- 6月 20, 2025
鉴于机器人在执行精密工作方面的能力，医疗领域对其需求和依赖日益增加。手术机器人旨在辅助外科医生和医护人员，提升手术流程。通过机器人辅助手术，可以在更短的时间内完成更精确和安全的手术。
本文讨论了在手术机器人零部件的加工和生产过程中需要注意的关键要求。我们还提供了一个典型手术机器人加工件的案例研究，并列出了定制机器人在医疗行业中的应用。
定制加工的机器人辅助设备示例
目前，已开发出多种类型的手术机器人，它们针对不同的应用场景。这些机器人用于增强现有的手术治疗或植入物的放置。以下是几个机器人辅助设备的示例：
骨科植入物
骨科植入物是一种机器人手术设备，主要用于替换人体内的骨骼或关节，如髋关节置换、膝关节置换等。对于每种植入物，由于其用途多样，尺寸和公差都需要非常精确。不同患者的尺寸要求各不相同。对于每位用户，这些植入物都可以使用精密的CNC机床（包括CNC车铣削、电火花加工等）进行定制加工。
手术机器人
手术机器人改变了许多医疗干预方式，提高了各专科微创手术的精确度。在手术中，这些机器人对手术流程做出了重要贡献，并有助于机器人植入物的精确放置。
生命科学、研究和实验室设备
在生命科学和实验室研究行业，机器人辅助设备有助于推动实验程序和数据收集的进步。例如，配备专用工具的机械臂可协助研究人员完成样品处理和分析等精细任务。这些定制的机器人设备可以使用CNC加工技术按照精确规格制造，从而提高实验室流程的效率和准确性。
牙科机器人
与外骨骼机器人类似，牙科手术也从机器人辅助设备中受益。机器人系统被应用于牙科的各个方面，从牙齿植入手术到精确的牙齿检查准备，这些牙科机器人系统帮助牙科专业人员实现最佳效果，同时最大限度地减少患者的不适和恢复时间。
机器人成像组件
这些医疗成像设备在机器人辅助手术中深受医生的信赖，它们提供了检查区域的放大图像，使人体微小、复杂的部分易于观察。这些设备需要非常精确的功能，为了实现这一点，可以使用CNC机床对每个组件进行精确制造。
精密加工如何助力手术辅助机器人的制造？
在手术机器人零部件的生产过程中，容不得半点差错。手术机器人需要精确的运动，因此必须确保极其精确的尺寸和公差，以生产出精确的零部件。
近年来，多种制造技术得到了发展，使得生产高质量产品成为可能。先进的加工设备（如精密CNC加工、电火花加工和瑞士车削加工）使得生产高质量、精确且复杂的产品不再具有那么高的挑战性。
我们列出了以下用于手术机器人加工的精密制造技术：
多轴CNC铣削
这些配备铣削能力的多轴机床允许在一次装夹中制造复杂的机器人手术设备和器械。这减少了制造时间，并生产出具有成本效益的产品。众所周知，铣床通过使用旋转刀具沿指定路径移动来去除材料，除了切割外，铣削过程还包括钻孔、铰孔等，所有这些过程都可用于制造手术机器人组件。
电火花加工（EDM）
EDM是一种先进的加工工艺，能够提供高度精确、微细的加工。作为一种辅助加工技术，该过程包括在工具（称为电极）和被加工零件之间施加一系列重复的电火花，并在电介质液体的存在下去除材料。
手术机器人的加工涉及小型且复杂的尺寸。EDM有助于在机器人手术部件的生产过程中实现精密加工，从而满足所需的规格。
精密车削
精密车削操作设计工件高速旋转，同时固定切削刀具去除材料。这种加工技术以加工圆柱形零部件为主。此外，精密车削能够以高精度加工具有非常小公差和尺寸的零件。这些零件满足了手术机器人生产中铣削无法加工的部分需求。
瑞士车削
瑞士车削以其能够快速生产极其微小、精确的零件而闻名，其机床由一个来回移动的工具组成，能够以微米级的精度生产出特定、所需的形状。由于其相对较快的加工时间，因此能够实现更高的效率。
此外，瑞士CNC机床可以在一次装夹中执行多个操作，能过快速生产出一批微小且复杂的医疗机器人零件，且几乎没有误差。
手术机器人在加工方面的独特要求
手术机器人是高度精密的医疗设备，也是处理手术的关键设备。通常，手术机器人配备有机械臂和控制中心。这些组件需要严格的尺寸和几何公差。因此，在相关部件的加工过程中，制造商必须高度关注两个方面 – 如何实现严格的公差以及如何进行精确的质量控制。
精度和准确性
在处理人体高度复杂和精细的系统时，所制造和使用的设备（包括手术机器人、机器人植入物放置和机器人手术器械）都需要精确和准确。因此，在手术机器人零部件的生产过程中，需要采用能够生产出具有严格公差、复杂几何形状和精细部件的精密加工技术。
装配
手术机器人是由一组复杂的机械臂组件装配而成的。对于每个机器人辅助部件，确保尺寸和公差至关重要。只有每个部件都严格遵守公差要求，机器人辅助设备才能完美装配。然而，如果无法实现这一点，在手术过程中将会产生严重后果，甚至导致医疗事故。
质量检查
除了精密加工外，质量检查同样重要。手术机器人中的零件尺寸各异，有时对小型零件进行检查非常具有挑战性。在制造过程中，需要对每个制造的机器人辅助部件进行详细检查。因此，质量部门需要仔细检查每一件产品，以避免后续出现故障并提高装配质量。
此外，确保产品质量可以节省生产成本并加快周转速度。
为何选择CNC精密加工来定制手术机器人零件？
医疗设备需要保证精确的功能，这些机器人手术设备在操作过程中即使出现微小错误，也可能造成巨大损失，因此容不得半点差错。此外，牙科机器人放置、手术器械和机械臂组件都需要以高精度和可重复性生产，还需要确保精确的切割和形状。
CNC机床以其能够提供高度精确和精密的加工而闻名，考虑到严格的公差和复杂的几何形状。以下是选择精密CNC加工进行机器人部件制造的一些好处：
快速周转
计算机化操作和多种工具的可用性使CNC机床能够在同一装夹中执行更多工序，避免了工件从一个装夹转移到另一个装夹的停机时间。此外，计算机化操作还确保了产品的正确加工，保证精确的尺寸和严格的公差，这再次节省了质量检查部门的时间。
因此，精密CNC加工确保了制造过程的更快、更准确执行，从而在更短的时间内生产出更多数量的定制手术机器人。
一致性和质量保证
精密CNC加工确保每次生产运行都能输出一致且高质量的产品，CNC机床的计算机化控制确保每个组件（无论是机械臂还是手术器械）都按照相同的规格制造。
此外，它还可以编程为在加工手术机器人过程中进行严格的质量控制检查。这种实时监控有助于识别与规定尺寸的任何偏差，允许立即进行调整，并确保只生产出高质量的组件。
材料和设计的多样性
CNC机床在处理各种材料和复杂设计方面表现出色。无论手术机器人组件需要从金属、塑料还是复合材料中加工，精密CNC机床都能轻松应对各种材料。
能够处理复杂几何形状是另一个优势。手术机器人通常涉及不同的设计以适应必要的功能。CNC加工可以精确地执行这些复杂设计，确保最终组件符合精确规格并在手术环境中表现出色。
确保装配
要构建手术机器人，需要将多个部件装配在一起。每个部件都必须完美配合，否则其功能和操作可能会致命。鉴于CNC机床的微米级精度和计算机操作能力，它们能够确保每个加工的部件都具有正确的尺寸和公差。因此，采用这些机床有助于实现手术机器人所需的正确装配。
成本效益
CNC机床能够更有效地利用原材料，减少浪费。CNC加工的精度和准确性确保每个组件的制造都最大限度地减少了材料浪费，有助于节省成本并促进环境可持续性。
同时，CNC质量部门在每一步都检查每个部件的制造情况，如果需要返工，则立即进行。这样，就可以在现场进行更改，而不是在后期对整个产品进行返工。因此，在手术机器人零部件的生产过程中使用CNC机床可以实现成本控制并提高盈利能力。
如何为手术机器人设备制造精密零部件（附案例）？
韦克一直与许多正在制造手术机器人的医疗公司合作。如前所述，生产手术机器人需要达到非常严格的公差要求，这在手板制作和零部件生产阶段相当具有挑战性。我们遇到过很多加工挑战并成功完成了多个医疗机器人项目，在此分享两个案例。
案例一：机器人手术部件关键特征和尺寸的加工解决方案
通常，手术机器人具有相对复杂的机械结构，因此有些部件具有难以制造的微小特征。以下是一个关于手术设备小型机器人部件的案例。
关键特征和尺寸
下图是一个来自手术辅助机器人手臂的小型不锈钢部件。该部件的尺寸为7*7*22mm，边缘周围有锐利的切口和开放的槽口。如图像所示，切口的厚度极薄，仅为0.1mm。
在项目初期，我们与客户就项目要求进行了详细沟通。我们必须牢记要尽可能精确地生产所有特征，因为这些特征对手术机器人的运行至关重要。由于这是整个项目的关键点，有许多制造商都因废品率高而拒绝生产这些机器人组件。
加工解决方案
实际上，韦克在试加工阶段也遇到了较低的合格率。然而，我们并没有放弃。我们认为每一次失败的试生产都告诉我们如何改进以及需要调整什么来提高合格率。因此，我们尝试增加加工时间以更仔细地处理小型特征，同时确保公差。
此外，还增加了线切割工艺，旨在提供完美的精度。线切割的结果取决于多种因素，包括速度、夹具工具、定位和线材。对于这次生产，韦克的工程师研究了不同的加工策略，并多次调整定位和夹具工具以实现预期结果。
得益于我们多年的经验和专业的生产团队，我们成功制造出了这些小型不锈钢机器人部件，并且最终质量满足了客户的要求。
案例二：如何确保手术机器人精密组件的特定公差？
对于手术机器人的机械臂来说，齿轮部件（如轴和腕部）极其重要，因为许多其他部件都需要与轴配合工作。合格的轴部件保证整个机器人系统运行良好。
加工中的总跳动
对于手术机器人传动系统中的关键配合部件，需要确保一些特定的几何公差，而总跳动是关键之一。我们将通过一个案例来详细解释这一点。
如图纸所示，存在两种类型的总跳动——径向跳动和轴向跳动，在这个项目中，且这两种跳动都给出了非常严格的公差。众所周知，总跳动跟其他几何尺寸和公差（GD&T），例如垂直度、圆度、同轴度和平行度高度相关。因此，只要在加工过程中很好地控制了总跳动，其他尺寸也可以得到保证。
加工路线
如上所述，实现部件中φ2.5孔的总跳动的关键是基准A。同时，加工基准A面和φ2孔成为了一个关键的开始。因此，我们为这些加工的手术机器人部件制定了以下加工路线。
先完成基准A面的加工，并实现平面度。在基准A面加工完成后，需要将部件转移到车床上并重新固定。如果在转移过程中发生较大偏差，将会导致同轴度和总跳动等误差。
因此，在整个制造过程中我们使用车床的精度要足够高，并应用了特殊的夹具工具来固定部件以进行部件转移。无论如何，我们的工程师需要确保将转移公差控制在0.01mm以内。最终，通过严谨的加工路线规划，我们实现了φ2.5孔的重要总跳动。
对于台阶高度（4.06mm），成功生产的关键是对主圆柱体进行不间断加工。只要整体圆柱体在一次加工中完成，就可以很好地实现第二个总跳动。我们还在车削过程中不断使用千分表检查偏差。这也有助于我们确保手术机器人部件的最终质量。
确保检查和交付标准
除了实现精密的机器人手术部件外，跳动的检查也颇具挑战性。韦克的质量控制部门试图对手术机器人传动系统中的这个配合部件进行检查时，台阶表面不足以使用三坐标测量机（CMM）进行最终的质量控制检查。
根本问题是CMM的探头太大，无法进行检查并获得准确的结果。为了解决这个问题，我们从RENISHAW购买了一个独特的探头，称为“STAR”，它具有较小的针头。新的检测工具帮助我们的最终质量控制工作取得了良好效果。
最终，WayKen成功根据客户的要求交付了所有组件。交付后客户告诉我们，这些手术机器人手臂组件的测试进展得非常顺利。
加工手术机器人零件中可用的材料
根据机器人手术设备的不同部件，所使用的材料也各不相同。实际上，金属和塑料材料都可以用于生产机器人手术设备。以下将列举一些金属和塑料的示例。
不锈钢
在韦克生产的所有医疗设备部件中，最常用的金属材料是不锈钢。更具体地说，SS630、SS316和SS304是最受欢迎的不锈钢。这是因为它们具有完美的耐腐蚀性，有助于为设备制造耐用的部件。
此外，不锈钢还适用于高精度加工，并且医疗设备通常需要严格的公差。
铝
除了不锈钢外，铝合金是这些设备中第二广泛使用的材料，如AL7075-T6和AL6061-T6。它们被用于生产需要比不锈钢更轻且坚固的部件，如手柄、外壳和支撑部分。
塑料
与金属相比，塑料在手术机器人的生产中应用较少，但它们非常适合初步设计验证。CNC、立体光刻（SLA）和选择性激光烧结（SLS）是设计验证时可选择的三种合适技术。
CNC加工在这三种技术中具有最多的材料选择。有ABS、尼龙、聚醚醚酮（PEEK，含玻璃纤维）、聚醚酰亚胺（PEI）等可供选择，用于不同的组件。如果不需要严格的公差，SLA和SLS将是更合适的方法。因为SLA和SLS在早期设计验证中都非常高效且成本效益高。
加工手术机器人部件和组件的表面处理选项
对于医疗手术设备来说，实用性和安全性是表面处理时需要考虑的最重要因素。在这里，我们重点关注在实际生产中铝和不锈钢的不同表面处理选项。
钝化经常应用于不锈钢。钝化的目的是在材料表面添加一层额外的涂层，并增强耐腐蚀性。说到防腐，铝制部件也需要必要的方法来防止氧化。阳极氧化是一个好方法。经过阳极氧化处理后，铝材料表面将覆盖一层额外的氧化层，防止部件与表面发生进一步的化学反应。
选择CNC制造商进行手术机器人项目时的考虑因素
定制手术机器人有一些明确的应用，包括植入物、机器人手术器械和牙科机器人。选择正确的CNC制造商对于手术机器人项目的成功至关重要，因为这些组件在CNC加工操作过程中需要高质量的标准。
材料专业知识
制造商需要具备使用多种材料和合金精确加工机器人辅助部件的能力，这可以通过采用优化的加工技术来实现。此外，无论医疗级材料的加工难度如何，都需要实现复杂的形状和严格的公差。
综合加工能力
可靠的制造商应提供一站式和全面的加工能力。这些能力包括精密加工、后处理和严格的质量控制。为了确保这些能力，必须配备精确的加工设备。这些设备包括电火花加工机床、多轴CNC机床、三坐标测量机等。这些加工技术和设备确保手术机器人最终产品具有高质量、严格的公差和精确的尺寸。
表面处理和装配
制造的手术机器人由多个复杂的部件和控制系统组成。为了确保设备在应用过程中能够正常运行和发挥作用，制造的部件必须完美配合。CNC制造商应通过验证每个产品具有良好的外观和完美的装配来确保这一点。
质量保证
制造的产品应符合高的质量标准。质量可以分为尺寸质量和外观质量。加工完成后，产品将进入检验部门，品检部门需要对每个手术机器人部件的尺寸和公差进行仔细检查。
此外，CNC制造商还应检查机器人产品的表面一致性，这将确保生产出满足客户需求的高质量产品，同时提高效率和快速交付。
韦克的手术机器人部件和组件的定制加工能力
在韦克，我们在手术机器人部件和组件的加工方面拥有丰富的经验，能够生产复杂、难以制造、具有严格公差的机器人原型、部件、组件和设备。
作为一家按需制造商，我们还提供一站式的制造工艺和加工技术（包括定制CNC加工、五轴铣削、精密车削、电火花加工、阳极氧化、钝化等），可以使用各种金属和塑胶材料生产不同的部件和组件。
此外，韦克致力于发展我们的工艺和服务，以更好地服务医疗行业的客户。我们已经获得并保持了ISO 9001和ISO 14001认证，相信我们的管理体系和制造服务能够满足手术机器人领域的不同要求。立即联系我们以启动您的项目！
结论
定制手术机器人旨在通过辅助医护人员和外科医生进行的手术过程，或通过在人体内进行机器人牙科植入物放置来增强手术效果。为了实现准确的运动和动作，这些机器人手术器械和机器人手术设备需要具有精确的尺寸和严格的公差，考虑到其复杂的功能。
