軸向超聲波輔助牙科手機(jī)口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于牙體預(yù)備及口腔修復(fù)材料切削調(diào)磨模擬裝置，具體涉及一種軸向超聲波輔助牙科手機(jī)口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展對(duì)硬脆性材料、難加工材料和新型先進(jìn)材料的需求日益增多，對(duì)關(guān)鍵零件的加工效率、加工質(zhì)量和加工精度提出了更高的要求。傳統(tǒng)磨削方法因不可避免的產(chǎn)生較大的磨削力以及磨削熱，引起工件表面/亞表面損傷以及砂輪壽命低等一系列問(wèn)題。尤其在精密與超精密加工領(lǐng)域，這些加工缺陷的存在嚴(yán)重制約著零件加工精度及加工效率的提高。為解決這些問(wèn)題，超聲振動(dòng)被引入到磨削加工中。國(guó)內(nèi)外廣泛研究證實(shí)超聲振動(dòng)磨削在提高材料去除率、提高加工表面質(zhì)量與加工精度、降低工件表面損傷以及延長(zhǎng)砂輪壽命等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
[0003]表面光潔度對(duì)產(chǎn)品的使用性能與壽命有重要影響。為了達(dá)到高生產(chǎn)率和高表面質(zhì)量，通常采取同時(shí)增加工件進(jìn)給速度以及砂輪磨削速度的方法。事實(shí)證明工作臺(tái)進(jìn)給速度與砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)垂直于磨削方向的粗糙度影響較小，并且表面粗糙度主要由垂直方向粗糙度決定，通過(guò)改變加工參數(shù)方法很難顯著降低垂直方向表面粗糙度(參見Liang Zhiqiang,Status and Progress of Ultrasonic Assisted Grinding Technique，ActaArmamentarII，Vol，31No，IINov.2010.)。軸向超聲振動(dòng)被應(yīng)用到工件或者砂輪上，能夠同時(shí)減小平行與垂直方向的粗糙度，從而有效提高表面質(zhì)量。
[0004]超聲波不僅在工業(yè)上有大量的應(yīng)用，而且超聲波治療儀器也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于口腔臨床的各個(gè)方面，不僅在牙齦炎、牙周炎的治療中占有重要地位，而且現(xiàn)已逐漸用于牙體牙髓疾病的治療中，牙體的制備是牙科修復(fù)中的重要環(huán)節(jié)，牙體制備的質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)義齒的修復(fù)和使用壽命。早期的牙科切削機(jī)器是掛壁式三彎臂牙科電鉆，轉(zhuǎn)速4000rpm，此后轉(zhuǎn)速不斷增加，可以達(dá)到10000-40000rpm，雖然1000rpm的轉(zhuǎn)速對(duì)于電機(jī)而言已經(jīng)是非常高的轉(zhuǎn)速，但是只能提供lm/s的左右的切削速度，且打磨、切削操作時(shí)，患者仍感不適。上個(gè)世紀(jì)五十年代，空氣渦輪驅(qū)動(dòng)牙科手機(jī)問(wèn)世，其速度可達(dá)300000-450000rpm。其具有良好的安全性與舒適性，并得到了廣泛的應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明所述的牙科制備工藝是在空氣渦輪驅(qū)動(dòng)牙科手機(jī)上增加頻率高達(dá)數(shù)萬(wàn)赫茲的超聲振動(dòng)，對(duì)牙科陶瓷進(jìn)行磨削加工的過(guò)程，此工藝將得到更好的加工質(zhì)量和更高的加工效率。
[0006]在牙科陶瓷的磨削加工問(wèn)題上，馬里蘭大學(xué)的S.C.SiegeI和J.V.von FraunhoferA等人，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的模擬口腔修復(fù)切削裝置(參見S.C.Siege I，J.V.vonFraunhofer.Effects of handpiece load on the cutting efficiency of dentalburs ,Machining Science&Technology 1(1)(1997))1-13.)，利用高速牙科手機(jī)及金剛石磨具對(duì)齒科材料進(jìn)行體外模擬磨削修復(fù)，針對(duì)材料去除率這一問(wèn)題進(jìn)行了一系列深入的研究。美國(guó)工程院院士、NIST的B.Lawn博士等利用壓痕實(shí)驗(yàn)法，對(duì)齒科陶瓷的脆性斷裂和準(zhǔn)塑性破壞進(jìn)行了大量研究(參見 1.M.Peterson,A.Paj ares,B.R.Lawn , V.P.Thomspon ,E.D.Rekow，Mechanical characterizat1n of dental ceramics by hertziancontacts, Journal of Dental Research 77(4) (1998)589-602.)。殷玲(L.Yin)與NIST的S.Jahanmir、L.K.1ves和X.Dong博士合作，從材料科學(xué)和摩擦學(xué)入手，研制出一種準(zhǔn)靜態(tài)、定常磨削力的齒科陶瓷口腔修復(fù)實(shí)驗(yàn)裝置，并據(jù)此探討了各種齒科陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)和金剛石磨料粒度對(duì)磨削修復(fù)表面質(zhì)量以及金剛石磨具磨損的影響(參見X.Dong,L.Yin,S.Jahanmir,L.K.1ves,E.D.Rekow.Abrasive machining of glass-ceramics with adental handpiece,Machining Science&Technology 4(2)(2000)209-233。及L.Yin,L.K.1ves ,S.Jahanmir.Effects of fluids on the simulated clinical dentalmachining of a glass ceramic,Journal of American Ceramic Society 87(I)(2004)173-175.。及L.Yin，S.Jahanmir，L.K.Ives.Abrasive machining of porcelain andzirconia with a dental handpiece,Wear 255(2003)975-989.。及L.Yin，L.K.Ives，S.Jahnamir,E.D.Rekow,E.Romberg.Abrasive machining of glass-1nfiltratedalumina with diamond burs ,Machining Science&Technology 5( I) (2001 )43-61.)。申請(qǐng)人所在研究團(tuán)隊(duì)自2005年與天津醫(yī)科大學(xué)合作，打破國(guó)外現(xiàn)有研究裝置一維準(zhǔn)靜態(tài)局限，先后設(shè)計(jì)了二維及三維口腔調(diào)磨物理仿真體外模擬裝置。以上研究都未曾將超聲系統(tǒng)加入到牙科陶瓷的磨削加工中，為了進(jìn)一步研究軸向超聲振動(dòng)輔助磨削牙科陶瓷材料的相關(guān)性能，需要設(shè)計(jì)出一款輔以軸向超聲振動(dòng)的三維的體外口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的，是為了提高牙科陶瓷的加工質(zhì)量和臨床牙體修復(fù)舒適性，提供一種軸向超聲波輔助牙科手機(jī)口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置。
[0008]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0009]一種軸向超聲波輔助牙科手機(jī)口腔高速調(diào)磨修復(fù)模擬裝置，包括支撐系統(tǒng)和測(cè)力系統(tǒng)，其特征在于，支撐系統(tǒng)由底板1、頂板6和立柱13組成;測(cè)力系統(tǒng)設(shè)置在支撐系統(tǒng)的下部，由測(cè)力儀支撐板2和測(cè)力儀3組成;頂板6上設(shè)置有三維坐標(biāo)系統(tǒng)，三維坐標(biāo)系統(tǒng)由X方向滑臺(tái)9、Y方向滑臺(tái)7和Z方向滑臺(tái)8組成;測(cè)力系統(tǒng)的上面設(shè)置有軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)5;
[0010]Z方向滑臺(tái)8為垂直結(jié)構(gòu)，其下部設(shè)置有框架Z8-2，框架Z8-2由側(cè)板ZA8-3、側(cè)板ZB8-4和上板Z8-5組成，框架Z8-2的兩側(cè)板之間縱向設(shè)置有絲杠Z8-1，絲杠Z8-1與Z方向滑臺(tái)滑塊8-6相嚙合，絲杠Z8-1的上端設(shè)置有伺服電機(jī)Z8-7;
[0011]Z方向滑臺(tái)8的下面設(shè)置有Y方向滑臺(tái)7，Y方向滑臺(tái)7與Z方向滑臺(tái)8相垂直，Y方向滑臺(tái)7設(shè)置有框架Υ7-2，框架Υ7-2由側(cè)板ΥΑ7-3、側(cè)板ΥΒ7-4和上板Υ7-5組成，框架Υ7-2的兩側(cè)板之間橫向設(shè)置有絲杠Υ7-1，絲杠Υ7-1與Y方向滑臺(tái)滑塊7-6相嚙合，絲杠Υ7-1的一端設(shè)置有伺服電機(jī)Υ7-7;
[0012]Y方向滑臺(tái)7的下面設(shè)置有X方向滑臺(tái)9，Χ方向滑臺(tái)9與Y方向滑臺(tái)7水平方向呈90度夾角，X方向滑臺(tái)9設(shè)置有框架Χ9-2，框架Χ9-2由側(cè)板ΧΑ9-3、側(cè)板ΧΒ9-4和上板Χ9-5組成，框架Χ9-2的兩側(cè)板之間橫向設(shè)置有絲杠Χ9-1，絲杠Χ9-1與X方向滑臺(tái)滑塊9_6相嚙合，絲杠Χ9-1的一端設(shè)置有伺服電機(jī)Χ9-7;
[0013]所述軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)5的底部設(shè)置有變幅桿支架5-1，變幅桿支架(5-1)的中央位置設(shè)置有一圓孔，圓孔內(nèi)設(shè)置有超聲變幅桿5-2，超聲變幅桿5-2的尾端即圓孔的后面連接一換能器5-3，換能器5-3與外部超聲波電源相連接;超聲變幅桿5-2通過(guò)大螺母5-4與連接桿5-5相連接，連接桿5-5與工件夾具5-6相連接，工件夾具5-6與工件12相連接；
[0014]底板I為回字型結(jié)構(gòu)，中央為矩形空心部分，空心部分設(shè)置有測(cè)力儀支撐板2，測(cè)力儀支撐板2的上面設(shè)置有測(cè)力儀3，測(cè)力儀3與其上面的軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)的變幅桿支架5-1進(jìn)行螺栓鏈接;在Π形框架5-7的上面設(shè)置有集液器4，集液器4為正方形接水盤，接水盤的中心設(shè)置有一圓形凸臺(tái)，凸臺(tái)的中心處設(shè)置有通孔，超聲變幅桿5-2由通孔中穿過(guò)；
[0015]頂板6的上面設(shè)置有直角板8-9，直角板8-9通過(guò)螺栓固定在頂板6上，直角板8-8與另一 Π形狀的圍板8-9組成一箱體結(jié)構(gòu)，圍板8-9也通過(guò)螺栓固定在頂板6上，箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)連同頂板6上下貫通;Z方向滑臺(tái)8通過(guò)箱體結(jié)構(gòu)垂直設(shè)置在頂板6上，Z方向滑臺(tái)滑塊8-6與直角板8-9通過(guò)螺栓相固定;Z方向滑臺(tái)8中的側(cè)板ZB8-4與Y方向滑臺(tái)7中的上板X9-5相固定;Y方向滑臺(tái)7中的Y方向滑臺(tái)滑塊7-6與X方向滑臺(tái)9中的上板X9-5相固定；
[0016]X方向滑臺(tái)滑塊9-6的下邊設(shè)置有牙科手機(jī)夾具11，牙科手機(jī)夾具11用于夾持牙科手機(jī)10。
[0017]頂板6和底板I之間的平行度為0.1。
[0018]底板I中央的空心部分設(shè)置的測(cè)力儀支撐板2與底板I不相接觸。
[0019]集液器4的底部設(shè)置有導(dǎo)水接口。
[0020]本發(fā)明可將臨床用牙科手機(jī)及牙用磨料磨具用于磨削試驗(yàn)研究，并針對(duì)各種齒科材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)的輔以軸向超聲振動(dòng)的三維磨削修復(fù)試驗(yàn)，并可通過(guò)動(dòng)態(tài)的測(cè)力儀對(duì)磨削力隨時(shí)進(jìn)行測(cè)定和監(jiān)控。本發(fā)明的試驗(yàn)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，操作方便，制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明模擬裝置的軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是軸向超聲振動(dòng)系統(tǒng)的變幅桿支架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明模擬裝置的集液器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明模擬裝置的三維坐標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖標(biāo)記如下:
[0027]1---底板2---測(cè)力儀支撐板
[0028]3---測(cè)力儀4---集液器
[0029]5---切向超聲振動(dòng)系統(tǒng)5-1---變幅桿支架
[0030]5-2---變幅桿5-3---換能器
[0031 ]5-4---大螺母5-5---連接桿
[0032]5-6---工件夾具
[0033]6---頂板
[0034]7---Y方向滑臺(tái)
[0035]7-1---絲杠 Y7-2---框架 Y
[0036]7-3---側(cè)板 YA7-4---側(cè)板 YB
[0037]7-5---上板Y7-6---Y方向滑臺(tái)滑塊
[0038]7-7---伺服電機(jī)Y
[0039]8---Z方向滑臺(tái)
[0040]8-1---絲杠 Z8-2---框架 Z<