精密数控线切割机在医疗器械行业的应用加工

医疗行业的微型化和精密化潮流推动着技术向前发展。

一方面采用高精密的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。

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。

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。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。 线切割机属于精度最高的加工设备之一很多著名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其指数化的最大误差为±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最大转速达到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专利的夹持系统可以实现对同心度和摆动量的近乎完美的校准 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专利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 线切割技术领域的最新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。

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