以不銹鋼醫(yī)用螺釘為例，針對零件材質(zhì)塑性不足和小批量加工成本高的問題進(jìn)行深

入分析，使用數(shù)控機(jī)床加工彌補(bǔ)專用機(jī)床冷擠壓加工螺紋的不足；通過設(shè)計支撐夾具和

編制數(shù)控宏程序來改善螺紋加工方法，解決醫(yī)用螺釘剛性較差和車削螺紋時切削力過大

的難題，為小批量特種材質(zhì)螺釘?shù)纳a(chǎn)提供了參考方案。

序言

普通木螺釘廣泛使用在家具制造業(yè)中，大多數(shù)木螺釘材質(zhì)為Q235A,采用

冷擠壓成形，具有成本低、效率高和產(chǎn)量大的優(yōu)點(diǎn)。在人體中使用的螺釘雖然與

普通木螺釘結(jié)構(gòu)相似，但是它必須具有一定的強(qiáng)度和耐腐蝕性。使用

2cH8可兇刀不銹鋼材料制作的醫(yī)用螺釘，受材質(zhì)、小批量生產(chǎn)及需要制作專用

刀具等因素的影響，基本無法通過專用機(jī)床冷擠壓成形。

醫(yī)用螺釘?shù)募庸るy點(diǎn)

對于小批量醫(yī)用螺釘生產(chǎn)，可以使用數(shù)控機(jī)慶加工來彌補(bǔ)專用機(jī)床加工的不

足。醫(yī)用螺釘直徑小，螺距相對于直徑來說比較大，剛性較差，在普通車床用成

形刀具加工螺紋，切削抗力隨著刀具的切削深度增大而逐漸加大。由于醫(yī)用螺釘

直徑小、長度長，即使在工藝上有支撐方法抵消大部分切削抗力，也容易引起螺

釘變形而無法切削，所以采用普通乍床很難加工。數(shù)控機(jī)床加工具有效率高、適

應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，用宏程序車削螺紋，刀具與工件接觸面積基本恒定，且不會隨著

刀具的切削深度增加而使切削抗力變大，但對于剛性較差的醫(yī)用螺釘也容易引起

變形、彎曲。本文對醫(yī)用不銹鋼螺釘?shù)募庸みM(jìn)行深入研究，在數(shù)控車床上通過合

理的工藝設(shè)置，解決不銹鋼材質(zhì)不易切削的問題⑴。通過設(shè)計支撐夾具和編制宏

程序分層車削，解決了螺紋加工剛性不足的問題。

醫(yī)用螺釘?shù)臄?shù)控加工原理

根據(jù)醫(yī)用螺釘幾何特征，對加工刀具的軌跡做出合理的規(guī)劃，是加工出合格

零件的關(guān)鍵。數(shù)控機(jī)床加工螺紋使用的是硬質(zhì)合金涂層刀片，要根據(jù)刀片的耐受

線速度人計算出車削醫(yī)用螺釘?shù)暮侠碇鬏S轉(zhuǎn)速，才能保證刀具的合理使用壽命。

計算公式為

式中，，為線速度（m/mitia）；Z?為回轉(zhuǎn)直徑（mm）；〃為主軸轉(zhuǎn)速（H/MM）。

醫(yī)用螺釘螺紋加工中根據(jù)刀具受力情況分析，主切削力消耗占機(jī)床總功率的

4。%以上，進(jìn)給抗力消耗占機(jī)床總功率的5%以上，如果使用成形刀具在數(shù)控機(jī)

床上加工螺紋，隨著刀具的切削深度增加，刀具與工件的接觸面積變大，切削抗

力也逐步增大，容易引起零件振動、變形和彎曲而無法車削⑶。

由此可知，傳統(tǒng)的成形刀具不能滿足醫(yī)用螺釘?shù)募庸ひ蟆榇烁倪M(jìn)加工方

法，使用數(shù)控35。仿形車刀，通過編制宏程序控制刀尖軌跡按螺紋牙型形狀運(yùn)動，

刀尖走完牙型后再分層進(jìn)給車削,這樣刀具與工件接觸面積基本恒定,刀具在車

削中的切削力也基本保持恒定旦較小，克服了傳統(tǒng)螺紋成形刀具切削抗力越來越

大的弊端。

醫(yī)用螺釘數(shù)控加工的實現(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)與人骨的聯(lián)接，需要有一定的強(qiáng)度和抗腐蝕能力，

因此選擇防酸、防堿，耐腐蝕且有一定強(qiáng)度的工67n8可國77不銹鋼材質(zhì)。這種不

銹鋼具有強(qiáng)度高、塑性較大以及在加工中硬化嚴(yán)重的特性，在切削中刀具承受的

切削抗力大，容易造成醫(yī)用螺釘變形嚴(yán)重，且刀具承受較高的切削溫度，容易形

成切削瘤。由于醫(yī)用螺釘容易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，使其加工變得困難，所以應(yīng)選

擇不易粘結(jié)，耐熱性、耐磨性和導(dǎo)熱性好的刀片?，同時在加工中要充分冷卻，選

擇散熱性好的水基切削液較為合理⑶。

4.2醫(yī)用螺釘零件結(jié)構(gòu)及尺寸

圖力所示醫(yī)用螺釘規(guī)格為外圓直徑為6M螺距

為2.5小儂，牙底槽寬。.43出，牙頂槽寬O.O5^\w\,牙形角60。，長65MM,

右端最大直徑11儂小。由于零件剛性較差，螺距用對于直徑來說比較大，所以在

如何增強(qiáng)工件裝夾剛性，以及數(shù)控加工宏程序的合理編制方面都存在一定的困難。

1

a）三維圖

b）結(jié)構(gòu)及尺寸

圖1醫(yī)用螺釘

4.3加工工藝

醫(yī)用螺釘為小批量生產(chǎn)，如果采用通用的一夾一頂方式車削螺紋，由于工件

剛性差，無法承受切削力，會在工件中間產(chǎn)生彎曲變形，所以車削螺紋時必須對

工件全程支撐，保證工件在支撐夾具中穩(wěn)定可靠，防止工件因變形而無法加工。

需要設(shè)計專用車削螺紋全程支撐夾具，來輔助支撐螺釘

零件螺距比較大，為了降低切削螺紋時的切削抗力，防止零件變形，選用硬

質(zhì)合金碳化鈦涂層35。仿形車刀，采用軌跡合成法編制宏程序分層切削螺紋，可

大大降低車削螺紋時的切削抗力，且保持基本恒定。

醫(yī)用螺釘加工過程如圖2所示。具體步驟為：①兩個零件連起來加工，中間

多留15儂儂以方便自定心卡盤裝夾，兩端各多留的7mm用作鉆中心孔的工藝

頭。②一夾一頂車削直徑6mm和llmnA外圓。③夾6mm外圓車削去掉工藝

頭，這樣中心孔也被去除，零件兩端才可以車削出完整錐度。④夾11mm外圓，

用支撐夾具支撐醫(yī)用螺釘后小小外圓，用宏程序車削螺紋。⑤把兩件連接在一起

的螺釘切斷后平長短，保證尺寸。⑥在臥式銃床上用立式回轉(zhuǎn)工作臺裝

滅，用鋸片銃刀銃1.5MM寬的槽。

c）切去工藝頭后車削錐度

d）用夾具支撐車削螺紋

,擦是準(zhǔn)中削

工摩用標(biāo)具切

加有作是夾紋

夾具的端使螺

裝其釘右，，

為，螺，座撐

互鐵個用尾支

體鑄兩作動具體

一移具

之灰上的夾

ggxgz—9夾

為套時撐

槽。具

件。撐紋一

開2夾支4

兩；支螺被

上程時T釘

H用位工程。

床過工螺

為作定加全

)銃工加示

(4質(zhì)位到，一

5在加在紋所3

5O定起中

6，釘釘材螺4套

套向端座削

短螺螺圖撐

長撐軸左尾車如

用用的支

平醫(yī)醫(yī)支到的釘紋

，起體床一

后2理；螺螺2

示產(chǎn)臺具機(jī)，

斷圖原工釘

切作所生凸夾控紋

加螺

）工3量的；數(shù)螺削

到用

c具圖批面固削車

裝醫(yī)

夾如小上緊車控

具一

撐具序套接圓數(shù)

夾2

支夾工撐聯(lián)外。

。

削撐分支體釘⑸

度

車支現(xiàn)。具螺消

紋削實性夾錐撐抵

螺車便特和號支被

4.紋方的套5套本

4螺是小撐氏撐基

的數(shù)支莫支力

目系把的的抗

圖3螺紋車削支撐夾具

1一自定心卡盤2—醫(yī)用螺釘3—支撐夾具4一機(jī)床尾座套管

5一機(jī)床尾座6一尾座鎖緊手柄7一尾座手輪8—35°'數(shù)控仿形車刀

圖6宏程序關(guān)系

4.5?宏程序編制

在零件加工各要素中，宏程序編制是關(guān)鍵，下面針對FANUC。'系統(tǒng)數(shù)控車

床，對螺紋加工進(jìn)行宏程序編制。宏程序編制原理：刀具每次在螺紋牙型形狀中

確定一個點(diǎn)，移動一個螺距；刀具回到起點(diǎn)再沿著螺紋的牙型形狀移動一個點(diǎn)，

再移動一個螺距；直到車削出整個牙型的形狀后，再通過坐標(biāo)系偏移實現(xiàn)分層進(jìn)

給車削，最終車削出完整牙型形狀口。圖5所示為宏程序關(guān)系，二級嵌套程序如

下。

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