数控车床技术的髋关节summit的加工工艺设计
【摘要】本课题主要介绍了基于数控技术的髋关节SUMMIT的加工工艺分析。这是医学用不规则零件，主要操作数控车床加工轴体部分，该零件实际操作较为简单，但在精度上有着很高的要求。首先对图纸进行分析，包括其中的尺寸以及技术要求。接着介绍加工该零件时所选用的材料、数控车床、刀具等，并对生产工艺进行分析。最后对该零件所涉及到的加工工艺做分析,并对零件进行详细检测。
目录
引言 5
一、零件图的分析与数控机床的选择 6
(一)数控车床的车削加工 6
(二)零件图纸的分析 6
二、数控加工工艺的设计 7
(一)加工方法的选择 7
(二)数控车床夹具的选择 7
(三)加工前的准备 8
三、产品的正式加工 9
(一)核对图纸号输入正确的加工程序 9
(二)外圆加工的方法 12
(三)产品颈部与螺纹的加工 13
(四)光整加工与倒角 13
四、零件的技术参数检测 13
(一)检测量具 13
(二)实际生产过程中遇到的问题与解决方案 17
总结 18
参考文献 19
谢辞 20
引言
课题基于数控车床技术的髋关节SUMMIT的加工工艺设计是来自于本人实习企业强生(苏州)医疗器械有限公司，该公司主要是基于数控车床技术模拟人体关节人造关节制造加工植入件，用以替代生活中人们病变和损坏的关节并恢复正常功能。
随着经济与技术的不断发展，在人造关节制造选用的材料与加工方法不断地精益求精，这一技术得到了进一步的稳固。目前，在人造关节方面已经取得了很大的成功，可置换的人造关节包括膝，髋，肩等。
在数控技术的不断发展下，人造关节的加工过程变得更加精密，也更加简便，可大量进行制造与销售。目前加工人工髋关节的过程大多采用精密模锻车削加工锥头人工逐级抛光表面。数控车床的加工对这一加工过程有着重大的作用。
医用钛合金的加工是非常复杂的，因为其硬度很高，所以生产过程中对刀具是个不小的挑战，既要保证加工生产的效率，又要保证生产成本的高低。该产品表面的质量要求很高，所以医用钛
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合金的数控车削和对其加工工艺进行优化，是对数控加工质量和生产效率具有重要的意义。
一、零件图的分析与数控机床的选择
(一)零件图纸的分析
1.工件原材料分析
该工件所选用的材料是TC4（钛合金），人造关节的用料通常会选用该类金属材料，钛合金因为具有高生物相容性，并且有很好的比强度和耐腐蚀性，所以在医用器具上得到广泛的使用，钛的密度相比不锈钢要小得多，熔点非常的高，所以在车削加工过程中有很好的稳定性。相比较不锈钢而言，其出色的抗疲劳性、耐腐蚀性能够广泛的应用于医用植入体当中。
由于TC4有很高的硬度，属于难加工的材料，因此我们在加工过程中要注意切削用量选择以及刀具几何角度的选择，如果这些参数不能很好地控制，那么产品的加工精度就得不到保证而出现废品。极高的硬度对刀具的磨损大，它会影响车床效能的发挥，所以要合理地选择刀具的角度来解决刀具磨损问题。
2.零件图尺寸分析
（1）锥头部分直径为Φ12.8753+0.0000 0.0508
（2）锥头长度尺寸为11.176+0.254 0.254
（3）锥头总高为47.320+0.254 0.254
(4) 倒角为0.762+0.254 0.254x45°+5.0° 5.0°
(5)所有锐角倒钝
3.零件图的技术要求分析
分析图纸（图11）可知，该零件表面粗糙度要求较高，要求为Ra0.8～Ra3.2。,
4.毛坯材料选择
为了节约成本以及批量要求该零件毛坯是由钛合金铸件铸造成型。
图11 图纸基本技术要求
(二)设备的选择
基于上述材料与结构以及图纸技术要求考虑，本课题选用品牌Mori Seiki CNC， 型号为NL1500Y数控车床。根据图纸中的描述，前段锥头部分为轴类零件，所以使用此数控车床能够很好的控制其尺寸精度与产品性能稳定性。
图12 数控车床
二、数控加工工艺的设计
(一) 加工方法的选择
1.锥头部分的加工方法
锥头部分的加工利用数控车床进行车削加工。根据零件图纸的技术要求该零件需进行粗车端面找坐标，粗精车外圆。外圆粗糙度要求为Ra0.8～Ra3.2。
2. 加大走刀量控制表面粗糙度
为了增加其与其他零件之间的摩擦力，防止其脱落，所以通过加大走刀量来实现控制其表面粗糙度，宏参数#112来补偿。
(二) 数控车床夹具的选择
图21 主轴夹具
图22 夹具
因为产品的特殊形状，所以主轴夹具是特制的两爪卡盘，配合车床的气动夹头，方便产品的装夹，同时为保证产品不被挤压变形，夹具也是依据产品的形状特制的注塑模工艺，与产品紧密结合，保证其在加工过程中不松动滑落。
(三) 加工前的准备
1．原材料尺寸
本产品由于原材料是通过铸锻制成的，所以原材料的总长尺寸是一定要保证的，如果过短，则会造成在加工过程中产品尺寸超差报废。
图31 杆部总长
2.刀具的选择与更换（见表31 刀具的选择）
刀库位
加工工序
刀柄
刀片
1号刀
粗车端面
ISCAR GHDR204
SECO LCMF160505476F1CP500
3号刀
粗车外圆锥头
Kenna MTJNR2020K16H4
WIDIA TNMA160408
4号刀
粗精车颈部
DVJNR2020K16
VNGP 16 04 08K KC730
5号刀
精车锥头、倒角、端面
目录
引言 5
一、零件图的分析与数控机床的选择 6
(一)数控车床的车削加工 6
(二)零件图纸的分析 6
二、数控加工工艺的设计 7
(一)加工方法的选择 7
(二)数控车床夹具的选择 7
(三)加工前的准备 8
三、产品的正式加工 9
(一)核对图纸号输入正确的加工程序 9
(二)外圆加工的方法 12
(三)产品颈部与螺纹的加工 13
(四)光整加工与倒角 13
四、零件的技术参数检测 13
(一)检测量具 13
(二)实际生产过程中遇到的问题与解决方案 17
总结 18
参考文献 19
谢辞 20
引言
课题基于数控车床技术的髋关节SUMMIT的加工工艺设计是来自于本人实习企业强生(苏州)医疗器械有限公司，该公司主要是基于数控车床技术模拟人体关节人造关节制造加工植入件，用以替代生活中人们病变和损坏的关节并恢复正常功能。
随着经济与技术的不断发展，在人造关节制造选用的材料与加工方法不断地精益求精，这一技术得到了进一步的稳固。目前，在人造关节方面已经取得了很大的成功，可置换的人造关节包括膝，髋，肩等。
在数控技术的不断发展下，人造关节的加工过程变得更加精密，也更加简便，可大量进行制造与销售。目前加工人工髋关节的过程大多采用精密模锻车削加工锥头人工逐级抛光表面。数控车床的加工对这一加工过程有着重大的作用。
医用钛合金的加工是非常复杂的，因为其硬度很高，所以生产过程中对刀具是个不小的挑战，既要保证加工生产的效率，又要保证生产成本的高低。该产品表面的质量要求很高，所以医用钛
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合金的数控车削和对其加工工艺进行优化，是对数控加工质量和生产效率具有重要的意义。
一、零件图的分析与数控机床的选择
(一)零件图纸的分析
1.工件原材料分析
该工件所选用的材料是TC4（钛合金），人造关节的用料通常会选用该类金属材料，钛合金因为具有高生物相容性，并且有很好的比强度和耐腐蚀性，所以在医用器具上得到广泛的使用，钛的密度相比不锈钢要小得多，熔点非常的高，所以在车削加工过程中有很好的稳定性。相比较不锈钢而言，其出色的抗疲劳性、耐腐蚀性能够广泛的应用于医用植入体当中。
由于TC4有很高的硬度，属于难加工的材料，因此我们在加工过程中要注意切削用量选择以及刀具几何角度的选择，如果这些参数不能很好地控制，那么产品的加工精度就得不到保证而出现废品。极高的硬度对刀具的磨损大，它会影响车床效能的发挥，所以要合理地选择刀具的角度来解决刀具磨损问题。
2.零件图尺寸分析
（1）锥头部分直径为Φ12.8753+0.0000 0.0508
（2）锥头长度尺寸为11.176+0.254 0.254
（3）锥头总高为47.320+0.254 0.254
(4) 倒角为0.762+0.254 0.254x45°+5.0° 5.0°
(5)所有锐角倒钝
3.零件图的技术要求分析
分析图纸（图11）可知，该零件表面粗糙度要求较高，要求为Ra0.8～Ra3.2。,
4.毛坯材料选择
为了节约成本以及批量要求该零件毛坯是由钛合金铸件铸造成型。
图11 图纸基本技术要求
(二)设备的选择
基于上述材料与结构以及图纸技术要求考虑，本课题选用品牌Mori Seiki CNC， 型号为NL1500Y数控车床。根据图纸中的描述，前段锥头部分为轴类零件，所以使用此数控车床能够很好的控制其尺寸精度与产品性能稳定性。
图12 数控车床
二、数控加工工艺的设计
(一) 加工方法的选择
1.锥头部分的加工方法
锥头部分的加工利用数控车床进行车削加工。根据零件图纸的技术要求该零件需进行粗车端面找坐标，粗精车外圆。外圆粗糙度要求为Ra0.8～Ra3.2。
2. 加大走刀量控制表面粗糙度
为了增加其与其他零件之间的摩擦力，防止其脱落，所以通过加大走刀量来实现控制其表面粗糙度，宏参数#112来补偿。
(二) 数控车床夹具的选择
图21 主轴夹具
图22 夹具
因为产品的特殊形状，所以主轴夹具是特制的两爪卡盘，配合车床的气动夹头，方便产品的装夹，同时为保证产品不被挤压变形，夹具也是依据产品的形状特制的注塑模工艺，与产品紧密结合，保证其在加工过程中不松动滑落。
(三) 加工前的准备
1．原材料尺寸
本产品由于原材料是通过铸锻制成的，所以原材料的总长尺寸是一定要保证的，如果过短，则会造成在加工过程中产品尺寸超差报废。
图31 杆部总长
2.刀具的选择与更换（见表31 刀具的选择）
刀库位
加工工序
刀柄
刀片
1号刀
粗车端面
ISCAR GHDR204
SECO LCMF160505476F1CP500
3号刀
粗车外圆锥头
Kenna MTJNR2020K16H4
WIDIA TNMA160408
4号刀
粗精车颈部
DVJNR2020K16
VNGP 16 04 08K KC730
5号刀
精车锥头、倒角、端面
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