基于GibbsCAM的医疗器械钛合金零件的数控编程与加工

    钛合金材具有高强度、高硬度、低密度和低热传导性，钛合金材相对材料可加工性K，仅为0.22～0.35，属难切削加工金属材料，其高速切削速度范围（100～1200m/min）远低于铝合金材（2500～7500m/min）。比如·把直径50mm刀具，在主轴转速4000r/min时其切削速度为628m/min，对铝合金材而言，这是正常的切削速度，但对钛合金材而言，这已是较高速了。显然对钛合金材科切削加工就需要高功率高转矩主轴的数控加工机床。

    由于钛合金在切削过程中存在大切削力、高切削温度、高摩擦功、易生成硬化层、易产生弹性变形和振动等难题。尤其医疗器械零件精度高结构复杂，就更难加工了。如图1所示该零件是用于人体脊椎的镶件，因零件涉及保密，所以对造型做了适当改动。

图1 零件实体图

    在加工过程我们选用了世界顶尖的高精密机床，主要用作医疗、航空航天电子元器件等高精度产品的生产加工。应用TGibbsCAM的5轴定位加工功能。

1.数控加工工艺过程

    （1）定义机床文件 在GibbsCAM软件中，首先选择此工作所针对的机床加工环境。此机床结构为WILLEMIN W408MT Head Table（B轴摆动，C轴旋转）车铣中心，如图2所示。GibbsCAM软件通过机床定义文件（MDD）定制WILLEMINW408MT机床的结构，后续的编程和后置处理和此密不可分。

图2 定义机床文件

    GibbsCAM软件可以根据毛坯大小，在三维零件图基础上定义毛坯，还可以基于实体毛坯加工。外层矩形为零件毛坯如图3所示，材料TCl4合金，零件尺寸19mm×18mm×5.5mm。

图3 毛坯

（2）开粗 用φ6mm平刀进行一次开粗，加工参数如表1所示。

表1

    正面开粗如图4所示。

图4 正面开粗

    通过建立辅助坐标系完成反面的开粗程序（见图5），加工参数不变，最终后置的程序均是以绝对坐标系输出。

图5 反面开粗

    用φ2mm平刀进行二次开粗：同样方式完成零件正反面的二次开粗，GIBBSCAM是实体软件，具有毛坯继承功能，可以精准地继承φ6mm平刀加工后的残料，如图6所示（加工参数见表2）。

图6 二次开粗

表2

    （3）精加工 铣削水平区域：用φ2mm平刀精铣反面水平区域如图7所示（加工参数见表3）。

图7 精铣水平区域

表3

    铣削曲面区域：用妒φmm球刀铣削正面曲面部分如图8所示（加工参数见表4）。