超声波并联义齿加工系统的开发

董长安　闫占辉　王丽娟　周立林　任军　孙一飞

【摘 要】针对我国义齿修复手工制作，精度不稳定、加工效率低、操作环境差等问题;利用磁流变液的磁性特性固定义齿坯料，利用并联弯曲四连杆翻转平台实现绕水平面的大角度转动，利用磁致伸缩材料制作的并联弯曲四杆超声波振动装置实现对义齿坯料的高速超声波加工。

【关键词】义齿;超声波;加工;系统

中图分类号： R783.6 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）27-0210-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.094

1 问题的提出

义齿加工设备是数字化义齿修复系统中的重要组成部分，义齿修复体的精度与质量均与加工设备有关。高质量的加工设备可以提升牙医的诊疗效率，缩短患者的疼痛期。用于义齿加工的数控机床由于应用领域的特殊性，除具有普通机床的基本功能外，还应该满足义齿加工的功能需求。根据口腔修复及当前市场的需求，用于义齿加工的设备应具有加工效率高、精度高、操作方便、绿色环保等特点。

伴随着各项技术的不断发展，人们对义齿的功能性及美观性提出了更高的要求及更严格的标准，义齿修复技术在义齿修复体的材料、加工工艺、制作流程等方面都发生了革命性的改革，在义齿的加工制造方面，传统的纯手工制作方式正逐渐被数字一体化加工方式所取代。

欧美国家的口腔修复技术已经达到了一个较高的水平，并且研制出了一系列高智能、高效率、多环境、多功能的数字化义齿修复系统及设备。我国在数字化口腔修复领域的研究起步较晚，且到目前为止仍处于起步阶段，缺少自己的核心技术和产品，医院及牙科诊所所用的相关设备绝大部分来自国外。国外产品性能优越、质量可靠、价格和维修成本高，严重阻碍了它们在国内市场的推广，增大了患者的经济压力，无法满足我国口腔修复的需求。

目前，我国义齿修复处于两种状态：一是手工制作，精度不稳定、加工效率低、操作环境差;二是引进国外义齿 CAD/ACM 修复系统，诊疗费用昂贵。总体而言，口腔修复水平无法满足国内口腔患者的需求，严重制约口腔医疗业的进一步发展。而作为修复系统重要组成部分的义齿加工系统，对 CAD/CAM 修复系统的完善和普及则起着决定性作用。

本文利用磁流变液的磁性特性固定义齿坯料，利用并联弯曲四连杆翻转平台实现绕水平面的大角度转动，利用磁致伸缩材料制作的并联弯曲四杆超声波振动装置实现对义齿坯料的高速超声波加工。

2 超声波并聯义齿加工系统

超声波并联义齿加工系统包括：可实现三个方向可同时轴向运动的数控钻铣床1、并联弯曲四连杆超声振动翻转平台2和义齿坯料固定装置3。并联弯曲四连杆超声振动翻转平台2置于数控钻床1的工作台18的上面，义齿坯料固定装置3固定在并联弯曲四连杆翻转平台2的上面。如图1、图2所示。

X、Y、Z三个方向（按照国家标准定义）可同时轴向运动的数控钻铣床1，它包括床身11，底座12，Z向导轨及其运动附件13、主轴箱14、刀具15，X向导轨及其运动附件16，Y向导轨及其运动附件17，钻铣床工作台18;并联弯曲四连杆超声振动翻转平台2置于钻床工作台18和转台27之间，它包括回转电机21、支座22、减速器23、弯曲连杆24、超声振动机构25、球铰链26和转台27;回转电机21、支座22、减速器23、弯曲连杆24、超声振动机构25和球铰链26各有4个，呈正方形分布。

弯曲连杆24呈折弯状，折弯角为钝角，两端分别与减速器23的输出轴和磁致伸缩机构25一端固定连接;超声振动机构25包括等径杆251、磁致伸缩机构252、变幅杆253、螺钉254;转台27水平截面为正方形，上表面固定义齿坯料固定装置3，下表面与4个呈正方形分布的球铰链26的底座固定连接。

义齿坯料固定装置3， 它固定在并联弯曲四连杆翻转平台2的上面，它包括：24V直流电源31、槽型夹具体32、磁力线圈33、磁流变液35;24V直流电源31的正负极通过导线与磁力线圈33两端相连;槽型夹具体32为非金属材料、底面平整，基托底面平整全口（单个）义齿42及其高度调整块36、基托底面不规则全口（单个）义齿41及其高度可调顶尖34均位于夹具体內;磁力线圈33为螺旋状，其长度以线圈通电后磁流变液达到类固体为准;磁流变液35是具有可控特性的智能流体，通电后毫秒级就可以变为类固态，断电后毫秒级就可以恢复为液态，利用这一特性固定基托底面不规则全口（单个）义齿41和基托底面平整全口（单个）义齿42，磁流变液35在槽型夹具体32的容量达到基托高度和基托底面不规则全口（单个）义齿41高度的1/3左右。如图3、图4所示。

3 结束语

一种义齿超声波并联加工系统，它包括实现三个方向可同时轴向运动的数控钻铣床1、并联弯曲四连杆超声振动翻转平台2和义齿坯料固定装置3。并联弯曲四连杆超声振动翻转平台2置于数控钻铣床1的工作台18的上面，义齿坯料固定装置3固定在并联弯曲四连杆翻转平台2的上面。它通过利用磁流变液的磁性特性固定义齿坯料，利用并联弯曲四连杆翻转平台实现绕水平面的大角度转动，利用磁致伸缩材料制作的并联弯曲四杆超声波振动装置实现对义齿坯料的高速超声加工。具有装夹方便、转动自由度转角大、超声加工精度高等特点。

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