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骨科行業(yè)中常見的三維零件和模具形狀的加工

2020-04-23 10:33閱讀數(shù):6519

  骨科行業(yè)對機(jī)械加工零件的要求很高。無論是關(guān)節(jié)植入物、手術(shù)器械、模具或者鍛造,材料都比較復(fù)雜,幾何形狀也很復(fù)雜,質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也是相當(dāng)高的。此外,這類業(yè)務(wù)的競爭日益激烈,制造商必須在技術(shù)上和生產(chǎn)效率上保持高水準(zhǔn),才能在這個市場生存。

  著名機(jī)床制造商牧野機(jī)床多年來一直專注于醫(yī)療行業(yè),他們在醫(yī)療行業(yè)常見材料如鈦合金、鈷鉻、不銹鋼以及相關(guān)硬質(zhì)工具鋼的三維加工方面積累了豐富的工藝知識。這里,有一些牧野建對于高難度加工的見解,對于提高生產(chǎn)效率有很大的幫助。

  獲得表面高光潔度

  對于骨科植入物來說,獲得尺寸精度是非常重要的,但最大的挑戰(zhàn)通常是表面的光潔度。因此,加工后的手工加工仍然需要帶磨削,拋光和拋光,而且加工起來很費時間。完成單一的部分,可能就需要45分鐘。然而,目前沒有一種實際的加工工藝可以避免手工加工這些零件的需要,但是高性能的機(jī)器和穩(wěn)定的加工工藝也可以大幅度縮短加工時間和加工周期。

  具體是怎么做到的?通過結(jié)合工程切削參數(shù)和正確的刀具路徑策略,我們可以改善表面質(zhì)量。舉個例子,在一個以性能為基礎(chǔ)的加工中心里,把一個25 Ra表面精加工到一個32 Ra,可以減少50%的股骨種植周期時間,提供一致的、可預(yù)測的結(jié)果。通過精確和可預(yù)測的表面光潔度,最終用戶可以開發(fā)更有效和更有效的二次光潔度過程,最終減少多達(dá)50%的這些操作。

  為了找到機(jī)器時間和加工時間的最佳點,牧野的應(yīng)用工程師已經(jīng)制定了相關(guān)策略。他們首先考慮所需的輸出表面光潔度,然后創(chuàng)建相應(yīng)的加工參數(shù)。當(dāng)然,任何機(jī)器設(shè)備都可以做到這一點。但是,要使整個加工過程更為高效,就必須采用加工技術(shù),這種技術(shù)在長時間的加工過程中會非??焖?、準(zhǔn)確和穩(wěn)定,這樣就可以減少精加工,而不必在加工時間上付出太大的代價。

  給出五軸加工的方法

  在骨科行業(yè)中常見的三維零件和模具形狀的加工,基本上都需要五軸加工。這可以通過3+2配置的傾斜/旋轉(zhuǎn)工作臺的三軸磨機(jī)來實現(xiàn),但與完全集成的五軸機(jī)器相比,通常會犧牲速度、表面光潔度和精度。

  通常在好的雙軸輔助表上,你可能會看到定位精度±3-5弧/秒和30到50 rpm的速度。牧野DA300五軸加工中心在醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用廣泛,其傾斜/軸頸工作臺采用直接驅(qū)動伺服技術(shù),定位精度和可重復(fù)性達(dá)到±2弧/秒,旋轉(zhuǎn)軸精度為±1弧/秒。以X-Y-Z軸為基準(zhǔn),可達(dá)1968 ipm,轉(zhuǎn)速為20,000轉(zhuǎn)/分的主軸,為高速3D加工提供更強(qiáng)大的平臺。

  能夠快速精準(zhǔn)地將工具進(jìn)給和鉸接到工件上,也便于我們更有效地使用切削工具。同時在進(jìn)行五軸加工時,可以在三維工件表面上保持恒定的刀具矢量,而球頭立銑刀不應(yīng)該是垂直的。當(dāng)我們把球磨機(jī)垂直于工件表面時,你實際上就是在以零轉(zhuǎn)/分的速度拖動刀具的尖端,這就很難是一個有效的切割過程。

  將工具相對于表面傾斜,可以有效地利用工具的有效凹槽長度,有效增加刀具的表面進(jìn)尺,并能將金屬去除率提高到40-50%,依舊能夠產(chǎn)生更好的表面磨光和共混物。

  同樣重要的一點是,不要在工具的質(zhì)量上精打細(xì)算。精密研磨工具產(chǎn)生更少的振動,以產(chǎn)生更好的表面,并持續(xù)更長的時間。工具架對于最小化刀具跳動也非常重要,這也會降低刀具的使用壽命和加工質(zhì)量。高速加工這些高難度的材料,收縮配合可能不是強(qiáng)制性的,但它是推薦的。

  三維加工的關(guān)鍵數(shù)控功能

  正是這種剛性、速度、精度和更自由的切割動作的組合起來,使加工過程能夠更有效地生成表面共混和匹配,大大減少了周期時間和加工后的精加工工作。然而,增加的加工速度和多軸的運動自由度,又產(chǎn)生了兩個全新的問題。如何在高進(jìn)給速度下,降低工具碰撞的風(fēng)險?如何管理工具路徑,從而實現(xiàn)您認(rèn)為在CAM中編程的高質(zhì)量表面?牧野解決這些問題與額外的軟件功能,可以在他們的Pro 6控制:

  碰撞安全防護(hù)(CSG) -由于主軸和工件在五軸環(huán)境中運動的動態(tài)性,意外的刀具、工件和夾具碰撞,是很危險的。因此,建議在諸如CGTech的Vericut之類的應(yīng)用程序中,對部件程序進(jìn)行完整的實體模型模擬。牧野的特有碰撞安全防護(hù)(CSG),采取進(jìn)一步的模型,復(fù)制完整的模擬在機(jī)器控制,還在設(shè)備上結(jié)合了工件和刀具偏移和其他物理設(shè)置的變化。實際的工件、夾具和工具特征(長度和直徑)可以通過自動探測程序容易地發(fā)現(xiàn)。接下來,軟件在部分程序中向前看,當(dāng)檢測到碰撞點時,它就會在碰撞發(fā)生前關(guān)閉設(shè)備。

  SGI光潔度-有各種因素會破壞工件的表面光潔度,如:殘留、軸過沖/欠沖、軸突然停止和反轉(zhuǎn)、振動等。牧野的超級幾何智能(SGI.5)軟件通過提供最佳的進(jìn)料來緩解上述情況,生成更高質(zhì)量的表面,同時減少了周期時間。

  SGI可以根據(jù)弦公差、塊長、點數(shù)、前瞻和m代碼的混合來保持高的進(jìn)給速度,建立公差來保持進(jìn)給速度,即使在刀具路徑發(fā)生突然的方向改變,也是如此。不必為最壞的情況編寫程序,你可以建立一個更快的饋送率,控制將自動補(bǔ)償角落或交叉可能危及切割的準(zhǔn)確性。再者,在使用高進(jìn)給銑削技術(shù)的應(yīng)用程序中,這種能力將更好地確保實際的刀具路徑,以編程的進(jìn)給速度保持。 來源:經(jīng)機(jī)網(wǎng)

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