车铣复合中心加工精密医疗零件大有可为

  工作母机的机床工业,是一切制造业的基础,随着社会进步与技术的不断创新,数控机床在医疗领域的运用也日渐宽广。近一段时间来,多轴联动的车铣复合中心机床在精密医疗器材制造领域的表现可圈可点,便是一个明证。

  目前,多轴联动数控机床加工的精密医疗器材零件,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),当然还有心脏起博器零件、血液透析器零件等等。

  这些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。其关键则在於,机床经两次装夹後可对小型精密零件进行第六面加工。在这一领域,研究得较为深入的是瑞士、德囯和日本等囯的一些机床制造企业。

  精密医疗器材加工的独特之处

  为什麽说车铣复合中心是这些零件的理想工艺装备呢?回答这个问题之前,首先要了解精密医疗零件的特点所在。

  首先,这类精密的小零件大多是小批量、多品种加工,取材一般为棒材,故自动送料的棒料数控车床乃是首选的工装对象,而且最好有正、副两根主轴——因为正主轴尚需将未加工完毕的零件送到副主轴继续加工。

  其次,由於零件均是形状不规则的异形件,仅仅靠回转车削加工是不够的,所以还得多工序换刀予以铣削,故而铣头能作B轴转摆的立式加工中心成了数控车床的工艺补充。

  最後,由於要全自动完成零件加工,俗称是六面加工,那麽零件的第二次装夹也就自然而然地成了加工的关键所在。

  车铣复合中心:胜任棒材零件的多工序自动加工

  制造商所研发的产品争奇斗艳,设计各有巧妙,下面举些车铣复合中心的实例,来剖析这类机床的奥妙所在。

  瑞士宝美技术(BUMOTEC)公司研发的S-191Linear车、铣、插、磨复合中心就是典型的加工棒料六面体零件的高效机床。其为7轴5联动,布局为紧凑型斜床身结构,床身材料采用整体高强度抗振铸铁。

  鉴於医疗器械零件的材质坚硬,故而机床刚性一定要强,正是考虑到这些关键要素,瑞士宝美公司采用有限元设计,并多次进行整机强度校验,令机床在加工中游刃有余。

  卧式安置的两根车床主轴相对装於床身的正面,左面是固定的正主轴,右侧为副主轴,它可沿45°斜面进行立卧转换,并可绕X轴进行A向回转,同时又可作W轴的左右移动。

  棒料由正主轴通孔自动送入,机床就对棒料露出的端部作车、铣加工。由於机床的两根主轴可同步旋转,故零件加工中棒料可自动从正主轴送入副主轴,随後切断一分为二。副主轴是六面加工的关键装置,它接过正主轴传来的零件,即可从水平位置转90°至垂直向上位置,让铣主轴加工露出的零件端部。

  垂直设置的铣头主轴由於可绕B轴回转90°,同时铣头的主轴箱本身能作上下、前後、左右运动。因此,它既可铣削正主轴装夹零件所露出的零件右端部位,又可铣削副主轴所装夹後露出的左端部位,鉴於上述功能,机床的两根车削主轴经二次装夹後,可对零件作六面加工。

  另一家瑞士企业威力铭-马科黛尔(Wellimin-Macodal)公司,也是一家专业生产多轴联动加工中心的制造商,其推出的W508MT铣车复合加工中心,同样能看成是棒材零件多工序自动加工的一个典范。

  W508MT是一台斜楔式床身型车铣复合加工中心,为立柱能沿Y向前後运动的动柱式立加,然而铣头可作B轴摆动,整个立柱与下方滑台作纵向X运动,由右端伺服电机驱动;左端是车削的正主轴,棒料通过正主轴通孔由液压棒料输送装置送到指定位置,夹紧後对零件前端进行五轴铣车加工,随後的加工就由位於机床前方的背主轴装置完成了。

  这个背主轴装置是威力铭-马科黛尔公司的专利发明,它是个可绕Y轴回转的多功能塔座,由三部分组成。中间是车削副主轴,左边是自动定心虎钳,右边则是尾架。副主轴的功能是接正主轴传来的棒料後将其夹紧;液压自定心虎钳将对工件作第六面加工;当加工细长轴零件时,由尾架顶进工件右端,以防挠曲变形。这种三工位塔座使得机床工艺适应范围更广,同时也增强了其整体刚性。

  这个塔座还具备U轴功能,纵向正常工作进给由X轴完成,但塔座的定位、接料、退位等就由U轴完成。这是一种快速、稳定的进给新方式,旨在提高零件的加工精度。

  W508MT还带有一个螺纹旋削加工装置,可安装在铣主轴锥面上,就像滚齿机那般加工。值得一提的还有,这款复合加工中心的盘式刀库也颇具特色,它不同於普通立加的斗笠式刀库,而是分上、下两层,能装48把刀。

  展望

  人类总是不断在发展与前进,医疗器械当然同样如此。记得20多年前,二军大长征医院赵定麟教授曾请我画过一个连接脊椎的记忆金属片,而今此物已被椎弓钩取代,其强度也不知扩大了多少倍,手术亦相当简单安全,这就是技术进步造福人类的一个例子。

  还需指出的是,以往骨科、齿科植入件,是富人的专利。然而病痛是不分穷富的,因此对中国这个发展中的人口大国来说,此类精密零件的需求非常大,故多轴联动车铣复合加工中心的市场面应该很广,它的进一步普及应用势必给人类健康带来福音。

  据统计,在过去几年中,中国骨科设备市场经历了迅速增长,增幅高达14-16%。其中,膝关节植入占据整个骨科设备市场份额的50%,位列第一;而外伤及髋关节手术设备则平分另外半壁江山。目前,中国骨科设备市场的赠书趋於平缓,但据估测,仍将保持8%左右的增速。


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