恒定0．02mm。切深設(shè)為0.025mm，內(nèi)外公差設(shè)為0.0025MM，切削角度為45°，移除邊緣跟蹤，加工余量設(shè)為0。

　　(3)成型面精加工成型面即模具的型腔是模具中最重要的部位，關(guān)系到義齒成型后的表面細(xì)節(jié)的突出程度及表面粗糙度情況，因此加工要求最高。選擇聲1Inm球頭銑刀，采用COMOUR—AREA切削方式。選擇區(qū)域銑削方式，以平行方式走刀，且切削類(lèi)型選擇zIG—ZAG，步進(jìn)距離在部件平面上恒定0.0025mmn。切削角度為-45°，與前道工序交叉方向，移除邊緣跟蹤，加工余量設(shè)為o，內(nèi)外公差設(shè)為0.001mm。

　　由于計(jì)算刀路時(shí)模具曲面部分需要處理的數(shù)據(jù)比較大，加工精度比較高，加工時(shí)采取對(duì)24個(gè)型腔劃分為4組分別進(jìn)行加工的處理方式，有效緩解了運(yùn)算過(guò)程中計(jì)算機(jī)內(nèi)存不足的情況，極大地提高了編程運(yùn)算的速度。

　　4.3 后置處理

　　刀路編程完畢后對(duì)刀路進(jìn)行后置處理，生成G代碼程序。后處理設(shè)置文件需要注意的是：默認(rèn)后置處理程序中最大機(jī)床進(jìn)給速度項(xiàng)為1000mm／min，在生成G代碼時(shí)，如果直線(xiàn)插補(bǔ)G0l進(jìn)給速度大于1000mm／min，比如為1500IIlrn／IIlin，則后處理出的G01變成G00，很容易造成機(jī)床事故。所以對(duì)后置處理的最大機(jī)床進(jìn)給速度項(xiàng)等要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

　　4.4 模擬驗(yàn)證

　　模擬驗(yàn)證包括UG環(huán)境下刀路文件的驗(yàn)證和G代碼程序的驗(yàn)證。UG提供了加工仿真工具，可以直接對(duì)生成的刀路進(jìn)行實(shí)體方式仿真，非常直觀，是修正刀路的良好工具。G代碼程序的驗(yàn)證非常重要，通過(guò)驗(yàn)證可以有效避免機(jī)床事故和零件報(bào)廢的發(fā)生，確保刀具軌跡與G代碼軌跡的一致。G代碼驗(yàn)證的工具比較多，可以使用Metacut、熊族等工具。

5 實(shí)際加工工具技術(shù)

　　義齒上下模具加工通過(guò)以上的工藝設(shè)計(jì)及實(shí)際加工并檢測(cè)，牙齒各部分細(xì)節(jié)形狀清晰，表面粗糙度值為Ra0.13啪，而且切削效率較高。

　　通過(guò)對(duì)義齒上下模具應(yīng)用UG編程軟件來(lái)數(shù)控編程并加工，由該模具制作的義齒表面光滑，輪廓清晰，精度高。該方法簡(jiǎn)化了義齒模具的生產(chǎn)流程，切削效率較高，模具的強(qiáng)度和抗腐蝕能力提高，證明是切實(shí)可行的。這也為義齒模具的制作提供了新思路，促進(jìn)義齒批量生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)醫(yī)療、生命科學(xué)類(lèi)課題具有一定的參考價(jià)值。