UG软件在义齿模具数控加工中的应用

1 引言

　　牙齿的自然形态非常复杂，义齿和义齿模具的制作也很复杂。传统制作义齿模具的方法有三种：一是根据原来的牙齿模具进行翻模，可以采用石膏型精密铸造工艺方法；二是使用膨胀材料获得母模，使用母模铸造翻铸义齿模具；第三是采用塑性材料印模，再进行电镀，在印模中填充材料翻制最终形成义齿。前两种方法需要有模具的原件进行操作，不利于自主生产。第三种工艺方法制作的模具工艺复杂，而且模具本身的强度差，容易变形，模具表面容易锈蚀，使用寿命低，而且由该种模具制作的义齿由于上下模合模易错位而导致义齿轮廓不清晰，精度低。

　　为了提高义齿模具的强度和精度，延长其使用寿命，减少制作成本，本文打破传统做法，采用不锈钢作为制作义齿模具的材料，直接在数控雕铣机上加工，避免了中问转换的环节，模具的加工精度高，成型质量好，轮廓清晰。

2 结构工艺性分析

　　人的牙齿分大牙、小牙等，以28颗为一组，每颗牙模又分上模和下模。图1为应用数字化处理的具有多种复杂曲面的单个牙齿模具CAD模型。图2为多个义齿组和模具CAD模型。

　　2.1 结构工艺性

　　义齿模具在排列上有多个不同的牙型混合排列。义齿的种类多，各个义齿齿面和侧面由多个复杂曲面构成，每个义齿的结构各不相同，部分义齿曲面有侧凹的情况。

　　构成义齿型面的曲面数量较多，形状复杂。模型文件转换接口不同时需要对义齿模具曲面进行公差检测，对有缝隙的地方需要进行缝合修补处理。对模具型面表面进行分析，其曲面最小的适用半径为0.5mm，由该曲面圆弧半径决定精加工刀具的尺寸。分模面结构特点的分析也非常重要，这关系到上下合模的配合情况以及压模产生飞边的大小。

　　2.2 材料切削性能

　　模具材料采用不锈钢lCrl8Ni9Ti。该材料切削性能具有以下特点：塑性大，易粘刀，散热困难，易产生积屑瘤，影响加工表面粗糙度，因此合理选用刀具材料、切削参数是至关重要的。硬质合金刀具材料中的YT类，因为其中的Ti与不锈钢材料中的Ti产生亲和反应，不宜选用；YG类刀具不易与该不锈钢材料发生粘接，粗加工选用；通用YW类刀具硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性以及韧性都较好，适宜精加工选用。

3 数控加工工艺设计

　　3.1 数控加工工艺流程图

　　义齿模具数控加工编程涉及多方面的关键技术，包括：制定加工工艺方案，型面加工余量计算，根据各型面特点合理进行刀位轨迹规划和计算，仿真加工与刀位干涉检查，后置处理生成NC程序等。本模具的数控加工工艺流程如图3所示。
 

图3数控加工工艺流程图 

　　3.2 工艺设计及设备选择 

　　以图2a下模的加工过程为例，首先根据义齿模具的结构特点合理设置毛坯，由图中模型尺寸可选择150mm×150mm×15mm的毛坯。根据实际情况对复杂型面的加工分为三个工步：牙模整体粗加工，整体精加工，义齿成型面精加工 

　　编程坐标系选择矩形体的上表面中心位置，方便对刀及数值计算。机床选用四开公司的高速雕铣机，主轴转速最高可达20000r／rnin。

　　3.3 确定切削参数

　　整体粗加工时，根据义齿型腔之间的距离大小，选用Φ4mm硬质合金键槽铣刀，按照切削速度v_f =60m／min，计算得主轴转数n=4838r／min。切削进给速度v_f=400mm／min，z轴下刀进给速度v_f =100mm／min。

　　整体精加工时，根据曲面最小半径值及从刀具强度考虑，选用Φ3mm硬质合金球头铣刀，计算所得主轴转数设为n=6451r／min；切削进给速度v_f =400mm／min，z轴下刀进给速度v_f =100mm／min。

　　成型面精加工时，由于最小曲面的适用半径为0.5mm，因此精加工选用Φ1mm硬质合金球头铣刀，计算所得主轴转数设为n=19353r／rnin；切削进给速度v_f =1000mm／min，z轴下刀进给速度v_f =300mm／min。

　　实际加工中对进给速度用倍率开关进行调节。