CN105478928A - 左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法 - Google Patents

左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其包括以下步骤：分析左旋聚乳酸骨钉的设计尺寸，根据设计尺寸定制成型单齿螺纹铣刀；确定毛坯尺寸，采用三轴加工中心进行数控编程；装夹毛坯到所述三轴加工中心，利用所述成型单齿螺纹铣刀，以毛坯的顶面中心为原点，从上至下，按照数控编程的数据，先加工出左旋聚乳酸骨钉的螺纹尾部，再分段加工左旋聚乳酸骨钉的螺纹，得到初骨钉工件；采用预制的塑料夹具掉头装夹所述初骨钉工件的螺纹端，加工出螺纹头。本发明通过三轴加工中心加工左旋聚乳酸骨钉，对毛坯形状尺寸的要求低，加工出的产品外表美观，加工手段灵活，不同的形状只要改变加工程序就能实现，成本低。

Description

左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法
技术领域
本发明涉及硬组织修复材料的成型加工技术领域，具体涉及左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法。
背景技术
目前左旋聚乳酸骨钉成形都是靠模具注塑和带旋风铣的车铣中心加工来实现，但这两种成形工艺都存在很多不足的地方。模具注塑成形的左旋聚乳酸骨钉存在强度低、表面开模线不美观、在手术操作过程中容易发生断裂的问题，且不同尺寸形状的骨钉需要不同模具进行成型加工，制造成本高；带旋风铣的车铣中心加工成形左旋聚乳酸骨钉时，对左旋聚乳酸毛坯形状的要求高，需要保证毛坯为高圆柱度、高同轴度、长度合适的圆柱棒，加工成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，解决现有技术制造左旋聚乳酸骨钉时成本高、对毛坯形状尺寸要求高、加工出的产品外表不美观的问题。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其包括以下步骤：
S01：分析左旋聚乳酸骨钉的设计尺寸，根据设计尺寸定制成型单齿螺纹铣刀；
S02：确定毛坯尺寸，采用三轴加工中心进行数控编程；
S03：装夹毛坯到所述三轴加工中心，利用所述成型单齿螺纹铣刀，以毛坯的顶面中心为原点，从上至下，按照数控编程的数据，先加工出左旋聚乳酸骨钉的螺纹尾部，再分段加工左旋聚乳酸骨钉的螺纹，得到初骨钉工件；
S04：采用预制的塑料夹具掉头装夹所述初骨钉工件的螺纹端，加工出螺纹头。
其中，段加工左旋聚乳酸骨钉的螺纹时，沿螺纹尾部至螺纹头的方向依次逐段加工，每一段皆先在毛坯上加工出圆柱，再在圆柱上加工螺纹，圆柱的直径等于螺纹大径；加工好最后一段圆柱后，在加工最后一段螺纹前，先加工连接最后一段圆柱与螺纹头之间的圆锥面。
优选地，所述左旋聚乳酸骨钉的螺纹分三段加工。
其中，进行所述螺纹尾部的加工时，先后采用平底刀进行球面、圆锥面的粗加工和精加工，粗加工选取的主轴转速为6000r/min，进给速度为400r/min，进刀速度为300mm/min，精加工选取的主轴转速为15000r/min，进给速度为300r/min，进刀速度为200mm/min。
其中，掉头装夹初骨钉工件的螺纹端时，留3-5mm为加工螺纹头的余量，再把初骨钉工件扭进所述螺纹孔中。
其中，分段加工左旋聚乳酸骨钉的螺纹时，每一段皆先加工出圆柱，圆柱的直径等于螺纹大径，再在圆柱上加工螺纹；加工所述圆柱时选取的主轴转速为6000r/min，进给速度为400r/min，进刀速度为300mm/min，加工所述螺纹时选取的主轴转速为6000r/min，进给速度为300r/min，进刀速度为200mm/min。
其中，进行所述螺纹头的加工时，先采用平底刀进行粗加工，粗加工选取的主轴转速为15000r/min，进给速度为400r/min，进刀速度为300mm/min，精加工选取的主轴转速为12000r/min，进给速度为300r/min，进刀速度为200mm/min。
优选地，所述塑料夹的制作材料为聚乙烯塑料；所述塑料夹具的预制加工方法，包括以下步骤：
S01：将两块长方形的聚乙烯塑料板用胶水固定在虎钳口的两边，合起虎钳口；
S02：将所述两块长方形的聚乙烯塑料板的上表面铣成同一水平面，以所述水平面作为Z轴的定位基准，在两块聚乙烯塑料板的接触面中心加工一圆槽；
S03：在所述圆槽的中间加工通孔，并在通孔上攻牙，形成螺纹孔，所述通孔的直径就是攻牙底孔，底孔应该是大于螺纹的小径，小于螺纹的大径，所述圆槽的直径为螺纹头最大外径，深度为螺纹头的高度。
优选地，由于左旋聚乳酸的强度低，加工产生的热容易让材料变形，加工时采用油冷的方式进行冷却。
本发明的有益效果为：通过三轴加工中心加工左旋聚乳酸骨钉，对毛坯形状尺寸的要求低，加工出的产品外表美观，加工手段灵活，不同的形状只要改变加工程序就能实现，成本低。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明左旋聚乳酸骨钉的结构示意图。
图2是本发明螺纹头的平面示意图。
图3是加工工序流程图。
附图标记：
螺纹头1、螺纹2、螺纹尾部3、平底刀4、球刀5、螺纹铣刀6。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1至图2，需要加工的左旋聚乳酸骨钉的螺纹2的大径为2mm，小径为1.4mm，螺距为0.6mm，螺纹2的长度为14mm，总长度为16mm，螺纹尾部3包括82度的圆锥面和半径为0.5mm的球面，螺纹头1包括90度圆锥面、高度为0.36mm的圆柱面、半径为3mm的球面和沉头六角。
所述左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其包括以下步骤：
S01：根据所述左旋聚乳酸骨钉的设计尺寸定制成型单齿螺纹铣刀，选取成型单齿螺纹铣刀的刃直径为6mm；
S02：确定毛坯尺寸，选取直径为6mm，长度为30mm的圆柱棒作为毛坯，采用三轴加工中心进行数控编程；
S03：选择通用的虎钳为夹具，装夹毛坯到所述三轴加工中心，考虑到左旋聚乳酸的刚性不好，毛坯伸出的长度为15mm，利用所述成型单齿螺纹铣刀，以毛坯的顶面中心为原点，从上至下，按照数控编程的数据，先加工出82度的圆锥面和半径为0.5mm的球面，再分三段加工左旋聚乳酸骨钉的螺纹2，得到初骨钉工件；
S04：在初骨钉工件的螺纹头部加工出90度圆锥面和0.36mm的圆柱面后，采用预制的塑料夹具掉头装夹所述初骨钉工件的螺纹端，再加工半径为3mm的球面和沉头六角。
由于左旋聚乳酸的强度低，加工产生的热容易让材料变形，所以加工时采用油冷的方式进行冷却；加工的螺纹2又细又长，加工时容易产生让刀和断裂，所以加工螺纹2时要分三段加工。每一段都是先加工出φ2mm的圆柱，再在φ2mm的圆柱上加工螺纹2。分段加工螺纹2时要注意螺纹的链接，切削量要小。
所述塑料夹采用聚乙烯塑料进行预先制作，塑料夹的预制加工方法包括以下步骤：
S01：将两块长方形的聚乙烯塑料板用胶水固定在虎钳口的两边，合起虎钳口；
S02：将所述两块长方形的聚乙烯塑料板的上表面铣成同一水平面，以所述水平面作为Z轴的定位基准，在两块聚乙烯塑料板的接触面中心加工一圆槽；
S03：在所述圆槽的中间加工通孔，并借助塑料螺钉的丝锥在通孔上攻牙，形成螺纹孔，所述通孔的直径为1.8mm，所述圆槽的直径为4mm，深度为1.5mm。
掉头装夹初骨钉工件的螺纹端时，留3-5mm为加工螺纹头1的余量，再把初骨钉工件扭进所述螺纹孔中。
所述数控编程制定的加工工序为：粗加工R0.5的球面和82度的圆锥面→精加工R0.5的球面和82度的圆锥面→加工第一段φ2圆柱→加工第一段螺纹→加工第二段φ2圆柱→加工第二段螺纹→加工第三段φ2圆柱→粗加工90度圆锥面→加工高度为0.36mm的φ4圆柱→精加工90度圆锥面→加工第三段螺纹→粗加工R3的球面→精加工R3的球面→粗加工六角槽→精加工六角槽。详见图3，图3为加工工序流程图，图3示出为每一道加工工序所用到的刀具以及每一道加工工序后的骨钉形态。
其中，所述数控编程制定的加工数据如下：
(1)粗加工R0.5的球面和82度的圆锥面的刀具路径为：
因为工件的切削量小，所以选择等高外形精加工路径来开粗，选取φ6的平底刀，加工余量为0.2；每层加工深度为0.3mm；圆弧进刀；主轴转速为6000r/min；进给速度400mm/min；进刀速度300mm/min。
(2)精加工R0.5的球面和82度的圆锥面的刀具路径为：
选择曲面流线精加工路径，选取R1的球刀，路径间隙为0.1mm，圆弧进刀，主轴转速为12000r/min，进给速度为300mm/min，进刀速度为200mm/min。
(3)加工第一段φ2圆柱的刀具路径为：
选择轮廓切割路径，选取φ6的平底刀，加工深度范围0mm到-6mm；每层加工深度为0.1mm，圆弧进刀，主轴转速为6000r/min，进给速度400mm/min，进刀速度300mm/min。
(4)加工第一段螺纹的刀具路径为：
为保证每段螺纹能很好的链接起来，先画一条半径为3.3mm、螺距为0.6mm的螺旋线，选择螺纹铣刀按所述螺旋线加工螺纹，螺纹牙深为0.3mm，为减小切削力，选择螺纹铣刀的吃刀量为0.05mm，则螺纹铣刀要分6刀加工，所以要把螺旋线向外偏移5条，每条的间隔为0.05，再把这6条螺旋线在Z轴-5和-10位置打断；加工螺纹要用圆弧进刀的方式切入螺纹线，因为直线切入很容易在进刀点造成过切或少切，所以在每一段的螺旋线的两头都接一条而它相切的圆弧线。按从外往内的顺序，选择第一段的6条螺旋线和圆弧线，用单线切割路径，分六刀加工。选取的刀具为螺纹铣刀，主轴转速为6000r/min；进给速度300mm/min；进刀速度200mm/min。
(5)加工第二段φ2圆柱的刀具路径为：
选择轮廓切割路径，选取φ6的平底刀，选取加工深度范围-5.5mm到-11mm，每层加工深度为0.1mm，圆弧进刀，其中主轴转速为6000r/min，进给速度为400mm/min，进刀速度为300mm/min。
(6)加工第二段螺纹的刀具路径为：
按从外往内的顺序，选择第二段的6条螺旋线和圆弧线，用单线切割路径，选取螺纹铣刀，主轴转速为6000r/min，进给速度为300mm/min，进刀速度为200mm/min。
(7)加工第三段φ2圆柱的刀具路径为：
选择轮廓切割路径，选取φ6的平底刀，加工深度范围-10.5mm到-14mm；每层加工深度为0.1mm，圆弧进刀，主轴转速为6000r/min，进给速度400mm/min，进刀速度300mm/min。
(8)粗加工90度圆锥面的刀具路径为：
选择等高外形精加工路径来开粗，选取φ6的平底刀，深度范围-14mm到-15mm；加工余量为0.2mm，每层加工深度0.1mm，圆弧进刀，主轴转速为6000r/min，进给速度为400mm/min，进刀速度为300mm/min。
(9)选择高度0.36mm的φ4圆柱的刀具路径为：
选择轮廓切割路径，选取φ6的平底刀，加工深度范围-15.01mm到-15.37mm；每层加工深度为0.05mm，圆弧进刀，主轴转速为6000r/min，进给速度为300mm/min，进刀速度为200mm/min。
(10)精加工90度圆锥面的刀具路径为：
选择径向放射精加工路径，选取φ6的平底刀，加工深度范围-14mm到-15.01mm；路径间隙为0.03mm，圆弧进刀，主轴转速为6000r/min，进给速度为300mm/min，进刀速度为200mm/min。
(11)选择第三段螺纹的刀具路径为
按从外往内的顺序，选择第三段的6条螺旋线和圆弧线，用单线切割路径，选取螺纹铣刀，主轴转速为6000r/min，进给速度为300mm/min，进刀速度为200mm/min。
(12)粗加工R3的球面的刀具路径为：
选择分层环切粗加工加等高外形精加工路径来开粗，选取φ6的平底刀，分层环切粗加工深度范围5mm到0.63mm，路径间距为2mm，每层加工深度0.08mm，圆弧进刀，主轴转速为15000r/min，进给速度为400mm/min；进刀速度为300mm/min；等高外形精加工深度范围0.63mm到0.05mm，加工余量为0.2mm，每层加工深度0.08mm，圆弧进刀，主轴转速为15000r/min，进给速度为400mm/min，进刀速度为300mm/min。
(13)精加工R3的球面的刀具路径为：
选择径向放射精加工路径，选取φ6的平底刀，加工深度范围0.63mm到0mm，路径间隙为0.03mm，圆弧进刀，主轴转速为15000r/min，进给速度为300mm/min，进刀速度为200mm/min。
(14)粗加工六角槽的刀具路径为：
选择轮廓切割路径，选取φ1的平底刀，加工深度范围0.63mm到-0.6mm，每层加工深度0.1mm，加工余量为0.2mm，圆弧进刀，主轴转速为15000r/min，进给速度为300mm/min，进刀速度200mm/min。
(15)精加工六角槽的刀具路径为：
选择轮廓切割路径，选取φ1的平底刀，加工深度范围0.63mm到-0.6mm，每层加工深度0.1mm，圆弧进刀，主轴转速为15000r/min，进给速度为300mm/min，进刀速度为200mm/min。最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其特征是，包括以下步骤：
S01：分析左旋聚乳酸骨钉的设计尺寸，根据设计尺寸定制成型单齿螺纹铣刀；
S02：确定毛坯尺寸，采用三轴加工中心进行数控编程；
S03：装夹毛坯到所述三轴加工中心，利用所述成型单齿螺纹铣刀，以毛坯的顶面中心为原点，从上至下，按照数控编程的数据，先加工出左旋聚乳酸骨钉的螺纹尾部，再分段加工左旋聚乳酸骨钉的螺纹，得到初骨钉工件；
S04：采用预制的塑料夹具掉头装夹所述初骨钉工件的螺纹端，加工出螺纹头。
2.根据权利要求1所述的左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其特征是，分段加工左旋聚乳酸骨钉的螺纹时，沿螺纹尾部至螺纹头的方向依次逐段加工，每一段皆先在毛坯上加工出圆柱，再在圆柱上加工螺纹，圆柱的直径等于螺纹大径；加工好最后一段圆柱后，在加工最后一段螺纹前，先加工连接最后一段圆柱与螺纹头之间的圆锥面。
3.根据权利要求1或2所述的左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其特征是，所述左旋聚乳酸骨钉的螺纹分三段加工。
4.根据权利要求1所述的左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其特征是，进行所述螺纹尾部的加工时，先后采用平底刀进行球面、圆锥面的粗加工和精加工，粗加工选取的主轴转速为6000r/min，进给速度为400r/min，进刀速度为300mm/min，精加工选取的主轴转速为15000r/min，进给速度为300r/min，进刀速度为200mm/min；分段加工左旋聚乳酸骨钉的螺纹时，加工所述圆柱时选取的主轴转速为6000r/min，进给速度为400r/min，进刀速度为300mm/min，加工所述螺纹时选取的主轴转速为6000r/min，进给速度为300r/min，进刀速度为200mm/min；进行所述螺纹头的加工时，先采用平底刀进行粗加工，粗加工选取的主轴转速为15000r/min，进给速度为400r/min，进刀速度为300mm/min，精加工选取的主轴转速为12000r/min，进给速度为300r/min，进刀速度为200mm/min。
5.根据权利要求1所述的左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其特征是，加工时采用油冷的方式进行冷却。
6.根据权利要求1所述的左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其特征是，所述塑料夹具的制作材料为聚乙烯塑料。
7.根据权利要求6所述的左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其特征是，所述塑料夹具的预制加工方法，包括以下步骤：
S01：将两块长方形的聚乙烯塑料板用胶水固定在虎钳口的两边，合起虎钳口；
S02：将所述两块长方形的聚乙烯塑料板的上表面铣成同一水平面，以所述水平面作为Z轴的定位基准，在两块聚乙烯塑料板的接触面中心加工一圆槽；
S03：在所述圆槽的中间加工通孔，并在通孔上攻牙，形成螺纹孔，所述通孔的直径大于所述螺纹的小径，小于螺纹的大径，所述圆槽的直径为螺纹头的最大外径，深度为螺纹头的高度。
8.根据权利要求7所述的左旋聚乳酸骨钉的成型加工方法，其特征是，掉头装夹初骨钉工件的螺纹端时，留3-5mm为加工螺纹头的余量，再把初骨钉工件扭进所述螺纹孔中。
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