1 引言

　　牙齒的自然形態非常復雜，義齒和義齒模具的制作也很復雜。傳統制作義齒模具的方法有三種：一是根據原來的牙齒模具進行翻模，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行操作，不利于自主生產。第三種工藝方法制作的模具工藝復雜，而且模具本身的強度差，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位而導致義齒輪廓不清晰，精度低。

　　為了提高義齒模具的強度和精度，延長其使用壽命，減少制作成本，本文打破傳統做法，采用不銹鋼作為制作義齒模具的材料，直接在數控雕銑機上加工，避免了中問轉換的環節，模具的加工精度高，成型質量好，輪廓清晰。

2 結構工藝性分析

　　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為應用數字化處理的具有多種復雜曲面的單個牙齒模具CAD模型。圖2為多個義齒組和模具CAD模型。

　　2.1 結構工藝性

　　義齒模具在排列上有多個不同的牙型混合排列。義齒的種類多，各個義齒齒面和側面由多個復雜曲面構成，每個義齒的結構各不相同，部分義齒曲面有側凹的情況。

　　構成義齒型面的曲面數量較多，形狀復雜。模型文件轉換接口不同時需要對義齒模具曲面進行公差檢測，對有縫隙的地方需要進行縫合修補處理。對模具型面表面進行分析，其曲面最小的適用半徑為0.5mm，由該曲面圓弧半徑決定精加工刀具的尺寸。分模面結構特點的分析也非常重要，這關系到上下合模的配合情況以及壓模產生飛邊的大小。

　　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：塑性大，易粘刀，散熱困難，易產生積屑瘤，影響加工表面粗糙度，因此合理選用刀具材料、切削參數是至關重要的。硬質合金刀具材料中的YT類，因為其中的Ti與不銹鋼材料中的Ti產生親和反應，不宜選用；YG類刀具不易與該不銹鋼材料發生粘接，粗加工選用；通用YW類刀具硬度、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 數控加工工藝設計

　　3.1 數控加工工藝流程圖

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

圖3數控加工工藝流程圖

　　3.2 工藝設計及設備選擇　　以圖2a下模的加工過程為例，首先根據義齒模具的結構特點合理設置毛坯，由圖中模型尺寸可選擇150mm×150mm×15mm的毛坯。根據實際情況對復雜型面的加工分為三個工步：牙模整體粗加工，整體精加工，義齒成型面精加工　　編程坐標系選擇矩形體的上表面中心位置，方便對刀及數值計算。機床選用四開公司的高速雕銑機，主軸轉速最高可達20000r／rnin。

　　3.3 確定切削參數

　　整體粗加工時，根據義齒型腔之間的距離大小，選用Φ4mm硬質合金鍵槽銑刀，按照切削速度vf=60m／min，計算得主軸轉數n=4838r／min。切削進給速度vf=400mm／min，z軸下刀進給速度vf=100mm／min。

　　整體精加工時，根據曲面最小半徑值及從刀具強度考慮，選用Φ3mm硬質合金球頭銑刀，計算所得主軸轉數設為n=6451r／min；切削進給速度vf=400mm／min，z軸下刀進給速度vf=100mm／min。

　　成型面精加工時，由于最小曲面的適用半徑為0.5mm，因此精加工選用Φ1mm硬質合金球頭銑刀，計算所得主軸轉數設為n=19353r／rnin；切削進給速度vf=1000mm／min，z軸下刀進給速度vf=300mm／min。

　　實際加工中對進給速度用倍率開關進行調節。

4 數控加工編程

　　4.1 編程準備

　　用UG軟件對義齒模型編程需要作幾項準備工作：首先，將幾何體woRKPIEcE項毛坯設為150mm×150mm×15mm的方料，MCS加工坐標系設在矩形體的上表面中心位置；其次，為提高編程的效率，需預先對模具的成型面及合模面的顏色分別進行設定，在具體編程時候就可以利用uG的強大分類選擇功能對指定顏色的面或片體進行特定選擇，極大地提高了編程操作的效率，降低了勞動強度。

　　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方式進行粗加工，選擇4刃Φ4mm鍵槽銑刀。從實際機床的最高轉速不高、模具的加工精度高且其最小曲面半徑小，刀具的強度等方面綜合考慮，粗加工采取高切削速度、高進給速度和小切削量的策略，盡可能地保持刀具負荷的穩定，減少任何切削方向的突然變化，保持最大和穩定的切削速度。

　　型腔銑削方式隨工件模式而定，每刀切深設為0.2mm。選擇層優先，順銑。部件加工余量設為0.2mm，內外公差設為0．12nun。在連接方式中選擇優化方式、打開刀路方式，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。每刀切深設為0.025MMn。在切削方式中選擇深度優先方式、混合方式走刀。選擇混合方式走刀可以有效節省加工時問。注意選擇移除邊緣跟蹤項，可以去除部分空刀。精加工余量設為0，內外公差設為0.0025mm。

　　CONTOUR_AREA方式主要目的是去除在平坦方向的加工余量。選擇區域銑削方式，以平行方式進行走刀，且切削類型選擇ZIG_ZAG，步進距離在平面上恒定0．02mm。切深設為0.025mm，內外公差設為0.0025MM，切削角度為45°，移除邊緣跟蹤，加工余量設為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，關系到義齒成型后的表面細節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。選擇區域銑削方式，以平行方式走刀，且切削類型選擇zIG—ZAG，步進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，加工余量設為o，內外公差設為0.001mm。

　　由于計算刀路時模具曲面部分需要處理的數據比較大，加工精度比較高，加工時采取對24個型腔劃分為4組分別進行加工的處理方式，有效緩解了運算過程中計算機內存不足的情況，極大地提高了編程運算的速度。

　　4.3 后置處理

　　刀路編程完畢后對刀路進行后置處理，生成G代碼程序。后處理設置文件需要注意的是：默認后置處理程序中最大機床進給速度項為1000mm／min，在生成G代碼時，如果直線插補G0l進給速度大于1000mm／min，比如為1500IIlrn／IIlin，則后處理出的G01變成G00，很容易造成機床事故。所以對后置處理的最大機床進給速度項等要進行適當調整。

　　4.4 模擬驗證

　　模擬驗證包括UG環境下刀路文件的驗證和G代碼程序的驗證。UG提供了加工仿真工具，可以直接對生成的刀路進行實體方式仿真，非常直觀，是修正刀路的良好工具。G代碼程序的驗證非常重要，通過驗證可以有效避免機床事故和零件報廢的發生，確保刀具軌跡與G代碼軌跡的一致。G代碼驗證的工具比較多，可以使用Metacut、熊族等工具。

5 實際加工工具技術

　　義齒上下模具加工通過以上的工藝設計及實際加工并檢測，牙齒各部分細節形狀清晰，表面粗糙度值為Ra0.13啪，而且切削效率較高。

　　通過對義齒上下模具應用UG編程軟件來數控編程并加工，由該模具制作的義齒表面光滑，輪廓清晰，精度高。該方法簡化了義齒模具的生產流程，切削效率較高，模具的強度和抗腐蝕能力提高，證明是切實可行的。這也為義齒模具的制作提供了新思路，促進義齒批量生產的實現，對醫療、生命科學類課題具有一定的參考價值。