本文關(guān)鍵詞： 義齒加工 五軸機(jī)床 方案設(shè)計(jì) 伺服系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：牙齒在人們的飲食以及語(yǔ)言、發(fā)音、面部肌肉形態(tài)的保持等方面發(fā)揮著巨大的作用,牙齒健康問題是人們當(dāng)前關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。CAD/CAM的興起使得義齒修復(fù)體的手工制作方式逐漸被數(shù)控加工所取代。然而我國(guó)義齒修復(fù)體的制作方式仍然主要以手工制作為主,精度不穩(wěn)定,加工效率低、操作環(huán)境差。針對(duì)這個(gè)問題,我國(guó)每年需要花費(fèi)大量資金引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的義齒加工設(shè)備,而且設(shè)備的后期維修成本高,這嚴(yán)重阻礙了我國(guó)口腔修復(fù)水平的提高,因此研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的義齒加工設(shè)備,是提高我國(guó)口腔修復(fù)水平的重中之重。本課題以高效高精地完成義齒修復(fù)體的加工為目的,對(duì)義齒加工設(shè)備的功能需求進(jìn)行了分析,然后以此為基礎(chǔ)對(duì)機(jī)床進(jìn)行了結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)功能分配、工作空間規(guī)劃等工作,最終設(shè)計(jì)出了一臺(tái)用于義齒加工的五軸數(shù)控機(jī)床。機(jī)床本體的精度是影響機(jī)床最終加工精度的關(guān)鍵因素。本文依據(jù)多體系統(tǒng)理論建立了機(jī)床的空間誤差模型;利用矩陣偏微分法對(duì)模型進(jìn)行了誤差敏感性分析,定義了敏感度系數(shù),對(duì)關(guān)鍵誤差源進(jìn)行了識(shí)別,為提高機(jī)床精度提供了指導(dǎo)性意見;建立了基于成本—公差的精度分配模型,利用遺傳算法對(duì)機(jī)床進(jìn)行了精度分配,確定了機(jī)床的精度指標(biāo)。伺服進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部分,其運(yùn)行性能的好壞直接影響到機(jī)床的加工精度和加工效率。本文在對(duì)常用的伺服進(jìn)給方式進(jìn)行對(duì)比分析的基礎(chǔ)上,確定了機(jī)床的進(jìn)給方案;對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)電耦合數(shù)學(xué)建模;依據(jù)自動(dòng)控制理論對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì);制定了控制參數(shù);對(duì)所設(shè)計(jì)的伺服系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,分析了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,驗(yàn)證了系統(tǒng)的運(yùn)行性能。機(jī)床各部件的靜動(dòng)態(tài)特性直接決定著機(jī)床本體的加工性能。本文采用有限元對(duì)對(duì)機(jī)床性能影響較大的重要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行了力學(xué)性能分析,并據(jù)此對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高其靜動(dòng)態(tài)特性;對(duì)機(jī)床整體進(jìn)行了靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性分析,找出了機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié),提出了下一步的改進(jìn)意見。最后本文用所設(shè)計(jì)的機(jī)床樣機(jī)進(jìn)行了義齒加工的初步實(shí)驗(yàn),加工實(shí)驗(yàn)表明本課題所設(shè)計(jì)的五軸機(jī)床所加工出的義齒能夠滿足口腔修復(fù)的臨床要求,并且該機(jī)床具有很高的加工效率。
[Abstract]:Teeth play a huge role in people's diet, language, pronunciation, facial muscle shape, etc. The problem of dental health is a focus of people's attention at present. The rise of CAD / CAM makes the handmade method of denture prosthesis gradually replaced by numerical control machining. However, the manufacture of denture prosthesis in our country is still mainly made by hand. The precision is unstable, the processing efficiency is low, and the operating environment is poor. In view of this problem, our country needs to spend a large amount of money every year to introduce advanced foreign denture processing equipment, and the maintenance cost of the equipment in the later stage is high. This seriously hinders the improvement of the level of dental prosthesis in China, so the development of denture processing equipment with independent intellectual property rights, It is the most important to improve the level of dental prosthesis in our country. The purpose of this project is to finish the denture prosthesis with high efficiency and precision, and to analyze the functional requirements of the denture processing equipment. Then on the basis of this, the structural layout design, motion function distribution, workspace planning and so on are carried out on the machine tool. Finally, a five-axis NC machine tool for denture machining is designed. The precision of the machine body is the key factor affecting the final machining accuracy of the machine tool. In this paper, the spatial error model of the machine tool is established according to the theory of multi-body system. The error sensitivity of the model is analyzed by matrix partial differential method, the sensitivity coefficient is defined, the key error source is identified, the guidance is provided for improving the accuracy of machine tools, and the accuracy distribution model based on cost tolerance is established. The precision of machine tool is assigned by genetic algorithm, and the precision index of machine tool is determined. The servo feed system is the key part of NC machine tool. The performance of the machine has a direct impact on the machining accuracy and efficiency. Based on the comparative analysis of the common servo feed methods, the feed scheme of the machine tool is determined. The servo feed system is modeled by electromechanical coupling; the servo feed system is designed according to the automatic control theory; the control parameters are formulated; the designed servo system is simulated, and the dynamic characteristics of the system are analyzed. The operating performance of the system is verified. The static and dynamic characteristics of the components of the machine tool directly determine the machining performance of the machine body. In this paper, the mechanical properties of the important structural parts which have great influence on the machine tool performance are analyzed by using finite element method. In order to improve the static and dynamic characteristics of the machine tool, the static and dynamic characteristics of the machine tool are analyzed, and the weak links of the machine tool are found out. Finally, the preliminary experiment of denture processing with the designed machine tool prototype is carried out. The processing experiment shows that the denture manufactured by the five-axis machine tool designed in this paper can meet the clinical requirements of oral prosthesis. And the machine has a high processing efficiency.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG659

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本文編號(hào)：1502266