发明概述
本发明的一个目标是提供一种方法,它在设备上的花费没有这么高。现已意外发现,即使复杂的铣加工方法也可以不要求控制进料速度,例如对适配精度等要求较高,因而难度较大的假牙的制造。
因此,本发明涉及通过对工件铣削制造假牙的一种方法,其特征在于,在改变工件或铣刀的载荷,或同时改变两者的过程中,此时所述载荷的变化在开始铣加工之前确定,而在铣加工过程中发生,铣刀和工件之间的相对速度无需自动控制技术发生改变。
根据本发明方法,相对速度的这些变化可以随着事先计算出来的载荷的变化次数而发生一次或数次。
本发明方法中对工件铣削原则上可通过任何合适的方式实现。特别是,逐行铣、径向铣和环铣比较好,也可以综合运用这两种或两种以上的铣加工方式。
在载荷会发生变化的方法中,进料速度原则上可以在所有可能的方向上发生变化。进料速度视载荷变化的类型而增大或减小,也就是说要看相关方法中载荷是增加还是减少、工件的材料情况、要制造的假牙的几何形状和/或工件的几何形状。在此情况下,进料速度的变化可以是连续的,也可以是间歇的。
当铣刀的旋转方向与工件相对于铣刀的运动方向在接触点相反时,就可以装上工件和/或铣刀。
在铣加工过程,特别是在逐行铣加工过程中,工件和/或铣刀的载荷随着要产生的表面与铣刀轴之间的夹角增大而增加。当铣刀垂直***工件材料当中时尤其如此。在本发明的一个优选实施方式中,从进料方向与水平方向之间的一个特定角度开始,进料速度也要发生变化,用以避免铣刀和/或工件材料的过载。这个角度通常大于或等于1°,宜大于或等于45°,尤其宜大于或等于60°,但小于或等于90°。
此外,当铣刀的较大***区域为工件材料所包围时,铣加工过程中工件和/或铣刀的载荷就高了,所述***区域大于或等于90°,或者几乎为180°时更是如此,例如在环铣中切割要制造的三维形状时。如上所述,本发明方法借助铣加工开始之前记录的数字信息,规定了这种类型的载荷峰值。在一个优选实施方式中,本发明方法规定了在这些地方要降低的进料速度。如果所述载荷接着再次降低,则根据本发明,进料速度可再次增加。
在本发明方法的一个同样优选实施方式中,加工工件过程中铣刀的载荷可进一步降低,此铣刀,例如在环铣过程中,不是垂直***相应平面的切割深度,而是沿着一个斜面***,该斜面与工件表面之间的夹角通常小于90°,宜小于或等于89°。特别是在加工钛或其他金属制成的工件时,上述角度小于或等于45°,宜小于或等于10°,更宜小于或等于5°,特别宜在1-2°范围内。除了单斜面外,铣刀也可以遵循例如之字形路径,此时铣刀通过许多小斜面来回***,直到铣切到所需深度。一旦铣刀完成了所需深度的切口之后,对于环铣它就走完了一个环形路径,在此过程中,开始未被一个倾角或多个倾角铣掉的区域就较好地被铣削掉。
在本发明方法的一个同样优选实施方式中,在加工工件的过程中进一步减轻铣刀的载荷,使铣加工期间铣刀的旋转方向与工件相对于铣刀的运动方向在接触点上同步。在此优选实施方式中,选择的相对运动应使得在铣刀的切割边缘位置没有相对运动。
在本发明方法中,铣刀的运动可发生在1个、2个或3个空间轴上。优选3个空间轴上的运动,这些轴较好彼此成直角,更宜构成线性轴。在本发明方法的一个同样优选实施方式中,铣刀在工件的上下两面都进行加工。在一个特别优选的实施方式中,铣刀的运动要涉及2个轴,工件的运动则涉及第三个轴。在本发明范围之内,有可能制造出刚好与整个齿弓吻合的假牙和结构。相应地可制造出嵌体、冠盖体、种植体或阻塞体(blocking)。
用于本发明方法的工件可以是任何能制造假牙的工件。制造工件的材料可以是金属,也可以是非金属。
在此情况下,优选的金属是钛等,例如1-4级钛,宜为2级钛;钛合金,如Ti-6Al-4V;贵金属或贵金属合金。这里所述钛的规格涉及ISO 5832-2或ASTM F67。
在一个特别优选的方法中,由金属材料要加工的工件具有平行六面体几何结构。优选的平行六面体几何结构的长度可达100mm,宜为60mm,更宜在15-60mm之间,宽度可达100mm,宜为50mm,更宜为25mm,高度可达50mm,宜为25mm,更宜为20mm,高度特别适宜为10或14mm。
非金属材料可以是纤维增强塑料或陶瓷等。至于陶瓷,本发明方法优选使用预烧结陶瓷,称作绿生陶瓷。而绿生陶瓷优选氧化锆或氧化铝,或者DE 19904 522 A1、DE 199 04 523 A1、WO 00/46166或WO 00/46168等所述的陶瓷,这些文献的内容在本发明申请中全文引用。
要加工的陶瓷生坯断裂强度宜在小于或等于50MPa范围内,更宜在10-50MPa范围内,更宜在31-50MPa范围内,特别宜在31-40MPa范围内。这种陶瓷工件见述于DE 101 07 451.4,其内容在本发明申请中全文引用。要加工的陶瓷生坯断裂强度还宜在小于或等于50MPa范围内,更宜在10-50MPa范围内,更宜在15-30MPa范围内,特别宜在23-28MPa范围内。这种陶瓷工件见述于PCT/EP00/07992,其内容在本发明申请中全文引用。
这里所述的生坯断裂强度根据EN ISO 6872中第8.3.2部分测定,采用直径为25mm和厚度为2mm的圆筒形样品。样品支架的节矩圆直径为14mm,打孔器的直径为3.6mm。
在一个特别优选的方法中,由非金属材料要加工的工件具有平行六面体几何结构或圆柱状几何结构。上述陶瓷工件特别优选圆柱状几何结构,长为100mm,宜在15-60mm之间,直径达50mm,宜达25mm。对于平六面体几何结构,陶瓷工件的长度宜为150mm,更宜为100mm,宽度宜为150mm,更宜为100mm,高度宜为50mm,更宜为25mm。
为了在铣加工之前、之时和/或之后便于操作工件,可以将工件固定在一个特殊装置中。这种装置见述于,例如EP 0 982 009 A2和DE 298 15 486 U1,其内容在本发明申请中全文引用。除了这些装置之外,也可以使用具有至少部分包围工件的凹槽的装置,这些装置夹住时其外沿在铣刀中,工件仅部分连接到凹槽中,这种类型的装置见述于DE 100 37 531.6或PCT/EP01/07050,其内容在本发明申请中全文引用。
本发明的另一个目标是避免消耗大量的润滑剂。液泛和/或冷却工件和/或铣刀且/或减少工件与铣刀在铣加工过程中的摩擦,一般都需要这种润滑剂。
与原有技术相比,只用到很少量的润滑剂。特别在本发明方法中,不采用液泛润滑方法,从生态角度考虑,这一点非常有利,特别是在需要使用对环境不甚友好的物质作为润滑剂的铣加工过程中。另外值得一提的是由于润滑剂消耗少而带来经济上的好处。
因此,本发明还涉及其特征在于不需要使用液泛润滑剂的上述方法。
本发明方法可使用一种或多种润滑剂。如果使用两种或多种润滑剂,它们可同时使用或一个接一个使用。如果同时使用两种或多种所述润滑剂,则可使用事先配好的两种或多种润滑剂的混合物,或者各润滑剂彼此分开使用。
优选的润滑剂中有天然油或合成油或油基组合物等,例如油/水乳浊液。特别优选合成油。
已经证实,润滑剂的用量以每加工小时不超过50ml特别有利。术语“加工小时”在这里指对工件铣削所需的时间。
因此,本发明还涉及其特征在于润滑剂的用量是每加工小时少于或等于50ml的上述方法。
润滑剂可从外部加入,从内部加入,或同时从外部和内部加入。在本发明申请范围之内,术语“从内部”指润滑剂在加工过程中通过铣刀加入。在本发明申请范围之内,术语“从外部”指其他所有方法。在此特别优选从外部加入。
此外,润滑剂可连续加入,也可脉冲加入。在连续加入限度内,润滑剂在这里的用量可保持恒定,也可随时间变化。如果以脉冲方式加润滑剂,脉冲可具有任意的时间长度,每次脉冲的润滑剂量可不一样,也可保持恒定。
润滑剂的用量也宜在每加工小时1-50ml范围之内,特别宜在每加工小时1-10ml范围之内。
在对工件铣削的过程中,润滑剂的用量也宜在少于或等于1ml每加工小时范围之内,特别宜在少于1ml每加工小时范围之内。在另一个特别优选的实施方式中,可以不用润滑剂。在本发明申请范围内,这种情况称作“干加工”。
因此,本发明还涉及其特征在于所述工件以干加工方式铣削的上述方法。
干加工原则上可用于上述所有工件材料上。这种加工方法特别适用于非金属工件的情况,例如生陶瓷。
在一个优选实施方式中,干加工时可以通入气体,所用气体可以是氮气、一种或多种稀有气体、空气或两种或多种上述气体的混合物。此外,这些气体还可用作冷却剂。这里的气体可以连续方式或间歇方式通入,例如采用规则脉冲和/或不规则脉冲方式。
在本发明方法的范围之内,如果必要的话,可以将通入的气体抽出。抽气在原则上可连续进行或间歇进行,优选连续抽气。
在本发明范围之内,在一个特别优选的实施方式中,对工件铣削的过程中载荷期望发生的变化不是如同原有方法那样,又如EP 1066801 A1所述通过自动控制技术测定的,在这些方法中,铣加工过程中获得的数据用来改变进料速度。
因此,在本发明方法范围内,在一个特别优选的实施方式中,进料速度是通过控制载荷的变化调节的。因此,载荷的变化和铣削路径在开始铣加工之前借助已有的数字记录确定,各进料速度在开始铣加工之前据此确立。
在一个优选实施方式中,此数据记录通过下述方法确定,它包括如下步骤:
(a)扫描牙齿的三维模型;
(b)根据扫描结果建立数据记录;
(c)在此数据记录的基础上计算铣削路径;
(d)在此铣削路径的计算限度内计算载荷的变化,在此情况下,除了铣削路径之外,还要考虑铣刀类型和/或工件几何结构和/或工件材料等因素。
因此,本发明还涉及其特征在于铣刀和工件之间相对运动是受到控制的上述方法。
在另一个优选实施方式中,铣削过程中产生的碎屑直接或间接吸除之。
在另一个优选实施方式中,碎屑的吸除直接进行。在一个特别优选实施方式中,直接吸除是通过转轴或铣刀周围的一个圆环内的抽吸间隙进行。这里的转轴指工具的驱动和固定单元。
因此,本发明还涉及其特征在于铣操作切下的材料或所用润滑剂,或者铣操作切下的材料和所用润滑剂均通过直接抽吸的方法清除的上述方法。
术语“直接抽吸”在本申请中指在切割点基本上直接进行的抽吸过程。术语“间接抽吸”在本申请范围内指不包含“直接抽吸”的所有实施方式。
特别优选的一个过程,是抽吸在连续或间歇注入至少一种气体或气体混合物的帮助下完成的,所述气体如空气。这里所述至少一种气体可在一个或多个位置注入。在一个特别优选的实施方式中,这种气体注入通过节流控制方式完成,此时注入是非连续进行的,脉冲频率优选1-60/s,特别优选1-10/s的频率,更优选1-5/s的频率。
我们意外发现,这种脉冲式注入可提高抽吸效率,其依据是与连续注入相比,这种方法在单位时间内能清除更多切割下来的材料。
因此,本发明还涉及其特征在于在至少一个方法步骤中通过脉冲注入至少一种气体或气体混合物来提高切割材料的抽吸效率的上述方法。
在加工诸如钛工件这样的金属工件等时,宜采用大体连续的注入方式。
注入气体的压力宜在0.5-5巴范围内,更宜在0.75-4巴范围内,特别宜在1-3巴范围内。该压力在加工过程中可保持恒定,也可连续改变或间歇改变。
注入也可这样进行,它使得切割材料远离机械导向装置。
注入法的另一个好处可通过进一步减少铣刀的载荷看出来,其依据是,由铣刀与切割材料之间的相互作用产生的摩擦损失可以避免。
前面已经提到,不同的铣加工方法,如逐行铣、径向铣或环铣,都可以用在本发明中。
在逐行铣加工过程中,原则上每隔一行都用上铣。在此情况下出现的问题是在制造垂直于线条平面的深度结构时,铣刀实际上常常垂直***工件材料,因而在铣刀端面与工件材料有段时间不间断地充分接触。在这种“钻孔作用”中,铣刀和工件通常承受更大的机械载荷。
环铣可避免这个缺陷。在环铣加工方法中,铣刀在环形路径的各层中围绕要制造的假牙的三维形状运动,因此除了在每条路径起始阶段有一个***操作外,只有铣刀的侧表面始终与工件材料接触。在本发明方法的一个优选实施方式中,本发明方法是这样进行的,工件在至少一个方法环节中进行环铣。
因此,本发明还涉及其特征在于工件的铣加工可通过环铣来完成的上述方法。
工件可单独通过环铣或组合环铣和至少一种其他方法来加工,该其他方法宜为逐行铣或径向铣,或者逐行铣和径向铣。
因此,也可以使用通过环铣加工工件的过程,此时至少一种润滑剂通过液泛润滑过程加入。
在本发明方法范围之内,除了其他实施方式外,也优选采用第一步对工件进行粗糙加工,第二步进行精细加工的实施方式,粗糙加工在粗加工步骤完成,精细加工在精加工步骤完成。
在此情况下,粗加工步骤宜通过环铣进行。阶梯结构一般通过环铣在工件上产生,这些阶梯结构可在后面的精加工步骤中清除。
粗加工和精加工步骤是在工件和铣刀的不同相对运动方向上进行,也是合适的。
因此,本发明还涉及其特征在于所述铣加工过程包含粗加工步骤和精加工步骤,并且粗加工和精加工步骤在工件和铣刀的不同相对运动方向上进行的上述方法。
在一个特别优选的实施方式中,精加工步骤中的进料方向与粗加工步骤相比有很大不同。
在另一个特别优选的实施方式中,精加工步骤是用单个铣刀或一组相同的铣刀或一组各不相同的铣刀进行的。
上述所有工件都可用本方法加工。在一个特别优选的方式中,本方法用于加工非金属材料制造的工件,如前面提到的陶瓷,特别是生陶瓷。
因此,本发明还涉及其特征在于铣削的是非金属工件的上述方法。
除了根据载荷的预期变化改变进料速度外,本发明的另一个目标是避免经上述粗加工之后,有过多工件材料残留在工件上,不利于后面的精加工。为此,本发明方法在粗加工和精加工步骤之间设置了一个中间步骤。
因此,本发明还涉及上述方法,其特征在于它包含以下步骤:
(i)粗加工;
(ii)中间步骤;
(iii)精加工。
本发明在粗加工步骤之后设置的中间步骤特别能防止铣刀和/或工件的载荷在精加工过程中变得太大,在粗加工步骤中一般已能粗略制出假牙的结构。
因此,除了其他步骤外,本发明还包含上述三步方法,此时采用上述液泛润滑过程。
在一个优选实施方式中,步骤(i)通过环铣进行,此步骤(i)可采用单个铣刀或一组相同的铣刀或一组各不相同的铣刀。
因此,本发明还涉及其特征在于步骤(i)可通过环铣方法进行的上述方法。
在此情况下,中间步骤(ii)原则上可通过任何合适的铣削方法进行,优选前面已经介绍过的方法。
因此,本发明还涉及其特征在于步骤(ii)通过环铣或逐行铣或径向铣或组合这些铣加工类型中的一种或多种进行的上述方法。
此步骤(ii)宜通过逐行铣加工方法完成,在制造牙冠的过程中也可以通过径向铣加工方法完成。
上述所有工件都可利用此三步法加工。在一个特别优选的实施方式中,此方法用于加工由金属材料,如钛制成的工件。
因此,本发明还涉及其特征在于铣削的是金属工件的上述方法。
当然,除了步骤(i)-(iii)之外,还可以增加至少一个粗加工步骤和/或至少一个中间步骤和/或至少一个精加工步骤。
本发明的另一个目标是确保要制造的假牙与要加工的工件相匹配。因此,在开始计算的时候就要检查要制造的假牙与工件是否相配,如果合适或必要的话,要考虑到必要的加工空间,工件是否与前述固定工件以便操作的装置相适应。要加工的工件的尺寸,如果合适的话,还有存储固定这些工件的装置的尺寸,都用于此项检查。
因此,本发明还涉及通过对工件铣削制造假牙的方法,特别是其特征在于,在对工件铣削之前要检查要通过铣加工制造的假牙是否与预选工件的外尺寸相匹配的上述方法。
在本发明方法的范围之内,在铣加工之前也可以根据两种或多种几何结构或组成等不同的工件的现有数据记录,适当选择要加工的工件。在此情况下,也可以结合前述实施方式,同时检查要加工的工件和从两个或多个工件中进行选择。
因此,本发明还涉及通过对工件铣削制造假牙的方法,特别是其特征在于,在铣加工之前,从至少两个***尺寸不同的工件中选择最适合制造假牙的工件的上述方法,该选择宜根据参数“预期材料损耗”进行。
根据本发明方法,基于数据记录的铣削路径可以在空间旋转,这样,如果合适的话,可以选择较小的起始工件,从而使材料损耗较少。在此情况下,上述旋转可方便地只围绕平行于铣刀的旋转轴的轴旋转。但原则上,绕所有空间轴的旋转都是可以的。
这样,要制造的三维形体结构的薄边缘部分等可能受到的损伤在铣加工过程中可得以避免,本发明方法中的铣削路径宜这样设计,使得上述工件材料,如上述陶瓷材料的关键区域受到铣加工之后,边缘增强效应得以保留,所述边缘区域小于或等于1mm,宜小于或等于500μm,更宜小于或等于300μm,更宜小于或等于200μm,更宜在20-200μm之间,特别宜在20-50μm。对于前述金属和/或金属合金,这些具有边缘增强效应的区域小于或等于200μm,更宜在20-200μm之间,特别宜在20-50μm之间。
在本申请范围之内,术语“边缘增强效应”是指制备边缘的增强效应。
在本发明方法的一个同样优选实施方式中,在计算铣刀的运动路径时,要考虑加工的工件的几何形状。例如,加工圆柱形工件(如生陶瓷的优选形状)时,考虑到这一点可以避免铣刀在环绕圆柱体的假想平行六面体的边缘区域空转,因为计算运动路径时依据的是实际圆柱体形状,而不是在几何上更简单的平行六面体形状。
在本申请范围之内,原则上所有合适的工具都可以用作铣刀。如果必要的话,可用两种或多种铣刀加工工件,这些工具可同时或依次对工件铣削。例如,除了其他工具外,可优选使用碳化物制造的铣刀,如从ISO范围K05-K50中选取的工具。这些铣刀可以具有一个或多个刀刃。铣刀的直径通常在0.5-5.0mm范围之内,宜在1.0-3.0mm范围之内。
在另一个优选方式中,本发明方法中所用的铣刀具有铣刀伸出部分长度,所述铣刀伸出部分长度至少是相应铣刀的7倍。
特别在铣削深套(deep pocket)时,优选这样的过程,即铣刀的圆柱形柄铲磨在刀具的刀刃区之上的区域进行铲磨,所述圆柱形柄不大于铣刀切割区的直径。这就避免了铣刀在制造深套时与其切割区上面的工件相撞。
在本发明方法范围之内,铣刀的速度宜小于或等于50000转/分钟,更宜在1000-50000转/分钟范围之内,更宜在2000-50000转/分钟范围之内,特别宜在5000-35000转/分钟范围之内。
根据本发明方法,工具可以达到的使用寿命宜在10-500m范围之内,更宜在50-300m范围之内。
如果工具可达到的寿命小于制造假牙所需的寿命,本发明方法的优选实施方式允许在加工工件的过程中更换铣刀,在另一个优选方式中可自动完成更换。后一个实施方式宜这样实现,即所用的刀具有多个相同的铣刀。本发明还包含更换不同类型的铣刀的过程。
在另一个优选实施方式中,本发明方法提供了一种重置装置,例如自动重置,用它可以在本方法中获得不同的铣刀伸出部分长度与直径之比。
在此方法中,可类似地自动将一个铣刀换成相同或不同的另一个铣刀,该另一个铣刀选自至少包含此刀具的工具组。这种更换在对工件铣削的过程中也可反复进行。
除其他因素外,制造假牙的过程持续的时间取决于要制造的假牙的类型和要加工的材料的类型。加工的时间宜为15分钟-8小时,更宜为15分钟-4小时,更宜为15分钟-2小时,特别宜在15分钟-1小时。
在本发明方法的范围之内,上述优选实施方式中的切割材料与加工工件的重量比通常在5-35范围之内,宜在6-30范围之内,特别宜在7-25范围之内,更宜在8-20范围之内,最宜在9-15范围之内。
另外,将结合附图对本发明进行说明。在图中: