义齿加工五轴机床的设计分析及实验验证

摘要

牙齿在人们的饮食以及语言、发音、面部肌肉形态的保持等方面发挥着巨大的作用，牙齿健康问题是人们当前关注的一个焦点。CAD/CAM的兴起使得义齿修复体的手工制作方式逐渐被数控加工所取代。然而我国义齿修复体的制作方式仍然主要以手工制作为主，精度不稳定，加工效率低、操作环境差。针对这个问题，我国每年需要花费大量资金引进国外先进的义齿加工设备，而且设备的后期维修成本高，这严重阻碍了我国口腔修复水平的提高，因此研发具有自主知识产权的义齿加工设备，是提高我国口腔修复水平的重中之重。
　　本课题以高效高精地完成义齿修复体的加工为目的，对义齿加工设备的功能需求进行了分析，然后以此为基础对机床进行了结构布局设计、运动功能分配、工作空间规划等工作，最终设计出了一台用于义齿加工的五轴数控机床。
　　机床本体的精度是影响机床最终加工精度的关键因素。本文依据多体系统理论建立了机床的空间误差模型；利用矩阵偏微分法对模型进行了误差敏感性分析，定义了敏感度系数，对关键误差源进行了识别，为提高机床精度提供了指导性意见；建立了基于成本—公差的精度分配模型，利用遗传算法对机床进行了精度分配，确定了机床的精度指标。
　　伺服进给系统是数控机床的关键部分，其运行性能的好坏直接影响到机床的加工精度和加工效率。本文在对常用的伺服进给方式进行对比分析的基础上，确定了机床的进给方案；对伺服进给系统进行了机电耦合数学建模；依据自动控制理论对伺服进给系统进行了设计；制定了控制参数；对所设计的伺服系统进行了仿真，分析了系统的动态特性，验证了系统的运行性能。
　　机床各部件的静动态特性直接决定着机床本体的加工性能。本文采用有限元对对机床性能影响较大的重要结构部件进行了力学性能分析，并据此对其进行了优化设计以提高其静动态特性；对机床整体进行了静力学与动力学特性分析，找出了机床的薄弱环节，提出了下一步的改进意见。
　　最后本文用所设计的机床样机进行了义齿加工的初步实验，加工实验表明本课题所设计的五轴机床所加工出的义齿能够满足口腔修复的临床要求，并且该机床具有很高的加工效率。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究背景及意义

1.3 小型义齿加工设备的国内外发展现状

1.4 数控机床精度研究现状

1.5 课题主要研究内容

第2章 机床的总体方案设计

2.1 引言

2.2 机床的功能需求

2.3 机床总体结构方案设计

2.4 机床误差建模与精度设计

2.5 主轴系统的选择

2.6 本章小结

第3章 机床伺服进给系统的设计与分析

3.1 引言

3.2 进给方式的选择

3.3 交流伺服进给系统设计及性能分析

3.4 伺服进给系统性能仿真分析

3.5 本章小结

第4章 机床关键部件的设计分析及优化

4.1 引言

4.2 转台的设计、分析及优化

4.3 主轴部件的设计、分析及优化

4.4 机床整体的静动态特性分析

4.5 本章小结

第5章 义齿加工实验验证

5.1 引言

5.2 机床定位精度和重复定位精度测量

5.3 义齿加工实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢