超聲波并聯義齒加工系統的開發

董長安　閆占輝　王麗娟　周立林　任軍　孫一飛

【摘 要】針對我國義齒修復手工制作，精度不穩定、加工效率低、操作環境差等問題;利用磁流變液的磁性特性固定義齒坯料，利用并聯彎曲四連桿翻轉平臺實現繞水平面的大角度轉動，利用磁致伸縮材料制作的并聯彎曲四桿超聲波振動裝置實現對義齒坯料的高速超聲波加工。

【關鍵詞】義齒;超聲波;加工;系統

中圖分類號： R783.6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）27-0210-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.094

1 問題的提出

義齒加工設備是數字化義齒修復系統中的重要組成部分，義齒修復體的精度與質量均與加工設備有關。高質量的加工設備可以提升牙醫的診療效率，縮短患者的疼痛期。用于義齒加工的數控機床由于應用領域的特殊性，除具有普通機床的基本功能外，還應該滿足義齒加工的功能需求。根據口腔修復及當前市場的需求，用于義齒加工的設備應具有加工效率高、精度高、操作方便、綠色環保等特點。

伴隨著各項技術的不斷發展，人們對義齒的功能性及美觀性提出了更高的要求及更嚴格的標準，義齒修復技術在義齒修復體的材料、加工工藝、制作流程等方面都發生了革命性的改革，在義齒的加工制造方面，傳統的純手工制作方式正逐漸被數字一體化加工方式所取代。

歐美國家的口腔修復技術已經達到了一個較高的水平，并且研制出了一系列高智能、高效率、多環境、多功能的數字化義齒修復系統及設備。我國在數字化口腔修復領域的研究起步較晚，且到目前為止仍處于起步階段，缺少自己的核心技術和產品，醫院及牙科診所所用的相關設備絕大部分來自國外。國外產品性能優越、質量可靠、價格和維修成本高，嚴重阻礙了它們在國內市場的推廣，增大了患者的經濟壓力，無法滿足我國口腔修復的需求。

目前，我國義齒修復處于兩種狀態：一是手工制作，精度不穩定、加工效率低、操作環境差;二是引進國外義齒 CAD/ACM 修復系統，診療費用昂貴。總體而言，口腔修復水平無法滿足國內口腔患者的需求，嚴重制約口腔醫療業的進一步發展。而作為修復系統重要組成部分的義齒加工系統，對 CAD/CAM 修復系統的完善和普及則起著決定性作用。

本文利用磁流變液的磁性特性固定義齒坯料，利用并聯彎曲四連桿翻轉平臺實現繞水平面的大角度轉動，利用磁致伸縮材料制作的并聯彎曲四桿超聲波振動裝置實現對義齒坯料的高速超聲波加工。

2 超聲波并聯義齒加工系統

超聲波并聯義齒加工系統包括：可實現三個方向可同時軸向運動的數控鉆銑床1、并聯彎曲四連桿超聲振動翻轉平臺2和義齒坯料固定裝置3。并聯彎曲四連桿超聲振動翻轉平臺2置于數控鉆床1的工作臺18的上面，義齒坯料固定裝置3固定在并聯彎曲四連桿翻轉平臺2的上面。如圖1、圖2所示。

X、Y、Z三個方向（按照國家標準定義）可同時軸向運動的數控鉆銑床1，它包括床身11，底座12，Z向導軌及其運動附件13、主軸箱14、刀具15，X向導軌及其運動附件16，Y向導軌及其運動附件17，鉆銑床工作臺18;并聯彎曲四連桿超聲振動翻轉平臺2置于鉆床工作臺18和轉臺27之間，它包括回轉電機21、支座22、減速器23、彎曲連桿24、超聲振動機構25、球鉸鏈26和轉臺27;回轉電機21、支座22、減速器23、彎曲連桿24、超聲振動機構25和球鉸鏈26各有4個，呈正方形分布。

彎曲連桿24呈折彎狀，折彎角為鈍角，兩端分別與減速器23的輸出軸和磁致伸縮機構25一端固定連接;超聲振動機構25包括等徑桿251、磁致伸縮機構252、變幅桿253、螺釘254;轉臺27水平截面為正方形，上表面固定義齒坯料固定裝置3，下表面與4個呈正方形分布的球鉸鏈26的底座固定連接。

義齒坯料固定裝置3， 它固定在并聯彎曲四連桿翻轉平臺2的上面，它包括：24V直流電源31、槽型夾具體32、磁力線圈33、磁流變液35;24V直流電源31的正負極通過導線與磁力線圈33兩端相連;槽型夾具體32為非金屬材料、底面平整，基托底面平整全口（單個）義齒42及其高度調整塊36、基托底面不規則全口（單個）義齒41及其高度可調頂尖34均位于夾具體內;磁力線圈33為螺旋狀，其長度以線圈通電后磁流變液達到類固體為準;磁流變液35是具有可控特性的智能流體，通電后毫秒級就可以變為類固態，斷電后毫秒級就可以恢復為液態，利用這一特性固定基托底面不規則全口（單個）義齒41和基托底面平整全口（單個）義齒42，磁流變液35在槽型夾具體32的容量達到基托高度和基托底面不規則全口（單個）義齒41高度的1/3左右。如圖3、圖4所示。

3 結束語

一種義齒超聲波并聯加工系統，它包括實現三個方向可同時軸向運動的數控鉆銑床1、并聯彎曲四連桿超聲振動翻轉平臺2和義齒坯料固定裝置3。并聯彎曲四連桿超聲振動翻轉平臺2置于數控鉆銑床1的工作臺18的上面，義齒坯料固定裝置3固定在并聯彎曲四連桿翻轉平臺2的上面。它通過利用磁流變液的磁性特性固定義齒坯料，利用并聯彎曲四連桿翻轉平臺實現繞水平面的大角度轉動，利用磁致伸縮材料制作的并聯彎曲四桿超聲波振動裝置實現對義齒坯料的高速超聲加工。具有裝夾方便、轉動自由度轉角大、超聲加工精度高等特點。

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