The main purpose of this paper is to demonstrate the applicability of conventional cutting tools in the machining of a custom tibial insert of a knee prosthesis. This study also aims to reduce the roughness and minimise the production time. In this work, the optimisation of cutting strategies and parameters was achieved through the design and construction of a test-part containing the most important complex surfaces of the femoral cavities, the focus of the study. The milling was carried out in accordance with the Design Of Experiment and the Taguchi method and was performed in two stages to reduce the number of analysed factors. The achieved parameters are applied to the machining of a modelled tibial insert made of UHMWPE, using a NC machine with three axes. The initial parameters studied were the cutting method, axial and radial depth of cut, the direction of the feed and the feed rate. Three strategies were studied: two Blend, resulting in radial and spiral toolpaths, and one Parallel. According to the spiral strategy, an arithmetical mean roughness of Ra = 1.1 µm was obtained, representing an improvement of 45% relatively to the initial phase value of 2.0 µm, with the Parallel toolpath. An overall improvement of 34% in time efficiency of the finishing operation was achieved after changing the machine settings. This study supports the conclusion that high-speed milling is an expeditious process to produce customised tibial inserts.

中文翻译：

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膝关节假体胫骨插入件空腔的刀具路径和加工参数优化

本文的主要目的是展示传统切削工具在膝关节假体定制胫骨插入件加工中的适用性。该研究还旨在降低粗糙度并最大限度地缩短生产时间。在这项工作中，切割策略和参数的优化是通过设计和构建包含股骨腔最重要的复杂表面的测试部件来实现的，这是研究的重点。研磨是根据实验设计和田口方法进行的，并分两个阶段进行，以减少分析因素的数量。使用三轴数控机床，将获得的参数应用于由 UHMWPE 制成的模拟胫骨插入件的加工。研究的初始参数是切削方法、轴向和径向切削深度、进给方向和进给速度。研究了三种策略：两种混合，产生径向和螺旋刀具路径，以及一种平行。根据螺旋策略，获得了 Ra = 1.1 µm 的算术平均粗糙度，相对于 2.0 µm 的初始相位值，平行刀具路径提高了 45%。更改机器设置后，整理操作的时间效率总体提高了 34%。这项研究支持了以下结论：高速铣削是生产定制胫骨插入物的快速过程。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 表示相对于 2.0 µm 的初始相位值提高了 45%，使用平行刀具路径。更改机器设置后，整理操作的时间效率总体提高了 34%。这项研究支持了以下结论：高速铣削是生产定制胫骨插入物的快速过程。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 表示相对于 2.0 µm 的初始相位值提高了 45%，使用平行刀具路径。更改机器设置后，整理操作的时间效率总体提高了 34%。这项研究支持了以下结论：高速铣削是生产定制胫骨插入物的快速过程。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .