全球的科学技术和经济正在不断快速地发展，另一方面经济发达国家包括我国老龄化趋势加剧，一些发展中地区和国家的人口还在不断增长。在这种形势下，对医疗设备产业的需求必然会稳定持续地增加。以往先进的医疗设备企业大部分集中在欧美日等发达国家，目前向中国和亚洲地区转移的趋势也在加快增长。

医疗设备除各种各样现代化的检查诊断治疗设备外。还包括直接的和进入体内的各种手术用器械和植入人体使受损部，功能恢复的脊椎，人工关节、假肢，牙科零件以及相应的垫板、螺钉等以及其他辅助零设备，生活设备。其中需要精密切削加工的，多为植入人体的零件，手术用的零件。因为选用这些零件的材料必须考虑它们对血液的适应性，对人体的过敏性，要考虑它的耐腐蚀性，耐久性，其本身的重量还要尽量轻等因素。故需要选用一些高级材料如;钛合金、钴铬钼合金、不锈钢等，及UHMWPE(高分子量聚乙烯)以及锆类、氧化铝类的陶瓷，特种树脂等材料。也还用到CFRP(碳纤维)、GFRP(玻璃纤维)等复合材料、随着新材料的不断开发，将有更多更先进更适合的材料为医学零件设备所采用。

以上各种材料中，钛合金(Ti-6AL-4V)对人体适应性好，用得最广泛，但钛的热传导率低，切削时产生的高热难以排出，刀具很易损伤。钴铬钼合金(HRc40-45)耐磨性强，使用寿命长，它比钛合金更难加工。不锈钢中奥氏体和析出硬化二类用得最多，它们多用于小零件，如连接钣，螺钉等。上述材料均为难加工材料，零件形状复杂，不易实现高效加工，为实现高效加工除优化刀具材料形状外，充分发挥数控机床的效能也非常重要。下面重点介绍一些髋关节、膝关节、脊椎、牙科等的假体零件以及各种接骨钣、联结螺钉的加工方法和目前所使用的先进刀具。

图1髋关节各零件加工所用刀具

髋关节假体的各个主要零件如图1所示。结构仿照了人体髋关节，如图示那样，将制作的假体柄部插入股骨髓腔内，利用其头部与关节臼和假体金属杯间曲面间可相对旋转的特性，实现了股骨的曲伸和运动。假体股骨柄部材料可采用;钛合金、钴铬钼合金、超低碳不锈钢等。内外金属杯材料可采用钛合金、超低碳不锈钢等。髋臼材料采用无毒超高分子聚乙烯。钛合金毛坯多采用热静压力加工方法制造。钴铬钼合金材料的毛坯采用铸造方法制造。不锈钢毛坯则采用锻造方法制造。但其成品均需经精密的切削加工。三菱综合材料公司的先进刀具可顺利实现对其精密切削加工。以上各零件的内外回转表面，包括内外圆柱表面、圆锥表面、球面均可用车削的方法。车刀刀片基体可采用导热性良好的RT9005、RT9010特殊硬质合金，其表面涂以AlTiN涂层，刀片材料牌号为VP05RT，VP10RT。车刀刀片的断屑槽结构应使切屑易于生成和排除，其专用型号为FJ和MJ，两断屑槽形成的前角很大，并具有曲线形的刀刃，最适宜切削钛合金及耐热合金材料，加工表面质量高。金属杯内球面车削一般较难，但用这种刀片尽管切削深度不断变化，仍可使切屑与热量顺利排出。钻削钛合金等难加工材料切削条件与散热导热条件也极差。在假体零件上的孔可用MMS型整体硬质合金钻头加工，其特点是主刀刃是波形，改变了过去近中心是负前角结构，均衡了主刀刃的锋利性和耐磨性。修磨制出钻头的三重后刀面，使横刃长度为“零”，这样既减少了后刀面的摩擦磨损，又减少了轴向力，提高了定心性。故切削时，既锋利又耐磨。同时做出双曲率的螺旋槽，使卷屑排屑顺利，为了要特别突出加强散热和冷却效果，钻头中制出用特殊的TRI-Cooling方案开发的三角形冷却液孔，使冷却液喷出速度大增，切削热可被迅速排除，钻头加工效率和寿命大为提高，且在内球面钻孔时，减少了毛刺，提高了钻削质量。内球面加工尚可用VF-2SB，VF2XLB型球头立铣刀。它的基体材料是超细微粒硬质合金，表面涂层是高硬度超耐磨以IMPACT MIRACLE技术形成的(Al，Ti，Si)N单相纳米涂层，硬度高达HV3700，氧化开始温度达1300º，耐热性好，在800ºC对高硬钢的摩擦系数仅为0.48。大大提高了耐磨，抗缺损、破损等异常耐损伤能力，使加工质量高且稳定。

图2 MMS钻头特点

图3 锥孔的两种加工方法

假体球形零件上的锥孔可用不等螺旋角减振圆弧头立铣刀VFHVRB型以自转公转相结合的螺旋铣孔方式，代替了以往的二工步;①先钻孔②再用车刀粗精加工车出锥孔的方式(图3)，从而使工艺得以集中，加工质量可靠，又缩短了工时，降低了刀具费用。以上刀具的合理使用，能保证顺利完成髋关节假体零件表面的加工。

膝关节的复杂外表面加工可采用球头VF4SVB型立铣刀，其螺旋槽间隔不等，故抗振性好，加工表面质量高。它的特殊设计的切削刃结构形状(图4)，使切屑排出性能改善，它采用材料则如同上述VF2SB，VF2XLB故既耐磨又耐破损，寿命长。切削钴铬钼合金速度可达100m/min,进给速度可达3200mm/min.膝关节下的带盘有柄零件，它的上平面有凹下型腔可用如髋关节加工锥孔的VFHVRB型减振立铣刀加工。其上的孔也可用MMS型钻头加工。

图4 膝关节的外型面加工用立铣刀

接骨钣多用在骨折后的修复，它具有多种形状，用量很多，材料为钛合金(Ti-6Al-4V)和不锈钢。主要加工表面是外型面，孔和倒角。外型面加工可用本文介绍过基体是超微粒硬质合金，加MIRACLE IMPACT技术沉积的(Al，Ti，Si)N涂层。耐热，耐磨，切刃抗缺损性能好的立铣刀VF4SVB。复杂形状的孔和倒角以往的加工方法是;①孔加工②内径成形加工③倒角加工这三个工步完成。目前三菱采用VF2WB立铣刀用螺旋铣孔的方式一次完成，大大地提高了效率和加工质量。

图5 接骨钣孔加工的倒角加工用立铣刀

图6 孔，型孔，倒角加工一次完成

脊椎植入件也是用钛合金、钴铬钼合金、不锈钢制成。其平面和曲面的加工应该采用优秀的抗振立铣刀加工。三菱出色的VFJHVD0400(直径4毫米)在数控复合加工中心以转速;2400转/分，进给速度;380毫米/分。背吃刀量;16毫米，径向吃刀量;0.2毫米。加工钛合金零件取得满意效果。

图7脊椎假体件加工用抗振立铣刀

除以上这些假体零件外还有大量多种形式的螺钉，套筒件等它们用的材料也是钛合金和不锈钢。特别难加工的是这些螺钉中的深且小的孔(Φ2左右)。孔的长径比达到近30。以往用枪钻，转速虽较高，但进给量非常低，三菱采用了整体的MWS超长钻头，进给量可较枪钻提高4倍，从而大幅度提高了加工效率，缩短了加工时间，也延长了钻头的使用寿命。MWS型钻头头型结构与MMS型相同，具有螺旋油孔，直径最小由Φ0.5起。另外螺钉头部的Torx凹槽可用专为此加工而开发的VQXL型小直径4刃长颈立铣刀来加工。VQ是SMART MIRACLE涂层的代号，它是新开发耐磨性高的(Al，Cr)N类涂层，涂层最外表面进行了ZERO-μ平滑处理，加工时切削阻力下降，排屑性能提高，它们是加工不锈钢等难切削材料实现长寿命的新一代涂层的立铣刀系列。

图8接骨螺钉的深孔加工

专业加工植入假体零件和手术器械钛合金，钴铬钼合金，不锈钢零件的工厂，生产各种小零件往往达数十万件，其中用到车削的非常多。三菱公司为满足这方面要求又开发了先进的MP00高铝涂层系列，一般铝量增高，铝会聚集在一起成为软质相，MP900系能避免此缺点，形成均匀的高硬质相，其硬度达HV3000，且热稳定性好，用它作为车削刀片的涂层，不但后刀面耐机械磨损，而且前刀面耐月牙洼磨损，抗粘结损伤，再结合为钛合金加工专开发的强度高，导热性能好的MT9015硬质合金基体，解决了加工质量，效率，小型车刀寿命的许多问题。而对一些不锈钢和钛合金制外科器械的坯件往往留下较多的余量，为了提高这类零件的铣削粗加工的效率可使用使径向力减少，主偏角小特别设计的可大进给的AJX型立铣刀，切削速度可达120米/分，进给量可达2100毫米/分。

医疗用植入零件，应该适合不同入不同的植入部位三维立体的空间形状结构，因此个体化要求突出。进入工业4.0时代，一个鲜明的竞争特点，就是谁能最好最快地满足客户个性化要求，谁就能取得胜利。因此今后的方向是先进的刀具再配合智能化制造，又能和3D打印增材制造协同才能取得持续的胜利。