[发明专利]一种人工球关节加工机床及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种人工球关节加工机床及加工方法。

背景技术

在生活中有许多领域需要高尺寸精度球形结构零件，如工业领域中球形阀门、医疗领域中的人工假体等，都会涉及到此类零件。此类零件的共同特征是都有部分为球体形状的结构，且对球体部分的尺寸精度要求都比较高。

实际上，要想加工出此类形状的零件难度并不大，难的是球形部分的尺寸精度及表面质量很难保证。特别是在医疗领域中，对此类零件的球形部分的尺寸精度及表面质量要求极其严格，例如人工髋关节假体中包含多个部分含有球形结构的零件，如股骨头、单极头、双极头等。

加工此类零件目前通常的做法是，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。通常是以铣削的方式进行精加工，如常用的旋风铣，还有和旋风铣原理类似的加工中心数控机床。由于进行铣削加工时，首先要根据零件上球面部分直径的大小来调整铣刀的回转直径，再根据球面部分的形状来调整铣刀的角度，铣刀的自转是由与动力系统相连的分度头来进行驱动，且这种方式为单刃切削，因此这种加工方法不但生产效率低，且加工精度和表面粗糙度很难满足使用要求。

为了提高生产效率，曾经有的技术方案是增加铣刀数量，变为多个单刀的方法来提高切削加工效率。但是，变为多个单刀后，要将各个铣刀调整到合适的位置相当困难，大大增加了调整对刀的时间，这样不但没有提高效率，且使加工精度及表面粗糙度更加难以达到使用要求。

另外还有类似原理的数控加工中心来进行加工，首先其生产效率及成品合格率，也不尽理想；其次由于加工设备价格昂贵，使得机床维护及零件的加工成本大大提高，从而降低了产品的竞争力。

上述加工方法及其他部分加工方法中还有一共同存在的难题难以解决，就是球形零件上的球顶处的表面粗糙度很难达到使用要求，所有的表面粗糙度是由球形零件的球形回转半径最大处至球顶渐变，变得越来越差，也就是球形回转半径最大处相对最好，球顶处回转半径趋于零的位置相对最差。越靠近球顶此处总会有一高点或此处总会有一些切削加工纹路。这是回转形加工件共同存在的问题，球形回转零件球顶处尤为明显。因为对于回转形零件加工时，刀具切削时越靠近回转形零件的回转轴线，线速度越小，趋于零，切削效果越差。

发明内容

为了解决现有技术中生产效率低、加工精度及表面粗糙度低的问题，提出一种人工球关节加工机床及加工方法，能够提高人工球关节加工效率，提供人工球关节的加工精度和表面质量。

本发明采用以下技术方案：

一种人工球关节加工机床，包括床身和磨削系统，床身进一步包括主轴、卡盘和小刀板，卡盘安装在主轴上，卡盘用于装卡待加工的人工球关节，磨削系统安装在小刀板上，磨削系统进一步包括磨削主轴、磨削卡具和筒形砂轮，磨削卡具安装在磨削主轴上，磨削卡具用于装卡筒形砂轮，主轴中心和待加工的人工球关节中心的连线与磨削主轴中心和筒形砂轮中心的连线位于同一水平面，两条连线之间的夹角为10度到80度。

主轴中心和待加工的人工球关节中心的连线与磨削主轴中心和筒形砂轮中心的连线之间的夹角为40度到60度。

床身进一步还包括机床导轨、床鞍、轴向进给手轮、径复导轨、径复手动轮、径复托板和小刀板进给调节手轮，床鞍位于机床导轨上，轴向进给手轮位于床鞍和机床导轨之间，轴向进给手轮用于控制床鞍在床身的轴向运动，径复导轨固定在床鞍上，径复托板位于径复导轨上，径复手动轮位于径复导轨和径复托板之间，径复手动轮用于控制径复托板在床身的径向运动，小刀板进给调节手轮安装在小刀板上，小刀板通过旋转轴和锁紧螺母安装在径复托板上，并围绕旋转轴旋转。

磨削系统进一步还包括磨削主轴安装平台、电机平台支柱、电机安装平台、磨削驱动电机、磨削主轴皮带轮、磨削驱动电机主轴皮带轮和传动皮带，磨削主轴安装平台固定在小刀板上，磨削主轴安装平台用于安装磨削主轴，电机安装平台通过电机平台支柱固定在磨削主轴安装平台上方，磨削驱动电机安装在电机安装平台上，磨削主轴皮带轮位于磨削主轴上，磨削驱动电机主轴皮带轮位于磨削驱动电机主轴上，磨削主轴皮带轮与磨削驱动电机主轴皮带轮之间通过传动皮带传动。

一种人工球关节加工方法，包括以下步骤：

将待加工的人工球关节装卡与卡盘上；

将筒形砂轮装卡在磨削卡具上；

摇动轴向进给手轮，控制床鞍延着机床导轨轴向运动到预定位置；

摇动径复手动轮，控制径复托板沿着径复导轨径向运动到预定位置；