小型快速加工義齒設備的結構設計

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牙齒修復技術的發展，伴隨著技術的發展，義齒修復發生了革命性的變化。一是加工工藝的變化：傳統的義齒修復體多為手工鑄造，而現在以自動化數控加工為主。二是加工材料的變化：傳統義齒修復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，當下高新技術則采用三維掃描儀構建模型、專家數據庫模型匹配以及自動化數控機床加工。由于數字化模型修整模型精度高，數控加工精度高，使得口腔修復技術實現了數字自動化加工。

目前，歐美國家的義齒數字化修復系統的相關產品功能齊全、性能穩定、操作便捷。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，產品精良，設備復雜、價格較高。由于目前國內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。能夠實現義齒修復CAD/CAM 系統的推廣將為此提供良好的解決方案，彌補上述諸多不足。而作為小型義齒快速加工設備，對CAD/CAM 修復系統的完善和普及則起著推進作用。

2 義齒小型快速加工設備機械結構

為解決義齒修復處于手工制作精度不穩定、加工效率低、操作環境差等問題，研發了一種義齒小型快速加工設備，它包括：X1 方向直線運動動力頭1、X2 方向直線運動動力頭2、Y 向進給機構3、Z 向進給機構4、C 軸回轉機構5，它們集中布置在桌面平臺6上；X1 方向直線運動動力頭1 與X2 方向直線運動動力頭2 同軸相對布置，軸端安裝刀具；Y 向進給機構3 與X1 方向直線運動動力頭1、X2 方向直線運動動力頭2 垂直布置；Z 向進給機構4 固定在Y 向進給機構3 上；C 軸回轉機構5 固定在Z 向進給機構4 上；如圖1 所示。

圖1 一種義齒快速加工設備組成示意圖

X1 方向直線運動動力頭、X2 方向直線運動動力頭分別包括滾動導軌及其驅動裝置、電主軸及刀具等；Y 向進給機構3、Z 向進給機構4 分別包括滾動導軌及其驅動裝置等；C 軸回轉機構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，一端內孔為錐孔，與彈簧夾頭52 外圓緊密接觸，主軸51 另一端內孔為臺階孔，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，其中空圓柱部位內表面有螺紋522；拉桿54 內部設有通氣孔，處于主軸51 的內孔處，隨主軸51 一起轉動，其外圓與主軸51 的內空間隙配合，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57 的端面接觸；齒形帶輪56 安裝在主軸51 的尾端，驅動主軸51 一起回轉；螺旋彈簧58 安裝在氣缸內，一端與氣缸的活塞桿59 的軸肩接觸；氣缸活塞桿59設有通氣孔，與拉桿54 的通氣孔同軸。

圖2 C 軸回轉機構5 的主軸組件

圖3 彈簧夾頭視圖

使用時：（1）氣缸進氣，活塞桿59 向下移動，推動拉桿54和彈簧夾頭52 向下運動，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）手動或利用機械臂自動裝入到彈簧夾頭52 的內孔；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）的作用下向上運動，彈簧夾頭52 的內孔變小，將義齒坯體7 夾緊。（2）X1 方向直線運動動力頭、X2 方向直線運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 的直線運動和C 軸的轉動可對義齒進行機械加工；如果義齒坯體7 兩面采用的刀具不同，義齒坯體7 的一側加工完成后，旋轉裝置旋轉180 度，加工義齒坯體7 另一側面；如果義齒坯體7 兩面采用的刀具相同，可以兩側表面同時加工，一次裝夾完成整個義齒坯體7 的機械加工；加工完畢后，氣缸進氣，活塞桿59 向下移動，推動拉桿54 和彈簧夾頭52 向下運動，彈簧夾頭52 的夾爪523 張開，卸下加工好的義齒，進入打磨工序。

3 結束語

一種義齒小型快速加工設備，屬于義齒加工技術領域，它包括：直線運動動力頭、進給機構回轉機構，它們集中布置在桌面平臺。開發了一種整體結構簡單、義齒坯體裝夾方便的高速精加工、體積小、操作簡便、綠色環保的小型義齒快速加工設備，實現桌面式小型化。