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來計算，以保證刀具的合理使用壽命。計算公式為

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)募庸ぁ＞唧w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加工注意事項和質(zhì)量檢驗(yàn)

在醫(yī)用螺釘?shù)募庸ぶ?，外圓直徑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ǎ瑸轭愃铺厥獠牧下葆數(shù)募庸ぬ峁┝藚⒖肌?/p>