小型快速加工义齿设备的结构设计

董长安 闫占辉 王丽娟 周立林 孙一飞

1 问题的提出

人们对牙齿功能及其美观的需求一直促进牙齿修复技术的发展，伴随着技术的发展，义齿修复发生了革命性的变化。一是加工工艺的变化：传统的义齿修复体多为手工铸造，而现在以自动化数控加工为主。二是加工材料的变化：传统义齿修复的主要材料包括了纯金及合金类的金属材料，目前广泛使用的义齿加工材料是陶瓷类材料。三是制作流程的改变：传统的义齿制作流程包括手工制作蜡型、金属铸造、热处理以及抛光修复，当下高新技术则采用三维扫描仪构建模型、专家数据库模型匹配以及自动化数控机床加工。由于数字化模型修整模型精度高，数控加工精度高，使得口腔修复技术实现了数字自动化加工。

目前，欧美国家的义齿数字化修复系统的相关产品功能齐全、性能稳定、操作便捷。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，产品精良，设备复杂、价格较高。由于目前国内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。能够实现义齿修复CAD/CAM 系统的推广将为此提供良好的解决方案，弥补上述诸多不足。而作为小型义齿快速加工设备，对CAD/CAM 修复系统的完善和普及则起着推进作用。

2 义齿小型快速加工设备机械结构

为解决义齿修复处于手工制作精度不稳定、加工效率低、操作环境差等问题，研发了一种义齿小型快速加工设备，它包括：X1 方向直线运动动力头1、X2 方向直线运动动力头2、Y 向进给机构3、Z 向进给机构4、C 轴回转机构5，它们集中布置在桌面平台6上；X1 方向直线运动动力头1 与X2 方向直线运动动力头2 同轴相对布置，轴端安装刀具；Y 向进给机构3 与X1 方向直线运动动力头1、X2 方向直线运动动力头2 垂直布置；Z 向进给机构4 固定在Y 向进给机构3 上；C 轴回转机构5 固定在Z 向进给机构4 上；如图1 所示。

图1 一种义齿快速加工设备组成示意图

X1 方向直线运动动力头、X2 方向直线运动动力头分别包括滚动导轨及其驱动装置、电主轴及刀具等；Y 向进给机构3、Z 向进给机构4 分别包括滚动导轨及其驱动装置等；C 轴回转机构5（见图2），它包括主轴51、弹簧夹头52（见图3）、滚动轴承53、拉杆54、碟形弹簧55、齿形带轮56、密封环57、螺旋弹簧58、气缸活塞杆59；主轴51 为空心的阶梯轴，一端内孔为锥孔，与弹簧夹头52 外圆紧密接触，主轴51 另一端内孔为台阶孔，台阶孔的端面与碟形弹簧55 的一端紧密接触；弹簧夹头52 主体为中空圆柱和圆锥的组合体，其圆锥部位开有4 个对称的通槽521、4 个对称布置的夹爪523，其中空圆柱部位内表面有螺纹522；拉杆54 内部设有通气孔，处于主轴51 的内孔处，随主轴51 一起转动，其外圆与主轴51 的内空间隙配合，一端与弹簧夹头52 螺纹连接；碟形弹簧55 套在拉杆54 上，两端分别与主轴51 的台阶孔端面、密封环57 的端面接触；齿形带轮56 安装在主轴51 的尾端，驱动主轴51 一起回转；螺旋弹簧58 安装在气缸内，一端与气缸的活塞杆59 的轴肩接触；气缸活塞杆59设有通气孔，与拉杆54 的通气孔同轴。

图2 C 轴回转机构5 的主轴组件

图3 弹簧夹头视图

使用时：（1）气缸进气，活塞杆59 向下移动，推动拉杆54和弹簧夹头52 向下运动，弹簧夹头52 的夹爪523 张开；同时，气体自A 处沿着自上而下的通道吹向弹簧夹头52 内孔，将赃物吹掉；然后，将义齿坯体7（一端带有辅助棒，即工艺圆棒，便于装夹）手动或利用机械臂自动装入到弹簧夹头52 的内孔；气缸断气，拉杆54 和弹簧夹头52 在碟形弹簧55（处于压缩状态）的作用下向上运动，弹簧夹头52 的内孔变小，将义齿坯体7 夹紧。（2）X1 方向直线运动动力头、X2 方向直线运动动力头的电主轴装有所需的刀具，刀具可以相同，也可不同；通过X1、X2、Y、Z 的直线运动和C 轴的转动可对义齿进行机械加工；如果义齿坯体7 两面采用的刀具不同，义齿坯体7 的一侧加工完成后，旋转装置旋转180 度，加工义齿坯体7 另一侧面；如果义齿坯体7 两面采用的刀具相同，可以两侧表面同时加工，一次装夹完成整个义齿坯体7 的机械加工；加工完毕后，气缸进气，活塞杆59 向下移动，推动拉杆54 和弹簧夹头52 向下运动，弹簧夹头52 的夹爪523 张开，卸下加工好的义齿，进入打磨工序。

3 结束语

一种义齿小型快速加工设备，属于义齿加工技术领域，它包括：直线运动动力头、进给机构回转机构，它们集中布置在桌面平台。开发了一种整体结构简单、义齿坯体装夹方便的高速精加工、体积小、操作简便、绿色环保的小型义齿快速加工设备，实现桌面式小型化。