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　　隨著中國口腔醫學的進步及人民生活質量和消費水平的提升，人們對醫療技術和服務的期望不斷提高，從而推動了對高端優質口腔醫療設備和材料的需求日益增加。特別是在義齒機市場，增長主要由人口老齡化導致的牙齒脫落、牙科銑床需求的增加、對CAD/CAM牙科銑床的認識的提高，以及牙科疾病案例的激增所推動。本文介紹了正運動技術開發的開放式數控系統在五軸義齒機上的應用情況。

　　文/深圳市正運動技術有限公司

　　圖1 加工材料

　　1 義齒機加工方案介紹

　　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，生產出高精度的牙齒修復體。

　　(1)傳統義齒加工方案局限性

　　傳統義齒加工依賴人工或半自動義齒機，導致生產效率低、產品質量不穩定，且嚴重依賴技師經驗。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;且容易出現精度不足導致適配的問題，從而影響到患者佩戴的舒適度和咀嚼功能。

　　此外，傳統加工方式的材料利用率低，過程中會產生大量的材料浪費。半自動義齒機系統操作繁瑣，加工步驟多，增加了維護成本，且無法實現遠程監控，售后維護成本較高，造成故障處理不及時的情況時有發生。

　　圖2 傳統義齒加工

　　(2)正運動技術解決方案

　　正運動技術開放式數控系統，基于VPLC532E機器視覺運動控制一體機開發，結合四軸、五軸義齒機床，在義齒加工工藝流程中的雕刻、磨削實現高精度控制，保證了義齒的高度符合人體工學、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。

　　該開放式數控系統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，提高了工件加工質量。同時允許用戶在原有基礎上進行二次開發，自行擴展M代碼，可用以區分粗切和精切，使加工效率更高。定制化的系統界面使操作更便捷，縮短了調試周期;且支持連接外網，可通過網線和無線網卡連接外網，方便遠程監控和后期維護。

　　正運動技術為市場上的牙科醫療設備領域提供智能化運動控制解決方案，進一步提升正運動技術在醫療設備市場份額。

　　圖3 正運動技術開放式數控系統

　　2 開放式數控系統介紹

　　正運動技術的開放式數控系統專為多軸數控加工應用設計，基于多年的數控技術、CAM技術、運動控制技術打造，旨在為有數控應開發需求的用戶，提供一個穩定且功能強大的軟件硬件平臺，降低了用戶開發難度，縮小開發團隊規模式，提升了實用開發效率，降低客戶項目風險，為客戶提供一站式解決方案。

　　該系統支持高度自定義和靈活配置，使其能夠適應各種復雜的數控加工需求，提高了操作效率，還確保了數控加工精度和產品質量。

　　圖4 開放式數控系統拓撲圖

　　該開放式數控系統核心功能介紹：

　　l 全自主研發開放式數控系統架構，提供功能豐富五軸數控系統軟件，操作簡便;

　　l 系統廠商可以高效地在現有架構二次開發的基礎上打造自定義的風格;

　　l 高精度五軸聯動加工，工件更精密，邊緣更圓順;

　　l 支持遠程可視化管理，遠程監控協助生產，維護更及時;

　　l 全方位保護機制：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，方便定制個性化界面;

　　l 適配市場常見的EtherCAT總線、脈沖伺服驅動器;

　　l 自適應前瞻算法：基于實際加工路徑的前瞻的速度控制算法;通過建立數學模型導出銜接進給速度的約束條件，以此實現微小線段之間的進給速度的高速銜接。

　　圖5 開放式數控軟件功能

　　3 開放式數控系統在五軸義齒機上的解決方案

　　圖6 醫療牙科設備雕刻數控系統結構圖

　　該義齒機系統基于正運動開放式數控系統平臺，設計打造的醫療牙科設備雕刻數控系統包括：

　　· 24DI：接對刀儀、開關信號等;

　　· 12DO：接電主軸，高速輸出口接工業相機的硬觸發輸入等;

　　· EtherCAT接口：可接EtherCAT總線驅動器;

　　· 6路差分脈沖軸接口：接步進/脈沖驅動器;

　　· 2路模擬量DA：接變頻器;

　　· USB3.0接口：接支持USB3.0協議的面陣相機，實現監控功能等。

　　4 開放式數控系統在五軸義齒機上的功能實現

　　系統通過解析導入系統的NC文件，根據NC文件中的G代碼和M代碼等數控相關指令，進行運動。工件曲面加工由系統內設置的平滑參數、插補算法，優化工件表面的加工效果。系統可支持擴展M代碼來實現輸出信號的控制，以及使用M代碼來區分粗切和精切，提高加工效率;對刀換刀可根據設置的對刀參數，實現分段速度，在快要到達對刀儀和刀庫時緩慢運動;可通過主界面的速度倍率滑塊，調節加工時的進給速度F的數值。

　　②②②②

　　圖7 五軸義齒機加工界面

　　(1)系統動作流程

　　①回零回退

　　開始時，旋轉軸移動至設定的回零點。達到零點后，根據回零回退距離參數調整，確保旋轉軸處于水平狀態。

　　②分中

　　執行“分中”功能，初步設定系統的工件坐標系。

　　③導入NC文件

　　將含有加工文件的U盤插入控制器。選擇目標文件，并點擊“導入系統”以加載文件至系統。

　　④啟動NC文件

　　點擊“啟動”，設備根據NC文件指定的刀號執行對刀或換刀。啟動主軸和研磨液，根據NC文件中的M指令。按照設定的工件坐標系和G代碼進行加工。

　　⑤設定工件坐標系

　　加工測試方塊后，通過“校準件測量”功能測量并計算當前的工件坐標數值。自動保存工件坐標和系統B軸的回退距離。

　　⑥換料坐標

　　根據設備的實際使用情況設置各軸的換料位置，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 開放式數控系統在五軸義齒機上的應用優勢

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

　　l 減少工具磨損，系統可以動態調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，進一步優化了生產效率;

　　l 用戶可自定義，能根據特定的生產需求進行調整和優化，同時支持在現有設備上進行升級和擴展，以適應新的義齒加工工藝要求;

　　l 設有USB攝像頭，用于遠程監控和服務;

　　l 刀具壽命監控，具有自動換刀，對刀功能;

　　l 系統架構和算法100%自主研發，有效避免技術封鎖，產品供應等“卡脖子”問題;

　　l 可選配WIFI無線網卡，方便CAM軟件與系統無線交互數據及加工文件。