수술용 로봇 손목 관절 가공: 보어 및 공차

수술 기구 손목에는 모두 검사를 통과했지만 조립 후에도 여전히 묶이거나 느슨해지거나 일관되지 않게 움직이는 부품이 포함될 수 있습니다. 종종 문제는 개별 차원이 아니라 피벗 핀, 두 개의 반대 보어 및 이들이 지원하는 링크 간의 관계입니다.

따라서 의료 기기 OEM 엔지니어에게 수술용 로봇 손목 관절 가공은  결합 맞춤, 피봇축 정렬 및 조립된 메커니즘의 누적된 변형을 제어하는 ​​것을 의미합니다. 이 가이드는 모든 유형의 수술용 로봇 손목이 아닌 CNC 가공 클레비스 조인트, 핀 및 링크에 중점을 둡니다.

빠른 답변:  정확한 보어 직경만으로는 손목 관절의 기능을 보장하지 않습니다. 제조업체는 공유 피벗 축을 제어하고, 최소 및 최대 핀 간격을 계산하고, 축 유격을 분석하고, 가공 후 최종 형상을 확인해야 합니다. 치수 검사와 조립 검사는 서로 다른 목적으로 사용됩니다. 둘 다 필요할 수 있습니다.

공동 수준 공차가 중요한 이유

로봇 수술 기구의 말단 손목은 작은 작업 범위 내에서 동작을 전달합니다. 설계에 따라 관절에는 핀, 고정 링크, 케이블 구동 풀리 또는 호환 메커니즘이 포함될 수 있습니다. 이 기사에서는 가공된 결합 표면을 사용한 핀 조인트에 대해 설명합니다.

세 가지 기계적 관계가 제조 결정을 좌우합니다. 축 정렬은  핀이 의도하지 않은 간섭 없이 반대쪽 클레비스 보어를 통과하는지 여부를 결정합니다. 러닝 클리어런스는  원치 않는 플레이를 제한하면서 의도된 상대 동작을 허용합니다. 공차 누적은  완성된 어셈블리에서 여러 부품의 변형이 결합되는 방식을 결정합니다.

이는 서로 관련되어 있지만 동일한 문제는 아닙니다. 기계적 간격은 동작 손실의 원인이 될 수 있으며, 케이블 늘어짐, 마찰 및 케이블 장력 변화도 히스테리시스를 유발할 수 있습니다. 더 나은 CNC 공차는 모션 오류의 모든 원인을 제거할 수 없습니다. 목표는 OEM이 기능에 중요한 것으로 식별한 치수를 제조하는 것입니다.

CNC 가공으로 수술용 손목에서 생산되는 것

정밀 CNC 가공을 통해  반대쪽 피벗 보어가 있는 클레비스 암, 정확한 간격의 구멍이 있는 소형 링크, 원통형 피벗 핀 및 장착 인터페이스를 제조할 수 있습니다. CNC 밀링은 클레비스 프로파일 및 링크에 유용합니다. 터닝 슈트 핀과 부싱. 케이블 가이드에는 제어된 홈 프로파일과 부드러운 접촉 가장자리가 필요할 수도 있습니다.

이러한 기능에는 모두 동일한 공차가 필요하지 않습니다. 보어 크기는 맞춤을 ​​제어하고, 보어 위치는 피벗 축을 설정하며, 구멍 중심 거리는 링크 형상에 영향을 미치고, 암 간격은 축 간격을 결정합니다. 이를 별도의 기능 요구사항으로 처리하면 도면의 명확성과 검사 계획이 향상됩니다.

CNC는 정밀 연삭, EDM 또는 형상, 재료 및 마감이 요구되는 다른 공정과 결합될 수 있습니다. 올바른 경로는 단순히 5축 기계의 가용성이 아니라 실제 조립에 따라 달라집니다.

도면에 맞는 부품이 여전히 조립에 실패할 수 있는 이유

잘못 정렬된 보어.  클레비스에서는 두 개의 보어가 약간 다른 축을 따라 가리키면서 각각 직경 제한을 충족할 수 있습니다. 그러면 공통 핀이 하나의 보어 가장자리에 닿거나 삽입에 저항하거나 고르지 않은 로딩이 발생할 수 있습니다. 별도의 직경 검사로는 전체 정렬 문제가 드러나지 않습니다.

잘못된 결합 간격.  한 부재에 고정된 핀은 억지 끼워 맞춤이 필요할 수 있지만 움직이는 링크와의 인터페이스에는 주행 여유 공간이 필요합니다. 두 위치에 동일한 핏을 적용하면 바인딩이나 헐거움이 발생할 수 있습니다. 엔지니어는 한계를 지정하기 전에 회전하는 표면을 식별해야 합니다.

축적된 축방향 플레이.  클레비스 내부 폭과 링크 두께는 각각 자체 공차 내에서 다양합니다. 가장 느슨한 조합은 원치 않는 측면 움직임을 유발할 수 있습니다. 가장 단단하면 관절이 제한될 수 있습니다. 개별 부품을 승인한다고 해서 조립된 조인트가 승인되는 것은 아닙니다.

정렬을 잃지 않고 쌍을 이루는 피벗 보어 가공

의도한 피벗 축과 어셈블리 장착 기준점으로 시작합니다. 기기에서 클레비스의 위치를 ​​결정한 다음 해당 참조를 기계 가공 및 검사에 일관되게 사용하십시오. 데이텀 선택은 단순히 고정하기 쉬운 표면이 아니라 조인트의 기능을 반영해야 합니다.

형상이 허용하는 경우 한 번의 설정으로 양쪽 보어를 모두 마무리합니다. 관통 보링 또는 적절한 자격을 갖춘 마무리 작업은 두 개의 구멍을 독립적으로 배치하는 것보다 축 관계를 더 안정적으로 유지할 수 있습니다. 액세스에 두 가지 설정이 필요한 경우 첫 번째 데이텀 전송이 완벽하다고 가정하기보다는 보조 위치 체계를 정의하고 고정 장치 반복성을 확인하십시오.

5축 CNC 가공은  각진 면에 대한 접근성을 향상시키고 위치 변경을 줄일 수 있습니다. 그러나 특히 작은 피벗 보어의 경우 견고한 3축 고정 장치 또는 전용 마감 공정이 더 나은 안정성을 제공할 수 있습니다. 선택은 실제 기능에 대한 기능 시험을 따라야 합니다.

얇은 클레비스 암은 또 다른 제약을 추가합니다. 과도한 조임력으로 인해 간격이 변경되고 보어가 움직일 수 있습니다. 실용적인 경로는 데이텀 준비, 황삭 지원, 준정삭, 중요 보어 정삭, 디버링 및 언클램핑 후 검사입니다. 맞춤형 배열과 임시 지지 재료는 왜곡을 제어하는 ​​데 도움이 될 수 있습니다. 관련 원리는 Dawang의 기사에서 논의됩니다. 얇은 벽 변형 제어.

핀-보어 맞춤: 극한값 계산

공칭 직경만으로는 움직이는 조인트의 자유도를 설명할 수 없습니다. 다음과 같은 허용 크기를 갖는 고려해보세요 가상의 슬라이딩 피벗을  .

최소 지름 틈새는  가장 작은 보어와 가장 큰 핀에서 발생합니다.

1.005 − 1.000 = 0.005mm(5μm).

최대 직경 클리어런스는  가장 큰 보어와 가장 작은 핀에서 발생합니다.

1.015 – 0.995 = 0.020mm(20μm).

따라서 이론적 직경 클리어런스는 5-20μm 입니다 . 중심 핀의 경우 해당하는 이상적인 반경 방향 간격은 직경 틈새의 절반이지만 실제 접촉은 하중, 보어 형태, 표면 질감 및 정렬에 따라 달라집니다.

이 그림은 최악의 경우의 산술을 보여줍니다. 아닙니다 다왕 생산 결과나 권장 수술 기구 핏이 . 간격이 허용 가능한지 여부는 OEM의 하중, 관절, 마모 및 위치 지정 기준이 필요합니다. 핀 변형이나 축 오류가 어셈블리에 큰 영향을 미치는 경우 보어 한계만 조이면 거의 효과가 없을 수 있습니다.

축 공차 스택: 두 번째 맞춤 문제

방사형 클리어런스는 좌우 이동을 결정하지 않습니다. 가상의 클레비스와 링크를 고려해보세요.

허용되는 가장 조밀한 조합에서 클레비스 간격은 2.97mm이고 링크 두께는 2.96mm입니다.

최소 축방향 클리어런스 = 2.97 − 2.96 = 0.01mm.

가장 느슨한 조합에서 간격은 3.03mm이고 링크 두께는 2.92mm입니다.

최대 축방향 클리어런스 = 3.03 − 2.92 = 0.11mm.

공칭 간격은 0.06mm이지만 최악의 경우 범위는 0.01–0.11mm 입니다 . 두 구성요소 모두 검사를 통과할 수 있지만 조립 간격은 매우 다양합니다. OEM에는 다양한 공차 할당, 선택한 스페이서 또는 조정 전략이 필요할 수 있습니다. 기능 요구 사항 및 어셈블리 테스트만 어떤 옵션이 적절한지 확인할 수 있습니다.

GD&T 및 검사: 어셈블리 관계 확인

도면은 기능적 기준 참조 프레임을 식별하고 쌍을 이루는 보어 사이에 필요한 관계를 명시적으로 제어해야 합니다. 보어 직경, 축 위치, 구멍 간격, 암 분리 및 결합 표면 방향은 뚜렷한 특성입니다. 공유 피벗 축이 중요한 경우 지정된 기하학적 제어는 측정 가능해야 하며 실제 데이텀 구성표와 일치해야 합니다.

기능별로 검사 방법을 선택하세요. CMM은 프로브 크기가 허용하는 경우 접근 가능한 데이텀과 보어 관계를 확인할 수 있습니다. 광학적 방법은 소형 프로파일에 적합할 수 있습니다. 교정된 게이지는 적합한 크기를 확인할 수 있지만 핀 게이지만으로는 보어 축의 위치를 ​​증명할 수 없습니다. 현미경으로 버(burr)와 섬세한 접촉 가장자리를 검사할 수 있습니다. 매우 작거나 접근하기 어려운 쌍의 경우 자격을 갖춘 정렬 게이지 또는 특수 측정 시스템이 필요할 수 있습니다.

중요 치수를 확인하십시오 . 고정 장치에서 공작물을 분리한 후  변형이 우려되는 경우 OEM은 핀 삽입력, 관절 범위, 관절 마찰 또는 동작 손실을 기능적 허용 기준으로 지정할 수도 있습니다. 이러한 테스트는 도면 기반 검사를 대체하기보다는 보완합니다.

디자인을 출시하기 전 DFM 질문

유용한 DFM 검토는 어셈블리 부터 시작됩니다. 단지 분리된 STEP 모델이 아닌 OEM은 어떤 핀 인터페이스가 고정되거나 회전하는지 식별하고, 결합 부품 도면을 제공하고, 필요한 이동 및 하중 조건을 정의해야 합니다.

그런 다음 검토를 통해 보어 접근 및 깊이, 공유 축 요구 사항, 최소 및 최대 반경 방향 및 축 간극, 가공 중 U자형 갈고리 지지대, 현실적인 검사 접근을 확인해야 합니다. 재료와 접촉 표면도 의도된 마모, 청소 및 멸균 요구 사항과 일치해야 합니다. 예를 들어, 316L 스테인리스강, 17-4 PH, 티타늄 및 일부 엔지니어링 폴리머는 가공 및 서비스 고려 사항이 다릅니다. 보편적으로 적합한 자료는 없습니다.

일찍 의료 기기 프로토타이핑은  특히 공차 계산에 기능 검증이 필요한 경우 반복 생산 전에 조립 문제를 노출할 수 있습니다.

다왕정밀 : 도면검토부터 검사기획까지

다왕정밀은 27년의 제조 경험과 Röders 및 Mazak 장비를 포함하여 400개 이상의 첨단 공작 기계를 보유하고 있습니다. 해당 서비스에는 CNC 밀링, 터닝, 다축 가공, EDM 및 정밀 검사가 포함됩니다.

다왕님의 작품 로봇 구성 요소는  기계적 인터페이스에 대한 관련 경험을 제공하는 동시에 의료 제조 역량에는  해당 ISO 13485 품질 관리 범위 내의 작업이 포함됩니다. 이는 관련 기능일 뿐 손목관절 수술 프로젝트가 완료되었다는 증거는 아닙니다..

새 부품의 경우 임계 보어, 결합 맞춤, 데이텀 전략, 고정 장치 접근 및 측정 가능한 허용 기준 등 도면을 통해 타당성을 확인해야 합니다. 보장된 공차 또는 프로젝트별 문서는 엔지니어링 검토 후 합의되어야 합니다.

무료 DFM 검토 요청

수술용 손목 U자형 갈고리, 피벗 핀 또는 소형 연결 링크를 개발 중이신가요? 보내십시오 . STEP 모델, PDF 도면 및 어셈블리 요구 사항을  무료 DFM 검토를 위해 Dawang의 엔지니어링 팀은 보어 가공, 여유 한계, 공차 누적 및 검사 계획을 평가할 수 있습니다.

24시간 이내에 초기 엔지니어링 응답을 받습니다.

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