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浅析线切割机床在医疗器械行业中的应用
点击次数:1829 发布时间:2010-11-23
 

浅析线切割机床在医疗器械行业中的应用

当今,医疗行业颇具成长性,仅在德国市场就已经有大约16000家企业为医疗行业市场制造大约10000种产品,且增长量急剧上升。

特别是微型化的趋势在向前发展。人们总在追求生产工艺的简单化,并探寻一种安全的产品生产工艺。对此,微型加工工艺得到人们的青睐。在这里,放电加工技术便是一种合适的工艺,例如线切割(图1)。


图1 在对小型和极小型部件(诸如用于医疗行业的部件)加工时,
微型加工越来越得到人们的青睐。其中一种比较可靠的加工工艺便是线切割

只有0.001mm的公差并不稀罕

采用超精密的夹具、高精密的转台和旋转轴,有助于满足该行业对产品精度的要求,并生产出极高质量的人工关节、牙、微型泵等移植部件和临床器械、脑部治疗用针和心脏起搏器等产品。在此类产品中,很多产品的公差范围只有0.001mm,这种情况并不少见。

极高的精度是一个方面,而经济效益则又是另一个方面。Hirschmann公司的设计人员与医疗行业企业及研究机构合作,连续研发出多种夹具装置和多重夹持系统,符合经济性良好的线切割加工和医疗部件的铣削要求。有待加工的部件往往都是一些复杂和敏感的部件,对于这些部件,无法采用标准型夹具(图2)。


图2 医疗部件往往都具有复杂的轮廓,对此标准型夹具无法匹配。
个性化的夹具和多重夹持系统可以提供帮助

在机床作业之外的同步夹持与预调节工作和复合加工,都可以显著降低制造成本。与此同时,应用在电火花加工和线切割以及HSC铣削或水切割场合的标准型夹持系统积累的经验可以提供很大的帮助。由于此类加工方案可以实现自动化,因此人们仍然非常看重这些加工工艺。

线切割机属于精度zui高的加工设备之一,很多企业都结合使用线切割机和A轴,来制造诸如移植关节等一类产品。加工件依靠夹具或托盘系统进行夹持。A轴作为第六轴,接受线切割机的同步控制(图3)。在部件的外形轮廓方面,可以满足各种各样的需求。


图3 线切割机配以A轴,可以达到车削和线切割功能的结合。
A轴可以装备气动卡盘,由此,可以实现自动加工过程

直接式测量系统控制轴的旋转

为了达到医疗行业对加工精度的要求,所有A轴均配备一种直接测量系统,从而使部件的精度达到±2.5"的范围。为了阐明这种精度等级,下面就以一个应用实例来具体说明:如果工件的直径为180mm,其指数化的zui大误差为±0.001mm。A轴可以装配气动卡盘,这样加工过程即可实现自动化。

结合使用线切割机和一个附加的旋转轴,可以开辟出加工各式各样的旋转对称部件的新天地。待加工的毛坯件放置在旋转轴上,在zui大转速达到1500r/min时,通过线切割机上的钢丝,可以在旋转的工件上做出任意的外形轮廓。这种工艺的长处在于工艺安全,部件表面质量高,即便是精细产品,也不例外。这是因为在采用这种加工工艺时,不会产生诸如圆磨时可产生的侧向加工压力。几个毫米至几个微米范围内的特定的网状物、尖状物、圆盘或球状物均可达到很高的表面质量。


图4 一种针对圆形工件的已获的夹持系统可以实现对同心度和摆动量的近乎的校准

为了达到这种效果,除了轴的同心精度之外,一种针对圆形工件的已获的夹持系统可以实现同心度和摆动量近似为零的调整(图4)。在医疗装备行业中,线切割工艺的典型应用实例便是对脑部手术针、心脏起搏器部件、静脉扩张器械和活体解剖器械以及微型压铸型芯和推射器顶杆等产品的加工。通过对车削和线切割功能的结合应用,工件更换也可以实现自动化。


图5 用于线切割的组合型旋转和定位心轴并不比一根火柴大多少

线切割技术领域的发展是一种组合型的旋转和定位心轴。它不仅可以实现线切割,在一次夹持中,还可以实现平面的切割(图5)。由此可以提高生产的经济性。(end)

后言

医疗行业的微型化和精密化潮流推动着线切割技术向前发展。一方面,采用高精密的夹具和相应的外围设施,使得标准型线切割机床仍能不断满足医疗行业的需求;另一方面,通过电火花加工技术,可以找到一种把部件误差限制在几个微米范围之内的加工工艺。

苏州中航长风数控科技有限公司主营产品有线切割机床电火花成型机快走丝线切割中走丝线切割电火花线切割电火花穿孔机断丝锥机

 
 
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