人体植入件髋关节的数控加工(附件)【字数：6655】
髋关节是人体下肢和躯干链接的关节，主要为连接和维持关节之间的平衡，支撑人体站立行走，且在髋关节内存有神经系统。人体植入件髋关节零件主要进行替换人体中失效或损坏的髋关节，结构复杂，加工难点多（如表面粗糙度、加工精度等）。本课题以人体植入件髋关节为研究对象，简要介绍了人体植入件髋关节的应用，对其进行了数控加工工艺分析，包含加工刀夹具选择及相关参数设定，并且结合实际编制数控程序，然后进行产品的加工，最后结合图样尺寸要求完成质检，还分析了加工过程中的一些难点问题。合理的加工人体植入件髋关节，将为其它复杂人体医用件提供参考。
目录
引 言 1
一、人体植入件髋关节的简介 2
（一）人体植入件髋关节的应用领域 2
（二）人体植入件髋关节结构分析 2
二、加工工艺分析 4
（一）毛坯分析与选用 4
（二）髋关节加工设备的分析与选择 4
（三）髋关节加工刀具的分析与选择 5
（四）髋关节加工夹具的分析与选择 6
（五）髋关节加工参数分析与设定 7
（六）髋关节加工路线确定 8
（七）髋关节加工工艺确定 9
三、人体植入件髋关节的仿真加工 10
四、人体植入件髋关节检验 11
总结 15
致谢 16
参考文献 17
引 言
伴随着科技的发展以及机械加工技术的日渐精密与智能，给予了医疗机械极大的推动力。自2010至今，国内医疗机械产业规模在市场的推动，政府的支持下持续扩大，由最初的传统医疗器械到现在的人体医疗机械，其发展愈发精密化、科技化以及人性化。据市场报告得知，2018年相关医疗机械产业规模为4300亿人民币，其中服务增值为1000亿人民币，产品产值为3300亿人民币。近些年来，国内的医疗机械蓬勃发展，相比与前一年，相关产值同比增长百分之20。依据相关数据来看，大概在5年后，国内的医疗机械产值能够突破8000亿元，并且能够拉动相关产业的迅速发展。国内也将出台相关政策以扩大国内医疗机械的相关规模。
为解决人体各类骨骼问题，现经研究出现吻合人体结构的骨骼假体以替代人体中坏死以及损坏的骨骼，以缓和传 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
统疗法的局限性。人体植入件髋关节属于最近较为新型的髋关节假体，相对于之前的假体结构，其由于机械加工的愈发的精密性、智能性带来假体更高的吻合度、疗效以及使用寿命。
人体植入件髋关节作为新型的假体植入零件，相对于之前的假体植入件，其需要更高的加工精度并且对其各项的加工要求都需求高。一个髋关节假体的产品完成，需要进行多道工序的配合加工完成，每一道工序都需要精密性，即加工设备、加工夹具、加工刀具的合理选用，加工参数的合理设定，加工工位的合理安排以及必要的工位检测。
此次课题的研究产品来源于所实习的强生医疗机械有限公司，强生近年一直致力于医疗机械的研发以及加工。本文将以人体植入件髋关节为研究主体，分步进行分析、研究以及加工。
一、人体植入件髋关节的简介
（一）人体植入件髋关节的应用领域
如图11、图12所示，其为人体植入件髋关节的3D示意图以及加工产品图。人体植入件髋关节主要应用于替代人体中坏死以及损坏的髋关节，以达到连接与平衡关节之间的作用。人体植入件髋关节主要通过植入的方式进入人体，所以对于其表面光洁度、各结构尺寸精度都存在较高的要求，这对于加工是较难的点。
（二）人体植入件髋关节结构分析
如图13、图14所示，人体植入件髋关节外观结构复杂，并且外观结构的尺寸精度以及表面粗糙度都十分的精密。因为人体植入件髋关节的应用领域很是严格，其需要自身的精密性以及配合的吻合度保证替代的活动学功能与生物力学功能。
依据人体植入件髋关节的3D示意图所示，其上部的结构是一个类锥型的球头与类锥头相衔接，支撑这组结构的是一个承接座结构，中间以股腿板进行连接。在其底部承接座上存在定位孔以及螺纹孔结构，以便于植入安装。
对于人体植入件髋关节的表面粗糙度，大体的加工要求都较高，其中要求最高的是锥头部分，以进行标注，其他的均参照Ra 0.8进行加工。
其中规格尺寸为Φ3.912mm的连接孔，是用于配合件的连接的，因此在加工过程中需要保证其表面粗糙度在Ra 0.06内。至于其他的部分结构的粗糙度需要保证在Ra0.8内。
如下表11所示，为髋关节的加工内容和要求。
表11：髋关节零件的加工内容和要求
髋关节结构分析
底部承接座
结构尺寸：130.785*51.798*12.19（长、宽、高），单位mm，其中长度尺寸精度公差为±0.016,宽度以及高度的尺寸精度公差为±0.010
上部的锥头
直径为φ12.875mm，由于其需要与球头配合，所以其尺寸精度公差为0.0508，锥头的长度为11.176mm，尺寸精度公差为±0.254，并且在其尾端存在1.25*66°的倒角结构，其表面光洁度也存在明确标注，为Ra0.6μm
圆弧曲面
规格尺寸分别是R3.17mm、R7.87mm、R13.72mm，其中R7.87mm、R13.72mm两段圆弧是连接领口与锥头的
中心孔以及狭槽
规格尺寸为φ3.982mm与R5.33mm、长度为2*5.55mm
领口的下部的三个孔
处在一条中轴线上，两个侧孔距离中孔的都为38.354mm。最后便是存在于股腿板上的孔结构，其作用为连接以及固定，尺寸规格为φ10.414*3.912mm
二、加工工艺分析
（一）毛坯分析与选用
髋关节位于人体中是起到承受其以上的压力的，并且连接上下支撑直骨并承接两者的旋转力与拉力。所以所选用的材质需要在力学方面满足以上条件，在承受压力以及拉力的情况下不发生形变。另外便是所选用的材质需要与人体相兼容，不发生排斥以及对人体没有副作用。在人造关节制造初期，一般采用不锈钢作为主要材质，因为不锈钢的硬度较高，满足力学方面的要求，并且不锈钢材质具有较优的切削性能，利于外观结构复杂的零件进行加工。但是，不锈钢不具有耐腐蚀性，不适合长期处于人体的生理环境。再后来采用钛合金，相对于不锈钢，其更小密度的特性在质量上低于不锈钢，更加的方便人体活动。但是钛合金材质不具有较优的耐磨损性，不适合作为盖骨、髋关节等人造关节的材质，特别是髋关节内部有神经贯穿，较差的耐磨损性会对内部神经造成伤害。
目录
引 言 1
一、人体植入件髋关节的简介 2
（一）人体植入件髋关节的应用领域 2
（二）人体植入件髋关节结构分析 2
二、加工工艺分析 4
（一）毛坯分析与选用 4
（二）髋关节加工设备的分析与选择 4
（三）髋关节加工刀具的分析与选择 5
（四）髋关节加工夹具的分析与选择 6
（五）髋关节加工参数分析与设定 7
（六）髋关节加工路线确定 8
（七）髋关节加工工艺确定 9
三、人体植入件髋关节的仿真加工 10
四、人体植入件髋关节检验 11
总结 15
致谢 16
参考文献 17
引 言
伴随着科技的发展以及机械加工技术的日渐精密与智能，给予了医疗机械极大的推动力。自2010至今，国内医疗机械产业规模在市场的推动，政府的支持下持续扩大，由最初的传统医疗器械到现在的人体医疗机械，其发展愈发精密化、科技化以及人性化。据市场报告得知，2018年相关医疗机械产业规模为4300亿人民币，其中服务增值为1000亿人民币，产品产值为3300亿人民币。近些年来，国内的医疗机械蓬勃发展，相比与前一年，相关产值同比增长百分之20。依据相关数据来看，大概在5年后，国内的医疗机械产值能够突破8000亿元，并且能够拉动相关产业的迅速发展。国内也将出台相关政策以扩大国内医疗机械的相关规模。
为解决人体各类骨骼问题，现经研究出现吻合人体结构的骨骼假体以替代人体中坏死以及损坏的骨骼，以缓和传 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
统疗法的局限性。人体植入件髋关节属于最近较为新型的髋关节假体，相对于之前的假体结构，其由于机械加工的愈发的精密性、智能性带来假体更高的吻合度、疗效以及使用寿命。
人体植入件髋关节作为新型的假体植入零件，相对于之前的假体植入件，其需要更高的加工精度并且对其各项的加工要求都需求高。一个髋关节假体的产品完成，需要进行多道工序的配合加工完成，每一道工序都需要精密性，即加工设备、加工夹具、加工刀具的合理选用，加工参数的合理设定，加工工位的合理安排以及必要的工位检测。
此次课题的研究产品来源于所实习的强生医疗机械有限公司，强生近年一直致力于医疗机械的研发以及加工。本文将以人体植入件髋关节为研究主体，分步进行分析、研究以及加工。
一、人体植入件髋关节的简介
（一）人体植入件髋关节的应用领域
如图11、图12所示，其为人体植入件髋关节的3D示意图以及加工产品图。人体植入件髋关节主要应用于替代人体中坏死以及损坏的髋关节，以达到连接与平衡关节之间的作用。人体植入件髋关节主要通过植入的方式进入人体，所以对于其表面光洁度、各结构尺寸精度都存在较高的要求，这对于加工是较难的点。
（二）人体植入件髋关节结构分析
如图13、图14所示，人体植入件髋关节外观结构复杂，并且外观结构的尺寸精度以及表面粗糙度都十分的精密。因为人体植入件髋关节的应用领域很是严格，其需要自身的精密性以及配合的吻合度保证替代的活动学功能与生物力学功能。
依据人体植入件髋关节的3D示意图所示，其上部的结构是一个类锥型的球头与类锥头相衔接，支撑这组结构的是一个承接座结构，中间以股腿板进行连接。在其底部承接座上存在定位孔以及螺纹孔结构，以便于植入安装。
对于人体植入件髋关节的表面粗糙度，大体的加工要求都较高，其中要求最高的是锥头部分，以进行标注，其他的均参照Ra 0.8进行加工。
其中规格尺寸为Φ3.912mm的连接孔，是用于配合件的连接的，因此在加工过程中需要保证其表面粗糙度在Ra 0.06内。至于其他的部分结构的粗糙度需要保证在Ra0.8内。
如下表11所示，为髋关节的加工内容和要求。
表11：髋关节零件的加工内容和要求
髋关节结构分析
底部承接座
结构尺寸：130.785*51.798*12.19（长、宽、高），单位mm，其中长度尺寸精度公差为±0.016,宽度以及高度的尺寸精度公差为±0.010
上部的锥头
直径为φ12.875mm，由于其需要与球头配合，所以其尺寸精度公差为0.0508，锥头的长度为11.176mm，尺寸精度公差为±0.254，并且在其尾端存在1.25*66°的倒角结构，其表面光洁度也存在明确标注，为Ra0.6μm
圆弧曲面
规格尺寸分别是R3.17mm、R7.87mm、R13.72mm，其中R7.87mm、R13.72mm两段圆弧是连接领口与锥头的
中心孔以及狭槽
规格尺寸为φ3.982mm与R5.33mm、长度为2*5.55mm
领口的下部的三个孔
处在一条中轴线上，两个侧孔距离中孔的都为38.354mm。最后便是存在于股腿板上的孔结构，其作用为连接以及固定，尺寸规格为φ10.414*3.912mm
二、加工工艺分析
（一）毛坯分析与选用
髋关节位于人体中是起到承受其以上的压力的，并且连接上下支撑直骨并承接两者的旋转力与拉力。所以所选用的材质需要在力学方面满足以上条件，在承受压力以及拉力的情况下不发生形变。另外便是所选用的材质需要与人体相兼容，不发生排斥以及对人体没有副作用。在人造关节制造初期，一般采用不锈钢作为主要材质，因为不锈钢的硬度较高，满足力学方面的要求，并且不锈钢材质具有较优的切削性能，利于外观结构复杂的零件进行加工。但是，不锈钢不具有耐腐蚀性，不适合长期处于人体的生理环境。再后来采用钛合金，相对于不锈钢，其更小密度的特性在质量上低于不锈钢，更加的方便人体活动。但是钛合金材质不具有较优的耐磨损性，不适合作为盖骨、髋关节等人造关节的材质，特别是髋关节内部有神经贯穿，较差的耐磨损性会对内部神经造成伤害。
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