一种四轴联动的隐形牙套切割装置的制作方法

1.本实用新型涉及正畸隐形牙套领域，具体的说，是关于一种四轴联动的隐形牙套切割装置。


背景技术：

2.近年来随着我国经济和社会的迅速发展，人们彼此之间的交际也越来越多，因此整齐美观的牙齿对于每个人的外表也越来越重要。在目前的口腔正畸技术中，主要有传统的托槽和金属弓丝配合的固定矫治技术和无托槽隐形正畸矫治技术。其中无托槽隐形正畸矫治技术采用的隐形矫正器因其具有隐形性、美观性、舒适性、方便性、卫生性、正畸过程可预测性等优点，越来越受到正畸医生和患者的喜爱，隐形矫正器也俗称隐形牙套。
3.在目前，所有的隐形牙套都会经过3d模型数据打印，热压成型，边缘切割打磨，三个步骤来进行制作。
4.现有的隐形牙套切割装置是采用五轴联动的，包括五轴、加工平台和切割单元。所述切割单元包括用于加工待加工件的切割头和用于驱动切割头转动的主轴。所述五轴分别为x轴运动组件、y轴运动组件、z轴运动组件、具有旋转运动导向的a轴运动组件和具有旋转运动导向的b轴运动组件。加工平台通过a轴运动组件安装于b轴运动组件的旋转轴上。主轴的轴线与z轴运动组件运动方向垂直。使用时，a轴运动组件带动待加工件绕平行于x轴方向的轴线进行旋转，b轴运动组件带动待加工件绕平行于y轴方向的轴线进行旋转，由此提高该装置的灵活度，使安装在加工平台上的待加工件能进行多角度调节，从而使隐形牙套的加工范围可满足临床客户端群体对于隐形牙套的切割加工需求。但是，现有的加工平台通过a轴运动组件安装于b轴运动组件上(即现有的加工平台需要旋转轴和摆动轴相配合)，以实现待加工件能进行多角度调节，其结构设计复杂，精度要求高，造价成本高，使得隐形牙套的制作成本偏高，不利于推广；然而，对于现有的隐形牙套，其加工过程中，实际只需要以一个特定角度去进行切割加工。因此如何对设备加以改进，以降低隐形牙套切割装置的成本，又不影响使用效果，是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型目的是提供一种四轴联动的隐形牙套切割装置，以解决现有的隐形牙套切割设备成本高的问题，通过优化结构，将目前的五轴、切割单元、加工平台相结合的方式优化成了四轴、切割单元、加工平台相结合的方式，有效地降低了隐形牙套切割设备的成本。
6.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种四轴联动的隐形牙套切割装置，其特征在于：包括用于夹持待加工件的加工平台和用于驱动加工平台旋转的a轴、切割单元、用于带动a轴做x向运动的x轴、用于带动切割单元做y向和z向运动的yz轴组合体，所述yz轴组合体包括y轴和z轴；
8.切割单元包括对待加工件进行切割的刀具和用于驱动刀具转动的刀具电机；
9.所述加工平台包括夹持待加工工件的加工平台台面；
10.当需要加工工件时，所述加工平台与所述刀具通过所述x轴、a轴、y轴和z轴的联动实现联动接触。
11.根据本实用新型，所述a轴为旋转轴，a轴与所述加工平台传动连接，用于带动所述加工平台旋转。
12.根据本实用新型，所述切割单元设于所述yz轴组合体上。当所述y轴设于床身，所述z轴设于y轴上时，所述切割单元设于所述z轴上；当所述z轴设于床身上，所述y轴设于z轴上时，所述切割单元设于y轴上。
13.优选地，所述加工平台垂直设于x轴上，所述刀具电机倾斜设于所述yz轴组合体上，且所述刀具电机的轴线朝所述加工平台台面的方向向下倾斜。
14.可选地，所述加工平台倾斜设于x轴上，所述刀具电机设于z轴上，与所述z轴垂直，所述加工平台台面朝所述刀具电机的位置倾斜。
15.可选地，所述刀具电机倾斜设于所述yz轴组合体上，所述加工平台倾斜设于x轴上，所述刀具电机轴线朝所述加工平台台面的方向向下倾斜。
16.优选地，所述刀具电机轴线与所述加工平台台面构成的角度为20
°
～50
°
；当刀具电机轴线与加工平台台面构成20
°
～50
°
的夹角后，刀具电机上的刀具也就与加工平台台面构成最适合刀具切割加工的加工角度。
17.优选地，所述加工平台台面上设有定位装置和吸附装置；所述吸附装置包括至少一个吸附孔和/或吸附槽，所述吸附孔和/或吸附槽设置于加工平台台面上；加工平台的定位装置，确保待加工件放置于平台工作面上时位置的唯一性，从而使本实用新型所提出的一种四轴联动的隐形牙套切割装置工作时提供位置参考；通过吸附孔和/或吸附槽对放置于平台工作面上的待加工件产生负压吸附力，从而使得隐形牙套切割装置在进行切割工作时，刀具对待切割工件产生的作用力不会造成待切割工件产生相对平台工作面的运动。
18.优选地，所述x轴、y轴、z轴均为线性传动轴,线性传动轴包括驱动部分、传动部分、导向部分、运动组件、原点传感器和软限位传感器。
19.优选地，所述a轴与所述加工平台之间设有减速器通过减速器减速传动连接；在加工过程中，加工平台旋转的速度要求的速度慢弧度小，不利于对a轴驱动部分的精准控制，而在加上减速器后，有利于精准控制，所述减速器包括但不限于行星减速器和谐波减速器。
20.优选地，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述x轴、y轴、z轴、a轴、刀具电机电性连接。
21.优选地，还包括防护挡板，所述防护挡板设于x轴、yz轴组合体、刀具电机和/或加工平台；所述防护挡板用于阻挡加工过程中溅射的加工碎屑。
22.本实用新型的四轴联动的隐形牙套切割装置，其有益效果是：节约成本，安全可靠，具体体现在：
23.首先，通过四轴联动，在配合刀具电机的情况下，尤其是将刀具电机和/或加工平台倾斜使刀具与加工平台台面构成最合适的加工角度后，实现了刀具以最优角度对放置于加工平台台面上的待加工件进行切割加工，从而达到了替代现有五轴cnc设备进行牙套边缘切割或机械手臂抓取模型进行牙套边缘切割工作的目的，也即通过减少切割装置的轴数实现了简化结构、节约成本的目的。
24.其次，在各轴设置传感器、加工平台上设置定位装置和吸附装置，确保了切割工作的可靠性和安全性。
25.最后，通过设置防护挡板，进一步确保了切割过程的安全性。
附图说明
26.图1为本实用新型的四轴联动加刀具电机的隐形牙套切割装置的第一实施例结构示意图。
27.图2为本实用新型的局部放大示意图。
28.其中：11为x轴滑轨；12为x轴丝杠；13为x轴电机；14为x轴运动件；21为y轴滑轨；22为y轴丝杠；23为y轴电机；24为y轴运动件；31为z轴滑轨；32为z轴丝杠；33为z轴电机；34为z轴运动件；41为a轴电机；42为加工平台；421为加工平台台面；422为吸附孔；423为定位装置；424为气路接口；51为刀具电机；52为刀具；6为工作台；7为防护挡板。
具体实施方式
29.以下结合具体附图，对本实用新型的一种四轴联动的隐形牙套切割装置作进一步详细说明。在本实施例的描述中，除非另有说明，术语“前视基准面”、“右视基准面”、“俯视基准面”、“x向”、“y向”、“z向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的四轴联动的隐形牙套切割装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.本实用新型的第一实施例，如图1所示，一种四轴联动的隐形牙套切割装置包括床身、控制单元、x轴、y轴、z轴、a轴、刀具电机51、刀具52、加工平台42、防护挡板7。
31.需要加以说明的是床身，可以将工作台6直接放置于桌面或操作台台面，此时工作台6就是床身；也可以在工作台6的底部设置支撑脚放置于地面，此时床身就包括工作台6和支撑脚；在本实施例所述的切割装置工作极限外围，还可以设置带有安全门的安全防护外壳，并将可触摸屏幕、电源接口集成于外壳上，此时床身还包括安全防护外壳。
32.其中，工作台6的台面上固设有x轴滑轨11、用于支撑固定x轴丝杠12的丝杠座、y轴滑轨21、用于支撑固定y轴丝杠22的丝杠座；同时，x轴电机13与x轴丝杠12传动连接并驱使x轴丝杠12旋转或静止；x轴运动件14包括与x轴滑轨11匹配的滑块、与x轴丝杠12匹配的丝杠螺母和x轴运动连接件，x轴运动件上还集成有防护挡板7，当x轴电机13驱使x轴丝杠12旋转或静止时，x轴丝杠12会驱使对应的丝杠螺母沿其轴向线性运动或静止，从而带动x轴运动件14运动或静止。
33.y轴电机23与y轴丝杠22传动连接并驱使y轴丝杠22运动或静止；对应的，y轴运动件24包括与y轴滑轨21匹配的滑块、与y轴丝杠22匹配的丝杠螺母和y轴运动连接件，y轴运动件上同样可以集成有防护挡板7，当y轴电机23驱使y轴丝杠22旋转或静止时，y轴丝杠22会对应的驱使丝杠螺母沿其轴向线性运动或静止，从而带动y轴运动件24运动或静止。
34.x轴运动件14上固定安装有a轴，a轴包括a轴电机41、减速器、加工平台42，减速器传动连接于a轴电机41的输出轴上并按比例将a轴电机41的转速降低后由减速器的输出轴输出，加工平台42安装于减速器的输出轴上。
35.如图2所示，加工平台42设置有加工平台台面421，加工平台台面421上设置有定位装置423和吸附装置，定位装置423是对待加工件在平台工作面421上的位置进行指定，确立待加工件与各轴的位置关系，从而便于设定加工程序及各轴的进给，其结构可以是设于平台工作面421的凸起(如定位销)，或者凹陷(如定位孔)，或者凸起和凹陷的组合；吸附装置是在加工平台台面421上设置若干数量的吸附孔422，吸附孔422与气路接口424在加工平台42内部形成气密性通孔，气路接口424通过气管与外部真空发生器密封气路连接，真空发生器工作时，气管和吸附孔422与气路接口424间的气密性通孔内的空气被抽向真空发生器端，从而使吸附孔422对放置于加工平台台面421上的待加工件提供吸附力，确保待加工件在加工过程中不会发生相对于加工平台台面421及定位装置423的移动，其中，气路接口424可以是公接口或母接口。
36.如图1所示，所述y轴运动件24上固定安装有z轴支撑件，z轴支撑件上固定安装有z轴滑轨31、用于支撑固定z轴丝杠32的丝杠座；z轴电机33与z轴丝杠32传动连接并驱使z轴丝杠32旋转或静止；z轴运动件34包括与z轴滑轨31匹配的滑块、与z轴丝杠32匹配的丝杠螺母和z轴运动连接件，当z轴电机33驱使z轴丝杠32旋转或静止时，z轴丝杠32会对应的驱使丝杠螺母沿其轴向线性运动或静止，从而带动z轴运动件34运动或静止。
37.需要补充说明的是，本实施例结合附图是y轴固设于床身带动z轴做y向运动，刀具电机51由z轴带动做z向运动，实际上，也可以将z轴固设于床身，带动y轴做z向运动，再由y轴带动刀具电机51做y向运动。
38.z轴运动件34上设有切割单元，切割单元包括刀具电机51和刀具52，刀具52固定连接于刀具电机51的出轴；刀具电机51的轴向线倾斜，并与加工平台台面421构成20
°
～50
°
的夹角，当刀具电机51轴线与加工平台台面421构成的夹角角度范围在20
°
～50
°
时，刀具电机51上的刀具52与加工平台台面421构成最适合刀具52切割加工的加工角度，其中，惯常使用的角度为30
°
，且通过x轴、a轴、y轴、z轴的联动，刀具52能够与加工平台台面421形成工作联动接触；同时，刀具电机51上也集成有防护挡板7，前述和此处所述的防护挡板7是用以防护切割过程中产生的碎屑溅射，避免对设备造成损坏或损毁。
39.通过前述可以看出，安装于a轴上的加工平台42在x轴的带动下做x向运动，与z轴带动切割单元做z向运动，通过x向和z向运动的配合实现了刀具52和待加工件在前视基准面内的无障碍接触；通过y轴与z轴的联动，实现了刀具52和待加工件在右视基准面内的无障碍接触；x轴带动加工平台42做x向运动，配合y轴带动切割单元做y向运动，实现了刀具52和待加工件俯视基准面的无障碍接触；通过a轴带动加工平台42旋转，配合x轴、y轴、z轴的联动实现的三维空间的无障碍接触，在刀具52和加工平台台面421构成了利于刀具52工作的加工角度的情况下，刀具52可以与放置于加工平台台面421上的待加工件非被夹持部全方位接触，从而实现对待加工件的切割工作。
40.需要说明的是，本实用新型提出的x轴、y轴、z轴均为线性传动轴；众所周知，线性传动轴包括驱动部分、传动部分、导向部分和从动部分，其特征是一种由驱动部分如电机或马达将电能转换为机械能输出，并通过传动部分如丝杠和丝杠螺母、滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母、齿轮和齿条、同步带和同步带轮、直线电机等机械结构将机械能传导，驱使从动部分按导向部分如线性滑轨等进行指定方向运动的机械组合结构，同时会设置用于位置参考的原点传感器和用于安全防护的软限位传感器。
41.和所有线性传动轴一样，本实施例所提出的x轴、y轴、z轴也包括驱动部分、传动部分、导向部分和从动部分，同时也设置有原点传感器和软限位传感器。
42.为了便于描述本实用新型和简化描述，采用了x轴电机13、y轴电机23、z轴电机33替代了线性传动轴的驱动部分；采用了x轴丝杠12、y轴丝杠22、z轴丝杠32替代了线性传动轴的传动部分；采用了x轴滑轨11、y轴滑轨21、z轴滑轨31替代了线性传动轴的导向部分；采用了x轴运动件14、y轴运动件24、z轴运动件34替代了线性传动轴的从动部分，不能理解为对本实用新型的限制，实际应用上，驱动部分可以选用的有直线电机、伺服电机、步进电机；传动部分可以选用的有直线电机、同步带、t型丝杠、滚珠丝杠、齿轮齿条；导向部分可以选用线性滑轨、轨道、槽等。
43.同时，a轴作为旋转轴，为确认旋转起点和控制旋转角度，旋转轴上也设有用于位置参考的原点传感器，且旋转轴电机12和吸附夹具13不仅可以通过减速机进行减速传动连接，也可以直接传动连接。
44.原点传感器和软限位传感器中所述的传感器是一种已知技术的功能性部件，其本质是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的元器件；应用时可以选择的有：对射型光电开关、光栅、磁栅、以及可以和电机集成为一体的增量式编码器或绝对值编码器。
45.作为自动化设备，本实用新型提出的四轴联动的隐形牙套切割装置同样设有控制单元，控制单元包括控制部分和人机交互部分，控制单元分别与x轴电机13、y轴电机23、z轴电机33、a轴电机41、刀具电机51、原点传感器、软限位传感器均电性连接，其连接与控制方式均采用先用已知技术，本实施例不再赘述。
46.当操作人员需要对待切割加工件进行切割加工时，首先打开安全门，将待切割加工件放置于加工平台台面421上，由于加工平台台面421上设有定位装置423，确保待切割加工件放置在加工平台台面421上的位置是唯一的，故而可以借助定位装置423来预设加工程序及各轴的进给；在放置好待加工件后，关闭安全门。
47.其次，操作人员通过控制单元的人机交互部分操控设备自动进行切割加工。
48.切割加工过程的第一步是外接的真空发生器通过吸附孔422对加工平台台面421上的待加工件负压吸附，确保加工时不会被动移动。
49.加工过程的第二步是通过x轴带动a轴、y轴带动z轴、以及z轴带动刀具电机51的联动配合，由刀具电机51驱动刀具52对待切割加工件按照预设程序进行边缘切割；通过前述可以明确的得知，在四轴联动，配合刀具电机51的情况下，是完全可以以预设路径从指定角度对待切割加工件进行三维加工的。
50.在切割完成后，由控制单元的人机交互部分告知操作人员，人工操作或由本装置自动解除加工平台台面421对待加工件的吸附，操作人员打开安全门，将已完成的加工件取出。在有其它切割加工任务时继续放入其它待切割加工件，并按前述步骤继续进行切割加工。
51.本实用新型的第二实施例，其主体结构和本实用新型的第一实施例没有太大差异，不同点在于第一实施例中是将刀具电机51倾斜从而使刀具52与加工平台台面421构成了最有利的加工角度。而第二实施例中，是将刀具电机51设于z轴且与刀具电机51的轴线与
z轴垂直，将加工平台42朝刀具电机方向倾斜，从而使加工平台台面421倾斜并与刀具52构成了加工最有利的加工角度。
52.本实用新型的第三实施例，其主体结构和本实用新型的第一实施例、第二实施例没有太大差异，其不同点在于，将刀具电机51和加工平台42同时倾斜，从而使加工平台台面421倾斜并与刀具52构成了加工最有利的加工角度。
53.本实用新型的四轴联动的隐形牙套切割装置，通过四轴联动，在配合刀具电机51的情况下，尤其是将刀具电机51或加工平台42倾斜使刀具52与加工平台台面421构成加工角度后，达到了三维空间内的无障碍工作的目的，通过优化、简化结构后实现减少切割装置的轴数替代现有的五轴cnc设备配套刀具电机进行牙套边缘切割或机械手臂抓取模型利用刀具电机进行牙套边缘切割的工作，同时，通过采用具有定位和吸附功能的加工平台42，在各轴设置传感器和各种防护挡板7，以及安全防护外壳，确保了切割加工过程的稳定性、安全性。
54.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。