隨著中國口腔醫(yī)學(xué)的進(jìn)步及人民生活質(zhì)量和消費水平的提升，人們對醫(yī)療技術(shù)和服務(wù)的期望不斷提高，從而推動了對高端優(yōu)質(zhì)口腔醫(yī)療設(shè)備和材料的需求日益增加。特別是在義齒機(jī)市場，增長主要由人口老齡化導(dǎo)致的牙齒脫落、牙科銑床需求的增加、對CAD/CAM牙科銑床的認(rèn)識的提高，以及牙科疾病案例的激增所推動。本文介紹了正運動技術(shù)開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)在五軸義齒機(jī)上的應(yīng)用情況。

　　文/深圳市正運動技術(shù)有限公司

　　圖1 加工材料

　　1 義齒機(jī)加工方案介紹

　　義齒機(jī)能夠使用玻璃陶瓷、鈦柱、蠟、氧化鋯、合金和樹脂等多種材料，生產(chǎn)出高精度的牙齒修復(fù)體。

　　(1)傳統(tǒng)義齒加工方案局限性

　　傳統(tǒng)義齒加工依賴人工或半自動義齒機(jī)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，且嚴(yán)重依賴技師經(jīng)驗。另外，由于加工周期長，也增加了患者等待的時間，影響了診所效率;且容易出現(xiàn)精度不足導(dǎo)致適配的問題，從而影響到患者佩戴的舒適度和咀嚼功能。

　　此外，傳統(tǒng)加工方式的材料利用率低，過程中會產(chǎn)生大量的材料浪費。半自動義齒機(jī)系統(tǒng)操作繁瑣，加工步驟多，增加了維護(hù)成本，且無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，售后維護(hù)成本較高，造成故障處理不及時的情況時有發(fā)生。

　　圖2 傳統(tǒng)義齒加工

　　(2)正運動技術(shù)解決方案

　　正運動技術(shù)開放式數(shù)控系統(tǒng)，基于VPLC532E機(jī)器視覺運動控制一體機(jī)開發(fā)，結(jié)合四軸、五軸義齒機(jī)床，在義齒加工工藝流程中的雕刻、磨削實現(xiàn)高精度控制，保證了義齒的高度符合人體工學(xué)、舒適性及耐用性，適用于蠟塊、氧化鋯、玻璃陶瓷、鈦柱等不同材料的加工。

　　該開放式數(shù)控系統(tǒng)支持速度前瞻和圓弧插補等功能，保證了曲面加工時運動軌跡的平滑性，提高了工件加工質(zhì)量。同時允許用戶在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，自行擴(kuò)展M代碼，可用以區(qū)分粗切和精切，使加工效率更高。定制化的系統(tǒng)界面使操作更便捷，縮短了調(diào)試周期;且支持連接外網(wǎng)，可通過網(wǎng)線和無線網(wǎng)卡連接外網(wǎng)，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控和后期維護(hù)。

　　正運動技術(shù)為市場上的牙科醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域提供智能化運動控制解決方案，進(jìn)一步提升正運動技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備市場份額。

　　圖3 正運動技術(shù)開放式數(shù)控系統(tǒng)

　　2 開放式數(shù)控系統(tǒng)介紹

　　正運動技術(shù)的開放式數(shù)控系統(tǒng)專為多軸數(shù)控加工應(yīng)用設(shè)計，基于多年的數(shù)控技術(shù)、CAM技術(shù)、運動控制技術(shù)打造，旨在為有數(shù)控應(yīng)開發(fā)需求的用戶，提供一個穩(wěn)定且功能強(qiáng)大的軟件硬件平臺，降低了用戶開發(fā)難度，縮小開發(fā)團(tuán)隊規(guī)模式，提升了實用開發(fā)效率，降低客戶項目風(fēng)險，為客戶提供一站式解決方案。

　　該系統(tǒng)支持高度自定義和靈活配置，使其能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的數(shù)控加工需求，提高了操作效率，還確保了數(shù)控加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　圖4 開放式數(shù)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　該開放式數(shù)控系統(tǒng)核心功能介紹：

　　l 全自主研發(fā)開放式數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)，提供功能豐富五軸數(shù)控系統(tǒng)軟件，操作簡便;

　　l 系統(tǒng)廠商可以高效地在現(xiàn)有架構(gòu)二次開發(fā)的基礎(chǔ)上打造自定義的風(fēng)格;

　　l 高精度五軸聯(lián)動加工，工件更精密，邊緣更圓順;

　　l 支持遠(yuǎn)程可視化管理，遠(yuǎn)程監(jiān)控協(xié)助生產(chǎn)，維護(hù)更及時;

　　l 全方位保護(hù)機(jī)制：氣壓報警、冷卻水報警、對刀報警、還刀檢測報警、軸報警、刀具壽命報警等;

　　l ZHMI界面組態(tài)，方便定制個性化界面;

　　l 適配市場常見的EtherCAT總線、脈沖伺服驅(qū)動器;

　　l 自適應(yīng)前瞻算法：基于實際加工路徑的前瞻的速度控制算法;通過建立數(shù)學(xué)模型導(dǎo)出銜接進(jìn)給速度的約束條件，以此實現(xiàn)微小線段之間的進(jìn)給速度的高速銜接。

　　圖5 開放式數(shù)控軟件功能

　　3 開放式數(shù)控系統(tǒng)在五軸義齒機(jī)上的解決方案

　　圖6 醫(yī)療牙科設(shè)備雕刻數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　該義齒機(jī)系統(tǒng)基于正運動開放式數(shù)控系統(tǒng)平臺，設(shè)計打造的醫(yī)療牙科設(shè)備雕刻數(shù)控系統(tǒng)包括：

　　· 24DI：接對刀儀、開關(guān)信號等;

　　· 12DO：接電主軸，高速輸出口接工業(yè)相機(jī)的硬觸發(fā)輸入等;

　　· EtherCAT接口：可接EtherCAT總線驅(qū)動器;

　　· 6路差分脈沖軸接口：接步進(jìn)/脈沖驅(qū)動器;

　　· 2路模擬量DA：接變頻器;

　　· USB3.0接口：接支持USB3.0協(xié)議的面陣相機(jī)，實現(xiàn)監(jiān)控功能等。

　　4 開放式數(shù)控系統(tǒng)在五軸義齒機(jī)上的功能實現(xiàn)

　　系統(tǒng)通過解析導(dǎo)入系統(tǒng)的NC文件，根據(jù)NC文件中的G代碼和M代碼等數(shù)控相關(guān)指令，進(jìn)行運動。工件曲面加工由系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的平滑參數(shù)、插補算法，優(yōu)化工件表面的加工效果。系統(tǒng)可支持?jǐn)U展M代碼來實現(xiàn)輸出信號的控制，以及使用M代碼來區(qū)分粗切和精切，提高加工效率;對刀換刀可根據(jù)設(shè)置的對刀參數(shù)，實現(xiàn)分段速度，在快要到達(dá)對刀儀和刀庫時緩慢運動;可通過主界面的速度倍率滑塊，調(diào)節(jié)加工時的進(jìn)給速度F的數(shù)值。

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　　圖7 五軸義齒機(jī)加工界面

　　(1)系統(tǒng)動作流程

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　　開始時，旋轉(zhuǎn)軸移動至設(shè)定的回零點。達(dá)到零點后，根據(jù)回零回退距離參數(shù)調(diào)整，確保旋轉(zhuǎn)軸處于水平狀態(tài)。

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　　執(zhí)行“分中”功能，初步設(shè)定系統(tǒng)的工件坐標(biāo)系。

　?、蹖?dǎo)入NC文件

　　將含有加工文件的U盤插入控制器。選擇目標(biāo)文件，并點擊“導(dǎo)入系統(tǒng)”以加載文件至系統(tǒng)。

　　④啟動NC文件

　　點擊“啟動”，設(shè)備根據(jù)NC文件指定的刀號執(zhí)行對刀或換刀。啟動主軸和研磨液，根據(jù)NC文件中的M指令。按照設(shè)定的工件坐標(biāo)系和G代碼進(jìn)行加工。

　　⑤設(shè)定工件坐標(biāo)系

　　加工測試方塊后，通過“校準(zhǔn)件測量”功能測量并計算當(dāng)前的工件坐標(biāo)數(shù)值。自動保存工件坐標(biāo)和系統(tǒng)B軸的回退距離。

　?、迵Q料坐標(biāo)

　　根據(jù)設(shè)備的實際使用情況設(shè)置各軸的換料位置，以便加工完成后方便換料。

　　圖8 五軸義齒機(jī)加工圖

　　(2)解決方案硬件配置(見表1)

　　表1 硬件配置表

　　5 開放式數(shù)控系統(tǒng)在五軸義齒機(jī)上的應(yīng)用優(yōu)勢

　　l 通過可視化界面，設(shè)置加工參數(shù)，可實現(xiàn)多個自由度上同時運動加工，完成復(fù)雜的加工任務(wù)，如傾斜、旋轉(zhuǎn)圓盤以進(jìn)行不同深度倒凹等，顯著提高了加工速度和精度，輕松實現(xiàn)銑削大型牙弓修復(fù)體和其它全口假體等;

　　l 減少工具磨損，系統(tǒng)可以動態(tài)調(diào)整刀具與工件的角度，更有效地使用磨削工具，提高了刀具的使用壽命，同時也減少了刀具更換次數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化了生產(chǎn)效率;

　　l 用戶可自定義，能根據(jù)特定的生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，同時支持在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行升級和擴(kuò)展，以適應(yīng)新的義齒加工工藝要求;

　　l 設(shè)有USB攝像頭，用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和服務(wù);

　　l 刀具壽命監(jiān)控，具有自動換刀，對刀功能;

　　l 系統(tǒng)架構(gòu)和算法100%自主研發(fā)，有效避免技術(shù)封鎖，產(chǎn)品供應(yīng)等“卡脖子”問題;

　　l 可選配WIFI無線網(wǎng)卡，方便CAM軟件與系統(tǒng)無線交互數(shù)據(jù)及加工文件。