一種可調比例的五軸仿形加工機構

王江濤

（中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司先進耐火材料國家重點實驗室，河南洛陽471039）

1 引言

本機構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，且表面形狀極不規則，所以義齒表面的車削屬于復雜的特殊形狀加工。針對復雜的牙齒形狀，一般首先采用熔蠟精密鑄造或其它手段來獲得義齒的精密模型，然后采用靠模仿形加工來車削氧化鋯瓷塊，最后燒結瓷塊獲得義齒。因為氧化鋯瓷塊在燒結過程中會因收縮比的不同而出現不同比例的收縮，所以需要一種比例可調的仿形加工機結構以適應不同收縮比的鋯塊。本文介紹了一種利用相似三角形原理的五軸仿形加工機構，它不僅可以進行靠模仿形加工，而且其仿形比例可以調節。

2 工作原理及機構組成

2.1 工作原理

本機構主要是根據相似三角形對應邊成比例這一原理來實現靠模仿形加工，再利用改變相似三角形對應邊長度大小的方法來獲得不同的仿形加工比例。

2.2 機構組成

如圖1所示，本機構運動部分主要由支座運動部分、主體四連桿結構和工作臺系統等三大部分組成。其中支座運動部分由連桿底座1、軌道滾輪3、圓環軌道4組成；主體四連桿結構由5、6、7、8四組連桿和連桿調節件9以及車削打磨機10、靠模打磨機11構成，主體四連桿結構通過連桿支柱2和支座運動部分連接；工作臺系統由翻轉盤14、15和翻轉盤四連桿機構16以及工作臺17構成。

圖1 五軸仿形加工機構圖

3 運動結構分析

3.1 仿形比例的實現

如圖2所示，圓環軌道在四個軌道滾輪定位的范圍內繞圓心O點做圓周運動，圓周的半徑為OM，M點是圓環軌道上的一固定點，同時又位于AB間的任一位置。A點為連桿一和連桿四的鉸鏈點，B點為連桿三和連桿四的鉸鏈點，A、B間的連線的延長線經過圓心O，當A、B分別到達某一點 A′、B′的位置時，由于△OAB∽△OA′B′，所以 AA′∶BB′=OA：OB=K1；同樣道理，當 C、D 兩點分別移動到某一點 C′、D′的位置時，由于△ACC′∽△BDD′，所以CC′∶DD′=AC：BD=K2；調節設計尺寸，使 K1=K2=K，這樣車削打磨機在X、Y、Z三個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 仿形比例調節

如圖2所示，OA=OM-AM，OB=OM+BM，因為OM是一固定值，所以調節M點在AB上的位置，便可以得到不同長度的OA、OB，從而可以得到不同的仿形比例K3。打開調節緊固螺釘，調節連桿調節件，便可以得到不同長度的BD，從而可以得到新的仿形比例K4。調節調節尺寸，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，改變調節尺寸，我們便可以得到不同的仿形比例。

3.3 五軸加工的實現

如上文分析，支座運動部分和主體四連桿結構實現了車削打磨機在X、Y、Z三軸向的任意仿形移動。

如圖1，工件12和模型13分別裝卡在對應的翻轉盤14、15上，翻轉盤14、15通過翻轉盤四連桿結構16在工作臺上可以繞其對應的軸做同步翻轉。同時翻轉盤14、15固定在工作臺17上，工作臺17可以繞其支撐軸做360°旋轉，工作臺17的支撐旋轉軸和翻轉盤14、15的旋轉軸垂直，從而實現了工件繞A軸、B軸的運動。綜上所述，該機構可以對工件進行五軸仿形加工。

4 結語

從以上分析可以看出，該機構利用相似三角形原理和四連桿結構，可以對工件進行五軸仿形加工，且仿形比例可調，從而滿足了對不同收縮比例氧化鋯瓷塊的加工需求，同時五軸加工技術也可以完成對復雜牙模的仿形加工，更好地滿足了人們對不同形態義齒的加工需求。