一种外科手术器械五轴激光切割机的制作方法

1.本发明属于数控机床精密切割技术领域，特别涉及一种外科手术器械五轴激光切割机。


背景技术：

2.国内外以往医用微创手术管件采用机械加工的方式对管件进行开口和转孔加工，效率低、精度低，外观粗糙有划伤等问题。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本发明提供了一种外科手术器械五轴激光切割机，采用五轴联动激光加工的方式，实现了非接触，高精度，无外伤等优势。
4.为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种外科手术器械五轴激光切割机，包括激光控制单元、运动控制单元、精细激光切割头、精密运动平台x1轴、精密运动平台x2轴、精密运动平台y轴、精密运动平台z轴以及旋转轴，所述激光控制单元与精细激光切割头控制连接，所述运动控制单元与精密运动平台x1轴、精密运动平台x2轴、精密运动平台y轴、精密运动平台z轴以及旋转轴控制连接，精密运动x2轴置于固定在工作平台上的支撑平台上，所述精密运动平台y轴与精密运动平台x2轴的移动部件连接，所述精密运动平台z轴的一侧面通过连接件与精密运动平台y轴的移动部件连接，精细激光切割头固定在精密运动平台z轴的移动部件上，精密运动平台z轴的移动部件位于其与精密运动平台y轴相连接侧面的相对侧面上，所述精密运动平台x1轴位于精细激光切割头的正下方，旋转轴固定在精密运动平台x1轴的移动部件上，精细激光切割头位于旋转轴出料端的一侧，待加工外科手术器械自精密运动平台x 1轴靠近旋转轴进料端的一侧进入旋转轴内，自旋转轴出料端伸出口由精细激光切割头切割。
5.进一步的，在所述精密运动平台x1轴靠近旋转轴进料端的一侧的端面上固定有一进料支撑架，进料支撑架的上端面上设有用于容纳待加工外科手术器械的v型槽，所述v型槽与旋转轴的进料孔同中心轴设置。
6.进一步的，在所述精密运动平台x1轴靠近旋转轴出料端的一侧设有一随动支撑装置，所述随动支撑装置与精密运动平台x1轴上的移动部件连接，所述随动支撑装置包括向精密运动平台x1轴上端面上方延伸的装夹部，在所述装夹部上设有与旋转轴同中心轴设置的装夹孔，精密运动平台x1轴带动旋转轴和随动支撑装置左右移动。
7.进一步的，所述精密运动平台x1包括第一底座和第一移动板，在第一底座的宽度方向的两端均设有一第一限位板，所述第一限位板的高度高于第一底座的高度，在第一底座的上端面上对称设有两个第一滑轨，所述第一移动板与其移动方向平行的前后两侧通过第一支撑板与第一底座可滑动连接，旋转轴的前后两侧分别与第一移动板的前后两侧固定连接，在移动板的下端面设有一第一滑块，在所述第一滑块上对称设有两个与第一滑轨相适配的凹槽，第一滑轨与第一滑块可滑动嵌设连接；精密运动平台x1轴与直线电机电连接，
第一移动板与直线电机的定子连接，运动控制单元与直线电机电性控制连接。
8.进一步的，所述第一移动板设于第一底板长度方向的中部，在第一移动板的两侧对称设有两个缓冲件，所述缓冲件的纵截面呈u型，开口端的两侧分别与底座固定可滑动连接；在两个所述第一限位板的上端面之间设有一顶端板，旋转轴位于顶端板的上方，两者间隔设置。
9.进一步的，所述精密运动平台x2轴包括第二底座、第二移动板和第二气缸，第二气缸的气缸轴与第二移动板固定连接，第二移动板侧纵截面呈倒u型，在第二底座的宽度方向的两端均设有一第二限位板，第二气缸固定在一侧的第二限位板的外侧，所述第二限位板的高度高于第二底座的高度，在第二底座的上端面上对称设有两个第二滑轨，所述第二移动板开口端的两侧与第二底座可滑动连接，精密运动平台y轴的下端面与第二移动板的上端面固定连接，在第二移动板的下端面设有一第二滑块，在所述第二滑块上对称设有两个与第二滑轨相适配的凹槽，第二滑轨与第二滑块可滑动嵌设连接。
10.进一步的，所述第二移动板设于第二底座长度方向的中部，在第二移动板的两侧对称设有两个缓冲件，所述缓冲件的纵截面呈u型，开口端的两侧分别与第二底座固定可滑动连接。
11.进一步的，所述精密运动平台y轴和精密运动平台z轴结构相同，包括底板、第三移动板和第三气缸，在底板的宽度方向的两端均设有一第三限位板，所述第三限位板的高度高于底板的高度，第三气缸固定在一侧的第三限位板的外侧，第三气缸的气缸轴穿设其所在第三限位板与第三移动板固定连接；第三移动板侧纵截面呈倒u型，在底板的上端面上对称设有两个第三滑轨，第三移动板开口端的两侧与底板的上端面抵接，在第三移动板的下端面设有两个第三滑块，在所述第三滑块上对称设有两个与第三滑轨相适配的凹槽，第三滑轨与第三滑块可滑动嵌设连接，精密运动平台z轴上底板的外侧面通过第一连接件与第三移动板的上端面固定连接；精细激光切割头通过固定在精密运动平台z轴上第三移动板的上端面上的第二连接件与精密运动平台z轴固定连接；在所述底板靠近远离第三气缸的一端设有缓冲件，缓冲件位于第三移动板与该端限位板之间，缓冲件的纵截面呈u型，开口端的两侧分别与底板可滑动连接。
12.进一步的，所述第一连接件的纵截面呈
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型，横向板与精密运动平台y轴上的第三移动板的上端面固定连接，竖向板与精密运动平台z轴上底板的外侧面固定连接。
13.进一步的，所述旋转轴为内部中空结构，所述旋转轴包括旋转轴外壳、夹头柄、气缸系统、轴承旋转系统、夹头、夹头帽和夹头推杆，所述旋转轴外壳的上端盖和下端盖内侧对称设有第一旋转电机座和第二旋转电机座，第一旋转电机座和第二旋转电机座上安装有旋转电机；所述夹头柄通过转体法兰与旋转电机相连接，夹头柄贯穿轴承转动系统，并与轴承转动系统可转动连接；所述气缸系统设于轴承转动系统外侧，与轴承转动系统固定连接；所述夹头置于夹头柄内；所述夹头包括夹头主体，所述夹头主体包括前端和尾端，所述前端自固定端到自由端依次同轴设有圆锥台部、圆柱部和凸台部，所述凸台部直径小于圆柱部直径，所述圆柱部靠近凸台部一端圆周外壁设有外沿部，所述外沿部与夹头柄前端面、圆柱部外壁构成嵌槽；所述夹头推杆左端与气缸系统连接，右端设有向下的延伸部，所述延伸部插入嵌槽内；所述夹头帽呈“7”形，包括第一竖直部、第二竖直部以及连接第一竖直部和第二竖直部的水平部，所述第一竖直部下端面与凸台部侧壁抵接，第二竖直部与夹头推杆可
拆卸连接；所述轴承转动系统包括第一固定连接部、第二固定连接部和转动连接部，所述第一固定连接部与气缸系统左端面下部可拆卸连接的，右端与第二固定连接部可拆卸连接；所述第二固定连接部上端与气缸可拆卸连接，下端与转动连接部可转动连接；所述气缸系统包括气缸、活塞以及固定于活塞上的活塞连杆，所述活塞连杆前端下部通过连接块与夹头推杆左端相连接，尾端自由端设有螺纹，与夹头柄内部通过螺纹连接。
14.本发明的外科手术器械五轴激光切割机，可通过精密运动平台x1轴、旋转轴和精密运动平台z轴配合实现传统医用支架三轴飞秒激光加工系统的所有加工功能和工艺能力，即等径圆管的装夹及向心开口特征的激光切割、开槽、钻孔加工；此外，该系统可通过精密运动平台x1轴、精密运动平台y轴、精密运动平台z轴和旋转轴联动实现对等径圆管、椭圆管及变径管实现向心开口特征（切割时精细激光切割头的轴线一直指向管材的轴心）、垂直开口特征（切割时精细激光切割头的轴线在管材的纵截面内做平面的位移运动）、复合开口特征的激光切割、开槽、钻孔加工，并且可通过切换装夹治具，并通过精密运动平台x1轴、精密运动平台y轴、精密运动平台z轴联动，实现平面器械的激光切割、开槽、钻孔加工；通过设置精密运动平台x2轴，并将精密运动平台y轴和精密运动平台z轴与其连接，实现在需要对管材的两端进行切割时，在完成一端的切割后，精密运动平台x2轴的运动将到精细激光切割头移至旋转轴的另一侧，完成该端的切割。
15.本发明的外科手术器械五轴激光切割机，自适应微细精密管形状公差变化的随动支撑系统、气动自动控制式微细精密薄壁管夹持系统的旋转轴、自主化研制的精密运动平台、高分辨率位置闭环反馈传感器的直线轴z、同轴实时监控支架激光加工动态过程的精细激光切割头组成，可实现运动参数和激光参数（电流、频率、脉宽）的联动控制，区别于传动支架激光切割机运动参数和激光参数的分离式控制，实现了医用微创手术器械的激光加工工艺精准式控制；随动支撑装置将管材束缚在一个内孔内，内孔与管材的配合公差很小，从而实现切割的公差；本发明的外科手术器械五轴激光切割机可以用于超声刀、腔镜、吻合器、缝合器、软钻、刨刀、穿刺针和鼻钻等外科手术、骨科器械的激光微加工，也可以用于平面医疗器械的激光切割。
附图说明
16.图1为本发明所述的外科手术器械五轴激光切割机结构示意图；图2为本发明所述的旋转轴结构示意图。
17.其中，1-精密运动平台x1轴，2-精密运动平台x2轴，3-精密运动平台y轴，4-精密运动平台z轴，5-旋转轴，6-精细激光切割头，7-激光控制单元，8-运动控制单元，9-工作平台，10-支撑平台，11-进料支撑架，12-随动支撑装置，13-缓冲件，14-第一连接件，15-第二连接件，111-v型槽，101-第一底座，102-第一移动板，103-第一限位板，104-第一滑轨，105-第一支撑板，106-第一滑块，107-顶端板，201-第二底座，202-第二移动板，203-第二气缸，204-第二限位板，205-第二滑轨，206-第二滑块，301-底板，302-第三移动板，303-第三气缸，304-第三限位板，305-第三滑轨，306-第三滑块，501-夹头柄，502-气缸系统，503-轴承旋转系统，504-夹头，505-夹头推杆，506-夹头帽， 507-上端盖，508-下端盖，509-旋转电机，510-第一旋转电机座，511-第二旋转电机座，512-转体法兰，5041-前端，5042-尾端，50411-圆锥台部，50412-圆柱部，50413-凸台部，50414-外沿部，5061-第一竖直部，5062-第二竖直
部，5063-水平部，5031-第一固定连接部，5031-第二固定连接部，5033-转动连接部，5021-气缸，5022-活塞，5023-活塞连杆，5024-连接块；121-装夹部，122-装夹孔。
具体实施方式
18.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
19.如图1-2所示，一种外科手术器械五轴激光切割机，包括激光控制单元7、运动控制单元8、精细激光切割头6、精密运动平台x1轴1、精密运动平台x2轴2、精密运动平台y轴3、精密运动平台z轴4以及旋转轴5，所述激光控制单元7与精细激光切割头6控制连接，所述运动控制单元8与精密运动平台x11轴、精密运动平台x2轴2、精密运动平台y轴3、精密运动平台z轴4以及旋转轴5控制连接，精密运动平台x2轴2置于固定在工作平台9上的支撑平台10上，所述精密运动平台y轴3与精密运动平台x2轴2的移动部件连接，所述精密运动平台z轴4的一侧面通过连接件与精密运动平台y轴3的移动部件连接，精细激光切割头6固定在精密运动平台z轴4的移动部件上，精密运动平台z轴4的移动部件位于其与精密运动平台y轴3相连接侧面的相对侧面上，所述精密运动平台x1轴1位于精细激光切割头6的正下方，旋转轴5固定在精密运动平台x1轴1的移动部件上，精细激光切割头6位于旋转轴5出料端的一侧，待加工外科手术器械自精密运动平台x1轴1靠近旋转轴5进料端的一侧进入旋转轴5内，自旋转轴5出料端伸出口由精细激光切割头6切割；在所述精密运动平台x1轴1靠近旋转轴5进料端的一侧的端面上固定有一进料支撑架11，进料支撑架11的上端面上设有用于容纳待加工外科手术器械的v型槽111，所述v型槽111与旋转轴5的进料孔同中心轴设置；在所述精密运动平台x1轴1靠近旋转轴5出料端的一侧的设有一随动支撑装置12，随动支撑装置12与精密运动平台x1轴上的第一移动板102连接，所述随动支撑装置12包括包括向精密运动平台x1轴1上端面上方延伸的装夹部121，在所述装夹部121上设有与旋转轴5同中心轴设置的装夹孔122，精密运动平台x1轴1带动旋转轴5和随动支撑装置12左右移动。
20.所述精密运动平台x1轴1包括第一底座101和第一移动板102，在第一底座101的宽度方向的两端均设有一第一限位板103，所述第一限位板103的高度高于第一底座101的高度，在第一底座101的上端面上对称设有两个第一滑轨104，所述第一移动板102与其移动方向平行的前后两侧通过第一支撑板105与第一底座101可滑动连接，旋转轴5的前后两侧分别与第一移动板102的前后两侧固定连接，在第一移动板102的下端面设有一第一滑块106，在所述第一滑块106上对称设有两个与第一滑轨104相适配的凹槽，第一滑轨104与第一滑块106可滑动嵌设连接；所述第一移动板102设于第一底板101长度方向的中部，在第一移动板102的两侧对称设有两个缓冲件13，所述缓冲件13的纵截面呈u型，开口端的两侧分别与第一底座101固定可滑动连接；在两个所述第一限位板103的上端面之间设有一顶端板107，旋转轴5位于顶端板107的上方，两者间隔设置；；精密运动平台x1轴1与直线电机电连接，第一移动板102与直线电机的定子连接，运动控制单元与直线电机电性控制连接。
21.所述精密运动平台x2轴2包括第二底座201、第二移动板202和第二气缸203，第二气缸203的气缸轴与第二移动板202固定连接，第二移动板202纵截面呈倒u型，在第二底座201的宽度方向的两端均设有一第二限位板204，所述第二限位板204的高度高于第二底座201的高度，在第二底座201的上端面上对称设有两个第二滑轨205，所述第二移动板202开口端的两侧与第二底座201可滑动连接，精密运动平台y轴3的下端面与第二移动板201的上
端面固定连接，在第二移动板202的下端面设有一第二滑块206，在所述第二滑块206上对称设有两个与第二滑轨205相适配的凹槽，第二滑轨205与第二滑块206可滑动嵌设连接；所述第二移动板202设于第二底座201长度方向的中部，在第二移动板202的两侧对称设有两个缓冲件13，所述缓冲件13的纵截面呈u型，开口端的两侧分别与第二底座201固定可滑动连接。
22.所述精密运动平台y轴3和精密运动平台z轴4结构相同，包括底板301、第三移动板302和第三气缸303，在底板301的宽度方向的两端均设有一第三限位板304，所述第三限位板304的高度高于底板301的高度，第三气缸303固定在一侧的第三限位板304的外侧，第三气缸303的气缸轴穿设其所在第三限位板304与第三移动板302固定连接；第三移动板302侧纵截面呈倒u型，在底板301的上端面上对称设有两个第三滑轨305，第三移动板302开口端的两侧与底板301的上端面抵接，在第三移动板302的下端面设有两个第三滑块306，在所述第三滑块306上对称设有两个与第三滑轨305相适配的凹槽，第三滑轨305与第三滑块306可滑动嵌设连接，精密运动平台z轴4上底板301的外侧面通过纵截面呈
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型第一连接件14与第三移动板302的上端面固定连接,第一连接件的横向板与精密运动平台y轴3上的第三移动板302的上端面固定连接，竖向板与精密运动平台z轴4上底板301的外侧面固定连接；精细激光切割头6通过固定在精密运动平台z轴4上第三移动板301的上端面上的第二连接件15与精密运动平台z轴4固定连接；在所述底板301靠近远离第三气缸303的一端设有缓冲件13，缓冲件13位于第三移动板302与该端第三限位板304之间，缓冲件13的纵截面呈u型，开口端的两侧分别与底板301固定可滑动连接。
23.所述旋转轴5为内部中空结构，所述旋转轴5包括旋转轴外壳、夹头柄501、气缸系统502、轴承旋转系统503、夹头504、夹头帽506和夹头推杆505，所述旋转轴外壳的上端盖507和下端盖508内侧对称设有第一旋转电机座510和第二旋转电机座511，第一旋转电机座510和第二旋转电机座511上安装有旋转电机509；所述夹头柄501通过转体法兰512与旋转电机509相连接，夹头柄501贯穿轴承转动系统503，并与轴承转动系统503可转动连接；所述气缸系统502设于轴承转动系统503外侧，与轴承转动系统503固定连接；所述夹头504置于夹头柄501内。
24.所述夹头504包括夹头主体，所述夹头主体包括前端5041和尾端5042，所述前端5041自固定端到自由端依次同轴设有圆锥台部50411、圆柱部50412和凸台部50413，所述凸台部50413直径小于圆柱部50412直径，所述圆柱部50412靠近凸台部50413一端圆周外壁设有外沿部50414，所述外沿部50414与夹头柄501前端面、圆柱部50412外壁构成嵌槽；所述夹头推杆505左端与气缸系统502连接，右端设有向下的延伸部5051，所述延伸部5051插入嵌槽内；所述夹头帽506呈“7”形，包括第一竖直部5061、第二竖直部5062以及连接第一竖直部5061和第二竖直部5061的水平部5063，所述第一竖直部5061下端面与凸台部50413侧壁抵接，第二竖直部5062与夹头推杆505可拆卸连接。
25.所述轴承转动系统503包括第一固定连接部5031、第二固定连接部5031和转动连接部5033，所述第一固定连接部5031与气缸系统502左端面下部可拆卸连接的，右端与第二固定连接部5032可拆卸连接；所述第二固定连接部5032上端与气缸5021可拆卸连接，下端与转动连接部5033可转动连接。
26.所述气缸系统包括气缸5021、活塞5022以及固定于活塞5022上的活塞连杆5023，
所述活塞连杆5023前端下部通过连接块5024与夹头推杆505左端相连接，尾端5042自由端设有螺纹，与夹头柄501内部通过螺纹连接。
27.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，对于本领域的普通技术人员而言，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应视为本发明的保护范围。