摘 要: 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。特別是在義齒機市場，需求量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牙科銑床認(rèn)識的提高，以及牙科疾病案例的激增所推動。

義齒機能夠使用玻璃陶瓷、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。未校準(zhǔn)的五軸義齒機加工會出現(xiàn)牙冠安裝困難、邊緣線不貼合、咬合高點等問題，影響患者佩戴的舒適度和咀嚼功能，直接導(dǎo)致返工與臨床適配失敗。其主要原因在于“3個線性軸+2個旋轉(zhuǎn)軸”存在五軸數(shù)控機床固有的幾何誤差，在高自由度五軸聯(lián)動作業(yè)時誤差會被放大，使實際刀尖軌跡偏離CAD/CAM理論刀路。

                                                                    基于 AB 雙旋轉(zhuǎn)軸的五軸義齒機及其坐標(biāo)系

1 五軸義齒機切削校準(zhǔn)的核心工藝要點
· 工件坐標(biāo)系的空間準(zhǔn)確性
系統(tǒng)需確保機械上的X/Y軸互相垂直、A/B的旋轉(zhuǎn)中心分別與X/Y平行、坐標(biāo)中心點與加工基準(zhǔn)一致，Z軸深度統(tǒng)一且與加工平面垂直。坐標(biāo)未校準(zhǔn)會直接導(dǎo)致分層臺階、局部過切/欠切等精度缺陷；
· 旋轉(zhuǎn)軸姿態(tài)的垂直與平行性
A/B軸的旋轉(zhuǎn)中心須與機床基準(zhǔn)保持正確的空間正交與平行關(guān)系。一旦旋轉(zhuǎn)軸存在傾斜或中心偏移，五軸聯(lián)動時刀尖軌跡將無法閉合，易產(chǎn)生臺階痕、過切導(dǎo)致牙齒厚度過薄、面融合不良以及角部偏心誤差。

示例說明：
如果工件坐標(biāo)的Y0沒有對準(zhǔn)A軸旋轉(zhuǎn)中心，五軸義齒機A軸旋轉(zhuǎn)180°后加工就會導(dǎo)致在Y方向上出現(xiàn)臺階。
若B軸沒有與Z軸保持垂直的狀態(tài)，導(dǎo)致左右多切材料現(xiàn)象（切削方盒樣塊表現(xiàn)為“左前高右后低/左傾右斜”等）。
校準(zhǔn)本質(zhì)就是把工件坐標(biāo)拉回真正的旋轉(zhuǎn)中心，使工件坐標(biāo)的XYZ調(diào)整到AB旋轉(zhuǎn)中心的正交點、Z軸與B軸保持垂直。
(1)傳統(tǒng)義齒機校準(zhǔn)解決方案:
傳統(tǒng)義齒機校準(zhǔn)普遍依賴人工以“切一點→看一點→調(diào)一點”的方式進(jìn)行手工分段試錯調(diào)試，一般存在以下問題：
· 效率低：手動對刀、尋邊、拉表、試切，全程40 - 60min/次，需多次反復(fù)；
· 精度不穩(wěn)：靠技師經(jīng)驗判斷，誤差常＞0.02 mm，首件合格率＜80%；
· 重復(fù)性差：換刀、換班、換盤均需從頭重做，無固定基準(zhǔn)；

· 刀具監(jiān)控滯后：崩刀磨損僅憑聽覺判斷，發(fā)現(xiàn)異常時整盤工件已報廢。
(2)正運動技術(shù)解決方案:
面向牙科行業(yè)的五軸義齒機解決方案，實現(xiàn)真正的“量體裁衣”！
正運動基于VPLC712機器視覺運動控制一體機，結(jié)合自主研發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，推出了面向牙科行業(yè)的五軸義齒機解決方案。
在此框架上，針對傳統(tǒng)調(diào)機方式的“痛點”，正運動新增了切削坐標(biāo)校準(zhǔn)功能，以提升五軸義齒機的切削精度與校準(zhǔn)效率，實現(xiàn)真正意義上的“量體裁衣”。

系統(tǒng)采用自研的五軸聯(lián)動算法，令加工復(fù)雜曲面更光順：“5-axis NURBS插補+速度前瞻+奇異點規(guī)避”三重優(yōu)化，使氧化鋯冠橋表面刀痕Ra降低約30%，邊緣圓角一次成型，拋光時間減少約25%。用戶可根據(jù)實際生產(chǎn)需求快速調(diào)整工件坐標(biāo)參數(shù)，簡化流程，顯著提升校準(zhǔn)速度與精度，有效降低綜合成本。

2 應(yīng)用于義齒機的機器視覺運動控制一體機VPLC7系列

(1)機器視覺運動控制一體機VPLC7系列的性能特點
· 可選4-64軸運動控制（脈沖+EtherCAT總線）， EtherCAT最小通訊周期250us；
· 內(nèi)置強實時運動控制內(nèi)核MotionRT750，支持第三方視覺軟件；
· 板載20路通用輸入（其中VPLC711的10路和VPLC712的8路為高速輸入），20路高速輸出；
· 基于x86架構(gòu)的EtherCAT總線視覺運動控制器，支持脫機運行，內(nèi)置豐富的視覺和運動控制功能，大幅簡化配置流程；
· 支持EtherCAT冗余功能，解決單點故障停機，自動診斷并持續(xù)運行，增強系統(tǒng)可靠性，簡化維護(hù)工作；
· 提供一體化開放式IPC形態(tài)的實時軟控制器/軟PLC集成的視覺+運動控制解決方案。
(2)搭載強實時運動控制內(nèi)核：  MotionRT750
其是在x86架構(gòu)Windows/Linux系統(tǒng)下獨占CPU內(nèi)核的運動控制實時內(nèi)核。

· 支持多達(dá)254軸的高精度運動控制，控制周期可低至125us，顯著提升設(shè)備性能，助力產(chǎn)能提升至少20%；

· 單條指令的交互時間為1-3us，相較于傳統(tǒng)的PCI/ PCIe、網(wǎng)口等通訊方式，速度提升了10-100倍以上；

· 搭載環(huán)形冗余架構(gòu)，確保非故障從站持續(xù)保持正常EtherCAT通信，可顯著提升系統(tǒng)可靠性與運行穩(wěn)定性，可有效杜絕EtherCAT通訊故障導(dǎo)致的產(chǎn)能損失；
· 當(dāng)Windows因病毒入侵、硬件異常插拔或驅(qū)動沖突導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰時，運動控制實時內(nèi)核MotionRT750仍可持續(xù)運行,且急停功能仍然保持有效，提供充分響應(yīng)時間進(jìn)行事故處置，顯著提升工業(yè)控制安全性與可靠性。

3 基于VPLC712的切削校準(zhǔn)解決方案概述
通過切削標(biāo)準(zhǔn)圓形蠟盤，在蠟盤四角對稱切削相同尺寸的小方盒，在理論上形成四個空間參考點。這四點應(yīng)共面，構(gòu)成一個與機床XY平面完全平行且與旋轉(zhuǎn)中心重合的矩形平面，通過測量四點高度，可判斷Z軸深度一致性以及AB旋轉(zhuǎn)軸的傾斜與垂直平行關(guān)系。

4 基于VPLC712的切削校準(zhǔn)工藝流程

(1)工藝步驟
第一步：上料
將待加工的蠟盤放置在C型夾具上夾緊等待NC加工處理。
第二步：加載NC文件
將需要使用的四方盒NC程序加載至代加工界面。
第三步：對稱切削四個小方盒
運行NC程序，在蠟盤四角對稱切削出尺寸一致的小方盒，形成四個空間參考點，直至程序執(zhí)行完成。
第四步：編號標(biāo)記
在四個方盒上標(biāo)記編號12/3/6/9號點位（以義齒機最內(nèi)壁處為12號，順時針編號），便于后續(xù)測量與記錄。
第五步：取料
將加工完成的蠟盤從夾具中取下，再用刻刀切斷支撐壁，取下四個方盒樣塊。
第六步：游標(biāo)卡尺測量與記錄
使用游標(biāo)卡尺逐一測量四個方盒對應(yīng)點位的 X、Y、Z尺寸，并將測量值與對應(yīng)編號記錄在測量表中。

第七步：計算或輸入測量值
將計算好的數(shù)值輸入G54坐標(biāo)當(dāng)中，或?qū)y量值輸入系統(tǒng)的校準(zhǔn)功能，自動計算出補償值，自動上傳至數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

第八步：驗證
重新裝夾標(biāo)準(zhǔn)蠟盤，重復(fù)執(zhí)行一次上述切削與測量流程。當(dāng)四點位置偏差≤0.02mm時，即五軸義齒機切削坐標(biāo)校準(zhǔn)完成。
(2)旋轉(zhuǎn)軸傾斜校正前后刀路對比

5 基于VPLC712的五軸義齒機切削校準(zhǔn)方案的核心優(yōu)勢

(1)調(diào)機時間大幅縮短
將40～60分鐘的手工分段試錯壓縮至20分鐘自動閉環(huán)加工。

(2) 一鍵四方盒校準(zhǔn)
通過可視化界面調(diào)用“四方盒校準(zhǔn)”，輸入測量值即可自動計算補償，快速完成校正，無需多輪試切。

(3)5分鐘內(nèi)定位問題源
調(diào)試過程中可實時觀察旋轉(zhuǎn)中心、平面度等關(guān)鍵參數(shù)，約5分鐘即可定位問題軸與誤差方向。

(4)補償參數(shù)自動記錄與追溯
所有補償值自動寫入控制器并生成校準(zhǔn)日志，換班后操作人員可隨時查看歷史記錄，避免重復(fù)試錯。與封閉式五軸義齒數(shù)控系統(tǒng)相比，單臺調(diào)試效率可提升約3倍。

(5)智能刀具壽命磨損監(jiān)控
提供刀具使用壽命記錄與報警，避免因刀具加工時間過長或異常磨損導(dǎo)致的精度下降與整盤報廢。

(6)多形態(tài)多材料兼容
支持圓盤、塊體和基臺等多種坯料形態(tài)，并可一鍵適配復(fù)合樹脂、玻璃陶瓷、塑料、氧化鋯等常用義齒材料，便于工廠統(tǒng)一工藝與管理。