一种用于四轴义齿数控加工中心的系统及其调节方法与流程

本发明涉及口腔修复行业义齿加工技术领域，具体为一种用于四轴义齿数控加工中心的系统及其调节方法。

背景技术：

牙齿的缺失或破损是牙科最为多发而且最为常见的疾病，中国人的牙科疾病发病率极高。目前我国的牙医最常用的治疗方法是镶嵌固定义齿，而义齿的加工生产是整个治疗过程中最为关键的环节。虽然传统义齿生产技术含量低，但过程极为繁琐，生产周期还长，会占用医生患者大量的时间，而且一次治疗还无法达到目标，患者需要反复去诊所进行保养修复才行。

目前我国的义齿加工技术较为落后，通常采用通用数控机床进行义齿数字化加工，主要是通过铸造的方法制造毛坯，铸造时需要加工者进行手动调整，之后再通过手工进行加工，但是铸造和手工加工的义齿精度较低，和患者牙床匹配性较差，无法根据患者口腔内部的具体情况来进行义齿的加工，需要反复调整，费时费力，且容易引起牙龈炎等口腔疾病。

铸造在毛坯的材料上有较大的局限性，例如氧化锆陶瓷等非金属材料就无法进行铸造加工。所使用的加工机床体积过大且只能装夹一把刀具，在加工时义齿加工精度过低。因此为了解决义齿加工精度过低，材料选用局限性过大的问题，通过精密机械加工的方法取代传统的手工义齿制作，机加工生产的义齿正逐步取代传统手工制作的义齿。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种用于四轴义齿数控加工中心的系统及其调节方法，通过控制中心控制动力机构、传动机构和执行机构，使得加工出的义齿精度高，安装贴合性好，避免了微生物滋长导致的口腔疾病。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于四轴义齿数控加工中心的系统，包括控制中心、动力机构、传动机构和执行机构，所述控制中心与动力机构相连接，所述动力机构上设有电机，所述传动机构上设有主轴和齿轮套圈，所述动力机构通过电机连接在齿轮套圈上与传动机构相连接，所述执行机构上设有卡盘和刀盘，所述执行机构通过卡盘和刀盘分别固定在主轴上与传动机构相连接，还包括扫描仪和义齿库，所述扫描仪连接在控制中心上，所述义齿库与控制中心连接。

优选的，所述传动机构包括齿轮箱，所述齿轮箱上设有通孔，所述主轴贯穿通孔设置在齿轮箱内，所述齿轮套圈设置在齿轮箱内，所述齿轮套圈内设有旋转轴，所述主轴固定在齿轮套圈的中心。

优选的，所述刀盘上设有夹头和刀具，所述夹头和刀具设有多个，所述刀具设有四个，四个刀具采用粗铣刀、精铣刀、粗钻头以及精钻头，所述刀具通过夹具固定在刀盘上，所述卡盘与刀具端部垂直设置。

优选的，还包括底板，所述底板上设有固定板，所述固定板设有多个，所述动力机构固定在固定板上，所述固定板垂直设置在底板上，所述固定板与底板一体设置，所述底板下方设有多个支撑脚，多个支撑脚均匀设置。

优选的，所述齿轮套圈包括游动大齿轮、固定大齿轮和小齿轮，所述游动大齿轮通过吊环与固定大齿轮进行固定，所述小齿轮贯穿旋转轴设置，所述小齿轮与固定大齿轮相互啮合设置。

优选的，所述动力机构还包括电线、马达和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠固定在齿轮箱上，所述滚珠丝杠上连接有电机，另一个电机与旋转轴连接固定，所述马达设置在刀盘内，所述马达与刀具相连接，所述主轴上设有通槽，所述电线连接在电源上，所述电线另一端分别穿设过主轴与马达进行连接。

一种根据权利要求1所述的用于四轴义齿数控加工中心的系统的调节方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1.通过扫描仪对患者的口腔内情况进行扫描，调节底板下方的支撑脚至机床整体处于水平状态；

步骤2.将输入系统上程序进行回零，调节刀盘上的四把刀具与毛坯上的对刀槽对齐；

步骤3.将多个刀具其中一把刀具作为标准刀具进行对刀建立工件坐标系，其他刀具对刀后根据坐标系偏差设置刀具坐标补偿值，控制中心根据扫描结构从义齿库中提取合适的义齿模型；

步骤4.对输入系统进行软件修复，根据个性化修复后软件生成的义齿模型轮廓自动生成刀具轨迹；

步骤5.启动动力机构后，动力机构带动传动机构，再通过执行机构对义齿模型进行加工。

优选的，在步骤5中，传动机构采用双薄片齿轮错齿法。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的用于四轴义齿数控加工中心的系统，具有如下有益效果：采用本发明的用于四轴义齿数控加工中心的系统，通过控制中心控制动力机构、传动机构和执行机构，来对提取出的合适的义齿模型进行加工，提高了生产效率，满足义齿的多角度精确加工。

附图说明

图1为本发明用于四轴义齿数控加工中心的系统实施例的流程示意图；

图2为本实施例中四轴义齿数控加工中心的结构示意图；

图3为本实施例中四轴义齿数控加工中心的加工示意图。

附图标记：1、控制中心；11、输入系统；2、扫描仪；3、义齿库；4、动力机构；41、电机；42、马达；43、电线；44、滚珠丝杠；5、传动机构；51、齿轮套圈；511、小齿轮；512、游动大齿轮；513、固定大齿轮；52、吊环；53、主轴；54、齿轮箱；541、通孔；6、执行机构；61、卡盘；62、毛坯；63、刀具；64、夹头；65、刀盘；7、底板；71、固定板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示为用于四轴义齿数控加工中心的系统的结构示意图，包括控制中心1、动力机构4、传动机构5和执行机构6，控制中心1与动力机构4相连接，还包括扫描仪2和义齿库3，扫描仪2连接在控制中心1上，义齿库3与控制中心1连接。还包括底板7，如图2所示为四轴义齿数控加工中心的结构示意图，底板7上设有固定板71，固定板71设有多个，动力机构4固定在固定板71上，固定板71垂直设置在底板7上，固定板71与底板7一体设置，底板7下方设有多个支撑脚，多个支撑脚均匀设置。动力机构4上设有电机41，传动机构5上设有主轴53和齿轮套圈51，动力机构4通过电机41连接在齿轮套圈51上与传动机构5相连接，执行机构6上设有卡盘61和刀盘65，执行机构6通过卡盘61和刀盘65分别固定在主轴53上与传动机构5相连接。

传动机构5包括齿轮箱54，齿轮箱54上设有通孔541，主轴53贯穿通孔541设置在齿轮箱54内，齿轮套圈51设置在齿轮箱54内，齿轮套圈51内设有旋转轴，主轴53固定在齿轮套圈51的中心。齿轮套圈51包括游动大齿轮512、固定大齿轮513和小齿轮511，游动大齿轮512通过吊环52与固定大齿轮513进行固定，小齿轮511贯穿旋转轴设置，小齿轮511与固定大齿轮513相互啮合设置。

动力机构4还包括电线43、马达42和滚珠丝杠44，滚珠丝杠44固定在齿轮箱54上，滚珠丝杠44上连接有电机41，另一个电机41与旋转轴连接固定，马达42设置在刀盘65内，马达42与刀具63相连接，主轴53上设有通槽，电线43连接在电源上，电线43另一端分别穿设过主轴53与马达42进行连接。刀盘65上设有夹头64和刀具63，夹头64和刀具63设有多个，刀具63设有四个，四个刀具63采用粗铣刀、精铣刀、粗钻头以及精钻头，刀具63通过夹具固定在刀盘65上，卡盘61与刀具63端部垂直设置。

选用齿轮时，对齿轮的接触疲劳强度校核和弯曲疲劳强度校核进行计算，工件齿轮模数选用为0.5，齿数分别为36和270。工件齿轮的接触疲劳强度校核：σh1＝112.8≤[σh]1＝330mpa；σh2＝41.16mpa≤[σh]2＝343.75mpa；工件齿轮的弯曲疲劳强度校核：σf1＝7.1mpa≤[σf]1＝245mpa；σf2＝6.96mpa≤[σf]2＝205.2mpa；刀具63齿轮模数选用为0.5，齿数分别为18和270。刀具63齿轮的接触疲劳强度校核：σh1＝453.1mpa≤[σh]1＝525mpa；σh2＝117mpa≤[σh]2＝572.9mpa；工件齿轮的弯曲疲劳强度校核：σf1＝63.9mpa≤[σf]1＝235mpa；σf2＝57.2mpa≤[σf]2＝205.2mpa。都符合使用要求。电线43需要从主轴53中穿过，采用了空心主轴53的结构，而导致主轴53壁厚较薄，因此不适合开键槽，通过过盈强度校核：计算可得固pmax≤[p]，符合要求，所以主轴53和齿轮组件之间采用过盈配合。

传动机构5采用双薄片齿轮错齿法，采用在固定大齿轮513上套一个游动大齿轮512，将两片齿轮通过弹簧连接的方法来消除齿轮间隙。弹簧的拉力要能够克服齿轮的最大转矩，否则的话将无法起到消除缝隙的作用，但是弹簧拉力也不能太大，如果弹簧拉力太大会导致齿面摩擦严重，一来磨损齿轮，再一个也会增加传动损耗。因为齿轮的转矩非常小，故不需要对弹簧进行校核。

用于四轴义齿数控加工中心的系统的调节方法，包括以下步骤：通过扫描仪2对患者的口腔内情况进行扫描，调节底板7下方的支撑脚至机床整体处于水平状态，将输入系统11上程序进行回零，调节刀盘65上的四把刀具63与毛坯62上的对刀槽对齐；将多个刀具63其中一把刀具63作为标准刀具63进行对刀建立工件坐标系，其他刀具63对刀后根据坐标系偏差设置刀具63坐标补偿值，控制中心1根据扫描结构从义齿库3中提取合适的义齿模型；对输入系统11进行软件修复，根据个性化修复后软件生成的义齿模型轮廓自动生成刀具63轨迹，如图3所示为四轴义齿数控加工中心的加工示意图。

启动动力机构4后，动力机构4带动传动机构5，再通过执行机构6对义齿模型进行加工对牙冠部分进行加工，即图3中虚线右侧部分。伺服电机41通过控制旋转轴带动小齿轮511转动，小齿轮511带动固定大齿轮513与游动大齿轮512进行旋转，再带动主轴53进行旋转，主轴53的旋转转化为刀盘65的旋转作为刀具63的转动轴，选择刀盘65上粗铣刀或者精铣刀对准加工部分。

控制齿轮箱54中小齿轮511连接的伺服电机41抱闸不动，通过控制工件机构上滚动丝杠所连接的伺服电机41，控制加工机构上滚动丝杠所连接的伺服电机41，以及加工机构中小齿轮511所连接的伺服电机41配合转动，通过刀盘65内的马达42驱动刀具63的自转来进行加工，顺着图3中所标注的m点沿箭头方向往n点进行加工。

对牙根部分进行加工，即图3中虚线左侧部分。驱动加工机构上连接旋转轴的伺服电机41作为工件的转动轴，带动刀盘65的旋转，选择刀盘65上粗钻头或者精钻头对准加工部分，用于需要与牙床种植型钢钉配合的义齿的加工；步骤5.转动抱闸的伺服电机41将毛坯62旋转180度，通过控制工件机构上滚动丝杠所连接的伺服电机41，控制加工机构上滚动丝杠所连接的伺服电机41，以及加工机构中小齿轮511所连接的伺服电机41配合转动，通过刀盘65内的马达42驱动刀具63的自转来进行加工，顺着图3中所标注的n点沿箭头方向往m点进行加工。

以上是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。