不鏽鋼醫用螺釘數控加工（gōng）切削（xuē）測量辦法

01

前言

普通木螺釘廣泛應用於家具製造。木螺釘大多采用Q235A，冷擠壓成型。它具有成本低、效率高、產量大的（de）優點。人（rén）體使用的螺釘雖然結構上與（yǔ）普通木螺釘相似，但必須具有一定的強度和耐腐蝕性（xìng）。1Cr18Ni9Ti不鏽鋼製造（zào）的醫用螺釘（dìng），受材料影（yǐng）響，小批量（liàng）生產，需要製作專用工（gōng）具，基本無法用（yòng）專（zhuān）用機床冷擠壓（yā）成型。

02

加工（gōng）醫用螺釘的難點

對於小批量醫用螺釘（dìng）的生產，可以用數控機床來彌補專用機床的（de）不足。醫用螺釘（dìng）直徑小，相對於直徑螺距（jù）大，剛性差。在普通車床上，切削阻力隨著切削深度的增加而逐漸增大。由於醫用螺釘直徑小（xiǎo），長度長，即使有支（zhī）撐的方法來抵消加工過程中的大部分切削阻力，也容易造成螺釘變形，無（wú）法切削，用（yòng）普通車床很難加工。數（shù）控（kòng）機床（chuáng）具（jù）有效率高、適應性強的優點。用宏程序（xù）車削螺紋時，刀具與工件的接觸麵積基本恒（héng）定，切削阻力不會隨著刀具切（qiē）削深度的增加而增加。但是剛性差的醫用螺釘也（yě）容易變形（xíng）彎曲。本文對醫（yī）用不鏽鋼螺（luó）釘的加工進行了深入的研究，通過在數控車床（chuáng）上合理的工藝設置，解決了（le）不鏽鋼不易切削的問（wèn）題。通（tōng）過設計支撐夾具和編製分層車（chē）削宏程序，解決了螺紋加工中剛性不足的問題。

03

醫用（yòng）螺（luó）釘的數控加工原理

根據（jù）醫用螺釘的幾何特（tè）點，合理規劃刀具路徑是加工合格零件的關鍵。數控機床使用硬質合金塗層刀片加工螺紋（wén）。車削醫用螺釘的合理主軸轉（zhuǎn）速應（yīng）根據刀片的線速度V來計（jì）算，以保證刀具的（de）合理使用壽命。計算公式為

v=πDn/1000

其中V是線速度(米/分鍾)；d是（shì）回轉直徑(毫米)；n是主軸速度(轉/分)。

根據醫用螺紋加工中刀具受力分析（xī），主切削力消耗占機床總功率的90%以（yǐ）上，進給阻力消耗占機床總功率的5%以上。如果在數控機床上用成型刀具加工螺紋，隨著刀具切削深度的增加，刀具與（yǔ）工（gōng）件的（de）接觸麵積變大，切削阻力逐漸增大，容易造成零件振動（dòng）、變形、彎曲，無法車削[2]。

因此（cǐ），傳統的成（chéng）型工（gōng）具無（wú）法滿足醫用螺釘的加工（gōng）要求。為了改進加工方法，采用數控35仿形（xíng）車刀（dāo），通過編製宏（hóng）程序控製刀尖軌跡按（àn）螺紋牙形運動（dòng）。刀尖完成螺（luó）紋（wén）輪廓後，進行分層進給車（chē）削，使刀具與工件的（de）接觸麵積基本恒定，車削時刀具的切削力基本恒定且較小，從（cóng）而克服了傳統螺紋成型刀具切削阻力增大的缺點。

04

醫用螺釘數控加工的實現

4.1刀具（jù）材料的選擇

醫用螺釘主（zhǔ）要用於人工關節與人體骨骼的（de）連接，需要一定的強度和耐腐蝕性。因此（cǐ），選擇耐酸堿（jiǎn）腐蝕並具（jù）有一定強度的1Cr18Ni9Ti不鏽鋼。這種不鏽鋼具有高強度（dù）、高塑性（xìng）、加工硬化劇烈的特點。刀（dāo）具在切割過程中承受（shòu）很大的切割阻力，容易造成醫用（yòng）螺釘嚴重變形。另外，刀具承受較高的切削溫度，容易形成切削瘤。醫用（yòng）螺釘容易發生加工硬化，給加工帶來（lái）困難。因此，選擇不易粘（zhān）結、耐熱性、耐磨（mó）性和導熱性好的刀片，並在加工（gōng）過程中（zhōng）充（chōng）分冷卻是合（hé）理的。選擇散熱性好的（de）水基切削液更為合理。

4.2醫用螺釘零件的結構和尺寸（cùn）

圖1所示（shì）醫用（yòng）螺釘為M6-尺寸2.5mm×55mm，直徑6mm，螺距2.5mm，齒底寬0.4mm，齒頂寬0.05mm，齒角60°，長55mm，右端最大直徑11mm。由於零（líng）件剛性差，螺（luó）距相對於直徑比較大，如（rú）何增強（qiáng）工件的裝夾剛性，如何合理編製數控加工的宏程序，都存在一定的困難。

4.3加工技術

醫用（yòng）螺釘小批量生產。如果采用一般的一夾一頂（dǐng）的方（fāng）法車削螺紋，工件由於剛性差，無法承受切削力，會在中途彎曲（qǔ）變形。因此，車削螺紋（wén）時，必須全程支撐工件，以保證（zhèng）工件在支撐夾具中的（de）穩定性和可靠性，防（fáng）止（zhǐ）工（gōng）件因變形而被加工。需要設計一種特（tè）殊的支撐夾具（jù）來車削螺紋，以輔助支撐螺釘。

零件的間距相對較大。為了降低車削螺紋時的（de）切削阻力，防（fáng）止零件變形，選用鍍硬質合金碳化鈦的35仿形車刀，編製宏（hóng）程（chéng）序，采用軌跡合成法逐層切削螺紋（wén），可以大大降低車削螺紋時的切削阻力，並（bìng）保持基本（běn）不變。

醫（yī）用螺（luó）釘的加工。具體步驟如下:(1)兩部分（fèn）連接（jiē）加工，中間多留15mm便（biàn）於自定（dìng）心卡盤夾緊，兩端多留7mm作為鑽中（zhōng）心孔的工藝頭。(2)用一夾一頂車削直徑為6mm和11mm的（de）外圓。③夾6mm外圓車（chē）削去掉工藝頭，這樣中心孔也去掉了，零件兩端可以車削完整的錐度。④夾緊11mm外圓，用支撐夾具支撐醫用（yòng）螺釘6mm外圓，用宏程序車削螺（luó）紋（wén）。⑤切（qiē）掉連接（jiē）在一起的兩個螺絲，壓平，保證60mm的尺寸。⑥在臥（wò）式銑床上用立式轉盤夾緊，用鋸片銑刀銑出1.5毫米寬的槽。

a)在下料兩端鑽中心孔

b)轉動外圓並（bìng）離（lí）開加工頭

c)切斷加（jiā）工頭後，車削錐度

d)用夾具支撐車削螺紋。

e)在銑床上切斷扁平長度和槽（cáo）。

4.4螺紋車削支撐夾具的工作原理

螺紋車削支（zhī）撐夾具，醫用螺釘，加工（gōng）時兩片一體，相互夾緊，便於（yú）不同工序小批量（liàng）生產；支撐套由HT200灰鑄鐵製成，具有摩（mó）擦係數（shù）低的特點。支撐套上的凸（tū）台起軸向定位作用；夾具上的兩個螺釘（dìng）用於連接緊固支撐套和夾具本體；夾具的左端起到定位支撐套的作用，右端是標準的莫氏5號錐度。夾（jiá）具安裝在數控機床的尾座內，加工螺紋時移動尾座（zuò），使夾具內的支撐套支撐住螺杆外圓車削螺紋，螺杆（gǎn）車削螺（luó）紋全程由支撐夾具支撐，螺紋的切削阻力（lì）基本抵消。數控車削螺紋。

4.5宏編程

在零件加工的所（suǒ）有要素中，宏程序是關鍵。這裏針（zhēn）對FANUC0i數（shù）控車床，進行螺紋加工的宏編程（chéng）。宏編程原理:刀（dāo）具每確（què）定螺紋牙形中的一點，就移動一個螺距；回到（dào）起點，刀具（jù）沿螺紋齒形移動一點，再移動一個螺距；直到車削出整個齒形（xíng），通過坐標係偏置實現（xiàn）分層進給車削，最終車削出完整的齒形[6]。圖5顯示了宏程序關係，二級嵌套程序如（rú）下。

T0101

M03S800

#8=1.75;

N10G52X # 8Z0

G00X6Z2.45

#1=0;

n20 # 2 = # 1 * TAN[60]；

#3=6-2*#1;

#4=2.45-#2;

G0X # 3Z # 4；

G32X # 3Z-55f 2.5；

G00X7

G00Z2.45

#1=#1+0.1;

IF[#1LE1.025]GOTO20

#5=0;

n30 # 6 = 1.425-# 5；

#7=3.5;

G00X # 7Z # 6；

G32X # 7Z-55f 2.5；

G0X7Z1.425

G0Z1.425

#5=#5+0.1;

IF[# 5le 0.4]goto 30；

#10=0;

n40 # 12 = # 10 * TAN[60]；

#13=3.5+2*#12;

#14=1.025-#10;

G0X # 13Z # 14

G32X # 13Z-55f 2.5；

G00X7

G00Z1.025

#10=#10+0.1;

IF[# 10le 1.025]goto 40；

G52X0Z0

#8=#8-0.5;

IF[# 8ge 0]goto 40；

G00X100Z10

M30

4.6加工注意事項和質量檢驗

在醫用螺釘的加工中，外圓直徑6mm的誤（wù）差應控製（zhì）在0.04mm左右，如（rú）果外圓直徑（jìng）誤差（chà）較（jiào）大，會造成支撐夾具中直徑6mm的半圓孔（kǒng）與螺釘外圓重合不良，夾具的支撐效果（guǒ）減弱，車削（xuē）時會產生振動或工件變形。同時，車削螺紋時（shí），刀（dāo）片一定要保持鋒利，不（bú）能中途換刀，否則容易出現擰（nǐng）螺紋的現象。

用千分尺測量醫用螺釘6mm外圓直徑，用卡尺測量螺（luó）距，用表麵粗糙度比較儀測量表麵粗糙度值Ra3.2μm是否達標（biāo）。經檢測，零件完全滿（mǎn）足尺寸要求，能滿足使用要求（qiú）。

05

結束語

通過對醫用螺（luó）釘數控加工原理的分析，完成了醫用螺釘支撐夾具的（de）設計和（hé）宏程序的編製，實現了醫用螺釘的數控加工，彌補了普通螺（luó）釘冷（lěng）擠壓的諸多缺點（diǎn）。低成本完成醫用螺釘的小批量加工。這種利用數控機床加工（gōng）醫用螺釘的方法（fǎ），為類似特殊材料螺釘的加工提供了參（cān）考。