所有的工厂都在不断追求“精密”生产，但在涉及到医疗植入件的工件生产中，“精密”这个词汇有更高一层的意义。
即使是极其微小的加工误差或设计上的极小偏差都可能会对人体造成严重的后果，尤其是因为生产上的误差，直到其在现实中失败时，才能完全体现出严重的恶果。
图1 FPD公司依靠其加工设备、刀具和工装夹具
的正确组合，使加工上述零件的表面光洁度达到
了16Ra水平，而且每个零件的加工周期不到40min
有一家公司有资格谈论来自医疗植入件市场准时制（JIT）零件生产带来的挑战，这就是宾夕法尼亚的FPD McMurray公司。这是一家将生产和工程设计结合在一起的公司，它可为宇航工业和医疗行业提供锻件、加工件和组装件。
最近，FPD公司发现，它必须提高生产力才能制造一个高难度的零件—即人造膝盖系统所需的股骨关节零件。Bugay先生说：“在竞标这个零件的生产项目前，我们知道自身并不具备有效生产这一复杂零件的能力或相应的机械设备。但我们必须设法超过竞争对手，比他们更快和更精确地生产这一零件。”
为了提高植入关节件的灵活性，以适应不同病人的需要，工件采用了一种后置稳定的形式，或者说是一种正确的解剖学配置形式，保留了十字韧带。此外，仪器的标准化及其易于识别的特点给最终用户留下了深刻的印象，并提高了它的功能效益。
这一股骨关节零件与股骨/胫骨之间达到了96%的吻合率，其很深的膝盖骨槽及闪闪发光的前缘提高了其与膝盖骨之间的跟踪性能。尽管这些特色有利于提高关节的灵活性，但是它们给FPD公司的生产也带来了极大挑战。
图2 上述零件在加工以后，我们还采用手工精
研方式，使其光洁度达到4Ra以上的镜面水平
公司的总经理兼高级副总裁David Tenison先生解释说：“客户告诉我们，这一零件的表面光洁度和几何精度要求是非常严格的，甚至在最后抛光以后，都不允许用手去触摸。”
FPD公司考虑采用磨削工艺来满足工件的加工要求，他们认为这种加工方法是可行的。然而Bugay先生说，即使磨削工艺适合于加工表面形状简单的零件，但这种工艺会导致零件产生不正确的几何形状。经过一段时间的加工以后，砂轮会逐渐磨损，从而会影响加工零件的几何形状。他还补充说：“在一般情况下，磨削加工的零件存在着许多粗糙度不同的区域，需要采用手工加工，以满足所要求的公差和几何精度。对于某些零件来说，这样做是很好的，但对于这里所说的医疗零件而言，采用这一加工方法是不可行的，并不能满足生产要求。”
FPD公司声称，它将会把全部精力集中在精密加工之上，这一点可以从其精加工和组装原则中明显地体现出来，其中包括手工砂带打磨和抛光、多介质表面打磨、高能介质精研和抛光，以及激光打印。公司在权衡一个专业设计以后，生产了这一系统，它是以一个中央数据库为基础的，其中包括零件的3D实体模型及相关的所有刀具。该公司还应用了先进的锻压模拟软件来验证锻压工艺和加工工艺，其中包括大量的信息，例如压力机的负荷、材料的流量、温度特性和模具的负荷。此外还进一步优化CNC程序，并采用刀具路径模拟程序来降低加工周期。
该公司于2004年购置了第一台Makino机床，此后又陆续地购买了其他一些机床。目前，该公司有3台a81M型和5台a61型Makino机床在车间内工作。
FPD公司内的a81M型机床具有高扭矩和高速加工的特点，适合于为医疗行业和宇航工业客户加工钛合金零件。a61型机床具有快速加工零件的能力，适合于精密生产，其加工的零件具有很高的精度和很高的光洁度。
这种零件由钴-铬-钼合金制成，由于其强度和光洁度都很高，常常作为外科植入件使用。这种零件的几何形状复杂，加工困难，特别是膝盖骨的深槽部分，需要很高的加工精度，以减少对胫骨插入件的接触摩擦力。
FPD公司的生产总监Thomas Bugay先生解释说：“零件上的膝盖骨关节槽是很难加工的，因为其角度在不断地变化，有的地方角度变化很大，还有很多光滑的线条。除了上述困难之外，还有该零件的轮廓公差及其光滑的扫描几何形状，事实上在植入手术过程中，还需由外科医生来完成这一部件的最后组装。”如果零件的公差不够精确，将会加速植入件的磨损速度，给病人造成额外的医疗问题。
Tenison先生评论说：“我们经历了一个非常有趣的工程设计过程。然而，由于股骨关节零件向我们发出了如此复杂的挑战，我们决定让Makino公司的交钥匙工程服务公司来确定和提供最有效的设计和生产工艺。”
图3 该公司的牧野a61型机床可以快速地加工这类高精度零件
Makino公司的应用工程师Mike Boyd先生是FPD交钥匙工程项目的负责人，他说：“这个项目的目标是提交一套完整的加工工艺，只需一次操作就可完成整个膝盖关节件外表面的全部加工。为了使加工零件的表面光洁度达到16Ra的水平，并使每个零件的加工周期低于40min，这样就必须找到一个最合理的解决方案，包括合适的加工设备、备选附件、加工刀具、工装夹具、冷却液和CNC程序。”
Boyd先生说：“刀具使用寿命是一个令人关心的问题，经过多次试验，最后选用了Hanita Vision系列硬质合金端面铣刀，其刀具使用寿命是最高的。FPD公司还使用了热胀冷缩安装的刀柄，以提高刀具的夹紧力和减少径向跳动误差。为了提高生产效率和运行速度，我们选用了一种工装夹具以及该公司已经在使用的CAD/CAM软件。”
Parlec公司的tombstone夹具可以一次夹持8个工件，同时还提供可快速更换刀具的夹板，以适应6个不同尺寸的零件。FPD公司在使用一台a61型机床以后，其加工零件的轮廓精度可达±0.0005 in，数据公差精度为± 0.0025 in。
A61型机床可配置几种不同的备选件，保证机床能够正确地加工膝盖关节件的扫描几何形状，其中包括Makino公司的超级几何智能加工装置。按照该生产厂的说法，这一备选装置采用小模块点对点的运动方式来保证其坐标轴的精密运行，同时还保持其快速的进给速度和优质水平。此外，如选用动态夹具偏置备选附件，就不需要重新配置用于镜面加工夹具调节所需的CNC程序了。这一附件可计算零件的理论位置与实际位置之差。
零件在加工以后，我们还采用手工精研方式，使其光洁度达到4Ra以上的镜面水平 。由于其表面光洁度是如此之高，因此用户只能戴上手套以后才允许处理这一零件，如果直接用手接触，可能会导致零件的表面产生划痕。
该公司在采用这一新工艺以后，其加工的零件可以完全满足医疗器械制造厂的需要，而且每次都能按时交付成品。
