从原理到实操：中走丝线切割机床完成骨科植入物锁定螺钉加工的完整方案
锁定螺钉是骨科植入物（见图1）的关键组件，通过螺纹与骨板或髓内钉的锁定孔形成刚性固定，提供稳定性，尤其适用于骨质疏松或复杂骨折患者。其优势在于避免传统螺钉的松动风险，实现角稳定性，促进骨愈合。然而，痛点包括术中精准置入难度高（需严格垂直锁定孔）、螺钉断裂风险（尤其在高应力部位），以及取出困难（骨长入或螺纹损坏）。未来优化方向包括改进材料强度、设计便于取出的螺纹结构，以及配合导航技术提升置入精度。
图1 骨科植物入植科入物
目前骨科锁定螺钉（见图2）的主流加工方式为精密冷挤压成形，其优势在于工艺路线短、生产效率高（可批量生产）、材料利用率高（减少浪费），且冷加工对金属晶粒度影响小，产品尺寸一致性佳，力学性能稳定。然而，该工艺对模具精度要求极高，钛合金等材料因冷硬化严重易导致成型困难，需配合固溶处理等辅助工序，且复杂螺纹结构（如变螺纹或自攻槽设计）可能增加模具开发成本。
图2 骨科锁定螺钉
中走丝线切割加工技术是一种介于快走丝和慢走丝之间的电火花线切割工艺，采用镀锌黄铜丝（直径0.1-0.2mm）作为电极，通过高频脉冲放电腐蚀金属实现切割。其走丝速度（6-12m/s）高于慢走丝但低于快走丝，兼具一定加工精度（±0.003mm）和较高效率。该技术支持多次切割，首刀高速粗加工，后续精修以提高表面质量（Ra≤0.7-1.4μm），适用于模具钢、硬质合金等难加工材料。优势在于性价比高，维护成本低于慢走丝；缺点是电极丝损耗较大，长期使用后精度会下降，且对工作液清洁度要求较高，适合中小批量精密零件加工。
中走丝线切割加工相比精密冷挤压成形，在骨科锁定螺钉制造中更具灵活性，尤其适合小批量、高复杂度产品（如异形螺纹或个性化设计）。其优势在于无需高成本模具，可快速响应设计变更，并能加工高硬度材料（如钛合金）。
不同于传统骨科螺钉常用的316L不锈钢和钴铬合金材料，骨科锁定螺钉通常选用生物相容性更优的钛合金（Ti6Al4V）。本文所设计的锁定螺钉试样材料与主流骨科植入物材料一致，均为Ti6Al4V钛合金（见图3）。该材料为α+β型钛合金，具有优异的生物相容性、高比强度和良好的抗疲劳性能，适用于制造长期植入的骨科固定部件。尽管该钛合金材料在加工成本上高于传统不锈钢，但中走丝线切割工艺属于精密加工，对高硬度材料的适应性强，能够满足骨科植入物复杂结构（如变径螺纹、自攻槽等）的高精度加工需求。
图3 钛合金（Ti6Al4V）化学成分图
本文以骨科植入物锁定螺钉为研究对象，通过对行业标准、加工设备、加工流程、参数设置、三坐标检测和粗糙度检测进行测试。本研究验证了中走丝工艺加工高精度锁定螺钉的可行性，为骨科植入物锁定螺钉提供了新的技术路线。
行业标准
国际标准
1. ISO 5835《外科植入物-金属骨螺钉》
规定骨螺钉的尺寸、螺纹精度（如螺距公差≤0.02mm）、力学性能（如抗拉强度≥2000N）等关键指标。
2. ISO 5832-2/11
适用于钛合金（如Ti6Al4V）和不锈钢材料的化学成分及机械性能要求。
3. ASTM F543
规定金属骨螺钉的力学测试方法，包括静态扭转、疲劳寿命等。
国家标准
1. YY/T 0119.2-2014《脊柱植入物脊柱内固定系统部件 第2部分：金属脊柱螺钉》
涵盖螺钉设计、材料、表面处理及性能测试要求，适用于钛合金及不锈钢螺钉。
2. GB/T 13810《外科植入物用钛及钛合金加工材》
规定TC4钛合金的化学成分、力学性能及加工要求。
3. YY/T 0662-2020
针对不对称螺纹螺钉的机械性能测试标准，包括扭矩、断裂角等参数。
加工设备
1. 设备选择（见图4)
智凯ZKH550五轴数控线切割机床
图4 智凯ZKH550
2. 设备参数
行程：有效加工行程550*450
锥度：±6°
最大加工效率：≥300mm²/H
表面光洁度：Ra0.8μm（多次切割）
精度：±0.003mm
系统：系统支持Windows7及以上操作系统
画图：支持多种画图文件导入
精度高：四轴螺距补偿，五轴数控
3. 功能介绍
X、Y、U、V四轴移动采用交流伺服控制方式
控制系统采用标准ISO代码进行程序控制
编程系统具有将DXF文件直接转成ISO代码功能
可实现X、Y、U、V四轴联动，进行锥度和异形面加工（Z轴电动升降）
多坐标系统功能可以在各工件之间迅速切换；
自带编程图形、自动编制代码程序。多CPU功能实现加工和编程同时进行；
平行补偿、清角设定，程序镜像，拐角优化、比例缩放等超级功能开放，让操作变得简单轻松；
激光螺距校准，螺距补偿数据实时开启；
可随意将X/Y轴进行交换适应不同的加个状态及工作习惯。自由设置线控器的移动速度；
加工流程
1. 将基板表面测试干净
2. 专用夹具固定股基本
3. 图形导入
4. 软件点“开水”检查是否正常
5. 点“加工”一键开始运丝、高频、冲水
6. 开始加工中
参数设置
试加工：
1. 试加工材料
图5 加工材料
2. 导入图纸
图6 图纸
3. 设置参数
图7 参数
4. 开机检查后
5. 开始加工
图8 加工
6. 工件切割完成掉落
样品，成功：如下图
成品OK，无灼烧、发黑变色等问题
图9 成品
三坐标检测
为验证中走丝线切割加工的骨科植入物锁定螺钉轮廓公差，采用三坐标测量机进行高精度检测。选用生物相容性优异的钛合金（Ti6Al4V）标准样块作为基准，通过接触式测头对螺钉试样进行三维轮廓扫描，重点检测螺纹牙型、螺距及外径尺寸。测量点间距设置为0.05mm，采样速度控制在1mm/s，确保关键特征部位的测量密度。检测系统温度补偿精度达±0.5μm，重复定位精度≤2μm，可精确评估螺钉轮廓的尺寸偏差和形位公差，确保整体加工精度控制在±3μm以内，满足ISO 5835等医疗植入物标准对尺寸精度的严苛要求。
图10 三坐标示意图
粗糙度检测
对骨科植入物锁定螺钉试样进行表面粗糙度检测，通过与标准
粗糙度样块进行对比，确定骨科植入物锁定螺钉加工表面的粗糙度
等级。检测结果表明，骨科植入物锁定螺钉试样加工表面粗糙度为
Ra0.7-Ra1.4，满足Ra ≥0.7 的要求。
若您希望进一步探索，锁定螺钉的高效替代方案（如变径螺纹设计适配骨质疏松患者、动态载荷优化）；骨科植入物核心部件（如接骨板、髓内钉）的精密加工工艺；钛合金螺钉的抗疲劳性能提升与医疗级精度控制（长期植入稳定性测试）；线切割设备选型指南（针对螺钉复杂螺纹、微孔结构的切割精度与效率平衡）；临床应用关键（术前植入物匹配方案、力学性能参数设置）；行业案例（国际顶尖骨科医院定制植入物中的锁定螺钉加工实例）等。欢迎关注【智凯数控】或私信咨询！我们提供从骨科植入物设计到生产的全流程技术方案，助您实现高生物相容性、零松动风险的医疗级内固定系统升级！ 
