轴向超声波辅助牙科手机口腔高速调磨修复模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于牙体预备及口腔修复材料切削调磨模拟装置，具体涉及一种轴向超声波辅助牙科手机口腔高速调磨修复模拟装置。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展对硬脆性材料、难加工材料和新型先进材料的需求日益增多，对关键零件的加工效率、加工质量和加工精度提出了更高的要求。传统磨削方法因不可避免的产生较大的磨削力以及磨削热，引起工件表面/亚表面损伤以及砂轮寿命低等一系列问题。尤其在精密与超精密加工领域，这些加工缺陷的存在严重制约着零件加工精度及加工效率的提高。为解决这些问题，超声振动被引入到磨削加工中。国内外广泛研究证实超声振动磨削在提高材料去除率、提高加工表面质量与加工精度、降低工件表面损伤以及延长砂轮寿命等方面具有显著优势。
[0003]表面光洁度对产品的使用性能与寿命有重要影响。为了达到高生产率和高表面质量，通常采取同时增加工件进给速度以及砂轮磨削速度的方法。事实证明工作台进给速度与砂轮转速对垂直于磨削方向的粗糙度影响较小，并且表面粗糙度主要由垂直方向粗糙度决定，通过改变加工参数方法很难显著降低垂直方向表面粗糙度(参见Liang Zhiqiang,Status and Progress of Ultrasonic Assisted Grinding Technique，ActaArmamentarII，Vol，31No，IINov.2010.)。轴向超声振动被应用到工件或者砂轮上，能够同时减小平行与垂直方向的粗糙度，从而有效提高表面质量。
[0004]超声波不仅在工业上有大量的应用，而且超声波治疗仪器也已经广泛应用于口腔临床的各个方面，不仅在牙龈炎、牙周炎的治疗中占有重要地位，而且现已逐渐用于牙体牙髓疾病的治疗中，牙体的制备是牙科修复中的重要环节，牙体制备的质量直接关系到后续义齿的修复和使用寿命。早期的牙科切削机器是挂壁式三弯臂牙科电钻，转速4000rpm，此后转速不断增加，可以达到10000-40000rpm，虽然1000rpm的转速对于电机而言已经是非常高的转速，但是只能提供lm/s的左右的切削速度，且打磨、切削操作时，患者仍感不适。上个世纪五十年代，空气涡轮驱动牙科手机问世，其速度可达300000-450000rpm。其具有良好的安全性与舒适性，并得到了广泛的应用。
[0005]本发明所述的牙科制备工艺是在空气涡轮驱动牙科手机上增加频率高达数万赫兹的超声振动，对牙科陶瓷进行磨削加工的过程，此工艺将得到更好的加工质量和更高的加工效率。
[0006]在牙科陶瓷的磨削加工问题上，马里兰大学的S.C.SiegeI和J.V.von FraunhoferA等人，设计了一个简易的模拟口腔修复切削装置(参见S.C.Siege I，J.V.vonFraunhofer.Effects of handpiece load on the cutting efficiency of dentalburs ,Machining Science&Technology 1(1)(1997))1-13.)，利用高速牙科手机及金刚石磨具对齿科材料进行体外模拟磨削修复，针对材料去除率这一问题进行了一系列深入的研究。美国工程院院士、NIST的B.Lawn博士等利用压痕实验法，对齿科陶瓷的脆性断裂和准塑性破坏进行了大量研究(参见 1.M.Peterson,A.Paj ares,B.R.Lawn , V.P.Thomspon ,E.D.Rekow，Mechanical characterizat1n of dental ceramics by hertziancontacts, Journal of Dental Research 77(4) (1998)589-602.)。殷玲(L.Yin)与NIST的S.Jahanmir、L.K.1ves和X.Dong博士合作，从材料科学和摩擦学入手，研制出一种准静态、定常磨削力的齿科陶瓷口腔修复实验装置，并据此探讨了各种齿科陶瓷材料显微结构和金刚石磨料粒度对磨削修复表面质量以及金刚石磨具磨损的影响(参见X.Dong,L.Yin,S.Jahanmir,L.K.1ves,E.D.Rekow.Abrasive machining of glass-ceramics with adental handpiece,Machining Science&Technology 4(2)(2000)209-233。及L.Yin,L.K.1ves ,S.Jahanmir.Effects of fluids on the simulated clinical dentalmachining of a glass ceramic,Journal of American Ceramic Society 87(I)(2004)173-175.。及L.Yin，S.Jahanmir，L.K.Ives.Abrasive machining of porcelain andzirconia with a dental handpiece,Wear 255(2003)975-989.。及L.Yin，L.K.Ives，S.Jahnamir,E.D.Rekow,E.Romberg.Abrasive machining of glass-1nfiltratedalumina with diamond burs ,Machining Science&Technology 5( I) (2001 )43-61.)。申请人所在研究团队自2005年与天津医科大学合作，打破国外现有研究装置一维准静态局限，先后设计了二维及三维口腔调磨物理仿真体外模拟装置。以上研究都未曾将超声系统加入到牙科陶瓷的磨削加工中，为了进一步研究轴向超声振动辅助磨削牙科陶瓷材料的相关性能，需要设计出一款辅以轴向超声振动的三维的体外口腔高速调磨修复模拟装置。
【发明内容】
[0007]本发明的目的，是为了提高牙科陶瓷的加工质量和临床牙体修复舒适性，提供一种轴向超声波辅助牙科手机口腔高速调磨修复模拟装置。
[0008]本发明通过如下技术方案予以实现。
[0009]一种轴向超声波辅助牙科手机口腔高速调磨修复模拟装置，包括支撑系统和测力系统，其特征在于，支撑系统由底板1、顶板6和立柱13组成;测力系统设置在支撑系统的下部，由测力仪支撑板2和测力仪3组成;顶板6上设置有三维坐标系统，三维坐标系统由X方向滑台9、Y方向滑台7和Z方向滑台8组成;测力系统的上面设置有轴向超声振动系统5;
[0010]Z方向滑台8为垂直结构，其下部设置有框架Z8-2，框架Z8-2由侧板ZA8-3、侧板ZB8-4和上板Z8-5组成，框架Z8-2的两侧板之间纵向设置有丝杠Z8-1，丝杠Z8-1与Z方向滑台滑块8-6相啮合，丝杠Z8-1的上端设置有伺服电机Z8-7;
[0011]Z方向滑台8的下面设置有Y方向滑台7，Y方向滑台7与Z方向滑台8相垂直，Y方向滑台7设置有框架Υ7-2，框架Υ7-2由侧板ΥΑ7-3、侧板ΥΒ7-4和上板Υ7-5组成，框架Υ7-2的两侧板之间横向设置有丝杠Υ7-1，丝杠Υ7-1与Y方向滑台滑块7-6相啮合，丝杠Υ7-1的一端设置有伺服电机Υ7-7;
[0012]Y方向滑台7的下面设置有X方向滑台9，Χ方向滑台9与Y方向滑台7水平方向呈90度夹角，X方向滑台9设置有框架Χ9-2，框架Χ9-2由侧板ΧΑ9-3、侧板ΧΒ9-4和上板Χ9-5组成，框架Χ9-2的两侧板之间横向设置有丝杠Χ9-1，丝杠Χ9-1与X方向滑台滑块9_6相啮合，丝杠Χ9-1的一端设置有伺服电机Χ9-7;
[0013]所述轴向超声振动系统5的底部设置有变幅杆支架5-1，变幅杆支架(5-1)的中央位置设置有一圆孔，圆孔内设置有超声变幅杆5-2，超声变幅杆5-2的尾端即圆孔的后面连接一换能器5-3，换能器5-3与外部超声波电源相连接;超声变幅杆5-2通过大螺母5-4与连接杆5-5相连接，连接杆5-5与工件夹具5-6相连接，工件夹具5-6与工件12相连接；
[0014]底板I为回字型结构，中央为矩形空心部分，空心部分设置有测力仪支撑板2，测力仪支撑板2的上面设置有测力仪3，测力仪3与其上面的轴向超声振动系统的变幅杆支架5-1进行螺栓链接;在Π形框架5-7的上面设置有集液器4，集液器4为正方形接水盘，接水盘的中心设置有一圆形凸台，凸台的中心处设置有通孔，超声变幅杆5-2由通孔中穿过；
[0015]顶板6的上面设置有直角板8-9，直角板8-9通过螺栓固定在顶板6上，直角板8-8与另一 Π形状的围板8-9组成一箱体结构，围板8-9也通过螺栓固定在顶板6上，箱体结构内连同顶板6上下贯通;Z方向滑台8通过箱体结构垂直设置在顶板6上，Z方向滑台滑块8-6与直角板8-9通过螺栓相固定;Z方向滑台8中的侧板ZB8-4与Y方向滑台7中的上板X9-5相固定;Y方向滑台7中的Y方向滑台滑块7-6与X方向滑台9中的上板X9-5相固定；
[0016]X方向滑台滑块9-6的下边设置有牙科手机夹具11，牙科手机夹具11用于夹持牙科手机10。
[0017]顶板6和底板I之间的平行度为0.1。
[0018]底板I中央的空心部分设置的测力仪支撑板2与底板I不相接触。
[0019]集液器4的底部设置有导水接口。
[0020]本发明可将临床用牙科手机及牙用磨料磨具用于磨削试验研究，并针对各种齿科材料进行动态的辅以轴向超声振动的三维磨削修复试验，并可通过动态的测力仪对磨削力随时进行测定和监控。本发明的试验机具有结构简单、紧凑，操作方便，制造成本低等优点。
【附图说明】
[0021 ]图1是本发明模拟装置的结构示意图；
[0022]图2是本发明模拟装置的轴向超声振动系统结构示意图；
[0023]图3是轴向超声振动系统的变幅杆支架结构示意图；
[0024]图4是本发明模拟装置的集液器结构示意图；
[0025]图5是本发明模拟装置的三维坐标系统结构示意图。
[0026]附图标记如下:
[0027]1---底板2---测力仪支撑板
[0028]3---测力仪4---集液器
[0029]5---切向超声振动系统5-1---变幅杆支架
[0030]5-2---变幅杆5-3---换能器
[0031 ]5-4---大螺母5-5---连接杆
[0032]5-6---工件夹具
[0033]6---顶板
[0034]7---Y方向滑台
[0035]7-1---丝杠 Y7-2---框架 Y
[0036]7-3---侧板 YA7-4---侧板 YB
[0037]7-5---上板Y7-6---Y方向滑台滑块
[0038]7-7---伺服电机Y
[0039]8---Z方向滑台
[0040]8-1---丝杠 Z8-2---框架 Z<