用于切割隐形矫正器的全自动生产线的制作方法

1.本实用新型属于隐形矫正器加工技术领域，具体的说，是关于一种用于切割隐形矫正器的全自动生产线。


背景技术：

2.近年来随着我国经济和社会的迅速发展，人们彼此之间的交际也越来越多，因此整齐美观的牙齿对于每个人的外表也越来越重要。在目前的口腔正畸技术中，主要有传统的托槽和金属弓丝配合的固定矫治技术和无托槽隐形正畸矫治技术。其中无托槽隐形正畸矫治技术采用的隐形矫正器因其具有隐形性、美观性、舒适性、方便性、卫生性、正畸过程可预测性等优点，越来越受到正畸医生和患者的喜爱，隐形矫正器也俗称隐形牙套。
3.在目前，所有的隐形矫正器都会经过3d模型数据打印，热压成型，边缘切割打磨，三个步骤来进行制作。
4.在隐形矫正器制作过程中，边缘切割打磨采用的是人工加工或采用cnc设备由人工上下料由cnc设备进行加工，其中，人工加工速度慢，生产效率低，人工上下料由cnc设备加工的方式也因人工操作熟练度、搬运等流程导致整体效率低下；同时，市场上对于隐形矫正器的需求却在不断增加，每天都会有成百或上千套的需求量，故而目前的方式，由于自动化程度不高，导致生产效率低下。
5.同时，由于每个人的牙齿不同，使得隐形矫正器的最大市场在于定制化，即根据每个人的牙齿造型去定制最适合的隐形矫正器，而边缘切割打磨工序同样是定制化制作隐形矫正器中关键一步，因每个定制化的隐形矫正器切割时切割的路线不同，人工上下料由cnc设备进行加工时，需要人工不断的去匹配、校对加工过程中切割的路线，故而使得加工过程更为繁琐，导致生产效率无法得以提升。
6.使得隐形正畸公司产能有限，限制了行业发展；因此如何提升隐形矫正器生产过程的自动化程度，提高生产效率以满足日益增长的需求，促使行业健康发展，是亟待解决的问题。
7.另外，现有的针对隐形牙套的边缘切割打磨工序，都是采用五轴联动cnc机床对待加工件进行边缘切割，其中，五轴联动cnc机床中的五轴分别为x轴、y轴、z轴、具有旋转运动导向的第一旋转轴(如a轴)和具有旋转运动导向的第二旋转轴(如b轴)，同样地，五轴联动cnc机床作业过程中，也需要配备有吸附夹具、刀具以及驱动刀具的主轴。其结构设计复杂，精度要求高，造价成本高，使得隐形牙套的制作成本偏高，不利于推广；然而，对于现有的隐形牙套，其加工过程中，实际只需要以一个特定角度去进行切割加工。因此如何对设备加以改进，以降低隐形牙套切割装置的成本，又不影响使用效果，是亟待解决的问题。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种用于切割隐形矫正器的全自动生产线，以解决现有的隐形矫正器生产切割过程中自动化程度不高，生产效率低下的问题，同时，解决现有的隐
形牙套切割设备成本高的问题。
9.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
10.用于切割隐形矫正器的全自动生产线，包括
11.机械臂，用于从物料托盘上抓取待加工件并放入四轴联动cnc机床的吸附夹具上；
12.物料托盘，用于盛放待加工件；
13.托盘支架，用于定位放置物料托盘；
14.识别单元，用于识别待加工件；
15.四轴联动cnc机床，用于切割放置于吸附夹具上的待加工件；
16.所述四轴联动cnc机床包括带动负载做x向运动的x轴、带动负载做y向运动的y轴、带动负载做z向运动的z轴、带动负载做旋转运动的旋转轴、用于放置待加工件的设有吸附结构和加工定位结构的吸附夹具、用于切割待加工件的刀具及用于驱动刀具的主轴。
17.优选地，所述吸附夹具包括用以夹持待加工件的夹持部，所述主轴的轴线与所述夹持部构成的角度为20
°
～50
°
。
18.优选地，所述夹持部设有加工定位结构和吸附结构；所述吸附结构包括至少一个吸附孔，所述吸附孔设置于所述夹持部上。
19.优选地，所述物料托盘上设有至少一个待加工件摆放定位结构；通过待加工件摆放定位结构，确保待加工件摆放在物料托盘上位置被限定从而利于机械臂定位抓取，同时，同一各物料托盘上设置多个摆放定位结构，就可以摆放多个待加工件有利于批量传输待加工件和连续加工作业。
20.优选地，所述识别单元包括相机视觉系统或扫码枪/器；所述待加工件上设有标识码；在待加工件上设置标识码，通过识别单元自动识别并自动匹配已经预存的切割路线，从而实现对待加工件的定制化切割加工。
21.优选地，所述四轴联动cnc机床至少为一台。
22.根据本实用新型，由于机械臂上下料节拍和四轴联动cnc机床加工一个待加工件所需时间不同，会使机械臂出现等待四轴联动cnc机床的情况，故而，设置多台四轴联动cnc机床可以充分利用机械臂。
23.根据本实用新型，所述的用于切割隐形矫正器的全自动生产线，还包括真空发生单元、真空度监测单元、气体过滤装置，所述吸附夹具与真空发生单元通过气路连接，并由所述真空度监测单元监测所述气路中的真空度，所述气体过滤装置设于所述气路上或集成于所述吸附夹具。
24.优选地，还包括控制单元，所述控制单元与所述机械臂、四轴联动cnc机床、识别单元电性连接。
25.优选地，还包括用于输送所述物料托盘的输送线，所述输送线与控制单元电性连接。
26.优选地，所述托盘支架设于所述输送线上。
27.本实用新型的用于切割隐形矫正器的全自动生产线，其有益效果是：自动化程度高，在实现了定制化加工的同时还大幅提升了生产效率，且降低了隐形矫正器边缘切割设备的成本；具体体现在：
28.首先，利用机械臂上下料，实现加工过程的无缝衔接，减少人工上下料以及人工操
作设备时间，从而提升生产效率。
29.其次，利用四轴联动cnc机床对单个待加工件加工时间和机械臂上下料节拍的比值，去配置多台四轴联动cnc机床，充分利用机械臂，从而更进一步提升生产效率。
30.再次，通过在待加工件上设置标识码，利用识别单元去进行识别，自动匹配已预存的加工路线，不仅可以满足定制化需求导致的差异化加工，还进一步提升工作效率。
31.最后，在四轴联动cnc机床上，通过使主轴的轴线与夹持部间构成一定角度的夹角，从而达到设置于主轴上的刀具与吸附夹具上的待加工件具有利于刀具加工的角度的目的，实现了利用四轴cnc机床替代五轴cnc机床完成对隐形矫正器的切割工作，因此也就是简化了cnc机床结构，从而使设备的成本得以降低。
附图说明
32.图1为本实用新型的用于切割隐形矫正器的全自动生产线结构示意图。
33.图2为四轴联动cnc机床结构示意图。
34.图3为四轴联动cnc机床使用的吸附夹具示意图
35.其中：21为x轴；22为y轴；23为z轴；24为旋转轴；25为吸附夹具；26为主轴；27为刀具；
36.251为夹持部；252为吸附孔；253为加工定位结构；254为气管接头。
具体实施方式
37.以下结合具体附图，对本实用新型的用于切割隐形矫正器的全自动生产线作进一步详细说明。在本实施例的描述中，除非另有说明，术语“前视基准面”、“右视基准面”、“俯视基准面”、“x向”、“y向”、“z向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的用于切割隐形矫正器的全自动生产线必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
38.如图1所示，用于切割隐形矫正器的全自动生产线，包括：机械臂，用于从物料托盘上抓取待加工件并放入四轴联动cnc机床的吸附夹具25上；其中，本实施例中机械臂采用的是六轴含抓取夹具的机械臂；实际上，四轴机械臂如scara式、delta式机械臂或三坐标机械臂加可以旋转的轴，在配套好抓取夹具后也可以替代本实施例的六轴机械臂用以上下料。
39.如图1所示，用于切割隐形矫正器的全自动生产线，还包括：物料托盘，用于盛放待加工件；以及托盘支架，用于定位放置物料托盘；以及识别单元，用于识别待加工件。
40.其中，所述物料托盘上设有至少一个待加工件摆放定位结构；所述识别单元包括相机视觉系统或扫码枪/器；同时，所述待加工件上设有标识码。
41.待加工件放置于物料托盘上，物料托盘放置于与物料托盘匹配的托盘支架上，从而限定了物料托盘的摆放位置，通过机械臂从物料托盘上抓取待加工件，经由识别单元识别后由机械臂将待加工件上料到四轴联动cnc机床，通过四轴联动cnc机床切割加工，切割加工完成后再由机械臂下料放置回物料托盘；需要说明的是，盛放有待加工件的物料托盘，既可以由人工定位放置到托盘支架上，也可以由机械臂抓取，定位放置到托盘支架上，其中，定位放置是指托盘支架设置的位置和机械臂设置的位置关联，且托盘支架的位置可以
用于机械臂的运动参考，同时，物料托盘在托盘支架上的摆放方位也被固定，在应用上，托盘支架可以是一个架子，或者带有位置限定的台面，或者输送带上可对物料托盘限位的结构。
42.本实施例中，在本实施例中所述的物料托盘上，设置有至少一个摆放定位结构,惯常使用的是设置有九个或十二个摆放定位结构的物料托盘；通过在物料托盘上设置摆放定位结构，就能确保待加工件的摆放位置与物料托盘的摆放位置相匹配，通过物料托盘的位置可以参考判断出物料托盘上的待加工件位置；且通过前述可知，待加工件被机械臂从物料托盘上抓取时，物料托盘是放置于与其匹配的托盘支架上,故而，物料托盘的位置相对于机械臂来说是可被识别且可被参考的；从而可以保证机械臂能够将待加工件定位放置到四轴联动cnc机床上，以供四轴联动cnc机床快速进行切割加工。
43.为解决定制化差异性加工问题，在对隐形矫正器进行模型3d打印时，就在待加工件上设置好标识码，或者压膜时在膜片上设置标识码，同时，将对应标识码的的隐形矫正器的切割路线导入四轴联动cnc机床，在机械臂抓取待加工件通过识别单元识别出标识码后，四轴联动cnc机床自动调取已预存的切割路线，在机械臂将待加工件放置道四轴联动cnc机床上后，四轴联动cnc机床就按预存的切割路线进行切割加工。
44.识别码可以是数字标识、文字标识、二维码和/条形码等，根据识别码的不同，对应的识别单元也选择不同，识别单元包括相机视觉系统或扫码枪/器等能读取或识别识别码信息的先用已知技术。
45.如图1所示，用于切割隐形矫正器的全自动生产线，还包括：四轴联动cnc机床，用于切割放置于吸附夹具25上的待加工件；
46.如图2所示，四轴联动cnc机床均包括带动负载做x向运动的x轴21、带动负载做y向运动的y轴22、带动负载做z向运动的z轴23、带动负载做旋转运动的旋转轴24、用于放置待加工件的设有吸附结构和加工定位结构253的吸附夹具25、用于切割待加工件的刀具27及用于驱动刀具27的主轴26；在本实施例示意图2中，旋转轴24设于x轴21上由x轴21带动做x向运动，旋转轴24与吸附夹具25传动连接；z轴23设于y轴22上由y轴22带动做y向运动，主轴26由z轴23带动做z向运动。
47.安装于旋转轴24上的吸附夹具25在x轴21的带动下做x向运动，与z轴23带动主轴26做z向运动，通过x向和z向运动的配合实现了刀具27和待加工件在前视基准面内的无障碍接触；通过y轴22与z轴23的联动，实现了刀具27和待加工件在右视基准面内的无障碍接触；x轴21带动吸附夹具25做x向运动，配合y轴22带动主轴26做y向运动，实现了刀具27和待加工件俯视基准面的无障碍接触；通过旋转轴24带动吸附夹具25旋转，配合x轴21、y轴22、z轴23的联动实现的三维空间的无障碍接触，同时，将刀具27和夹持部251构成利于刀具27工作的加工角度的情况下，刀具27可以与放置于夹持部251上的待加工件上没有与吸附夹具25接触的部分实现全方位接触，从而实现对待加工件的切割工作。
48.图2中只是描述了一种x轴21、y轴22与z轴23、旋转轴24的基本组合方式，但并不是说必须采取这种方式，实际上，只需要x轴21、y轴22与z轴23、旋转轴24组合成两组组合体，其中含有旋转轴24的组合体由旋转轴24与吸附夹具25传动连接，将主轴26设于另一组合体上，就可以实现对待加工件的切割工作；例如可以将旋转轴24设于x轴21使二组成一组合体，将y轴22设于z轴23上使二者成一组合体，再将主轴26设于y轴22上；或者旋转轴24设于y
轴22上使二组成一组合体，z轴23设于x轴21上使二组成一组合体，主轴26设于z轴23上；或者旋转轴24设于y轴22上使二组成一组合体，x轴21设于z轴23上使二组成一组合体，主轴26设于x轴21上使二组成一组合体；或者将旋转轴24设于z轴23使二组成一组合体，将x轴21与y轴22组合后由x轴21或者y轴22去最终负载主轴26。
49.需要说明的是，本实用新型提出的x轴21、y轴22、z轴23均为线性传动轴；众所周知，线性传动轴包括驱动部分、传动部分、导向部分和从动部分，其特征是一种由驱动部分如电机或马达将电能转换为机械能输出，并通过传动部分如丝杠和丝杠螺母、滚珠丝杠和滚珠丝杠螺母、齿轮和齿条、同步带和同步带轮、直线电机等机械结构将机械能传导，驱使从动部分按导向部分如线性滑轨等进行指定方向运动的机械组合结构，同时会设置用于位置参考的原点传感器和用于安全防护的软限位传感器。
50.和所有线性传动轴一样，本实施例所提出的x轴21、y轴22、z轴23也包括驱动部分、传动部分、导向部分和从动部分，同时也设置有原点传感器和软限位传感器。
51.同时，旋转轴24为确认旋转起点和控制旋转角度，也设有用于位置参考的原点传感器，且旋转轴24和吸附夹具25不仅可以通过减速机进行减速传动连接，也可以直接传动连接。
52.其中，如图3所示，所述吸附夹具25包括夹持待加工件的夹持部251，所述主轴26的轴线与夹持部251构成的角度为20
°
～50
°
。
53.本实用新型通过研究发现，在对待加工件进行边缘切割加工过程中，只需要以一个特定的角度进行切割，就可以完成隐形矫正器的边缘切割作业，因此，本实施例通过设定主轴26的轴线与夹持部251之间夹角，当主轴26的轴线与夹持部251之间夹角为20
°
～50
°
时，可以满足设于主轴26上的刀具27的工作角度要求。该加工角度可以采用多种方式实现，以下针对本实施例提供的图2中的结构列举三种：
54.第一种：所述吸附夹具25通过所述旋转轴24垂直设于x轴21上，所述主轴26倾斜设于所述z轴23上，且所述主轴26的轴线朝所述夹持部251的方向倾斜。
55.第二种：所述吸附夹具25通过所述旋转轴24倾斜设于x轴21上，所述主轴26设于z轴23上，与所述z轴23垂直，所述夹持部251朝所述主轴26的位置倾斜。
56.第三种：所述主轴26倾斜设于所述z轴23上，所述主轴26的轴线朝所述夹持部251的方向倾斜，同时，所述吸附夹具25通过所述旋转轴24倾斜设于x轴21上，所述夹持部251朝所述主轴26的位置倾斜。
57.所述加工定位结构253和吸附结构设于所述夹持部251；所述吸附结构包括至少一个吸附孔252。
58.如图3所示，吸附夹具25包括用于放置/夹持待加工件的夹持部251和气管接头254，在夹持部251上设置有至少一个吸附孔252和至少一个加工定位结构253；其中，吸附孔252是用以通过负压给放置于夹持部251上的待加工件提供吸附力，吸附孔252可以是圆形孔或椭圆形孔或条形孔；加工定位结构253是对待加工件在夹持部251上的位置进行指定，确立待加工件与各轴的位置关系，从而便于设定加工程序及各轴的进给，其结构可以是设于夹持部251的凸起(如定位销)，或者凹陷(如定位孔)，或者凸起和凹陷的组合。
59.在吸附夹具25内部设有气路通道，气路通道分别与吸附孔252与气管接头254，气管接头254可以是公接头，也可以是母接头，通过气管将吸附夹具25上的气管接头254与本
实用新型所述的用于切割隐形矫正器的全自动生产线中自带或使用环境现场的真空发生单元气路连接，进行切割作业时由真空发生单元通过气路对放置于夹持部251上的待加工件提供吸附力。
60.所述四轴联动cnc机床至少为一台。
61.由于机械臂上下料节拍和四轴联动cnc机床对单个待加工件加工时间不同，可以设置多台四轴联动cnc机床，以充分利用机械臂；机械臂上下料节拍是指机械臂从初始位置去完成抓取待加工件，将待加工件放到四轴联动cnc机床，再返回到初始位置所需要的时间。
62.本实用新型所提供的用于切割隐形矫正器的全自动生产线的四轴联动cnc机床，还可以配置真空发生单元、真空度监测单元、气体过滤装置，所述吸附夹具25与真空发生单元通过气路连接，并由所述真空度监测单元监测所述气路中的真空度，所述气体过滤装置设于所述气路上或集成于所述吸附夹具25。
63.在吸附夹具25上的气管接头254和真空发生单元之间的气路上，可以设置真空度监测单元，用以监测气路上的气压值，从而判断吸附孔252处对待加工件的吸附力，确保加工过程的安全性；同时，还可以设置气体过滤装置，气体过滤装置可以集成于吸附夹具25的内部气路通道上，也可以设于气管接头254和真空发生单元之间的气路，气体过滤装置用以预防加工碎屑从吸附孔252处进入气路，导致气路堵塞，或者，损坏甚至损毁真空度监测单元、真空发生单元。
64.所述的用于切割隐形矫正器的全自动生产线还包括控制单元，所述控制单元与所述机械臂、四轴联动cnc机床、识别单元、输送线电性连接。
65.作为自动化产线，本实用新型提出的用于切割隐形矫正器的全自动生产线同样设有控制单元，控制单元包括控制部分和人机交互部分，控制单元分别与机械臂、识别单元、四轴联动cnc机床均电性连接，其连接与控制方式均采用先用已知技术，本实施例不再赘述。
66.同时，本实施例所述的用于切割隐形矫正器的全自动生产线还可以设置输送线，通过输送线将装载有待加工件的物料托盘输送到指定位置由人工放置到托盘支架上，或者将装载有已经切割加工好的成品的物料托盘输送至下一工序或仓储的位置；同样的，输送线也可以采用先用已知技术与控制单元电性连接。
67.本实施例所述的用于切割隐形矫正器的全自动生产线也可以将托盘支架集成到输送线上，如设置导向板将物料托盘导向到一特定位置，此时，此特定位置即可理解为托盘支架。
68.当有待加工件进行加工时；首先是将待加工件放置在物料托盘上,由于物料托盘上设有摆放定位结构，故而，待加工件是有序且位置关系可被参考的；通过输送带将已经摆放了待加工件的物料托盘输送至托盘支架上；或者，由人工将已经摆放了待加工件的物料托盘放到托盘支架上。
69.机械臂从物料托盘上抓取待加工件，其中，待加工件上已经设置好标识码，机械臂将抓取的待加工件通过识别单元识别，并由四轴联动cnc机床自动匹配对应待加工件的切割加工路线。
70.识别单元识别了标识码后，机械臂将待加工件放置到四轴联动cnc机床的吸附夹
具25的夹持部251上，由于抓取前待加工件的位置可被机械臂参考，故而，被机械臂抓取的待加工件的姿态及抓取位置均可被限定，故而，机械臂将待加工件放置到夹持部251上时，能够轻易的将待加工件对准对应的加工定位结构253，从而可以确保四轴联动cnc机床加工的准确性。
71.在待加工件被放置到四轴联动cnc机床上后，四轴联动cnc机床根据识别单元反馈的信息，自动匹配切割加工路线，通过x轴21、y轴22、z轴23、旋转轴24的四轴联动，由主轴26驱动刀具27对待加工件进行切割加工。
72.如配置有多台四轴联动cnc机床，机械臂在完成上述第一台四轴联动cnc机床的上料工作后，可以给剩下的四轴联动cnc机床按照上述次序依次上料。
73.在四轴联动cnc机床的切割完成后，机械臂将切割好的成品从四轴联动cnc机床的吸附夹具25上取下，摆放至物料托盘对应的摆放切割前待加工件的位置上。
74.在下料完成后，继续由机械臂对已经完成下料的四轴联动cnc机床上料。
75.本实用新型的用于切割隐形矫正器的全自动生产线，利用机械臂上下料，实现加工过程的无缝衔接，减少人工上下料以及人工操作设备时间；利用四轴联动cnc机床对单个待加工件加工时间和机械臂上下料节拍的比值，去配置多台四轴联动cnc机床，充分利用机械臂，从而更进一步提升生产效率；通过在待加工件上设置标识码，利用识别单元去进行识别，自动匹配已预存的加工路线，从而更进一步提升工作效率；故而，其自动化程度高，在实现了定制化加工的同时还大幅提升了生产效率，利用四轴联动cnc机床替代五轴联动cnc机床实现对隐形矫正器的边缘切割加工，简化设备结构达到了降低设备成本的目的。
76.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。