不鏽鋼醫用螺釘數控加工切（qiē）削測量辦（bàn）法（fǎ）

01

前（qián）言

普通木螺（luó）釘廣泛應用於家具製造。木螺釘大多采用Q235A，冷（lěng）擠壓成型（xíng）。它具有成本低、效率高、產量大的優點。人體使用的螺釘雖然結構上與普（pǔ）通木（mù）螺釘相似，但必須具有一定的強度和耐腐蝕性（xìng）。1Cr18Ni9Ti不鏽鋼製造的醫用螺釘，受材料影響，小批量生產，需要製作（zuò）專用工（gōng）具，基本無法（fǎ）用專用機床冷擠壓成型。

02

加工醫用螺釘的難點（diǎn）

對於小批量醫（yī）用螺釘的生產，可以用數控機床來彌補專用機床的不（bú）足。醫用螺釘（dìng）直徑（jìng）小，相對於直徑螺距大，剛性差。在普（pǔ）通車床上，切削阻力（lì）隨著切削深度的增加而逐漸增大。由於醫用螺釘直徑小，長度（dù）長，即使有支撐的方法來抵消加工過程中的大部分（fèn）切削阻力（lì），也容易造成螺釘變形，無法切削，用普通車床很難加工。數控機床具有效率高、適應性強的優點。用宏程序車削螺紋時，刀具與工件的接觸麵積（jī）基本恒（héng）定，切削阻力不會隨著刀具（jù）切削深（shēn）度的增加而增加。但是剛性差的醫用螺釘也容易變（biàn）形彎曲。本文對醫用不鏽鋼螺（luó）釘的加工進（jìn）行了深入的（de）研究，通過在數控車床（chuáng）上合理的工（gōng）藝設置，解決了不鏽鋼不（bú）易切削的問題。通過設計支撐夾具和編製分層車削宏程序，解決了（le）螺紋加工（gōng）中剛性不足的問題。

03

醫用螺釘的數控加工原理

根據醫用螺釘的幾何特點，合理規劃刀具路徑是加（jiā）工合格零件（jiàn）的關鍵。數控機（jī）床使用硬質合金塗層刀片加工螺紋。車削醫用螺釘的合理主軸轉速應根據刀片的線速度V來計算，以保證（zhèng）刀具的合理使用（yòng）壽命（mìng）。計算公式為

v=πDn/1000

其中V是線（xiàn）速度(米/分鍾)；d是回轉直徑(毫米)；n是主（zhǔ）軸速度(轉/分)。

根據醫用螺紋加工中刀具受力分析，主切削力消耗占機床（chuáng）總功率的90%以上，進給阻力消耗（hào）占機床（chuáng）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，刀具與工件的（de）接觸麵積變（biàn）大，切削阻力逐漸增大，容易造成零件振動、變形、彎曲（qǔ），無法（fǎ）車（chē）削[2]。

因此（cǐ），傳統的成型工具無法滿足醫用螺釘的加工要求。為了改進加工方法，采用數控35仿形車刀，通過編製宏程序控製刀尖軌跡按螺紋牙形運動。刀尖完成螺紋（wén）輪廓後（hòu），進行分層進給車削，使刀具與工件的接觸麵（miàn）積基本恒定，車削時刀具的切削力基本恒定（dìng）且較小，從（cóng）而克服了傳統螺紋成型刀具切（qiē）削阻力（lì）增大的缺點。

04

醫用（yòng）螺釘數控加工（gōng）的實現

4.1刀具（jù）材料的選擇

醫用螺釘主要用於人工關節與人體骨骼的連接，需要一（yī）定的強度和耐腐蝕性。因此（cǐ），選擇耐酸堿腐蝕並具有（yǒu）一定強度的（de）1Cr18Ni9Ti不鏽鋼。這種不鏽鋼具有高強度、高塑（sù）性、加工硬化劇烈的特點。刀具在（zài）切割過程中承受很（hěn）大的切割阻力，容易造（zào）成醫用（yòng）螺釘（dìng）嚴重變形（xíng）。另（lìng）外，刀具承受較高的（de）切削溫度，容易形（xíng）成切削瘤。醫用螺釘容易發生（shēng）加工硬（yìng）化，給加工帶來困（kùn）難。因此，選擇（zé）不易粘結、耐熱性、耐磨性和導熱性好的刀片，並在加工過程中充分冷卻是合理的（de）。選擇散熱性好的水（shuǐ）基切削液更為合（hé）理。

4.2醫用螺釘零件的結（jié）構（gòu）和尺寸

圖1所示醫用螺釘為M6-尺寸2.5mm×55mm，直徑6mm，螺距2.5mm，齒（chǐ）底寬0.4mm，齒頂寬0.05mm，齒角（jiǎo）60°，長（zhǎng）55mm，右端最大（dà）直徑（jìng）11mm。由於零件剛性差，螺距相對於直徑比較大，如何增強工件的裝（zhuāng）夾剛（gāng）性（xìng），如何（hé）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

醫用螺釘小批量（liàng）生產。如果采用一般的一（yī）夾一頂（dǐng）的方法車削螺紋，工件由於剛性差，無法承受切削力，會在中途彎曲變形。因此，車削螺紋時（shí），必須（xū）全程（chéng）支（zhī）撐工件，以保證工件（jiàn）在支（zhī）撐夾具中的穩定性和可靠性，防止工件因變形而被加（jiā）工。需要（yào）設計一種特殊的支撐夾具來車削螺紋，以輔助支撐螺釘。

零（líng）件的間（jiān）距相對較大（dà）。為了降低車削（xuē）螺紋時的切（qiē）削阻力，防（fáng）止零件變形，選用鍍硬質（zhì）合金碳化鈦的35仿形車（chē）刀（dāo），編製宏程序，采用軌跡（jì）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，並保持基本不變。

醫（yī）用螺釘的加工。具體步驟如下（xià）:(1)兩部（bù）分連（lián）接加工，中間多留15mm便於自定心卡盤夾緊，兩端多留（liú）7mm作為鑽中心孔的工藝頭。(2)用一夾一頂車削直徑為6mm和（hé）11mm的外圓（yuán）。③夾6mm外圓車削去掉工藝頭，這樣（yàng）中心孔也去掉了，零件兩端可以車削完整的錐度。④夾緊（jǐn）11mm外圓，用支（zhī）撐夾具支撐醫用螺釘（dìng）6mm外圓，用宏程序車削螺紋。⑤切掉連（lián）接在一起的兩個螺絲，壓平（píng），保證60mm的尺寸。⑥在臥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（duān）鑽中心孔

b)轉動外圓並離開加工頭

c)切斷（duàn）加工頭後，車削錐（zhuī）度

d)用夾（jiá）具（jù）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（gōng）作原理

螺（luó）紋車削支撐夾具，醫用螺釘（dìng），加（jiā）工時兩片一體，相互夾緊，便於不同工（gōng）序小批量生產；支撐套由（yóu）HT200灰鑄鐵製成，具有摩擦係數低的特點。支撐套上（shàng）的凸台（tái）起軸向定位作用；夾具上的兩個螺釘用於連接緊固支撐套和夾具（jù）本體；夾具的左端起到定位支撐套的作用，右端是標準（zhǔn）的莫氏5號錐度（dù）。夾具安裝在數控（kòng）機床（chuáng）的尾座內，加（jiā）工（gōng）螺紋時移動尾（wěi）座，使夾具內的支撐套支撐住螺杆外圓車削螺紋（wén），螺杆車削螺紋全程由支撐（chēng）夾具支撐，螺紋的切削阻力基本抵消。數控車削螺紋。

4.5宏編程

在（zài）零件加工的所有要素中，宏程序是（shì）關鍵。這裏針對FANUC0i數控車床，進行螺紋加工的宏編程。宏（hóng）編程原理:刀具每確（què）定螺紋牙形中的一點，就移（yí）動一個螺（luó）距；回到起點，刀具沿螺紋齒形移動一點，再移動一個螺距；直到車（chē）削出整個（gè）齒形，通過坐標係偏置實現分層進給車削，最終車削出完整的齒形[6]。圖5顯示了宏程序關（guān）係，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加工注意事項和質量檢驗

在醫（yī）用螺釘的加工（gōng）中，外圓直徑6mm的誤差（chà）應控製在0.04mm左右（yòu），如果外圓直徑誤差較大，會造成支撐夾具中直（zhí）徑（jìng）6mm的半圓孔與螺釘外圓（yuán）重合不（bú）良，夾具的支（zhī）撐效果減弱，車削時會產生（shēng）振動或工（gōng）件變形。同時，車削螺紋（wén）時，刀片一定要（yào）保持鋒利，不能中途（tú）換刀，否則容易出現（xiàn）擰螺紋的現象。

用千分尺測量醫用螺釘（dìng）6mm外圓直徑（jìng），用卡尺測量螺距，用表麵粗糙度比較（jiào）儀測量表麵粗（cū）糙（cāo）度值Ra3.2μm是否達（dá）標。經檢測，零件完（wán）全滿足尺寸要求，能滿足使用要求。

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結束語

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