CN201253269Y

CN201253269Y - 正畸弓丝弯成器

Info

Publication number: CN201253269Y
Application number: CNU2008201853887U
Authority: CN
Inventors: 汤文成; 魏志刚; 严斌; 孔灿; 郭晨光
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2018-09-24

Abstract

本实用新型公开了一种正畸弓丝弯成器，包括一基板，在该基板的一侧设置有一成型板，在基板的另一侧设置有一摇杆手柄，所述的成型板的外周为曲线，在所述的基板上设置有一曲线槽，该曲线槽沿成型板的外周面布置，在曲线槽内设置有一滚柱，在所述的摇杆手柄内设置有一滑槽，所述的滚柱的一端设置在滑槽内，滚柱的另一端在摇杆手柄的作用下绕成型板的外周面运动；在所述的成型板的外周面上设置有凹槽。与现有技术相比，本实用新型弓丝弯成器能够通过一次加工将一根直弓丝弯制成标准形状的弓丝，加工成的弓丝形状精度高，弓丝成型方便，弯制器结构简单易用，造价低。可以极大的减轻正畸临床的弓丝弯制工作量和弯制难度，提高正畸治疗的效果。

Description

正畸弓丝弯成器

技术领域

本实用新型涉及一种口腔临床医学中所用到的正畸弓丝的加工设备，可以方便的弯曲加工这种弓丝成型。

背景技术

随着口腔正畸医学的发展，正畸不锈钢丝在正畸临床中的应用越来越广泛。在正畸临床医学中，需要先把不锈钢丝弯制成一定形状。但是由于不锈钢丝的弹性回复能力较强，所以给弓丝的弯曲成形上带来了较大的困难。传统的弯制过程是通过工具弯制出一个大致的形状，然后基于经验，反复弯曲弓丝并对照弓丝形状图使之回弹后达到指定的形状。这种方法在操作上缺乏定量指标，弯曲出来的钢丝与指定形状匹配度较低，不仅在弯制的过程中耗费了大量的时间，而且由于反复的弯曲，容易引起弓丝的疲劳断裂现象。因此，更快速更准确的弯曲弓丝成型，可以在临床中实现弓丝弯制过程操作的标准化，控制和减少弓丝弯制操作的人为性，提高弓丝弯制过程的效率，并最大程度上减少患者的痛苦，避免医疗事故的发生。因此，这种可以更方便的弯曲弓丝成型的工具，在实际应用中具有重要的意义。

口腔正畸一般需要根据患者的牙齿错位情况弯制弓丝，通常使用的弓丝是直线，由于弯制过程中弓丝会发生回弹现象，弯制时的形状和弯制后的形状是不一样的，正畸临床通常是使用弯制钳手工多次弯制完成，整个过程费力费时且弯制后的形状不能保证和要求的形状完全一致，而且多次反复的弯制，也会造成弓丝的弹性降低，甚至会导致弓丝的疲劳断裂，造成浪费，因此设计一种专用的弓丝成型弯制器，提高弓丝弯制的工作量和形状精度就具有重要的意义。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种正畸不锈钢丝弯制成型器，它可以极大地减少弯曲正畸丝所使用的时间有效地避免弓丝在弯制过程中的疲劳断裂现象。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种正畸弓丝弯成器，包括一基板，在该基板的一侧设置有一成型板，在基板的另一侧设置有一摇杆手柄，所述的成型板的外周为曲线，在所述的基板上设置有一曲线槽，该曲线槽沿成型板的外周面布置，在曲线槽内设置有一滚柱，在所述的摇杆手柄内设置有一滑槽，所述的滚柱的一端设置在滑槽内，滚柱的另一端在摇杆手柄的作用下绕成型板的外周面运动。

在所述的成型板的外周面上设置有凹槽。

在所述的成型板的另一侧还设置有一辅助夹板，在该辅助夹板也设置有曲线槽，所述的滚柱依次穿过基板的曲线槽和辅助夹板的曲线槽。

所述的成型板由第一成型板和第二成型板组成，所述的第一成型板与第二成型板可拆分连接。

所述的第一成型板与第二成型板插接。

本实用新型采用弓丝弯成器对直线弓丝进行弯制，弯制时，将弓丝固定在成型板上，通过转动摇杆手柄，设置在摇杆手柄内的滚柱就会沿着成型板的曲线外周将直线弓丝弯曲成标准弓丝。

与现有技术相比，本实用新型弓丝弯成器具有如下优点：

1、本实用新型弓丝弯成器采用曲柄滑块机构，通过转动曲柄腰杆手柄，使得滑块滚柱在槽内以及成型板的外周的约束下，形成一弓丝的加工曲线，整个弯成器不仅结构简单，操作方便，便于携带，而且省时省力，还能使得弓丝的弯制曲线平滑和规则。

2、本实用新型在弓丝弯成器的成型板的外周面上设置有凹槽，在弯制时，将弓丝限制在凹槽内，可以防止弓丝发生抖动和横向位移，弯制更加快捷，结构紧凑。

3、本实用新型弓丝弯制器的成型板由2块组成，且采用插接的方式连接，在弓丝弯制完一半时，只要将其中一块成型板拆下，换个方向再插入，即可完成另一半弓丝的弯制。

4、弓丝弯制器能够通过一次加工将一根直弓丝弯制成标准形状的弓丝，加工成的弓丝形状精度高，弓丝成型方便，弯制器结构简单易用，造价低。可以极大的减轻正畸临床的弓丝弯制工作量和弯制难度，提高正畸治疗的效果。

附图说明

图1是本实用新型弓丝弯成器的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图2的A部放大示意图。

图4是本实用新型另一实施例的俯视图。

图5是本实用新型弓丝弯成器成型板外周曲线的计算流程图。

图6是本实用新型弓丝成型器成型板外周曲线的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做详细说明，如图1所示，一种弓丝弯成器，包括基板1，在基板1的一侧固定有成型板2，在基板1的另一侧通过销钉8转动的连接一摇杆手柄5，成型板2的外周为曲线，在基板1上设置有一曲线槽3，该曲线槽3沿成型板2的外周面布置，在摇杆手柄5内开设有一滑槽6，滚柱4的一端设置在滑槽6内，滚柱4的另一端穿过曲线槽3，在摇杆手柄5的作用下绕成型板2的外周面运动。

如图2、图3、图4，为了限制弯制的弓丝在横向移动，在成型板2的外周面上设置有凹槽23或者在成型板2的另一侧还固定一辅助夹板7，将成型板夹在基板1和辅助夹板7之间，在辅助夹板7上也设置有曲线槽，滚柱4依次穿过基板的曲线槽和辅助夹板7的曲线槽。

成型板2由第一成型板21和第二成型板22组成，第一成型板21插在第二成型板22上与第二成型板可拆分连接。

为了一次弯制成型，且满足很高的精度，成型板的外周曲线必须满足一定的要求。

1.弯制成型原理

口腔正畸中最常用的是几种适合中国人口腔形状的弓形，本文中以杭州新亚自动化仪表成套厂的HX直丝弓标准弓形(小号)为例，其弓形使用多项式曲线来近似表示，其方程式为：

Y＝-6×10^-8X⁶+3×10^-5X⁴ (1)

-0.028X²+0.115

2.弓形曲线计算

由于需要得到的弓形左右对称，只要计算一半弓形就可以，本实用新型专利中只取了右半部分。如果使用多段样条曲线拟合弯曲曲线的形状，精确度要高于使用多项式曲线拟合的方法，故在三维造型软件UG中采用样条曲线拟合曲线。得到样条曲线的阶次为8，极点数为21个，段数为13段。加工曲线的获得采用基于有限元仿真的优化算法，仿真采用无模法，即在计算开始之前，将模具与零件分离，代之以与成型结束解除条件相对应的反向力学边界条件，然后进行迭代直至接触力为零。以等弧长的方式，在右半部分的曲线上均匀取了20个控制点。通过控制点的位移，最终实现弓丝的弯制变形。

2.1 有限元仿真

在实际不锈钢丝弯曲加工中变形速度比较慢，弯曲的速度比较恒定，是一个准静态的变形过程，而且静态隐式算法计算精度较高，所以在分析采用了静态隐式算法中的静力分析方式。考虑到弓丝模型的对称性，为了节省分析时间，实际建模中仅建立了1/4模型，边界处采用了对称面约束。使用Ansys，采用了三维六面体Solid186单元。模拟方法为逐段模拟方法，简化了后一段弯曲时对前一段已经成型的弓丝的影响，但结果证明，这种影响对计算出的结果造成的误差较小，计算出的曲线只需要做很小的处理即可消除这种简化带来的误差。

2.2 优化模型

在应用ANSYS进行优化设计过程中，采用了一阶优化方法。其数学模型可以表示为：

\{\begin{matrix} find (X, Y) = {[\begin{matrix} x_{1} & x_{2} & \cdot \cdot \cdot & x_{n} \\ y_{1} & y_{2} & \cdot \cdot \cdot & y_{n} \end{matrix}]}^{T} \\ \min D (X, Y) = D {[\begin{matrix} x_{1} & x_{2} & \cdot \cdot \cdot & x_{n} \\ y_{1} & y_{2} & \cdot \cdot \cdot & y_{n} \end{matrix}]}^{T} \\ S . T . σ_{i} (X, Y) = σ_{i} {[\begin{matrix} x_{1} & x_{2} & \cdot \cdot \cdot & x_{n} \\ y_{1} & y_{2} & \cdot \cdot \cdot & y_{n} \end{matrix}]}^{T} < σ_{b} \\ (i = 1,2, . . ., n) \end{matrix}

式中D(X，Y)为目标函数，即回弹后计算得到的点坐标和要求坐标之间的距离。(x₁，y₁)；(x₂，y₂)；…(x_n，y_n)为设计变量，即要求的弓形曲线控制点的坐标。σ_i(X，Y)为状态变量，即弯制后弓丝上的最大应力不超过抗拉极限。弓丝弯制成型曲线的获得是通过按一定的搜索优化方向寻找设计变量的一系列坐标值(x₁，y₁)；(x₂，y₂)；…(x_n，y_n)，使弓丝弯制到这些点回弹后的对应点新坐标

(x_{1}^{0}, y_{1}^{0}); (x_{2}^{0}, y_{2}^{0}); \cdot \cdot \cdot (x_{n}^{0}, y_{n}^{0})

与要求得的标准弓形上相应点

(x_{1}^{1}, y_{1}^{1}); (x_{2}^{1}, y_{2}^{1}); \cdot \cdot \cdot (x_{n}^{1}, y_{n}^{1})

的距离

D = Σ_{i = 1}^{n} \sqrt{{(x_{i}^{1} - x_{i}^{0})}^{2} + {(y_{i}^{1} - y_{i}^{0})}^{2}}

最小；约束函数σ_i(X，Y)是要求目标函数坐标值的求解过程中，应力值不能超过弓丝材料的抗拉强度，并且弓丝的变形与回弹满足材料的物理特性和力学规律，在本方法中约束函数是通过有限元计算的方法实现的。

2.3 计算流程

计算流程如下：

(1)对要加工获得标准弓形曲线和未加工的初始弓形曲线进行对比分析，标准弓形曲形状可以通过选择合理数目的控制点的插值来获得，标准弓形相对简单，本实用新型中使用了20个节点控制一半弓形，插值曲线能很好的与标准曲线相符合。

(2)加工曲线的获得是通过移动未加工弓丝曲线的控制点到一个新的位置，利用这些控制点重新插值曲线获得，因此获得了加工曲线控制点的位置就获得加工曲线。选择一合理的给定方向和大小的初始位移，用于施加到初始弓形曲线的控制点来获得加工曲线。

(3)建立弓丝在标准曲线位置的有限元模型，在控制点上施加选定的初始位移，然后逐步释放该位移，获得弓丝移施加该位移后经过回弹，回复到位置。这一过程通过弹塑性有限元分析进行仿真，回复位置曲线形状通过控制点的坐标来获得。

(4)比较回复曲线上的控制点坐标与标准曲线上的控制点的坐标插值，对控制点的移动路径进行修改，重新进行计算。

(5)通过反复进行第(4)步，选用2.2的优化模型作为控制策略，最终得到了一加工曲线形状：将一根直弓丝弯制到该加工曲线形状，然后释放，该弓丝最后的形状即为标注弓形。流程图见图5。

Claims

1、一种正畸弓丝弯成器，包括一基板(1)，在该基板(1)的一侧设置有一成型板(2)，在基板(1)的另一侧设置有一摇杆手柄(5)，所述的成型板(2)的外周为曲线，在所述的基板(1)上设置有一曲线槽(3)，该曲线槽(3)沿成型板(2)的外周面布置，在曲线槽(3)内设置有一滚柱(4)，在所述的摇杆手柄(5)内设置有一滑槽(6)，所述的滚柱(4)的一端设置在滑槽(6)内，滚柱(4)的另一端在摇杆手柄(5)的作用下绕成型板(2)的外周面运动。

2、根据权利要求1所述的正畸弓丝弯成器，其特征在于：在所述的成型板(2)的外周面上设置有凹槽(23)。

3、根据权利要求1所述的正畸弓丝弯成器，其特征在于：在所述的成型板的另一侧还设置有一辅助夹板(7)，在该辅助夹板(7)也设置有曲线槽，所述的滚柱(4)依次穿过基板的曲线槽和辅助夹板(7)的曲线槽。

4、根据权利要求2或3所述的弓丝弯成器，其特征在于：所述的成型板(2)由第一成型板(21)和第二成型板(22)组成，所述的第一成型板(21)与第二成型板(22)可拆分连接。

5、根据权利要求4所述的正畸弓丝弯成器，其特征在于：所述的第一成型板(21)与第二成型板(22)插接。