三軸義齒雕銑機空間誤差及補償

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近年來，隨著中國制造 2025 的持續推進，制造業迎來了前所未有的發展機遇，很多關鍵共性技術已經外溢到其他行業。義齒數字化治療是一種涉及反求工程、機械加工、口腔學等多學科交叉的治療方式，其核心是將 CAD / CAM 技術應用到口腔醫療領域［1－2］。人類牙齒主要由齒、冠、根等典型的幾何曲面特征組成，傳統加工方法中很多工序主要靠手工完成，嚴重影響了義齒的制作成本和周期，明顯滯后于市場和患者的需求。為擺脫行業困境和提高生產效率，業內人士很早就設想利用自動化設備進行義齒加工，考慮到牙齒某些齒面造型復雜、加工面微小等因素，研究人員為此專門開發了義齒加工機床。F. Duret 等人基于 CAD /
CAM 技術設計了世界上第一款義齒雕刻機，成功開發了 Sopha－ Duret 軟件系統，并在臨床上取得了良好的效果［3］。德國西諾德公司開發了 Cerec 系列義齒修復制作系統，可實現牙齒的精準治療［4］。長期以來，我國義齒制作主要以手工制作為主，產品精度較低、制作周期較長、生產效率低下，缺乏能開展數字化生產的專用設備和相關加工工藝。隨著我們制造業技術的飛速發展，呂培軍等［5］在國內利用三軸數控雕刻設備率先完成了金屬全冠義齒加工。閆繼偉等［6］構建了一臺五軸義齒加工機床的空間誤差模型，為提高機床義齒加工精度提供了理論依據。張霖等［7］通過分析一臺義齒加工中心的整機綜合性能，建立了該機床的空間誤差模型并獲得系統關鍵區域誤差量，為后續加工試驗奠定了理論基礎。盡管很多專家學者對義齒的加工設備進行了多方面的改進，也取得較大的成果，總體上解決了能否采用自動化設備進行義齒制造的可行性問題，但在加工精度方面與國外同類產品比還有一段差距。
針對上述研究方法的優缺點，本文提出了一種基于三軸義齒雕銑機的空間誤差解析與補償的新方法。該方法利用多體系統理論構建誤差模型，計算各項幾何誤差相對于機床空間精度的相關性系數以辨識其重要性，最后建立線性回歸模型求逆解以獲取補償值?？紤]到軟件補償法具有柔性好、靈活性強、適用數值計算等特點，可以將軟件補償法與硬件補償法結合使用，用軟件補償模型量化硬件補償，從而實現以“軟”驅“硬”的模式實施義齒雕銑機加工補償。選取一臺自主開發的多軸三軸義齒雕銑機作為研究對象，對其定位誤差進行建模和誤差補償，根據實驗結果以檢驗該算法的有效性與可行性。

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結語
本文以自主開發的三軸義齒雕銑機為研究對象，在分析其空間定位誤差的基礎上建立了誤差補償模型，并通過實驗驗證，得到如下結論:
( 1) 在分析三軸雕銑機的機械拓撲結構的基礎上，利用多體系統理論建立了低序體陣列表，然后建立空間定位誤差模型。
( 2) 通過對三軸雕銑機 X、Y、Z 向的幾何誤差進行測量解析，然后解析其與空間誤差之間的關系，并取得與空間誤差相關度較高誤差要素，建立空間幾何誤差補償模型。
( 3) 通過實驗表明: 三軸雕銑機 z 軸 Z 向的定位誤差從 1. 260 mm 降低到 0. 735 mm，減少 0. 525 mm，降幅為 41. 7%。實驗表明本文所提出的三軸雕銑機空間定位誤差補償模型能對三軸雕銑機成功實施在線誤差補償，具有較好的誤差補償效果。

標簽：雕銑機

分類：雕銑機

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2021-09

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