專利名稱：正畸弓絲彎成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種口腔臨床醫(yī)學(xué)中所用到的正畸弓絲的加工設(shè)備，可以方便的彎曲加工這 種弓絲成型。
背景技術(shù)：
隨著口腔正畸醫(yī)學(xué)的發(fā)展，正畸不銹鋼絲在正畸臨床中的應(yīng)用越來越廣泛。在正畸臨床 醫(yī)學(xué)中，需要先把不銹鋼絲彎制成一定形狀。但是由于不銹鋼絲的彈性回復(fù)能力較強(qiáng)，所以 給弓絲的彎曲成形上帶來了較大的困難。傳統(tǒng)的彎制過程是通過工具彎制出一個大致的形狀， 然后基于經(jīng)驗，反復(fù)彎曲弓絲并對照弓絲形狀圖使之回彈后達(dá)到指定的形狀。這種方法在操 作上缺乏定量指標(biāo)，彎曲出來的鋼絲與指定形狀匹配度較低，不僅在彎制的過程中耗費(fèi)了大 量的時間，而且由于反復(fù)的彎曲，容易引起弓絲的疲勞斷裂現(xiàn)象。因此，更快速更準(zhǔn)確的彎 曲弓絲成型，可以在臨床中實(shí)現(xiàn)弓絲彎制過程操作的標(biāo)準(zhǔn)化，控制和減少弓絲彎制操作的人 為性，提高弓絲彎制過程的效率，并最大程度上減少患者的痛苦，避免醫(yī)療事故的發(fā)生。因 此，這種可以更方便的彎曲弓絲成型的工具，在實(shí)際應(yīng)用中具有重要的意義。
口腔正畸一般需要根據(jù)患者的牙齒錯位情況彎制弓絲，通常使用的弓絲是直線，由于彎 制過程中弓絲會發(fā)生回彈現(xiàn)象，彎制時的形狀和彎制后的形狀是不一樣的，正畸臨床通常是 使用彎制鉗手工多次彎制完成，整個過程費(fèi)力費(fèi)時且彎制后的形狀不能保證和要求的形狀完 全一致，而且多次反復(fù)的彎制，也會造成弓絲的彈性降低，甚至?xí)?dǎo)致弓絲的疲勞斷裂，造 成浪費(fèi)，因此設(shè)計一種專用的弓絲成型彎制器，提高弓絲彎制的工作量和形狀精度就具有重 要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種正畸不銹鋼絲彎制成型器，它可以極大地減少彎曲 正畸絲所使用的時間有效地避免弓絲在彎制過程中的疲勞斷裂現(xiàn)象。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種正畸弓絲彎成器，包括一基板， 在該基板的一側(cè)設(shè)置有一成型板，在基板的另一側(cè)設(shè)置有一搖桿手柄，所述的成型板的外周 為曲線，在所述的基板上設(shè)置有一曲線槽，該曲線槽沿成型板的外周面布置，在曲線槽內(nèi)設(shè)
置有一滾柱，在所述的搖桿手柄內(nèi)設(shè)置有一滑槽，所述的滾柱的一端設(shè)置在滑槽內(nèi)，滾柱的 另一端在搖桿手柄的作用下繞成型板的外周面運(yùn)動。 在所述的成型板的外周面上設(shè)置有凹槽。
在所述的成型板的另一側(cè)還設(shè)置有一輔助夾板，在該輔助夾板也設(shè)置有曲線槽，所述的 滾柱依次穿過基板的曲線槽和輔助夾板的曲線槽。
所述的成型板由第一成型板和第二成型板組成，所述的第一成型板與第二成型板可拆分 連接。
所述的第一成型板與第二成型板插接。 所述的成型板的外周的曲線采用如下方法得到
步驟一、在標(biāo)準(zhǔn)弓絲曲線上選取若干個插值點(diǎn)，并記錄每個插值點(diǎn)的初始位置； 步驟二、逐步將每一插值點(diǎn)施移動到一設(shè)定的最終位置；
步驟三、釋放該標(biāo)準(zhǔn)弓絲曲線的插值點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)弓絲曲線在彈性變形下回復(fù)到一測定位置； 步驟四、比較測定位置和標(biāo)準(zhǔn)弓絲曲線上插值點(diǎn)的初始位置，修正每一插值點(diǎn)的最終位
置，當(dāng)測定位置與初始位置滿足精度要求，轉(zhuǎn)步驟五；反之，轉(zhuǎn)步驟二； 步驟五、根據(jù)插值點(diǎn)的最終位置求取插值弓絲曲線。 本發(fā)明采用弓絲成型器對對直線弓絲進(jìn)行彎制，彎制時，將弓絲固定在成型板上，通過
轉(zhuǎn)動搖桿手柄，設(shè)置在搖桿手柄內(nèi)的滾柱就會沿著成型板的曲線外周將直線弓絲彎曲成標(biāo)準(zhǔn)弓絲。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明弓絲彎成器具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明弓絲彎成器采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)動曲柄腰桿手柄，使得滑塊滾柱在槽內(nèi) 以及成型板的外周的約束下，形成一弓絲的加工曲線，整個彎成器不僅結(jié)構(gòu)簡單，操作方便， 便于攜帶，而且省時省力，還能使得弓絲的彎制曲線平滑和規(guī)則。
2、 本發(fā)明在弓絲彎成器的成型板的外周面上設(shè)置有凹槽，在彎制時，將弓絲限制在凹 槽內(nèi)，可以防止弓絲發(fā)生抖動和橫向位移，彎制更加快捷，結(jié)構(gòu)緊湊。
3、 本發(fā)明弓絲彎制器的成型板由2塊組成，且采用插接的方式連接，在弓絲彎制完一 半時，只要將其中一塊成型板拆下，換個方向再插入，即可完成另一半弓絲的彎制。
4、弓絲彎制器能夠通過一次加工將一根直弓絲彎制成標(biāo)準(zhǔn)形狀的弓絲，加工成的弓絲形 狀精度高，弓絲成型方便，彎制器結(jié)構(gòu)簡單易用，造價低?？梢詷O大的減輕正畸臨床的弓絲 彎制工作量和彎制難度，提高正畸治療的效果。


圖1是本發(fā)明弓絲彎成器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的俯視圖。 圖3是圖2的A部放大示意圖。 圖4是本發(fā)明另 一實(shí)施例的俯視圖。 圖5是本發(fā)明弓絲彎成器成型板外周曲線的計算流程圖。 圖6是本發(fā)明弓絲成型器成型板外周曲線的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做詳細(xì)說明，如圖1所示， 一種弓絲彎成器，包括基板1，在 基板1的一側(cè)固定有成型板2，在基板1的另一側(cè)通過銷釘8轉(zhuǎn)動的連接一搖桿手柄5，成型 板2的外周為曲線，在基板1上設(shè)置有一曲線槽3，該曲線槽3沿成型板2的外周面布置， 在搖桿手柄5內(nèi)開設(shè)有一滑槽6，滾柱4的一端設(shè)置在滑槽6內(nèi)，滾柱4的另一端穿過曲線 槽3，在搖桿手柄5的作用下繞成型板2的外周面運(yùn)動。
如圖2、圖3、圖4，為了限制彎制的弓絲在橫向移動，在成型板2的外周面上設(shè)置有凹 槽23或者在成型板2的另一側(cè)還固定一輔助夾板7，將成型板夾在基板1和輔助夾板7之間， 在輔助夾板7上也設(shè)置有曲線槽，滾柱4依次穿過基板的曲線槽和輔助夾板7的曲線槽。
成型板2由第一成型板21和第二成型板22組成，第一成型板21插在第二成型板22上 與第二成型板可拆分連接。
為了一次彎制成型，且滿足很高的精度，成型板的外周曲線必須滿足一定的要求。
1. 彎制成型原理
口腔正畸中最常用的是幾種適合中國人口腔形狀的弓形，本文中以杭州新亞自動化儀表 成套廠的HX直絲弓標(biāo)準(zhǔn)弓形(小號)為例，其弓形使用多項式曲線來近似表示，其方程式為
7 = -6x10-8JT6+3xl(T5X4 d) -0.028X2 +0.115
2. 弓形曲線計算
由于需要得到的弓形左右對稱，只要計算一半弓形就可以，本發(fā)明專利中只取了右半部 分。如果使用多段樣條曲線擬合彎曲曲線的形狀，精確度要高于使用多項式曲線擬合的方法， 故在三維造型軟件UG中采用樣條曲線擬合曲線。得到樣條曲線的階次為8，極點(diǎn)數(shù)為21個， 段數(shù)為13段。加工曲線的獲得采用基于有限元仿真的優(yōu)化算法，仿真采用無模法，即在計算 開始之前，將模具與零件分離，代之以與成型結(jié)束解除條件相對應(yīng)的反向力學(xué)邊界條件，然 后進(jìn)行迭代直至接觸力為零。以等弧長的方式，在右半部分的曲線上均勻取了20個控制點(diǎn)。 通過控制點(diǎn)的位移，最終實(shí)現(xiàn)弓絲的彎制變形。
2.1有限元仿真
在實(shí)際不銹鋼絲彎曲加工中變形速度比較慢，彎曲的速度比較恒定，是一個準(zhǔn)靜態(tài)的變 形過程，而且靜態(tài)隱式算法計算精度較高，所以在分析采用了靜態(tài)隱式算法中的靜力分析方 式。考慮到弓絲模型的對稱性，為了節(jié)省分析時間，實(shí)際建模中僅建立了 1/4模型，邊界處 采用了對稱面約束。使用Ansys，采用了三維六面體Solidl86單元。模擬方法為逐段模擬方 法，簡化了后一段彎曲時對前一段已經(jīng)成型的弓絲的影響，但結(jié)果證明，這種影響對計算出 的結(jié)果造成的誤差較小，計算出的曲線只需要做很小的處理即可消除這種簡化帶來的誤差。
2. 2優(yōu)化模型
在應(yīng)用緒SYS進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計過程中，采用了一階優(yōu)化方法。其數(shù)學(xué)模型可以表示為
何 <formula>formula see original document page 6</formula>式中D(X， Y)為目標(biāo)函數(shù)，即回彈后計算得到的點(diǎn)坐標(biāo)和要求坐標(biāo)之間的距離。(Xl， y,); (x2， y2);…(xn， yn)為設(shè)計變量，即要求的弓形曲線控制點(diǎn)的坐標(biāo)。Oi(X， Y)為狀態(tài)變 量，即彎制后弓絲上的最大應(yīng)力不超過抗拉極限。弓絲彎制成型曲線的獲得是通過按一定的 搜索優(yōu)化方向?qū)ふ以O(shè)計變量的一系列坐標(biāo)值(Xl， yi); (x2， y2); (xn， yn)，使弓絲彎制
到這些點(diǎn)回彈后的對應(yīng)點(diǎn)新坐標(biāo)(《,乂)；(《，乂)；…(《,乂)與要求得的標(biāo)準(zhǔn)弓形上相應(yīng)點(diǎn)
"U1); (4，乂)；…(g,乂)的距離"=￡^< -x,。)2 +(乂 i°)2最小;約束函數(shù)^(m是
要求目標(biāo)函數(shù)坐標(biāo)值的求解過程中，應(yīng)力值不能超過弓絲材料的抗拉強(qiáng)度，并且弓絲的變形 與回彈滿足材料的物理特性和力學(xué)規(guī)律，在本方法中約束函數(shù)是通過有限元計算的方法實(shí)現(xiàn) 的。
2. 3計算流程
計算流程如下
(1) 對要加工獲得標(biāo)準(zhǔn)弓形曲線和未加工的初始弓形曲線進(jìn)行對比分析，標(biāo) 準(zhǔn)弓形曲形狀可以通過選擇合理數(shù)目的控制點(diǎn)的插值來獲得，標(biāo)準(zhǔn)弓形相對簡單，本
發(fā)明中使用了 20個節(jié)點(diǎn)控制一半弓形，插值曲線能很好的與標(biāo)準(zhǔn)曲線相符合。
(2) 加工曲線的獲得是通過移動未加工弓絲曲線的控制點(diǎn)到一個新的位置， 利用這些控制點(diǎn)重新插值曲線獲得，因此獲得了加工曲線控制點(diǎn)的位置就獲得加工曲 線。選擇一合理的給定方向和大小的初始位移，用于施加到初始弓形曲線的控制點(diǎn)來 獲得加工曲線。
(3) 建立弓絲在標(biāo)準(zhǔn)曲線位置的有限元模型，在控制點(diǎn)上施加選定的初始位 移，然后逐步釋放該位移，獲得弓絲移施加該位移后經(jīng)過回彈，回復(fù)到位置。這一過 程通過彈塑性有限元分析進(jìn)行仿真，回復(fù)位置曲線形狀通過控制點(diǎn)的坐標(biāo)來獲得。
(4) 比較回復(fù)曲線上的控制點(diǎn)坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)曲線上的控制點(diǎn)的坐標(biāo)插值，對控 制點(diǎn)的移動路徑進(jìn)行修改，重新進(jìn)行計算。
(5) 通過反復(fù)進(jìn)行第(4)步，選用2. 2的優(yōu)化模型作為控制策略，最終得到 了一加工曲線形狀將一根直弓絲彎制到該加工曲線形狀，然后釋放，該弓絲最后的 形狀即為標(biāo)注弓形。流程圖見圖5。
權(quán)利要求
1、一種正畸弓絲彎成器，包括一基板(1)，在該基板(1)的一側(cè)設(shè)置有一成型板(2)，在基板(1)的另一側(cè)設(shè)置有一搖桿手柄(5)，所述的成型板(2)的外周為曲線，在所述的基板(1)上設(shè)置有一曲線槽(3)，該曲線槽(3)沿成型板(2)的外周面布置，在曲線槽(3)內(nèi)設(shè)置有一滾柱(4)，在所述的搖桿手柄(5)內(nèi)設(shè)置有一滑槽(6)，所述的滾柱(4)的一端設(shè)置在滑槽(6)內(nèi)，滾柱(4)的另一端在搖桿手柄(5)的作用下繞成型板(2)的外周面運(yùn)動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正畸弓絲彎成器，其特征在于在所述的成型板(2)的外周面上設(shè)置有凹槽(23)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的正畸弓絲彎成器，其特征在于在所述的成型板的另一側(cè)還設(shè)置有一輔助夾板(7)，在該輔助夾板(7)也設(shè)置有曲線槽，所述的滾柱(4)依次穿過基板 的曲線槽和輔助夾板(7)的曲線槽。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的弓絲彎成器，其特征在于所述的成型板(2)由第一成 型板(21)和第二成型板(22)組成，所述的第一成型板(21)與第二成型板(22)可拆分 連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正畸弓絲彎成器，其特征在于所述的第一成型板(21)與第 二成型板(22)插接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正畸弓絲彎成器，其特征在于所述的成型板(2)的外周的 曲線采用如下方法得到-步驟一、在標(biāo)準(zhǔn)弓絲曲線上選取若干個插值點(diǎn)，并記錄每個插值點(diǎn)的初始位置； 步驟二、逐步將每一插值點(diǎn)施移動到一設(shè)定的最終位置；步驟三、釋放該標(biāo)準(zhǔn)弓絲曲線的插值點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)弓絲曲線在彈性變形下回復(fù)到一測定位置； 步驟四、比較測定位置和標(biāo)準(zhǔn)弓絲曲線上插值點(diǎn)的初始位置，修正每一插值點(diǎn)的最終位 置，當(dāng)測定位置與初始位置滿足精度要求，轉(zhuǎn)步驟五；反之，轉(zhuǎn)步驟二； 步驟五、根據(jù)插值點(diǎn)的最終位置求取插值弓絲曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正畸弓絲彎成器，包括一基板，在該基板的一側(cè)設(shè)置有一成型板，在基板的另一側(cè)設(shè)置有一搖桿手柄，所述的成型板的外周為曲線，在所述的基板上設(shè)置有一曲線槽，該曲線槽沿成型板的外周面布置，在曲線槽內(nèi)設(shè)置有一滾柱，在所述的搖桿手柄內(nèi)設(shè)置有一滑槽，所述的滾柱的一端設(shè)置在滑槽內(nèi)，滾柱的另一端在搖桿手柄的作用下繞成型板的外周面運(yùn)動；在所述的成型板的外周面上設(shè)置有凹槽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明弓絲彎成器能夠通過一次加工將一根直弓絲彎制成標(biāo)準(zhǔn)形狀的弓絲，加工成的弓絲形狀精度高，弓絲成型方便，彎制器結(jié)構(gòu)簡單易用，造價低?？梢詷O大的減輕正畸臨床的弓絲彎制工作量和彎制難度，提高正畸治療的效果。
文檔編號A61C7/00GK101385664SQ20081015617
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者斌 嚴(yán), 燦 孔, 湯文成, 郭晨光, 魏志剛 申請人:東南大學(xué)