CN101100039A - 一种加工髋关节假体中表面为部分球面的零件的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工髋关节假体中表面为部分球面的零件的方法，该方法具体为：利用砂轮替代铣刀，并按与铣刀相同的方式调整砂轮回转轴与零件毛坯回转轴的夹角，对零件毛坯表面进行加工；所述砂轮面向待加工零件毛坯一端带有一直径外大内小的中心锥孔，该锥孔的锥形内表面即为砂轮的切削工作面，锥孔的最大直径D不小于零件部分球面表面的包络直径d。同时，本发明还公开了一种实施上述方法的机床。本发明采用砂轮来加工零件，不但大大减少了修刀、对刀的时间，而且大大提高了切削效率，更重要的是提高了零件的加工精度，使髋关节的整体品质得到保障。本发明装置通过设置专门的操作台和切削刀具驱动机构后，为实施本发明方法提供了技术保障。

Description

一种加工髋关节假体中表面为部分球面的零件的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种加工髋关节假体中表面为部分球面的零件的方法及装置。

背景技术

人工髋关节假体中包含有多个表面为部分球面的零件，如股骨头、单极头、双极头等，这些零件在形状上有个共同点，就是形状均为有部分被截掉的球体，因而其表面均为部分球面。加工这些表面为部分球面的零件时，首先利用车削对坯料进行粗加工，然后再精加工到设计尺寸。以往，通常以铣削的方式进行精加工，如常用的旋风铣。由于进行铣削加工时，首先要根据零件上部分球面的直径调整铣刀的回转半径，然后再根据部分球面的形状调整铣刀的角度，铣刀的自转由与动力系统相连的分度头来驱动，并且铣削加工为单刃切削，因此，这种加工方式不但生产效率低，而且加工精度也难以满足要求。为了提高生产效率，曾经有人试图通过增加铣刀数量(即采用多个单刃)来提高切削效率，但增加铣刀数量后，要将各铣刀切削刃的位置调整到一致非常困难，因而，这种方式大大增加了刀具的调整时间，反而降低了生产效率，并且使加工精度更加难以保证。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的首要目的是提供一种加工髋关节假体中表面为部分球面的零件的方法，本发明进一步地目的是提供一种实施该方法的装置。

为达到上述目的，本发明一种加工髋关节假体中表面为部分球面的零件的方法，具体为：利用砂轮替代铣刀，并按与铣刀相同的方式调整砂轮回转轴与零件毛坯回转轴的夹角，对零件毛坯表面进行加工；所述砂轮面向待加工零件毛坯一端带有一直径外大内小的中心锥孔，该锥孔的锥形内表面即为砂轮的切削工作面，锥孔的最大直径D不小于零件部分球面表面的包络直径d，该包络直径d由下式确定：

$d=r/\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}$

其中，r为零件上截掉部分球面后截口面的半径，α为零件上所截掉部分球面的圆周角。

实施上述加工方法所用的一种加工机床，该机床包括床身，床身一端固定有与公知车床相同的主轴箱，主轴箱的输出主轴上设置有零件毛坯装卡头，床身上与所述输出主轴相对一侧设置有一操作台，该操作台可移动安装在与输出主轴轴线平行的导轨上，操作台上还设置有回转工作台，回转工作台上设置有进退刀滑座，滑座上安装有切削刀具驱动机构，该机构包括输出轴及其动力装置，输出轴上设置有刀具装卡头，装在操作台上的切削刀具可在其自身驱动机构驱动下自转，并可在操作台操纵下沿水平两维方向移动、绕垂直轴线转动。

本发明采用砂轮来加工髋关节假体中表面为部分球面的零件，不但大大减少了修刀、对刀的时间，而且大大提高了切削效率，更重要的是提高了零件的加工精度，使髋关节的整体品质得到保障。本发明装置通过设置专门的操作台和切削刀具驱动机构后，为实施本发明方法提供了技术保障。

附图说明

图1为本发明砂轮加工股骨头示意图；

图2为股骨头结构示意图；

图3为砂轮刀具结构示意图；

图4为本发明加工机床结构示意图；

图5为本发明加工机床工作示意图。

具体实施方式

本发明加工方法是在现有铣刀加工方法的基础上，利用砂轮替代铣刀，来对零件进行最后的精加工。

加工时，首先将零件毛坯固定在加工机床的零件装卡头上，并按与铣刀相同的方式调整砂轮的位置和角度，然后利用砂轮上面向零件毛坯一端设置的中心锥孔的锥形面对零件毛坯进行加工，同时伴以对砂轮刀具的进退操作。

图1所示为对人工髋关节假体中股骨头的加工示意图，图2所示为股骨头的结构示意图，图3所示为本发明砂轮刀具的结构示意图。

如图1-3所示，在加工股骨头1的部分球面表面时，为了保证砂轮2对股骨头毛坯的有效切削，砂轮2上的切削工作面，即其一端中心锥孔的最大直径D要不小于股骨头1上的包络直径d，其中包络直径d由下式确定：

$d=r/\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}$

式中r为股骨头1上截掉部分球面后截口面的半径，α为所截掉部分球面的圆周角。所截掉部分球面的圆周角α同时确定了加工时砂轮相对零件毛坯的夹角β，二者之间的关系为：β＝90°-α/2。

图4所示为实施上述方法的一种机床，该机床包括床身3，床身一端固定有与公知车床相同的带有驱动机构4的主轴箱5，主轴箱的输出主轴上设置有零件毛坯装卡头6，床身3上与输出主轴相对一侧设置有一操作台13，该操作台13可移动安装在与输出主轴轴线平行的导轨(图中未示出)上，操作台13上还设置有回转工作台12，回转工作台12上设置有进退刀滑座11，滑座11上安装有切削刀具驱动机构10，该机构10包括输出轴及其动力装置8，输出轴上设置有刀具装卡头，动力装置安装在滑座11上的支架9上，装在操作台13上的切削刀具可在其自身驱动机构10驱动下自转，并可在操作台13操纵下沿水平两维方向移动及绕垂直轴线转动。

旋转手轮14可使操作台沿其平行于主轴轴线方向的导轨移动，操作回转工作台12可使滑座11连同其上的切削刀具驱动机构绕垂直轴线转动，操作滑座11可完成对切削刀具的进退刀操作。

参见图5，工作时，将毛坯1卡装在装卡头6上，沿图中箭头A移动操作台13，通过回转工作台12调整砂轮2回转轴相对零件毛坯1回转轴的夹角β，然后利用自转中的砂轮2对同样自转的零件毛坯进行加工，通过滑座11沿箭头调整砂轮进退，并最终将零件毛坯加工到设计尺寸。

Claims (2)

1.一种加工髋关节假体中表面为部分球面的零件的方法，具体为：利用砂轮替代铣刀，并按与铣刀相同的方式调整砂轮回转轴与零件毛坯回转轴的夹角，对零件毛坯表面进行加工；所述砂轮面向待加工零件毛坯一端带有一直径外大内小的中心锥孔，该锥孔的锥形内表面即为砂轮的切削工作面，锥孔的最大直径D不小于零件部分球面表面的包络直径d，该包络直径d由下式确定：

$d=r/\sin \frac{\mathrm{\α}}{2}$

其中，r为零件上截掉部分球面后截口面的半径，α为零件上所截掉部分球面的圆周角。

2.实施上述加工方法所用的一种加工机床，其特征在于，该机床包括床身，床身一端固定有与公知车床相同的主轴箱，主轴箱的输出主轴上设置有零件毛坯装卡头，床身上与所述输出主轴相对一侧设置有一操作台，该操作台可移动安装在与输出主轴轴线平行的导轨上，操作台上还设置有回转工作台，回转工作台上设置有进退刀滑座，滑座上安装有切削刀具驱动机构，该机构包括输出轴及其动力装置，输出轴上设置有刀具装卡头，装在操作台上的切削刀具可在其自身驱动机构驱动下自转，并可在操作台操纵下沿水平两维方向移动及绕垂直轴线转动。

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