Объявление результатов:

Мы систематически излагали революционную производственную парадигму"встроенный, однократный-зажим"челюсти робота-хирургического щипца на базе японского прецизионного токарно-фрезерного центра Mazak QTE-100MSYL с пятью-осями联动. Эта технология преодолела геометрические ограничения традиционных трехосных-станков, обеспечив одно-точное фрезерование и формирование сложных каналов потока, пространственно искривленных криволинейных поверхностей, рисунков микрозубцов и высокоточных-отверстий для шарниров внутри бранши щипцов. Это подняло свободу проектирования, точность изготовления и эффективность на новый уровень, по-настоящему преобразовав цифровую трехмерную модель без потерь в физический объект.

Болевые точки исследований и разработок:

Челюсти роботизированных хирургических щипцов — это не простые плоские пластины или прямые стержни. Их конструкция включает в себя сложные эргономичные изгибы, внутренние каналы для кабелей/труб, точные вращающиеся конструкции соединений и микроскопические рисунки зубьев для увеличения силы захвата. Традиционное производство основано на многоэтапном-процессе, объединяющем«токарная обработка + много-осевое фрезерование + электроэрозионная обработка + ручная полировка».Эта модель имеет фатальные недостатки: многократное зажимание приводит к накоплению ошибок, что затрудняет обеспечение критических допусков на размеры (таких как симметрия двух бранш щипцов, концентричность шарнирных отверстий); обработка сложных внутренних полостей и каналов затруднена, что приводит к ухудшению качества поверхности; последовательность обработки микроскопических образцов зубов низкая, и она зависит от квалифицированных рабочих. Это приводит к большим колебаниям консистенции продукции, низкой эффективности производства и затрудняет создание более сложных и оптимизированных конструкций. Рынок остро нуждается в универсальном производственном решении, которое позволит точно и плавно реализовать сложные конструкции с высокой точностью.

Основные технологические инновации:

Наша основная инновация заключается в-всестороннем применении"пяти-осевая прецизионная токарно-фрезерная комбинированная обработка"технология.

• Комбинированная токарно-фрезерная обработка и однократное-зажим:Mazak QTE-100MSYL объединяет высокожесткий токарный шпиндель и высокопроизводительный фрезерный шпиндель. После того, как материал прутка вставлен, станок может автоматически выполнять все процессы, такие как точение внешнего круга, обработка торца, сложное контурное фрезерование, сверление, нарезание резьбы и т. д. в одной и той же системе координат. Это означает, что от одного прутка до окончательно сформированного корпуса челюсти, за исключением последующей обработки поверхности, нет необходимости во вторичном зажиме, что устраняет ошибку преобразования эталона в ее источнике.
• Пяти-скоординированная обработка пространственных криволинейных поверхностей:Традиционные трехосные-станки могут выполнять линейные перемещения только в направлениях X, Y и Z, что приводит к низкой эффективности и низкой точности при обработке сложных криволинейных поверхностей. В нашем пятиосном станке добавлены две оси вращения (ось B- и ось C-), что позволяет ориентировать инструмент под любым углом. Это позволяет фрезе всегда контактировать с поверхностью заготовки под оптимальным углом (вертикальным или касательным), обеспечивая высококачественную-гладкую обработку сложных-мерных деталей.«снижение веса»изогнутые поверхности или эргономичные опоры для пальцев, изогнутые поверхности на бранше, которые используются для уменьшения площади контакта с тканью и облегчения промывания за один прием.
• Микроинструменты и обработка микро-функций:Мы используем сверхтвёрдые-микрофрезы диаметром всего 0,2 мм. Благодаря пяти-скоординированной обработке мы можем точно выгравировать микроскопические узоры противо-противоскользящих зубов на сопрягаемой поверхности губок. Эти зубы больше не представляют собой простые прямые линии, а представляют собой трехмерные изогнутые зубы, оптимизированные в соответствии с механикой захвата, обеспечивающие достаточное трение, чтобы предотвратить соскальзывание тканей и в максимальной степени свести к минимуму повреждение тканей от сжатия. В то же время внутренние каналы тонкой промывки также могут быть обработаны напрямую с высокой гладкостью.
• Онлайн-измерение и интеллектуальная компенсация:Станок оснащен высокоточными-щупами и может выполнять онлайн-измерение основных размеров в процессе обработки. На основе результатов измерений он может в реальном-времени компенсировать ошибки, вызванные износом инструмента и термической деформацией, гарантируя, что стабильность размера каждой детали при серийном производстве находится в пределах допуска ±0,01 мм.

Механизм действия:

Основным механизмом его действия является«детерминированное отображение цифровой модели на физический объект».В пяти-осной системе числового программного управления трехмерная CAD-модель челюсти рассчитывается для формирования непрерывной и плавной траектории движения центральной точки инструмента в пяти-мерном пространстве (X, Y, Z, B, C). Точная сервосистема станка обеспечивает движение инструмента строго по этой траектории. Благодаря однократному-зажиму относительное соотношение между заготовкой и системой координат станка остается неизменным. Следовательно, будь то внешний контур, внутренняя полость, система отверстий или поверхность, точность относительного положения между ними полностью определяется геометрической точностью станка и точностью интерполяции системы числового управления, достигая предела точности, которого может достичь механическое производство. Это позволяет разработчикам освободиться от ограничений осуществимости процесса и сосредоточиться на функциональной оптимизации прибора. Точная и контролируемая обработка микроскопических образцов зубов напрямую оптимизирует фрикционные характеристики интерфейса структуры челюсти.

Проверка эффективности:

После проверки на координатно-измерительной машине (КИМ) ключевые размерные допуски (такие как точность контура, симметрия и точность положения шарнирных отверстий парных частей губок) челюстей, изготовленных с помощью этого процесса, показали улучшение на порядок по сравнению с традиционным процессом. При наблюдении под электронным микроскопом четкость, последовательность и резкость микроскопических рисунков зубов намного превосходят таковые при травлении или штамповке. Функциональные испытания показали, что биполярные бранши, изготовленные с помощью этого процесса, имеют чрезвычайно высокую точность выравнивания электродов, равномерное искрообразование во время электрокоагуляции и отсутствие боковой утечки. Клинические отзывы показывают, что новые челюсти имеют более"твердый"и"последовательный"ощущение захвата и может обеспечить более надежную механическую обратную связь во время точных операций. С точки зрения эффективности производства цикл обработки отдельных-штучных изделий сократился более чем на 40 %.

Стратегия и философия исследований и разработок:

Наша философия:«Высочайшая геометрическая точность является физической основой выдающегося хирургического инструмента».Мы считаем, что точность роботизированной хирургии в конечном итоге должна достигаться за счет точных движений эндоскопических инструментов на уровне-миллиметров и микро-ньютонов-. Это требует, чтобы сами инструменты имели максимально возможную и постоянную геометрическую точность. Наша стратегия состоит в том, чтобы инвестировать в пяти-осевую токарно-фрезерную технологию композитных материалов, которая представляет собой высочайший уровень резки металла. С"сверхдержава"оборудования, мы обеспечиваем"сверхточность"продуктов. Мы стремимся максимально оцифровать и автоматизировать производственный процесс, сосредоточив творческий потенциал человека на проектировании и программировании процессов, оставив повторяющееся точное выполнение машинам.

Перспективы на будущее:

В будущем мы будем двигаться в направлении«интеграция аддитивного и субтрактивного производства»и«адаптивная обработка».Мы изучим возможность использования 3D-печати металлом (SLM) для создания заготовок челюстей с внутренними конформными каналами охлаждения или полостями неправильной формы, а затем воспользуемся пяти-прецизионным станком для окончательного формования и отделки, сочетая в себе преимущества обоих методов. В то же время мы разработаем интеллектуальную адаптивную систему управления, основанную на объединении информации от нескольких-датчиков во время обработки (например, вибрация, акустическая эмиссия и сила резания), что позволит станку автоматически оптимизировать параметры резания и справляться с микро-неровностями материала, достигая истинной«умное производственное подразделение»,и постоянно лидируем в области технологий сверх-прецизионной обработки медицинского оборудования.