專利名稱：微小型雙主軸義齒修復機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療器械，尤其是一種牙科設備，具體地說是ー種放置在牙醫辦公桌上能現場為患者制作義齒的微小型雙主軸義齒修復機。
背景技術：
目前，我國口腔醫學修復體的制作方式絕大部分是延續了傳統手工制造エ藝方法，此制造法效率低，精度不高，増加了治療的周期，不能滿足患者快速恢復牙齒功能的要求。近年來隨著CAD/CAM技術的不斷深入及其在口腔修復領域中的廣泛應用，義齒修復進入數字化階段，修復體制作質量和效率大幅度提升。義齒數控加工設備是口腔CAD/CAM 技術的關鍵組成部分，直接關系到義齒加工性能的優劣。目前，國內口腔CAD/CAM技術仍停留在試驗階段，通常采用通用數控機床進行義齒數字化加工，且針對口腔義齒修復專用機床的研究較少，研究成果更是寥寥無幾。現有的義齒加工設備存在以下幾點問題1.采用通用三軸數控機床進行義齒加 エ，機床體積龐大，無法滿足口腔醫生室內操作的需求。2.三軸數控機床的義齒加工時間長，患者等待時間久。3.通用機床操作復雜，未經專業訓練的人員無法操作機床，限制了義齒修復數字化的進程。4.已有的雙主軸義齒加工機床機械結構復雜，系統開發難度大，加工精度不高。為解決上述義齒修復設備存在的諸多缺陷，本發明的任務在于設計制造一種義齒加工設備，其具有雙主軸系統，兩主軸同步加工，加工效率高；機床各部件結構設計緊湊，體積小巧，適宜口腔醫院臨床操作；機床具有獨特的刀庫系統以及エ件裝夾裝置，自動化程度高，操作簡便。
發明內容
本發明的目的是針對現有的義齒加工設備存在的體積大，制作周期長，操作不方便的問題，設計ー種加工效率高、體積小巧、操作方便的放置在牙醫辦公桌上能現場為患者制作義齒的微小型雙主軸義齒修復機。本發明的技術方案是
ー種微小型雙主軸義齒修復機，它包括底座40和安裝在底座40上的第一電主軸系統 20、第二電主軸系統90、電氣箱10和エ件旋轉機構70，其特征是所述的第一主軸系統20和第二主軸系統90呈同軸線布置，第一電主軸系統20和第二電主軸系統90上安裝的刀具及エ件旋轉機構70上安裝的エ件均伸入加工空間60中且呈水平面垂直安裝；所述的第一電主軸系統20和第二電主軸系統90均安裝在各自的X軸向進給機構30上；所述的エ件旋轉機構30安裝在Y軸進給機構100上，Y軸進給機構100安裝在Z軸進給機構120上， Z軸進給機構120安裝在底座40上；在所述Y軸進給機構100上還安裝有刀庫系統50。所述的X軸向進給機構30由X向絲桿32、X向絲杠螺母33、X向絲杠螺母支座34、X向導軌35、X向進給步進電機36、X向同步輪37、X向同步帶38和X向滑塊39組成，所述的X 向導軌35和X向進給步進電機36固定安裝在底座40上，X向進給步進電機36通過X向同步輪37和X向同步帶28帶動X向絲桿32轉動的同時帶動X向絲杠螺母33和X向絲杠螺母支座；34移動，從而帶動與X向絲杠螺母支座34相連的第一電主軸系統20或第二電主軸系統90在X向滑塊39的約束下X向導軌35移動。所述的第一電主軸系統20和第二電主軸系統90的結構相同，它們均包括電主軸 26、電主軸夾持器25和水套對，所述的電主軸沈安裝在電主軸夾持器25上，電主軸夾持器25安裝在拖板27上，拖板27安裝在X軸向進給機構30的X向滑塊四和X向絲杠螺母支座34上，水套M安裝在電主軸沈的刀具夾持端上，在電主軸沈的端部安裝有水套端蓋 23，水套端蓋23上設有噴水孔22，噴水孔22的進水端與水套M的內腔相連通，水套M的冷卻液進ロ 2 位于電主軸夾持器25上，在主軸夾持器25上還設有防止切削及冷卻液進入水套中的正壓密封氣體進ロ 25d，正壓密封氣體進ロ 25d通過管道與氣泵相連。所述的Z軸進給機構120包括Z向進給電機121、Z向拖板122和Z向導軌123，Z 向拖板122呈L形結構，Z向拖板122通過Z向滑塊124安裝在Z向導軌123上，Z向進給電機121通過同步帶帶動Z向絲杠轉動，Z向絲杠帶動Z向螺母125移動進而帶動Z向拖板122在Z向滑塊124的約束下沿導軌123移動。所述的Y軸進給機構100包括Y向電機101、Y向導軌102和Y向拖板103，Υ向電機101安裝在Z軸進給機構120的Z向拖板122上，Y向拖板103通過滑塊104活動安裝在Y向導軌102上的同時與Y向絲杠螺母相連，Y向絲杠螺母與Y向絲桿相連，Y向絲桿通過同步帶與Y向電機101上的同步輪相連，Y向電機101帶動同步輪轉動，同步輪帶動同步帶轉動，同步帶帶動Y向絲杠轉動，Y向絲杠帶動Y向螺母移動，Y向螺母帶動Y向拖板103 在Y向導軌102上作上下移動。所述的エ件旋轉機構70安裝在Y向拖板103上，エ件71通過エ件安裝坐72安裝在エ件旋轉軸75上，エ件旋轉軸75的一端通過軸承支承在Y向拖板103上，另一端通過エ 件旋轉聯軸器73與エ件旋轉控制電機74相連，エ件旋轉控制電機74固定在與Y向拖板 103整體相連的支架76上。所述的エ件安裝坐72的端面設有與エ件71的エ件定位平面71c相配的安裝坐定位平面72b，在安裝坐定位平面72b的ー側設有エ件夾緊螺栓孔72a，エ件71上設有相應的供螺栓插入定位的工作夾緊部位71a，安裝坐定位平面72b上設有與エ件周向定位槽71d相配的エ件周向定位凸臺72c。7、根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的刀庫系統50安裝在Y向拖板103上，刀具21放置在卡刀塊M上，卡刀塊M安裝在刀架53上，刀架53穿過Y向拖板103上的導向孔與刀庫運動絲桿52相連，刀庫運動絲桿 52與刀庫控制電機51相連，刀庫控制電機51帶動刀庫運動絲桿52轉動，刀庫運動絲桿52 通過螺紋帶動刀架53在導向孔中移動從而帶動卡刀塊M移向或移離第一電主軸系統20 或第二電主軸系統90實現自動換刀。所述的卡刀塊M由U形卡槽Ma、定位鋼珠5 和彈簧54d組成，U形卡槽Ma的圓弧形底部尺寸與刀具21的刀桿上的卡刀部位尺寸相配，鋼珠5 安裝在U形卡槽5 的一側中并與彈簧^d的一端相抵，刀具21壓入U形卡槽5 吋，刀桿的圓周壓迫鋼珠5 進入安裝孔中，刀桿壓裝到位后，鋼珠5 在彈簧Md的作用下彈出壓在刀桿的圓周面上， 使刀桿定位在U形卡槽5 中。本發明的有益效果
本發明的主軸系統采用高速電主軸作為刀具驅動主體，取代齒輪式主軸系統(電機通過連桿、齒輪驅動刀具旋轉)。該主軸系統消除了傳動誤差，精簡了機構的體積且速度控制方便、精確，保證了機床的加工精度。本發明的主軸系統為雙主軸相向結構，能夠對同一零件同時雙面加工，加工效率提高一倍，且兩個主軸具有高度同心定位精度，保證雙面加工吋，交界面尺寸的吻合。本發明體積小，結構緊湊，可實現義齒加工設備的桌面化，基本尺寸可控制在 65cm*60cm*30cm以內，各項尺寸正負不超過10cm。本發明的各軸進給機構(雙X軸、Y軸、Z軸進給機構)采用齒型皮帶傳動動力，傳動效率高，機床輕便；傳動比固定，傳動平穩，無打滑現象。本發明采用雙導軌結構。每個移動平臺擁有兩個相互平行的移動導軌，導軌分布在傳動絲杠的兩側，且對稱分布。本發明具有左右對稱式雙X軸進給機構。雙X軸進給機構橫向水平放置，左右兩 X軸進給機構的移動平臺共面，導軌共線，并聯式運動。本發明采用雙主軸結構。主軸依附于X軸進給機構，隨X軸可以水平直線移動。其裝配結構仍為左右對稱式，且兩主軸高度同心。主軸系統采用電主軸作為刀具驅動主體，電機與刀具間沒有傳動部件，傳動誤差小。本發明的主軸夾持器可以實現電主軸在X軸運動平臺上的固定，可以方便電主軸的裝卸，而且還負責電主軸的冷卻。夾持器使用螺栓緊固電主軸，拆卸自由。夾持器前表面設有通孔，為電主軸的冷卻液入口，夾持器端面設有多個較小通孔，為冷卻液的出口。夾持器另一面也有一通孔，通入正壓氣體，確保冷卻液在電主軸和夾持器間的密封不泄露。本發明的冷卻系統的冷卻液的流向由夾持器一孔流入，由水套端蓋流出，沖擊在刀具末端，冷卻液流速由無刷電機控制器單獨控制。本發明的冷卻液也可作為刀具的潤滑液使用。本發明的刀庫中的刀具類型及數量基本固定，刀具類型是定制的磨頭針狀刀具， 每個主軸配備兩把刀具，分別用于粗加工和精加工。本發明的刀夾與刀具采用間隙配合，刀夾ー側采用彈簧彈珠鎖緊。刀具最大直徑處與彈珠接觸，壓縮彈簧，刀具到達刀夾最底部吋，彈簧反彈將刀具鎖死固定。本發明的使用的刀具為定制的磨頭針狀球頭刀，刀具主要由三個部位組成刀具加工部位、刀夾夾持部位以及主軸裝夾部位，三個部位以兩個軸頸分隔開。刀具的軸頸部位用于刀具在主軸安裝時的定位。刀具主體選用硬質合金材料，刀具的加工部位有一金剛石磨粒鍍層。義齒加工 エ藝包含粗加工和精加工兩部分，分別采用Φ2球頭刀具和Φ1球頭刀具。本發明的エ件裝夾機構的端面有一圓柱形凸臺(北)，限制エ件旋轉自由度；圓柱表面有一螺栓孔，與エ件圓弧面成45°傾角，限制エ件的軸向移動。為配合該裝夾定位要求，エ件末端設有ー裝夾部位(由扁平凸臺和細長圓柱組成)，凸臺上有一矩形槽，用于圓周定位；圓柱上有一圓弧槽，用于軸向定位，以螺栓鎖死。本發明與數控掃描設備相連，可實現即時加工義齒。
本發明結構較為簡單，成本低，使用方便，無需專業人員操作。
圖1是本發明的結構示意圖。圖2是圖1的后視結構示意圖。圖3是本發明的X軸向進給機構原理示意圖。圖4是圖1中的反映本發明主軸系統的A部局部放大結構示意圖。圖5是本發明的主軸冷卻液系統和氣密封系統結構示意圖。圖6是本發明的刀庫系統和工作旋轉機構示意圖。圖7是圖6的エ件裝機構局部放大圖C。圖8是圖6的刀具裝夾機構局部放大圖B。圖中10為電氣箱，20為主軸系統，30為X向進給機構，40為底座，50為刀庫系統， 60為加工空間，70為エ件旋轉機構，100為Y軸進給機構，120為Z軸進給系統，130為氣泵， 140為水泵，31為絲杠軸承，32為X向絲杠，33為X向絲杠螺母，34為絲杠螺母支座，35為 X向導軌，36為X向進給控制步進電機，38為X向同步輪，39為X向滑塊，21為刀具，22為噴水頭，23為水套端蓋，24為水套，25為主軸夾持器，25a為冷卻液進ロ，25b為主軸夾持器定位夾緊孔，25c為主軸夾緊螺栓孔，25d為正壓密封氣體進ロ，沈為電主軸，2 冷卻液出水ロ，24b為冷卻液通道，24c為水套內腔，24d為冷卻液密封槽，51為刀庫控制電機，52為刀庫運動絲杠，53為刀架，54為卡刀塊，55刀架外蓋，71為エ件，72為エ件安裝座，73為エ件旋轉聯軸器，74為エ件旋轉控制電機，71a為エ件夾緊部位，71b為エ件定位圓柱面，71c為工作定位平面，71d為エ件周向定位槽，72a為エ件夾緊螺栓孔，72b為安裝坐定位平面，72c 為エ件周向定位凸臺，5 為U型卡槽，54c鋼珠，54d為彈簧，21a為刀具卡刀部位，21b刀具軸頸1 (卡刀前后固定面l)，21c為刀具卡刀部位，21d為刀具軸頸2 (卡刀前后固定面2)， 21e為刀具磨削部位。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步的說明。如圖1-8所示。ー種微小型雙主軸義齒修復機，它包括底座40和安裝在底座40上的第一電主軸系統20、第二電主軸系統90、電氣箱10和エ件旋轉機構70以及氣泵、油泵、冷卻液系統等， 所述的第一主軸系統20和第二主軸系統90呈同軸線布置，第一電主軸系統20和第二電主軸系統90上安裝的刀具及エ件旋轉機構70上安裝的エ件均伸入加工空間60中且呈水平面垂直安裝；所述的第一電主軸系統20和第二電主軸系統90均安裝在各自的X軸向進給機構30上；所述的エ件旋轉機構30安裝在Y軸進給機構100上，Y軸進給機構100安裝在 Z軸進給機構120上，Z軸進給機構120安裝在底座40上；在所述Y軸進給機構100上還安裝有刀庫系統50。如圖1、2所示。其中
X軸向進給機構30由X向絲桿32、X向絲杠螺母33、X向絲杠螺母支座34、X向導軌 35,X向進給步進電機36、X向同步輪37、X向同步帶38和X向滑塊39組成，所述的X向導軌35和X向進給步進電機36固定安裝在底座40上，X向進給步進電機36通過X向同步輪37和X向同步帶28帶動X向絲桿32轉動的同時帶動X向絲杠螺母33和X向絲杠螺母支座34移動，從而帶動與X向絲杠螺母支座34相連的第一電主軸系統20或第二電主軸系統90在X向滑塊39的約束下X向導軌35移動，如圖3所示。 第一電主軸系統20和第二電主軸系統90的結構相同，它們均包括電主軸26、電主軸夾持器25和水套對，所述的電主軸沈安裝在電主軸夾持器25上，電主軸夾持器25安裝在拖板27上，拖板27安裝在X軸向進給機構30的X向滑塊四和X向絲杠螺母支座34 上，水套M安裝在電主軸26的刀具夾持端上，在電主軸沈的端部安裝有水套端蓋23，水套端蓋23上設有噴水孔22，噴水孔22的進水端與水套M的內腔相連通，水套M的冷卻液進 ロ 2 位于電主軸夾持器25上，在主軸夾持器25上還設有防止切削及冷卻液進入水套中的正壓密封氣體進ロ 25d，正壓密封氣體進ロ 25d通過管道與氣泵相連，如圖4、5所示。Z軸進給機構120包括Z向進給電機121、Z向拖板122和Z向導軌123，Z向拖板 122呈L形結構，Z向拖板122通過Z向滑塊124安裝在Z向導軌123上，Z向進給電機121 通過同步帶帶動Z向絲杠轉動，Z向絲杠帶動Z向螺母125移動進而帶動Z向拖板122在Z 向滑塊124的約束下沿導軌123移動，如圖2所示。Y軸進給機構100包括Y向電機101、Y向導軌102和Y向拖板103，Y向電機101 安裝在ζ軸進給機構120的Z向拖板122上，Y向拖板103通過滑塊104活動安裝在Y向導軌102上的同時與Y向絲杠螺母相連，Y向絲杠螺母與Y向絲桿相連，Y向絲桿通過同步帶與Y向電機101上的同步輪相連，Y向電機101帶動同步輪轉動，同步輪帶動同步帶轉動， 同步帶帶動Y向絲杠轉動，Y向絲杠帶動Y向螺母移動，Y向螺母帶動Y向拖板103在Y向導軌102上作上下移動，如圖1所示。エ件旋轉機構70安裝在Y向拖板103上，エ件71通過エ件安裝坐72安裝在エ件旋轉軸75上，エ件旋轉軸75的一端通過軸承支承在Y向拖板103上，另一端通過エ件旋轉聯軸器73與エ件旋轉控制電機74相連，エ件旋轉控制電機74固定在與Y向拖板103整體相連的支架76上，如圖6所示，所述的エ件安裝坐72的端面設有與エ件71的エ件定位平面 71c相配的安裝坐定位平面72b，在安裝坐定位平面72b的ー側設有エ件夾緊螺栓孔72a， エ件71上設有相應的供螺栓插入定位的工作夾緊部位71a，安裝坐定位平面72b上設有與 エ件周向定位槽71d相配的エ件周向定位凸臺72c。7、根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的刀庫系統50安裝在Y向拖板103上，刀具21放置在卡刀塊 54上，卡刀塊M安裝在刀架53上，刀架53穿過Y向拖板103上的導向孔與刀庫運動絲桿 52相連，刀庫運動絲桿52與刀庫控制電機51相連，刀庫控制電機51帶動刀庫運動絲桿52 轉動，刀庫運動絲桿52通過螺紋帶動刀架53在導向孔中移動從而帶動卡刀塊M移向或移離第一電主軸系統20或第二電主軸系統90實現自動換刀，如圖7所示。卡刀塊MfiU形卡槽Ma、定位鋼珠5 和彈簧54d組成，U形卡槽5 的圓弧形底部尺寸與刀具21的刀桿上的卡刀部位尺寸相配，鋼珠5 安裝在U形卡槽5 的ー側中并與彈簧Md的一端相抵，刀具21壓入U形卡槽5 吋，刀桿的圓周壓迫鋼珠5 進入安裝孔中，刀桿壓裝到位后，鋼珠5 在彈簧Md的作用下彈出壓在刀桿的圓周面上，使刀桿定位在U形卡槽Ma中，如圖8所示。詳述如下一、 主軸安裝部件的設計
主軸安裝部件的主軸夾持器結構設計如圖4所示。夾持器中間為圓柱形通孔，與電主軸外表面緊密配合，使用螺栓緊固電主軸，拆卸自由。夾持器下面為一平面，與X軸運動平臺面接觸，以螺栓鎖緊，固定牢靠，相對錯動變量小。裝夾器結構簡単，空間體積小，拆卸方便，安裝可靠。ニ、冷卻系統及液體密封系統的設計
主軸的冷卻系統包括主軸夾持器、水套、水套端蓋、水泵(未顯示)等，如圖4所示。圖 4中，夾持器前表面設有通孔25a，為電主軸的冷卻液入ロ，夾持器端面設有多個較小通孔， 為冷卻液的出ロ 22。冷卻液經過裝夾器流向水套，最終通過水套端蓋噴射出去，作為刀具冷卻潤劑，冷卻液通道如圖5所示。主軸液體密封系統設計方案如下，夾持器另一面設有一通孔(25d，圖4中)，孔內通入正壓氣體，冷卻液開啟之前必須打開先通入正壓氣體，就可確保冷卻液在電主軸和夾持器間密封不外泄。三、刀庫系統的設計
機床的刀庫系統設計如圖6所示，其結構包括刀架、刀夾(刀庫中用于刀具存放的部位稱為刀夾)、刀具、電機及傳動裝置。為體現專用機床的優越性，刀庫只配備義齒加工所必須的刀具種類和數量。刀具類型是定制的磨頭針狀刀具(如圖8所示)，每個主軸配備兩把刀具，分別用于粗加工和精加工。刀庫設計的特點之一在于刀夾的設計，如圖7中的局部放大圖所示。刀夾與刀具采用圓柱面相接觸的定位方式，定位可靠；采用間隙配合，便于自動換刀刀具的取放；刀夾一側設有彈簧彈珠鎖緊機構，保證刀具安放穩定。彈簧彈珠鎖緊機構的原理是當刀具最大直徑處與彈珠接觸吋，壓縮彈簧，刀具到達刀夾最底部吋，彈簧反彈將刀具鎖死固定。刀庫設計特點之ニ在于專用刀具的設計。本機床可根據加工對象的不同安裝相應的刀具，圖8中的刀具為定制的磨頭針狀球頭刀。圖8中的刀具主要由三個部位組成刀具加工部位21e、刀夾夾持部位21c以及主軸裝夾部位21a，三個部位以兩個軸頸21b和21d 分隔開。刀具的軸頸部位21b用于刀具在主軸安裝時的定位；軸頸部位21d用于刀具在刀庫刀夾上放置時的定位。刀具主體選用硬質合金材料，刀具的加工部位有一金剛石磨粒鍍層。義齒加工エ藝包含粗加工和精加工兩部分，分別采用Φ2球頭刀具和Φ1球頭刀具。四、エ件裝夾部件的設計
エ件裝夾機構的設計如圖7所示。エ件裝夾機構的端面有一圓柱形凸臺72b，限制エ 件旋轉自由度；圓柱表面有一螺栓孔72a，與エ件圓弧面成45°傾角，限制エ件的軸向移動。為配合該裝夾定位要求，エ件末端設有ー裝夾部位(由扁平凸臺71c和細長圓柱71b 組成)，凸臺上有一矩形槽71d，用于圓周定位；圓柱上有一圓弧槽71a用于軸向定位，以螺栓鎖死。為解決機床加工精度問題，本發明首先注重主軸選取以及定位安裝精度。一方面， 主軸選用高速電主軸。電主軸簡化了電機驅動刀具的傳動機構，使得機床體積小，重量輕， 更重要的是消除了傳動誤差；另ー方面，安裝時主軸夾持器內孔具有很高的同軸度，保證了兩主軸軸線高度同心。主軸高度同心確保了ェ件雙面加工時交界面的高度吻合，保證了加
エノ貝里。
為解決機床加工精度問題的另ー舉措是對稱式結構的設計。第一點，雙X軸的左右對稱式的分布結構。如上文所述，X軸關于Z軸對稱式分布，該結構能夠有效的降低加工時的機床振動，減少零件單面受力的彎曲變形，提高了加工精度。第二點，進給機構運動平臺的對稱式刀軌。每個移動平臺擁有兩個相互平行的移動導軌，導軌分布在傳動絲杠的兩側，且對稱分布。這種導軌結構能夠保證加工時運動平臺兩側受力均勻，運動平穩，機床振動小，保證加工精度。為了保證較高的加工精度，針對義齒修復材料硬脆特性，本發明的加工設備采用磨削式加工エ藝，所使用的刀具是金剛石磨粒鍍層的球頭針狀刀具，粗、精加工刀具分開， 分別為Φ2、Φ1的球頭刀。刀具磨削量小，轉速高，適合硬質脆性材料的加工，加工表面質量光滑，完全滿足口腔修復體的精度要求。機床加工精度的保證還在于傳動機構的設計。機床各個運動機構采用同步帶傳遞運動，其優點在于電機安裝空間自由，機床重量輕便，傳動效率高，最重要的是高速旋轉時機床振動小，傳動平穩性好，機床加工精度高。本發明另一主要任務是實現義齒修復設備的小型化、桌面化簡便操作。為實現這一要求，本發明主要針對主要単元結構進行優化設計，包括了雙主軸系統、進給機構系統、 冷卻系統，刀庫系統エ件裝夾系統等。各個系統具體的機構設計在上文已經具體描述。機床的小型化、桌面化是每個系統結構巧妙設計，空間位置合理分布的綜合結果。本發明的操作方式如下。本發明選用義齒修復專用加工エ件(標準件，可直接從市場購置)，通過螺栓固定在エ件裝夾機構(圖7所示)上。エ件裝夾機構的端面有一圓柱形凸臺72b，限制エ件旋轉自由度；圓柱表面有一螺栓孔72a，與エ件圓弧面成45°傾角，限制エ件的軸向移動。為配合該裝夾定位要求，エ件末端設有ー裝夾部位(由扁平凸臺71c和細長圓柱71b組成)， 凸臺上有一矩形槽71d，用于圓周定位；圓柱上有一圓弧槽71a用于軸向定位，以螺栓鎖死。 該エ件裝夾機構操作簡單，定位可靠，占用空間小。エ件加工之前需要先啟動機床冷卻液循環系統，確保主軸能夠持久高效正常運轉。主軸的冷卻系統如圖4所示，其結構包括了主軸夾持器、水套、水套端蓋、水泵(未顯示)等。圖4中，夾持器前表面設有通孔，為電主軸的冷卻液入口，夾持器端面設有多個較小通孔，為冷卻液的出口。冷卻液經過裝夾器流向水套，最終通過水套端蓋噴射出去，作為刀具冷卻潤滑剤，冷卻液通道如圖5所示。該冷卻系統有效地利用了主軸夾持器內部空間， 避免了冷卻通道空間的浪費，減輕機床重量，壓縮機床空間體積。由于主軸和夾持器之間的配合并不是完全密封的，冷卻液在這兩者之間流動可能會造成液體外泄或液體流入電主軸內部的現象，這些現象會造成無法估計的機床事故或人員事故。為了方便解決這ー密封問題，本發明采用了正壓氣體密封系統，且該系統只是在裝夾器上開了一通孔25d，如圖4中所示。僅僅ー個通孔就取代了密封器材的使用和密封裝置的設計，簡化了機床機構和機床設計工作量。在啟動機床冷卻系統之前必須先打開機床正壓密封系統，即將正壓氣體通過夾持器通孔25d通入夾持器內部。本發明的自動化程度高，操作方便，加工零件時能夠自動換刀，一次エ件裝夾就能夠完成所有加工エ序。為實現自動換刀功能，機床配置了刀庫系統，如圖6所示。刀庫系統主要結構包括刀架、刀夾(刀庫中用于刀具存放的部位稱為刀夾)、刀具、電機及傳動裝置。刀架通過聯軸器與步進電機相連，由步進電機驅動刀架伸縮；刀架上安裝刀夾用于安裝刀具。刀夾分為左右兩列，分別為左右兩主軸提供刀具。義齒修復加工過程只有粗加工和精加工兩步エ序，因此每列只配置了兩把刀具，分別安裝Φ 1、Φ2的刀具。該刀庫系統結構非常簡單，這完全取決于刀夾和刀具的結構設計，如圖7、8所示。刀夾72和刀具21結構設計的優點在于其定位和夾緊機構的設計。刀夾72和刀具21以ー圓柱面和一平面進行定位 (刀夾中的圓柱面和平面分別為圖7中所指示的圓柱面72b和71c所指示的平面，刀具中的圓柱面和平面分別為圖8中所指示的圓柱面21a和21c所指示的內側面。刀夾M和刀具 21的夾緊機構由用鋼珠Mc、彈簧54d及螺栓(未顯示)組成，其工作原理為當刀具最大直徑處與鋼珠接觸吋，壓縮彈簧，刀具到達刀夾最底部吋，彈簧反彈將刀具鎖死固定，鋼珠Mc 和彈簧Md以螺栓固定在螺栓孔中。刀具、冷卻液以及正壓密封準備完畢之后，機床就可以進入自動加工狀態，機床雙主軸同時對零件雙面進行加工。為了保證機床的加工精度，本發明采取了如下解決方案。一方面，主軸選用高速電主軸。電主軸簡化了電機驅動刀具的傳動機構，使得機床體積小，重量輕，更重要的是消除了傳動誤差；另ー方面，安裝時主軸夾持器內孔具有很高的同軸度， 保證了兩主軸軸線高度同心。主軸高度同心確保了エ件雙面加工時交界面的高度吻合，保證了加工質量。為解決機床加工精度問題的另ー舉措是對稱式結構的設計。第一點，雙X軸的左右對稱式的分布結構。如上所述，X軸關于Z軸對稱式分布，該結構能夠有效的降低加工時的機床振動，減少零件單面受力的彎曲變形，提高了加工精度。第二點，進給機構運動平臺的對稱式刀軌。每個移動平臺擁有兩個相互平行的移動導軌，導軌分布在傳動絲杠的兩側， 且對稱分布。這種導軌結構能夠保證加工時運動平臺兩側受力均勻，運動平穩，機床振動小，保證加工精度。為了保證較高的加工精度，針對義齒修復材料硬脆特性，本發明的加工機床采用磨削式加工エ藝。機床所使用的刀具是金剛石磨粒鍍層的球頭針狀刀具，粗、精加工刀具分開，分別為Φ2、Φ1的球頭刀。刀具磨削量小，轉速高，適合硬質脆性材料的加工，加工表面質量光滑，完全滿足口腔修復體的精度要求。本發明的加工精度的保證還在于傳動機構的設計。機床各個運動機構采用同步帶傳遞運動，其優點在于電機安裝空間自由，整機重量輕便，傳動效率高，最重要的是高速旋轉時機床振動小，傳動平穩性好，機床加工精度高。本發明未涉及部分如電氣控制部分、數據采集與顯示等均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
1權利要求
1.一種微小型雙主軸義齒修復機，它包括底座(40)和安裝在底座(40)上的第一電主軸系統(20)、第二電主軸系統(90)、電氣箱(10)和工件旋轉機構(70)，其特征是所述的第一主軸系統(20)和第二主軸系統(90)呈同軸線布置，第一電主軸系統(20)和第二電主軸系統(90)上安裝的刀具及工件旋轉機構(70)上安裝的工件均伸入加工空間(60)中且呈水平面垂直安裝；所述的第一電主軸系統(20)和第二電主軸系統(90)均安裝在各自的X軸向進給機構(30)上；所述的工件旋轉機構(30)安裝在Y軸進給機構(100)上，Y軸進給機構(100)安裝在Z軸進給機構(120)上，Z軸進給機構(120)安裝在底座(40)上；在所述Y 軸進給機構(100 )上還安裝有刀庫系統(50 )。
2.根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的X軸向進給機構 (30)由X向絲桿(32)、X向絲杠螺母(33)、X向絲杠螺母支座(34)、X向導軌(35)、X向進給步進電機(36)、X向同步輪(37)、X向同步帶(38)和X向滑塊(39)組成，所述的X向導軌 (35)和X向進給步進電機(36)固定安裝在底座(40)上，X向進給步進電機(36)通過X向同步輪(37)和X向同步帶(28)帶動X向絲桿(32)轉動的同時帶動X向絲杠螺母(33)和X 向絲杠螺母支座(34)移動，從而帶動與X向絲杠螺母支座(34)相連的第一電主軸系統(20) 或第二電主軸系統(90)在X向滑塊(39)的約束下X向導軌(35)移動。
3.根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的第一電主軸系統 (20)和第二電主軸系統(90)的結構相同，它們均包括電主軸(26)、電主軸夾持器(25)和水套(24)，所述的電主軸(26)安裝在電主軸夾持器(25)上，電主軸夾持器(25)安裝在拖板 (27 )上，拖板(27 )安裝在X軸向進給機構(30 )的X向滑塊(29 )和X向絲杠螺母支座(34 ) 上，水套(24)安裝在電主軸(26)的刀具夾持端上，在電主軸(26)的端部安裝有水套端蓋 (23)，水套端蓋(23)上設有噴水孔(22)，噴水孔(22)的進水端與水套(24)的內腔相連通， 水套(24)的冷卻液進口(25a)位于電主軸夾持器(25)上，在主軸夾持器(25)上還設有防止切削及冷卻液進入水套中的正壓密封氣體進口(25d)，正壓密封氣體進口(25d)通過管道與氣泵相連。
4.根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的Z軸進給機構 (120)包括Z向進給電機(121)、Z向拖板(122)和Z向導軌(123)，Z向拖板(122)呈L形結構，Z向拖板(122)通過Z向滑塊(IM)安裝在Z向導軌(123)上，Z向進給電機(121)通過同步帶帶動Z向絲杠轉動，Z向絲杠帶動Z向螺母(125)移動進而帶動Z向拖板(122)在 Z向滑塊(124)的約束下沿導軌(123)移動。
5.根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的Y軸進給機構 (100)包括Y向電機(101)、Y向導軌(102)和Y向拖板(103)，Y向電機(101)安裝在Z軸進給機構(120)的Z向拖板(122)上，Y向拖板(103)通過滑塊(104)活動安裝在Y向導軌 (102)上的同時與Y向絲杠螺母相連，Y向絲杠螺母與Y向絲桿相連，Y向絲桿通過同步帶與Y向電機(101)上的同步輪相連，Y向電機(101)帶動同步輪轉動，同步輪帶動同步帶轉動，同步帶帶動Y向絲杠轉動，Y向絲杠帶動Y向螺母移動，Y向螺母帶動Y向拖板(103)在 Y向導軌(102)上作上下移動。
6.根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的工件旋轉機構 (70 )安裝在Y向拖板(103 )上，工件(71)通過工件安裝坐(72 )安裝在工件旋轉軸(75 )上， 工件旋轉軸(75)的一端通過軸承支承在Y向拖板(103)上，另一端通過工件旋轉聯軸器(73)與工件旋轉控制電機(74)相連，工件旋轉控制電機(74)固定在與Y向拖板(103)整體相連的支架(76)上。
7.根據權利要求5所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的工件安裝坐(72) 的端面設有與工件(71)的工件定位平面(71c)相配的安裝坐定位平面(72b)，在安裝坐定位平面(72b)的一側設有工件夾緊螺栓孔(7 )，工件(71)上設有相應的供螺栓插入定位的工作夾緊部位(71a)，安裝坐定位平面(72b)上設有與工件周向定位槽(71d)相配的工件周向定位凸臺(72c)。
8.根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的刀庫系統(50)安裝在Y向拖板(103)上，刀具(21)放置在卡刀塊(54)上，卡刀塊(54)安裝在刀架(53)上， 刀架(53)穿過Y向拖板(103)上的導向孔與刀庫運動絲桿(52)相連，刀庫運動絲桿(52) 與刀庫控制電機(51)相連，刀庫控制電機(51)帶動刀庫運動絲桿(52)轉動，刀庫運動絲桿 (52)通過螺紋帶動刀架(53)在導向孔中移動從而帶動卡刀塊(54)移向或移離第一電主軸系統(20)或第二電主軸系統(90)實現自動換刀。
9.根據權利要求1所述的微小型雙主軸義齒修復機，其特征是所述的卡刀塊(54)由U 形卡槽(5 )、定位鋼珠(5 )和彈簧(54d)組成，U形卡槽(54a)的圓弧形底部尺寸與刀具 (21)的刀桿上的卡刀部位尺寸相配，鋼珠(54c)安裝在U形卡槽(5 )的一側中并與彈簧 (Md)的一端相抵，刀具(21)壓入U形卡槽(54a)時，刀桿的圓周壓迫鋼珠(5 )進入安裝孔中，刀桿壓裝到位后，鋼珠(54c)在彈簧(54d)的作用下彈出壓在刀桿的圓周面上，使刀桿定位在U形卡槽(54a)中。
全文摘要
一種微小型雙主軸義齒修復機，它包括底座(40)和安裝在底座(40)上的第一電主軸系統(20)、第二電主軸系統(90)、電氣箱(10)和工件旋轉機構(70)，其特征是所述的第一主軸系統(20)和第二主軸系統(90)呈同軸線布置，第一電主軸系統(20)和第二電主軸系統(90)上安裝的刀具及工件旋轉機構(70)上安裝的工件均伸入加工空間(60)中且呈水平面垂直安裝；所述的第一電主軸系統(20)和第二電主軸系統(90)均安裝在各自的X軸向進給機構(30)上；所述的工件旋轉機構(30)安裝在Y軸進給機構(100)上，Y軸進給機構(100)安裝在Z軸進給機構(120)上，Z軸進給機構(120)安裝在底座(40)上；在所述Y軸進給機構(100)上還安裝有刀庫系統(50)。本發明結構簡單，體積小，加工精度高，操作方便。
文檔編號A61C13/08GK102525677SQ20121006276
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者廖文和, 張霖, 涂芬芬, 王杰, 雷小寶 申請人:南京航空航天大學