小型快速加工義齒設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計

董長安 閆占輝 王麗娟 周立林 孫一飛

1 問題的提出

人們對牙齒功能及其美觀的需求一直促進(jìn)牙齒修復(fù)技術(shù)的發(fā)展，伴隨著技術(shù)的發(fā)展，義齒修復(fù)發(fā)生了革命性的變化。一是加工工藝的變化：傳統(tǒng)的義齒修復(fù)體多為手工鑄造，而現(xiàn)在以自動化數(shù)控加工為主。二是加工材料的變化：傳統(tǒng)義齒修復(fù)的主要材料包括了純金及合金類的金屬材料，目前廣泛使用的義齒加工材料是陶瓷類材料。三是制作流程的改變：傳統(tǒng)的義齒制作流程包括手工制作蠟型、金屬鑄造、熱處理以及拋光修復(fù)，當(dāng)下高新技術(shù)則采用三維掃描儀構(gòu)建模型、專家數(shù)據(jù)庫模型匹配以及自動化數(shù)控機(jī)床加工。由于數(shù)字化模型修整模型精度高，數(shù)控加工精度高，使得口腔修復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字自動化加工。

目前，歐美國家的義齒數(shù)字化修復(fù)系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品功能齊全、性能穩(wěn)定、操作便捷。我國義齒修復(fù)處于兩種狀態(tài)：一是手工制作，精度不穩(wěn)定、加工效率低、操作環(huán)境差；二是引進(jìn)國外義齒CAD/ACM 修復(fù)系統(tǒng)，產(chǎn)品精良，設(shè)備復(fù)雜、價格較高。由于目前國內(nèi)口腔修復(fù)水平無法滿足國內(nèi)口腔患者的需求，嚴(yán)重制約口腔醫(yī)療業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。能夠?qū)崿F(xiàn)義齒修復(fù)CAD/CAM 系統(tǒng)的推廣將為此提供良好的解決方案，彌補(bǔ)上述諸多不足。而作為小型義齒快速加工設(shè)備，對CAD/CAM 修復(fù)系統(tǒng)的完善和普及則起著推進(jìn)作用。

2 義齒小型快速加工設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)

為解決義齒修復(fù)處于手工制作精度不穩(wěn)定、加工效率低、操作環(huán)境差等問題，研發(fā)了一種義齒小型快速加工設(shè)備，它包括：X1 方向直線運(yùn)動動力頭1、X2 方向直線運(yùn)動動力頭2、Y 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)3、Z 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)4、C 軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5，它們集中布置在桌面平臺6上；X1 方向直線運(yùn)動動力頭1 與X2 方向直線運(yùn)動動力頭2 同軸相對布置，軸端安裝刀具；Y 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)3 與X1 方向直線運(yùn)動動力頭1、X2 方向直線運(yùn)動動力頭2 垂直布置；Z 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)4 固定在Y 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)3 上；C 軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5 固定在Z 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)4 上；如圖1 所示。

圖1 一種義齒快速加工設(shè)備組成示意圖

X1 方向直線運(yùn)動動力頭、X2 方向直線運(yùn)動動力頭分別包括滾動導(dǎo)軌及其驅(qū)動裝置、電主軸及刀具等；Y 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)3、Z 向進(jìn)給機(jī)構(gòu)4 分別包括滾動導(dǎo)軌及其驅(qū)動裝置等；C 軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5（見圖2），它包括主軸51、彈簧夾頭52（見圖3）、滾動軸承53、拉桿54、碟形彈簧55、齒形帶輪56、密封環(huán)57、螺旋彈簧58、氣缸活塞桿59；主軸51 為空心的階梯軸，一端內(nèi)孔為錐孔，與彈簧夾頭52 外圓緊密接觸，主軸51 另一端內(nèi)孔為臺階孔，臺階孔的端面與碟形彈簧55 的一端緊密接觸；彈簧夾頭52 主體為中空圓柱和圓錐的組合體，其圓錐部位開有4 個對稱的通槽521、4 個對稱布置的夾爪523，其中空圓柱部位內(nèi)表面有螺紋522；拉桿54 內(nèi)部設(shè)有通氣孔，處于主軸51 的內(nèi)孔處，隨主軸51 一起轉(zhuǎn)動，其外圓與主軸51 的內(nèi)空間隙配合，一端與彈簧夾頭52 螺紋連接；碟形彈簧55 套在拉桿54 上，兩端分別與主軸51 的臺階孔端面、密封環(huán)57 的端面接觸；齒形帶輪56 安裝在主軸51 的尾端，驅(qū)動主軸51 一起回轉(zhuǎn)；螺旋彈簧58 安裝在氣缸內(nèi)，一端與氣缸的活塞桿59 的軸肩接觸；氣缸活塞桿59設(shè)有通氣孔，與拉桿54 的通氣孔同軸。

圖2 C 軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5 的主軸組件

圖3 彈簧夾頭視圖

使用時：（1）氣缸進(jìn)氣，活塞桿59 向下移動，推動拉桿54和彈簧夾頭52 向下運(yùn)動，彈簧夾頭52 的夾爪523 張開；同時，氣體自A 處沿著自上而下的通道吹向彈簧夾頭52 內(nèi)孔，將贓物吹掉；然后，將義齒坯體7（一端帶有輔助棒，即工藝圓棒，便于裝夾）手動或利用機(jī)械臂自動裝入到彈簧夾頭52 的內(nèi)孔；氣缸斷氣，拉桿54 和彈簧夾頭52 在碟形彈簧55（處于壓縮狀態(tài)）的作用下向上運(yùn)動，彈簧夾頭52 的內(nèi)孔變小，將義齒坯體7 夾緊。（2）X1 方向直線運(yùn)動動力頭、X2 方向直線運(yùn)動動力頭的電主軸裝有所需的刀具，刀具可以相同，也可不同；通過X1、X2、Y、Z 的直線運(yùn)動和C 軸的轉(zhuǎn)動可對義齒進(jìn)行機(jī)械加工；如果義齒坯體7 兩面采用的刀具不同，義齒坯體7 的一側(cè)加工完成后，旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)180 度，加工義齒坯體7 另一側(cè)面；如果義齒坯體7 兩面采用的刀具相同，可以兩側(cè)表面同時加工，一次裝夾完成整個義齒坯體7 的機(jī)械加工；加工完畢后，氣缸進(jìn)氣，活塞桿59 向下移動，推動拉桿54 和彈簧夾頭52 向下運(yùn)動，彈簧夾頭52 的夾爪523 張開，卸下加工好的義齒，進(jìn)入打磨工序。

3 結(jié)束語

一種義齒小型快速加工設(shè)備，屬于義齒加工技術(shù)領(lǐng)域，它包括：直線運(yùn)動動力頭、進(jìn)給機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，它們集中布置在桌面平臺。開發(fā)了一種整體結(jié)構(gòu)簡單、義齒坯體裝夾方便的高速精加工、體積小、操作簡便、綠色環(huán)保的小型義齒快速加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)桌面式小型化。