人体膝关节零件的数控加工
【摘要】
人体膝关节的个体化制造与加工是医疗康复工程中的热点话问题，人体膝关节制造的好坏直接影响到医学治疗的质量。由于人体骨骼具有形状复杂和不规则性的特点，所以说人体膝关节的制造加工是一个有待解决的问题。本课题是以膝关节为主要对象进行研究的，主要探索它整个数控加工过程，查阅相关资料，利用UG绘图软件对其进行数控加工。最后进行实际加工并解决在加工过程中遇到的问题。
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关键字:】NXCAD/CAM；数控加工
引言 1
一．膝关节零件图样 2
二．工艺分析 2
（一）毛坯的选择 2
（二）工装选择 2
（三）选择夹具 5
（四）刀具的选择 6
三．CAD建模与CAM编程 7
（一）CAD建模 7
（二）CAM编程 8
（三）CAM后处理程序 11
四．零件的实际加工 13
五． 总结 14
参考文献 15
谢辞 16
引言
为了提高人们的生活质量，改善人们的医疗条件，人体膝关节的构建将作为人们生活中非常重要的一部分，它的研究和发明不仅会给人们带来方便，同时也会给生产商带来经济效益。
所谓人体膝关节就是用人造关节来代替人体内已经被破坏的关节结构，从而实现正常关节的功能。人体骨骼的加工现状直接影响到今后人们的生活，因为他可以取代让一些残疾人过上正常人的生活，而不是一直让他们生活在阴影中。
对于人体膝关节加工设备的要求非常重要，应选择合适的机床对其进行加工，机床的选取必须保持尺寸精度上的准确无误，加工工艺上的准确。该零件来自强生（苏州）医疗器械有限公司，本公司一直采用森精机床来加工生产这类零件，所以选择加工精度高的森精机NZ2000加工中心完成对人体膝关节零件的加工。森精机床一直以生产作为出发点，它的加工精度和工作效率很高，可以加工出质量高的零件。
一．膝关节零件图样
膝关节零件图样来自强生(苏州）医疗器械有限公司，如图1所示。
图1 零件工程图
技术要求：材料为缩醛共聚物；应选用专用刀具，注意各个工序所选用的刀具（有的工序需要成型刀）；装夹应固定，防止产生不必要的误差；加工槽时，应注意槽的精度；铣外轮廓时，注意尺寸63.7半球的位置相对于基准K的公差为0.40；未住倒角1.6mm。
二．工艺分析
（一）毛坯的选择
根据零件图的工艺分析，工件是一个回转体零件。因为该零件的材料为缩醛共聚物，需要车削加工，所以要选择的毛坯为65mm×45mm。
（二）工装选择
1、零件需采用“森精机NZ 2000”加工中心进行加工，机床如图2-1所示。
图2-1 森精机NZ 2000加工中心
2.“森精机NZ 2000”机床参数，机床主要参数如表2-1所示。
机床参数表2-1
机床行程X轴行程610mm
Y轴行程510mm
Z轴行程810mm
工作台尺寸（长×宽）750mm×550mm
主轴最大转速（m/min）范围（标准）5000m/min
最大切削进给速度（mm/min)范围（标准）2500mm/min
最大车削直径（mm）罩壳干涉（mm）320mm
刀库容量32
数控系统标准配置MSX
3.加工中心安全操作规程
（1）工作前的准备，注意事项如下：
1）进入车间时，要穿好工作服，大袖口要扎紧，衬衫要系入裤内。不得穿凉鞋、拖鞋、高跟鞋、背心、裙子和戴围巾进入车间。注意：不允许戴手套操作机床；
2）注意不要移动或损坏安装在机床上的警告标牌；
3）注意不要在机床周围放置障碍物，工作空间应足够大；
4）某一项工作如需要两人或多人共同完成时，应注意相互间的协调一致；
5）不允许采用压缩空气清洗机床、电器柜及NC单元；
6）应在指定的机床和计算机上进行操作。未经允许，其它机床设备、工具或电气开关等均不得乱动；
7）操作前必须熟悉加工中心的一般性能、结构、传动原理及控制程序，掌握各操作按钮、指示灯的功能及操作程序。在弄懂整个操作过程前，不要进行机床的操作和调节；
8）开动机床前，要检查机床电器控制系统是否正常，润滑系统是否通畅、油质是否良好，并按规定要求加足润滑油，各操作手柄是否正确，工件、夹具及刀具是否已夹持牢固，检查冷却液是否充足，然后开慢车空转15分钟，检查各传动部件是否正常，确认无故障后，才可正常使用；
9）程序调试完成后，必须严格按操作步骤操作，不得擅自操作或违章操作，；
10）加工零件前，必须严格检查机床原点、刀具数据是否正常并进行无切削轨迹仿真运行；
（2）工作过程中，注意事项如下：
1）加工零件时，必须关上防护门，不准把头、手伸入防护门内，加工过程中不允许打开防护门；
2）加工过程中，操作者不得擅自离开机床，应保持思想高度集中，观察机床的运行状态。若发生不正常现象或事故时，应立即终止程序运行，切断电源，不得进行其它操作；
3）严禁用力拍打控制面板、触摸显示屏。严禁敲击工作台、分度头、夹具和导轨；
4）严禁私自打开数控系统控制柜进行观看和触摸；
5）操作人员不得随意更改机床内部参数；
6）机床控制微机上，除进行程序操作和传输及程序拷贝外，不允许作其它操作；
7）加工中心属于大精设备，除工作台上安放工装和工件外，机床上严禁堆放任何工、夹、刃、量具、工件和其它杂物；
8）禁止用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须要用铁钩子或毛刷来清理；
9）禁止用手或其它任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其它运动部位；
10）禁止加工过程中测量工件、手动变速，更不能用棉丝擦拭工件、也不能清扫机床；
11）禁止进行尝试性操作；
12）使用手轮或快速移动方式移动各轴位置时，一定要看清机床X、Y、Z轴各方向“、-”号标牌后再移动。移动时先慢转手轮观察机床移动方向无误后方可加快移动速度；
13）在程序运行中须暂停测量工件尺寸时，要待机床完全停止、主轴停转后方可进行测量，以免发生人身事故；
14）机床若数天不使用，则每隔一天应对NC及CRT部分通电2-3小时；
15）关机时，要等主轴停转3分钟后方可关机。
（3）工作完成后，注意事项如下：
1）清除切屑、擦拭机床，使用机床与环境保持清洁状态。各部件应调整到正常位置；
2）检查润滑油、冷却液的状态，及时添加或更换；
3）依次关掉机床操作面板上的电源及总电源；
4）打扫现场卫生，填写设备使用记录。
（三）选择夹具
1.零件装夹的概念
（1）零件在开始加工之前，最初要使零件在机床上或夹具中占有正确的位置，这个过程称为定位。为了使定位好的零件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程中保持正确的位置，还需将零件压紧夹劳，这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹。
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