机床在高端医疗行业上的应用技术秘诀

　　快速发展的医疗行业对大多数企业来说已逐渐成为理想中的“黄金行业”。首先要有足够的能力才能跨入该行业，以适应在质量、复杂性和生产效率方面不断提升的要求。

　　医疗行业正成为机床厂商的“香饽饽”。对于一般厂商来说来说，这是暂时难以企及的巿场，主要是因为这个行业对精密、品质、安全等要求极为严格。而且零件特点是形状复杂、材料坚韧，而棒料车铣复合加工中心正是加工此类零件的理想工艺装备。当然，目前也有多轴联动数控机床用于加工精密医疗器材零件，主要是骨科植入件(椎弓钩、骨钢板、骨螺钉、髋臼球等)与齿科植入件(种植体基台、义齿模型等)，当然还有心脏起搏器零件、血液透析器零件等等。

　　瑞士，是精密制造的代表，不仅在钟表，而且在医疗行业也有不错的表现。他们能够适应在质量、复杂性和生产效率等方面提出的加工要求，在产品、技术上有着独特的优势，并为行业所认可。

　　威力铭——马科黛尔公司

　　该制造商的加工中心，例如：五轴联动铣削、车转速达6000min-1、被加工棒料直径达42mm(508MT)的MT铣/车复合加工中心当属首选。威力铭公司以其加工棒料或单个零件见长的MT机床，借助多工位背面加工装置，仅在一次装夹后在同一个加工循环内完成多面体或旋转对称的复杂零件(种植牙、骨螺钉、脊椎等)的加工，且省去了后续加工工序。

　　复杂零件的加工往往需要很多道工序，要求机床具备快速适应加工零件的应变柔性。威力铭公司的MT机床以其多工位背面加工装置、42000min-1转速的电主轴、6000min-1转速的分度装置以及紧凑型操作系统，充分显现了该机床拥有无与伦比的柔性。508MT铣/车复合加工中心的特点是它的三工位转塔上可同时安装用于背面加工(铣/车6000min-1)的副主轴、自动定心虎钳和尾座，这一匠心独具的工艺使诸多复杂零件在一个加工周期内其六个面同时得到加工。

　　零件的装夹，包括快速夹紧工序、卡盘的快速更换、各种形状棒料的装夹和刀具管理等必须方便易操作。威力铭公司的多功能卡盘，在无需卸装夹具上任何零件的情况下，实现圆形棒料和直角棒料之间的交替装夹，这样既方便了操作，又节省了装夹时间。该制造商自己独特研制的卡盘518MT能装夹直径范围至65mm的圆形、四方形、多面形的棒料。为满足用户的特殊需求，可配置各种夹具，例如对经过简单烧结、只有极小夹紧面的陶瓷材料种植牙照样能完好装夹，并进行加工。

　　配备某些特殊的外围装置是获得高质量加工的保证。威力铭公司依靠多方面的技术秘诀提供整套加工方案，包括与用户特殊要求配套的所有元素。在此简单举例：主轴内冷、零件和刀具的检测装置或激光检测装置、效率高且占地小的机械手、切削液过滤装置、加工区域的空调恒温和电主轴膨胀的动态管理、吸尘装置(例如加工陶瓷零件)、电离装置(用于加工聚醚醚酮PEEK树脂)以及排屑装置。为使用户能将完整的技术秘诀用于制定医疗器械产品的加工工序，尤其是外科器械、假牙和种植牙，威力铭公司还提供可行性方案分析、加工工序和策略的制定、机床安装调试和培训，这样一个新用户在巿场上很快就能拥有立足之地。

　　瑞士宝美公司

　　微创手术，需要各种复杂、异型微小零件组成这些精密控制机械来完成整个手术过程，多个零件之间配合动作是否像外科手术医生手指一样灵巧、精确，很大程度上取决于每个零件型面的设计和制造水平。目前，国内外高端微创器械加工均采用铣车复合机床。上海医疗器械(集团)有限公司手术器械厂，近两年连续引进瑞士宝美技术(BUMOTEC)公司2台铣车复合加工中心，组成微创车间关键生产设备，打破了国外技术垄断，使整体工艺水平、制造能级和生产能力得到了全面的提升。

　　瑞士宝美公司不仅提供了精度高，非常适合微创零件加工的机床，还提供数10种零件加工整体解决方案，包括编程、刀具、工装等，因此在医疗器械加工行业有着非常广泛的应用。经过一段时间的使用，宝美机床在微创零件加工方面的表现不错，精度高，容易掌握，还提供多种接口，方便实现数控加工程序的传送。在编程方面，UG后置处理编程软件也很方便，总体感觉机床很灵巧，非常适合精加工，在实际生产中，要根据机床的特点合理使用机床和加工参数，让机床发挥出更大的效益。

　　瑞士宝美S-191linear机床主机配备了FANUC30系列31i-A尖端纳米级数控系统，可控制40轴。尖端的高速处理器配合高速CNC内部总线以及用于高速数据传送的光缆，以钠米为单位精确计算位置命令，可以使机床平滑移动并提高加工精度，无论是铣削还是车削均可以实现纳米级别的高质量表面加工。机床运行程序的实际时间决定了你可以加工到多快多好，复杂的自由曲面，在AI轮廓控制中最多可以预读1000个指定的程序段，通过预读判断指定的形状，控制速度和加速度，使机床发挥最加的性能来进行超高速加工。配合专业的后置处理程序，输入3D图形直接生成数控加工程序，得以实现数字化制造。

　　这是一款用于加工棒料六面体零件的典型高效机床，而且通过夹具快换系统，也非常适合多品种零件的批量加工。它的布局为紧凑型动柱式床身结构，床身材料为整体高强度抗振铸铁。卧式安置的两根车床主轴相对装于床身的正面，左面是固定的正主轴，右侧为副主轴，它可沿45度斜面进行立卧转换。由于任何机床的主轴轴线均称之为Z，因此围绕Z轴转动的功能称为C(同理，围绕X、Y直线轴转动的坐标轴为A和B)，这两根正副车主轴均具有C轴回转功能，只不过当副主轴转到立式位置时，其自转轴坐标就定为A了。同时副主轴又可沿床身左右运动，为了将其区分于Z轴运动，故将它命名为W轴运动。

　　宝美机床有3个旋转轴，机床就显得很灵活，可以加工一些一般的五轴机床不能加工的部位，比如打中心孔，铣锥度回转夹具，这样就可以实现本地加工，即在同一台机床上加工夹具，再用此夹具加工工件，可以保证较好的装夹精度。

　　GF阿奇夏米尔

　　目前，国内发展迅速的骨科植入物的加工是GF阿奇夏米尔机床的一个重点应用领域。骨科植入物多采用钛合金或不锈钢，主要零件有接骨板、人工关节、骨钉以及辅助工具骨锉等。本文将以接骨板、骨锉和膝关节骨垫的加工为例来说明采用高速高性能铣削加工中心加工医疗器械零件的优势以及GF阿奇夏米尔和中国的医疗行业用户一起开发优化加工工艺的过程。

　　接骨板多采用钛合金材料，分为不同的规格尺寸，每种尺寸有一定的批量要求，因此属于多品种中小批量生产，对加工效率和设备的加工柔性要求很高。接骨板的表面形状为3D曲面，在3D曲面上分布着多个通孔。由于孔中心线与曲面的法线重合，因此各个孔中心互相不平行，如果采用传统加工方法，在普通3轴立式加工中心上采用多次定位加工，效率低，精度一致性差，而且夹具复杂。采用GF阿奇夏米尔专为小型精密零件加工推出的MIKRONUCP600Vario5轴高速加工中心，配置20000r/min高速电主轴来进行加工，通过工作台摆动定位，可以在工件一次装卡的情况下完成整个加工，节省了大量的装卡时间，提高了工件的精度一致性。

　　然而用户在加工中发现，虽然加工效率大大提高，但是仍未能达到最理想的状态。客户希望使用专用夹具一次装卡多个工件加工，但发现在多个工件加工时刀具与工作台有干涉。GF阿奇夏米尔中国的应用工程师对用户的工艺进行了分析，发现干涉问题是由于用户设计的夹具高度太低，建议将夹具增高80mm，这样可以同时装卡4个工件，而且可以使用普通长度的刀柄，既增加了效率又降低了刀具采购成本。工程师同时建议将原来的粗加工钻孔工艺改为用球头铣刀插补铣孔，这样将客户原有的11把刀、13次换刀减少到8把刀、8次换刀。仅仅由于装卡方案改进和换刀次数减少，平均在每个工件上的时间就减少了2.4min，同时由于一次装卡4个工件，还节省了C轴B轴旋转定位的时间大概每件1.5min。再加上优化工艺所节省的时间，单个零件的加工时间从原来的24分40秒缩短到18分30秒，效率提高25%，用户非常满意。

　　骨锉作为骨科手术的重要工具，形状复杂而且材料硬度大，需要用5轴联动机床来加工。对于长骨锉，由于形状细长，如果采用普通5轴机床立式装卡，加工时力臂太长，而且为了避免干涉需要采用较长的刀具，加工刚性很差，振动很大。

　　GF阿奇夏米尔的MIKRONUCP600VarioRTT是采用扭矩电机直接驱动工作台的5轴联动高速加工中心，大的工作台摆动范围和20000r/min的高速电主轴保证了骨锉复杂形状的加工。该机床集成了自动尾座系统，可以两端夹持工件，工作台摆动到水平位置进行加工。而且专为5轴回转类零件设计的工作台面尺寸适中，避免了刀具干涉，可以选择正常长度的刀具。同时尾座顶尖的压力可根据不同零件而调节，保证了装卡的稳定性，加工中的振动明显减少，因而可以达到高质量的加工效果。

　　膝关节骨垫采用高分子聚乙烯材料，3D轮廓曲面，对表面质量的要求较高。这种材料非常适合采用高速铣削，可以采用大吃刀量高转速加工，不仅提高加工效率，而且大大提高表面质量。采用GF阿奇夏米尔MIKRONHSM500高速铣削立式加工中心，配置42000r/min高速电主轴，采用粗、精加工整体硬质合金立铣刀各一把，精加工采用满转速(42000r/min)进行加工，整个加工仅用时23min，表面粗糙度可达到Ra0.4μm。

　　通过实例看出，采用先进的加工设备和应用技术，可以大大提高医疗领域关键零件的加工质量和加工效率。由于医疗领域零件的多品种中小批量的生产特点，在选择机床时一定要充分考虑其加工灵活性和工艺的适应性。而且供应商的应用技术实力也不容小觑，有些用户采购了著名品牌的高档机床却发挥不了很好的效用，主要的一个原因就是厂家的应用支持不够。

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