王江濤

（中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司先進(jìn)耐火材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽(yáng)471039）

1 引言

本機(jī)構(gòu)主要用于氧化鋯義齒的車削加工。眾所周知，人的牙齒各不相同，且表面形狀極不規(guī)則，所以義齒表面的車削屬于復(fù)雜的特殊形狀加工。針對(duì)復(fù)雜的牙齒形狀，一般首先采用熔蠟精密鑄造或其它手段來(lái)獲得義齒的精密模型，然后采用靠模仿形加工來(lái)車削氧化鋯瓷塊，最后燒結(jié)瓷塊獲得義齒。因?yàn)檠趸喆蓧K在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)因收縮比的不同而出現(xiàn)不同比例的收縮，所以需要一種比例可調(diào)的仿形加工機(jī)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同收縮比的鋯塊。本文介紹了一種利用相似三角形原理的五軸仿形加工機(jī)構(gòu)，它不僅可以進(jìn)行靠模仿形加工，而且其仿形比例可以調(diào)節(jié)。

2 工作原理及機(jī)構(gòu)組成

2.1 工作原理

本機(jī)構(gòu)主要是根據(jù)相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例這一原理來(lái)實(shí)現(xiàn)靠模仿形加工，再利用改變相似三角形對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)度大小的方法來(lái)獲得不同的仿形加工比例。

2.2 機(jī)構(gòu)組成

如圖1所示，本機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部分主要由支座運(yùn)動(dòng)部分、主體四連桿結(jié)構(gòu)和工作臺(tái)系統(tǒng)等三大部分組成。其中支座運(yùn)動(dòng)部分由連桿底座1、軌道滾輪3、圓環(huán)軌道4組成；主體四連桿結(jié)構(gòu)由5、6、7、8四組連桿和連桿調(diào)節(jié)件9以及車削打磨機(jī)10、靠模打磨機(jī)11構(gòu)成，主體四連桿結(jié)構(gòu)通過(guò)連桿支柱2和支座運(yùn)動(dòng)部分連接；工作臺(tái)系統(tǒng)由翻轉(zhuǎn)盤14、15和翻轉(zhuǎn)盤四連桿機(jī)構(gòu)16以及工作臺(tái)17構(gòu)成。

圖1 五軸仿形加工機(jī)構(gòu)圖

3 運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析

3.1 仿形比例的實(shí)現(xiàn)

如圖2所示，圓環(huán)軌道在四個(gè)軌道滾輪定位的范圍內(nèi)繞圓心O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，圓周的半徑為OM，M點(diǎn)是圓環(huán)軌道上的一固定點(diǎn)，同時(shí)又位于AB間的任一位置。A點(diǎn)為連桿一和連桿四的鉸鏈點(diǎn)，B點(diǎn)為連桿三和連桿四的鉸鏈點(diǎn)，A、B間的連線的延長(zhǎng)線經(jīng)過(guò)圓心O，當(dāng)A、B分別到達(dá)某一點(diǎn) A′、B′的位置時(shí)，由于△OAB∽△OA′B′，所以 AA′∶BB′=OA：OB=K1；同樣道理，當(dāng) C、D 兩點(diǎn)分別移動(dòng)到某一點(diǎn) C′、D′的位置時(shí)，由于△ACC′∽△BDD′，所以CC′∶DD′=AC：BD=K2；調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)尺寸，使 K1=K2=K，這樣車削打磨機(jī)在X、Y、Z三個(gè)軸向便可以加工出和模型件成一定比例K的仿形工件。

圖2 工作原理圖

3.2 仿形比例調(diào)節(jié)

如圖2所示，OA=OM-AM，OB=OM+BM，因?yàn)镺M是一固定值，所以調(diào)節(jié)M點(diǎn)在AB上的位置，便可以得到不同長(zhǎng)度的OA、OB，從而可以得到不同的仿形比例K3。打開(kāi)調(diào)節(jié)緊固螺釘，調(diào)節(jié)連桿調(diào)節(jié)件，便可以得到不同長(zhǎng)度的BD，從而可以得到新的仿形比例K4。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)尺寸，使K3=K4=K′，那么便可以加工出仿形比例為K′的仿形工件。由此看出，改變調(diào)節(jié)尺寸，我們便可以得到不同的仿形比例。

3.3 五軸加工的實(shí)現(xiàn)

如上文分析，支座運(yùn)動(dòng)部分和主體四連桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了車削打磨機(jī)在X、Y、Z三軸向的任意仿形移動(dòng)。

如圖1，工件12和模型13分別裝卡在對(duì)應(yīng)的翻轉(zhuǎn)盤14、15上，翻轉(zhuǎn)盤14、15通過(guò)翻轉(zhuǎn)盤四連桿結(jié)構(gòu)16在工作臺(tái)上可以繞其對(duì)應(yīng)的軸做同步翻轉(zhuǎn)。同時(shí)翻轉(zhuǎn)盤14、15固定在工作臺(tái)17上，工作臺(tái)17可以繞其支撐軸做360°旋轉(zhuǎn)，工作臺(tái)17的支撐旋轉(zhuǎn)軸和翻轉(zhuǎn)盤14、15的旋轉(zhuǎn)軸垂直，從而實(shí)現(xiàn)了工件繞A軸、B軸的運(yùn)動(dòng)。綜上所述，該機(jī)構(gòu)可以對(duì)工件進(jìn)行五軸仿形加工。

4 結(jié)語(yǔ)

從以上分析可以看出，該機(jī)構(gòu)利用相似三角形原理和四連桿結(jié)構(gòu)，可以對(duì)工件進(jìn)行五軸仿形加工，且仿形比例可調(diào)，從而滿足了對(duì)不同收縮比例氧化鋯瓷塊的加工需求，同時(shí)五軸加工技術(shù)也可以完成對(duì)復(fù)雜牙模的仿形加工，更好地滿足了人們對(duì)不同形態(tài)義齒的加工需求。