| 中国市场对医疗器械的需求增长之迅猛有目共睹。尤其是高端医疗器械和用具市场，待挖掘的市场潜力颇为巨大。市场竞争已然愈演愈烈，而金属加工制造商在这一领域的优势亦不断得以突显。 |
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车铣复合中心加工精密医疗零件大有可为
徐正平
作为工作母机的机床工业，是一切制造业的基础，随着社会进步与技术的不断创新，数控机床在医疗领域的运用也日渐宽广。近一段时间来，多轴联动的车铣复合中心机床在精密医疗器材制造领域的表现可圈可点，便是一个明证。
目前，多轴联动数控机床加工的精密医疗器材零件，主要是骨科植入件（椎弓钩、骨钢板、骨螺钉、髋臼球等）与齿科植入件（种植体基台、义齿模型等），当然还有心脏起博器零件、血液透析器零件等等。
这些零件特点是形状复杂、材料坚韧，而棒料车铣复合加工中心正是加工此类零件的理想工艺装备。其关键则在於，机床经两次装夹後可对小型精密零件进行第六面加工。在这一领域，研究得较为深入的是瑞士、德囯和日本等囯的一些机床制造企业。
精密医疗器材加工的独特之处
为什麽说车铣复合中心是这些零件的理想工艺装备呢？回答这个问题之前，首先要了解精密医疗零件的特点所在。
首先，这类精密的小零件大多是小批量、多品种加工，取材一般为棒材，故自动送料的棒料数控车床乃是首选的工装对象，而且最好有正、副两根主轴——因为正主轴尚需将未加工完毕的零件送到副主轴继续加工。
其次，由於零件均是形状不规则的异形件，仅仅靠回转车削加工是不够的，所以还得多工序换刀予以铣削，故而铣头能作B轴转摆的立式加工中心成了数控车床的工艺补充。
最後，由於要全自动完成零件加工，俗称是六面加工，那麽零件的第二次装夹也就自然而然地成了加工的关键所在。
车铣复合中心：胜任棒材零件的多工序自动加工
制造商所研发的产品争奇斗艳，设计各有巧妙，下面举些车铣复合中心的实例，来剖析这类机床的奥妙所在。
瑞士宝美技术（BUMOTEC）公司研发的S-191Linear车、铣、插、磨复合中心就是典型的加工棒料六面体零件的高效机床。其为7轴5联动，布局为紧凑型斜床身结构，床身材料采用整体高强度抗振铸铁。
图1 瑞士宝美技术（BUMOTEC）公司研发的S-191Linear车、铣、插、磨复合中心 |
鉴於医疗器械零件的材质坚硬，故而机床刚性一定要强，正是考虑到这些关键要素，瑞士宝美公司采用有限元设计，并多次进行整机强度校验，令机床在加工中游刃有余。
卧式安置的两根车床主轴相对装於床身的正面，左面是固定的正主轴，右侧为副主轴，它可沿45°斜面进行立卧转换，并可绕X轴进行A向回转，同时又可作W轴的左右移动。
棒料由正主轴通孔自动送入，机床就对棒料露出的端部作车、铣加工。由於机床的两根主轴可同步旋转，故零件加工中棒料可自动从正主轴送入副主轴，随後切断一分为二。副主轴是六面加工的关键装置，它接过正主轴传来的零件，即可从水平位置转90°至垂直向上位置，让铣主轴加工露出的零件端部。
垂直设置的铣头主轴由於可绕B轴回转90°，同时铣头的主轴箱本身能作上下、前後、左右运动。因此，它既可铣削正主轴装夹零件所露出的零件右端部位，又可铣削副主轴所装夹後露出的左端部位，鉴於上述功能，机床的两根车削主轴经二次装夹後，可对零件作六面加工。
另一家瑞士企业威力铭-马科黛尔（Wellimin-Macodal）公司，也是一家专业生产多轴联动加工中心的制造商，其推出的W508MT铣车复合加工中心，同样能看成是棒材零件多工序自动加工的一个典范。
W508MT是一台斜楔式床身型车铣复合加工中心，为立柱能沿Y向前後运动的动柱式立加，然而铣头可作B轴摆动，整个立柱与下方滑台作纵向X运动，由右端伺服电机驱动；左端是车削的正主轴，棒料通过正主轴通孔由液压棒料输送装置送到指定位置，夹紧後对零件前端进行五轴铣车加工，随後的加工就由位於机床前方的背主轴装置完成了。
图2 W508MT的实物加工图 |
这个背主轴装置是威力铭-马科黛尔公司的专利发明，它是个可绕Y轴回转的多功能塔座，由三部分组成。中间是车削副主轴，左边是自动定心虎钳，右边则是尾架。副主轴的功能是接正主轴传来的棒料後将其夹紧；液压自定心虎钳将对工件作第六面加工；当加工细长轴零件时，由尾架顶进工件右端，以防挠曲变形。这种三工位塔座使得机床工艺适应范围更广，同时也增强了其整体刚性。
这个塔座还具备U轴功能，纵向正常工作进给由X轴完成，但塔座的定位、接料、退位等就由U轴完成。这是一种快速、稳定的进给新方式，旨在提高零件的加工精度。
W508MT还带有一个螺纹旋削加工装置，可安装在铣主轴锥面上，就像滚齿机那般加工。值得一提的还有，这款复合加工中心的盘式刀库也颇具特色，它不同於普通立加的斗笠式刀库，而是分上、下两层，能装48把刀。
展望
人类总是不断在发展与前进，医疗器械当然同样如此。记得20多年前，二军大长征医院赵定麟教授曾请我画过一个连接脊椎的记忆金属片，而今此物已被椎弓钩取代，其强度也不知扩大了多少倍，手术亦相当简单安全，这就是技术进步造福人类的一个例子。
还需指出的是，以往骨科、齿科植入件，是富人的专利。然而病痛是不分穷富的，因此对中国这个发展中的人口大国来说，此类精密零件的需求非常大，故多轴联动车铣复合加工中心的市场面应该很广，它的进一步普及应用势必给人类健康带来福音。
据统计，在过去几年中，中国骨科设备市场经历了迅速增长，增幅高达14－16％。其中，膝关节植入占据整个骨科设备市场份额的50％，位列第一；而外伤及髋关节手术设备则平分另外半壁江山。目前，中国骨科设备市场的赠书趋於平缓，但据估测，仍将保持8％左右的增速。
时事追踪
MEDTEC China 2009：迎合中国医疗设备市场需求
9月8日至10日於上海国际展览中心，医疗行业的盛会—2009中国国际医疗设备设计与技术展览会暨研讨会（MEDTEC China 2009）即将拉开帷幕。由汇科传讯集团及中国国际贸易促进委员会上海市分会联合主办的这项展会，本次已是第五次亮相中国。
据主办方介绍，MEDTEC China 2009预计将有200多家参展商亮相，其中47%来自海外。
而作为全球医疗行业发展趋势的一站式资源展示平台，该展会将展示高质量的医用原材料、生产和加工机械、生产技术等。主要展品类别包括：多轴机床、粘合与连接技术、自动化及组装技术、其他微细加工技术、设计与制造软件、电子元件、电子制造外包服务（EMS ）、挤出技术及特殊管件、筛检程式、薄膜及其它元件、镭射及标印技术、包装技术及材料、塑胶加工技术、树脂及原材料、泵、电机与运动控制、无纺布及胶带、特殊合金、杀菌消毒服务、丝线及弹簧。
在医疗技术领域，创新往往与成本控制密不可分。对於未来医疗市场值得关注的领域，在中国，医用塑胶、心血管科和骨科获得了急速发展，为此，本届MEDTEC China将於教育性活动中重点讨论这三大市场的创新科技及用料。
展会期间的研讨会被划分为2个环节：“行业的法规标准及优良规范”及“医疗器械技术创新论坛”，为法规及工程人员分别提供最新的行业标准及前沿的研究成果。
由於中国政府计划投资8500亿元用於医院建设，以保证到2011年每个县拥有至少一家医院，这项计划预计可以给医疗设备制造商及其供应商带来巨大的实惠。政府对医疗行业的大力投入为市场繁荣提供了前提，而中国医院也急需提高医疗设备的标准与质量。虽然目前在中国，90%的高端医疗设备为进口，但随着本地制造商有能力以低於30%的成本生产同样高品质的设备，本地医疗产品必将逐步占据主要地位。所有这些，决定了中国医疗设备市场在未来几年有相当乐观的发展空间。
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活跃在医疗领域的领先供应商
本刊采编
随着人们生活质量的提高和中国政府在公共健康与医疗保健服务方面的持续投入，中国市场对中高端医疗器械的需求与日俱增，而供应商们取得竞争优势的“不二法门”便是通过工艺创新来稳步提高产品质量。与此同时，无论是海外或是国内厂商，都必须深入了解这一市场，与中国的医疗行业用户精诚合作，持续优化加工工艺。
事实上，由於医疗领域零件生产的多品种小批量特点，选择机床的一个重要前提是其加工的灵活性和工艺适应性。而且，供应商的应用技术实力也不容小觑，决不是只要采购到着名品牌的高档机床就可以“一劳永逸”了——因为，供货商的应用支援是否到位也将非常关键，越是复杂的机床设备越需要强有力的应用支援，如此才能达成加工质量和加工效率的同步提升。
瑞士GF阿奇夏米尔：用高性能铣削加工中心制造医疗器械
开发医疗领域的精密加工技术一直是GF阿奇夏米尔集团重点发展的应用领域，而适合医疗加工应用的高速高性能加工中心和放电加工机床以及相关工艺技术的开发，已被证实有效地提高了相关零件的加工效率和质量。
下文特以骨锉和膝关节骨垫的加工为例，说明采用高速高性能铣削加工中心来加工医疗器械零件时所具有的优势。骨科植入物多采用钛合金或不 钢，主要零件有接骨板、人工关节、骨钉以及辅助工具骨锉等。
1.骨锉加工
骨锉是骨科手术的重要工具，其形状复杂且材料硬度大，需采用5轴联动机床加工。对於长骨锉，由於形状细长，若采用普通5轴机床立式装夹，加工时力臂太长，而且往往为了避免干涉需要采用较长的刀具，造成加工刚性差、振动很大。
如图所示，GF阿奇夏米尔的MIKRON UCP 600 Vario RTT 是采用扭矩电机直接驱动工作台的5轴联动高速加工中心，工作台摆动范围较大，加上20,000转/分的高速电主轴,可充分应对骨锉形状复杂的加工。
采用MIKRON UCP 600 Vario RTT加工骨锉 |
该机床集成了自动尾座系统，可以两端夹持工件，工作台摆动到水平位置进行加工。而且，专为5轴回转类零件设计的工作台面尺寸适中，避免了刀具干涉，可以选择正常长度的刀具。同时，尾座顶尖的压力可根据不同零件来调节，保证了装夹稳定性，加工中的振动也明显减少，确保了高质量的加工。
2.膝关节骨垫加工
膝关节骨垫采用高分子聚乙烯材料，3维轮廓曲面，对表面光洁度要求较高。这种材料非常适合采用高速铣削，可以采用大吃刀量高转速加工，不仅能提高加工效率，也能优化表面质量。
采用瑞士GF阿奇夏米尔MIKRON HSM 500高速铣削立式加工中心制造膝关节骨垫，可配置42,000转/分高速电主轴，采用粗、精加工整体硬质合金立铣刀各一把，精加工时采用满转速（42,000转/分）进行加工，整个加工仅用时23分钟，表面粗糙度可达Ra0.4µm。
三菱电机：以最先进电加工技术开拓医疗领域的未来
其实，在医疗装备制造领域，可以大展拳脚的还有放电加工机这种机型。本刊此前在采访三菱电机自动化（上海）有限公司时，该公司加工机事业部事业部长兼镭射加工机部高级经理林晃便介绍道：“我们的放电加工机也不仅仅是考虑模具行业需求—当然，这是最主要的一部分，占到约70%的比例，其余30%则供向包括航空航太、医疗相关零部件在内的各种零部件制造行业。以医疗方面的应用为例，我们一直强调以最先进的电加工技术开拓医疗的未来。”
三菱电机线切割放电加工机床FA10S-A亦相当适合医疗装备器件的制造 |
据了解，在该领域的产品研制方面，三菱早先就已积极开展与本国学术界和政府的三方联合，不断攻关。包括用於牙科的合金的精密焊接、人工膝关节方面，三菱电机都已能通过活用放电加工的特性，针对不 钢和合金等这些机加工非常困难的材料，实现高速、高精度加工。三菱电机的放电加工机已成功应用於齿科植入物、药片成型模具、人工骨关节/肩关节/膝关节等的制造，实现了此前医疗领域的传统加工模式难以完成的加工。
宝力机械：提供医疗装备制造整套解决方案
拥有30年历史的宝力机械有限公司，一直以代理各国的精良机械而着称。在7月中旬於上海举行的2009第11届上海国际机床展（EASTPO 2009）上，本刊记者在采访中了解到，该公司自去年起便设置了医疗行业的应用开发小组，并已成功通过提供整套解决方案，面向国内客户提供了比欧洲机床更好的骨钉制造解决方案。
据该公司中国贸易部经理杨建业介绍，通过该公司资深的售前和售後人员的合作，该公司提供了以西铁城车床配置旋风铣为主体的骨钉加工工艺方案，而所有的刀具和配套设施亦都由宝力机械所经销的品牌提供。经与客户方充分沟通，已验证这套加工方案能够实现比欧洲机床的专机配置更高优良的加工，而且在成本上也更具竞争力。
具体来看西铁城主轴箱移动型数控自动车床系列，其有多款机型可适用於医疗专用机械植入物的制造与应用：比如骨钉、脊椎钉的加工，可采用K、L、M机型完成；牙科、骨科植入钉的加工，则可采用L、M、H机型；螺帽等连接件可采用A、B、K、L、M、H机型来加工。
西铁城主轴箱移动型数控自动车床M12
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而宝力机械代理的兄弟公司电脑数控攻牙中心TC-S2CZ，则主要适於骨科植入中金属接骨板的加工。事实上，TC系列电脑数控攻牙中心可进行柔性加工、快速转换以用於生产不同产品，能确保高精度，适用於小批量生产，操作简易且具备多功能加工模式。
Delcam：3D牙科CAD/CAM软件系统专门面向牙齿成型制
英国Delcam（中国）有限公司携PowerMILL， FeatureCAM，PartMaker，ArtCAM和DentMILL等软件产品亮相EASTPO 2009。据Delcam中国区副总经理陈伟明向本刊介绍，本次的主推产品便是专门用於牙齿成型制造的DentMILL。
据陈伟明介绍，DentMILL是一款3D牙科CAD/CAM软件系统，提供了3D环境下快捷、方便地进行牙科修复产品的CAD/CAM设计和制造的方式，可帮助客户在几小时之内完成高品质牙科的修复制作，易於与特定供应商协同工作，适用於包括氧化锆、钛及合金材料等在内的全部材料类型，可提高材料利用率，降低材料成本，并易於拓展与各类客户群的业务往来。
值得一提的是，这款牙科解决方案具有独特的智慧自动设计制造向导，无需操作者熟悉CAD/CAM专业技术，即可通过牙齿表面的一次性扫描对产品进行造型，大幅提高了应用者对於复杂外形和结构的产品的工作效率。
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