CNC On-machine Measurement Quality Service Provider
01
前言
普通木螺釘廣泛應(yīng)用于家具制造。木螺釘大多采用Q235A,冷擠壓成型。它具有成本低、效率高、產(chǎn)量大的優(yōu)點(diǎn)。人體使用的螺釘雖然結(jié)構(gòu)上與普通木螺釘相似,但必須具有一定的強(qiáng)度和耐腐蝕性。1Cr18Ni9Ti不銹鋼制造的醫(yī)用螺釘,受材料影響,小批量生產(chǎn),需要制作專用工具,基本無法用專用機(jī)床冷擠壓成型。
02
加工醫(yī)用螺釘?shù)碾y點(diǎn)
對于小批量醫(yī)用螺釘?shù)纳a(chǎn),可以用數(shù)控機(jī)床來彌補(bǔ)專用機(jī)床的不足。醫(yī)用螺釘直徑小,相對于直徑螺距大,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。由于醫(yī)用螺釘直徑小,長度長,即使有支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,無法切削,用普通車床很難加工。數(shù)控機(jī)床具有效率高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。用宏程序車削螺紋時,刀具與工件的接觸面積基本恒定,切削阻力不會隨著刀具切削深度的增加而增加。但是剛性差的醫(yī)用螺釘也容易變形彎曲。本文對醫(yī)用不銹鋼螺釘?shù)募庸みM(jìn)行了深入的研究,通過在數(shù)控車床上合理的工藝設(shè)置,解決了不銹鋼不易切削的問題。通過設(shè)計(jì)支撐夾具和編制分層車削宏程序,解決了螺紋加工中剛性不足的問題。
03
醫(yī)用螺釘?shù)臄?shù)控加工原理
根據(jù)醫(yī)用螺釘?shù)膸缀翁攸c(diǎn),合理規(guī)劃刀具路徑是加工合格零件的關(guān)鍵。數(shù)控機(jī)床使用硬質(zhì)合金涂層刀片加工螺紋。車削醫(yī)用螺釘?shù)暮侠碇鬏S轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)刀片的線速度V來計(jì)算,以保證刀具的合理使用壽命。計(jì)算公式為
v=πDn/1000
其中V是線速度(米/分鐘);d是回轉(zhuǎn)直徑(毫米);n是主軸速度(轉(zhuǎn)/分)。
根據(jù)醫(yī)用螺紋加工中刀具受力分析,主切削力消耗占機(jī)床總功率的90%以上,進(jìn)給阻力消耗占機(jī)床總功率的5%以上。如果在數(shù)控機(jī)床上用成型刀具加工螺紋,隨著刀具切削深度的增加,刀具與工件的接觸面積變大,切削阻力逐漸增大,容易造成零件振動、變形、彎曲,無法車削[2]。
因此,傳統(tǒng)的成型工具無法滿足醫(yī)用螺釘?shù)募庸ひ?。為了改進(jìn)加工方法,采用數(shù)控35仿形車刀,通過編制宏程序控制刀尖軌跡按螺紋牙形運(yùn)動。刀尖完成螺紋輪廓后,進(jìn)行分層進(jìn)給車削,使刀具與工件的接觸面積基本恒定,車削時刀具的切削力基本恒定且較小,從而克服了傳統(tǒng)螺紋成型刀具切削阻力增大的缺點(diǎn)。
04
醫(yī)用螺釘數(shù)控加工的實(shí)現(xiàn)
4.1刀具材料的選擇
醫(yī)用螺釘主要用于人工關(guān)節(jié)與人體骨骼的連接,需要一定的強(qiáng)度和耐腐蝕性。因此,選擇耐酸堿腐蝕并具有一定強(qiáng)度的1Cr18Ni9Ti不銹鋼。這種不銹鋼具有高強(qiáng)度、高塑性、加工硬化劇烈的特點(diǎn)。刀具在切割過程中承受很大的切割阻力,容易造成醫(yī)用螺釘嚴(yán)重變形。另外,刀具承受較高的切削溫度,容易形成切削瘤。醫(yī)用螺釘容易發(fā)生加工硬化,給加工帶來困難。因此,選擇不易粘結(jié)、耐熱性、耐磨性和導(dǎo)熱性好的刀片,并在加工過程中充分冷卻是合理的。選擇散熱性好的水基切削液更為合理。
4.2醫(yī)用螺釘零件的結(jié)構(gòu)和尺寸
圖1所示醫(yī)用螺釘為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。由于零件剛性差,螺距相對于直徑比較大,如何增強(qiáng)工件的裝夾剛性,如何合理編制數(shù)控加工的宏程序,都存在一定的困難。
4.3加工技術(shù)
醫(yī)用螺釘小批量生產(chǎn)。如果采用一般的一夾一頂?shù)姆椒ㄜ囅髀菁y,工件由于剛性差,無法承受切削力,會在中途彎曲變形。因此,車削螺紋時,必須全程支撐工件,以保證工件在支撐夾具中的穩(wěn)定性和可靠性,防止工件因變形而被加工。需要設(shè)計(jì)一種特殊的支撐夾具來車削螺紋,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切削阻力,防止零件變形,選用鍍硬質(zhì)合金碳化鈦的35仿形車刀,編制宏程序,采用軌跡合成法逐層切削螺紋,可以大大降低車削螺紋時的切削阻力,并保持基本不變。
醫(yī)用螺釘?shù)募庸?。具體步驟如下:(1)兩部分連接加工,中間多留15mm便于自定心卡盤夾緊,兩端多留7mm作為鉆中心孔的工藝頭。(2)用一夾一頂車削直徑為6mm和11mm的外圓。③夾6mm外圓車削去掉工藝頭,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(yī)用螺釘6mm外圓,用宏程序車削螺紋。⑤切掉連接在一起的兩個螺絲,壓平,保證60mm的尺寸。⑥在臥式銑床上用立式轉(zhuǎn)盤夾緊,用鋸片銑刀銑出1.5毫米寬的槽。
a)在下料兩端鉆中心孔
b)轉(zhuǎn)動外圓并離開加工頭
c)切斷加工頭后,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。
4.4螺紋車削支撐夾具的工作原理
螺紋車削支撐夾具,醫(yī)用螺釘,加工時兩片一體,相互夾緊,便于不同工序小批量生產(chǎn);支撐套由HT200灰鑄鐵制成,具有摩擦系數(shù)低的特點(diǎn)。支撐套上的凸臺起軸向定位作用;夾具上的兩個螺釘用于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(biāo)準(zhǔn)的莫氏5號錐度。夾具安裝在數(shù)控機(jī)床的尾座內(nèi),加工螺紋時移動尾座,使夾具內(nèi)的支撐套支撐住螺桿外圓車削螺紋,螺桿車削螺紋全程由支撐夾具支撐,螺紋的切削阻力基本抵消。數(shù)控車削螺紋。
4.5宏編程
在零件加工的所有要素中,宏程序是關(guān)鍵。這里針對FANUC0i數(shù)控車床,進(jìn)行螺紋加工的宏編程。宏編程原理:刀具每確定螺紋牙形中的一點(diǎn),就移動一個螺距;回到起點(diǎn),刀具沿螺紋齒形移動一點(diǎn),再移動一個螺距;直到車削出整個齒形,通過坐標(biāo)系偏置實(shí)現(xiàn)分層進(jìn)給車削,最終車削出完整的齒形[6]。圖5顯示了宏程序關(guān)系,二級嵌套程序如下。
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(xiàng)和質(zhì)量檢驗(yàn)
在醫(yī)用螺釘?shù)募庸ぶ校鈭A直徑6mm的誤差應(yīng)控制在0.04mm左右,如果外圓直徑誤差較大,會造成支撐夾具中直徑6mm的半圓孔與螺釘外圓重合不良,夾具的支撐效果減弱,車削時會產(chǎn)生振動或工件變形。同時,車削螺紋時,刀片一定要保持鋒利,不能中途換刀,否則容易出現(xiàn)擰螺紋的現(xiàn)象。
用千分尺測量醫(yī)用螺釘6mm外圓直徑,用卡尺測量螺距,用表面粗糙度比較儀測量表面粗糙度值Ra3.2μm是否達(dá)標(biāo)。經(jīng)檢測,零件完全滿足尺寸要求,能滿足使用要求。
05
結(jié)束語
通過對醫(yī)用螺釘數(shù)控加工原理的分析,完成了醫(yī)用螺釘支撐夾具的設(shè)計(jì)和宏程序的編制,實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用螺釘?shù)臄?shù)控加工,彌補(bǔ)了普通螺釘冷擠壓的諸多缺點(diǎn)。低成本完成醫(yī)用螺釘?shù)男∨考庸?。這種利用數(shù)控機(jī)床加工醫(yī)用螺釘?shù)姆椒?,為類似特殊材料螺釘?shù)募庸ぬ峁┝藚⒖肌?/p>