人工关节置换技术从早期的探索发展到现在的相对成熟阶段，已经历了近百年的历史，经过医学界与工程制造业界的不断努力，无论是在设计理念、医学材料，还是制造技术与检测技术方面都取得了极其巨大的进步，使无数的患者从中获益。

    
　　在临床统计数据的积累与科学分析进展的促进下，特别是制造过程中大量使用逆向建模、数控加工、快速成形、高能束（激光与电子束）加工等现代技术，使得原先很多被认为难以实现的设计理念成为可能，由此人工关节技术又面临着新一波的变化与进步。伴随着这些变化与进步，亦产生了对于加工制造技术的新的需求与期待。

   
　　（1）在近年人工关节发展进程中各种设计理念虽然层出不穷，但有一个因素表现得相对稳定且变化平缓，就是所使用的材料。人工关节属于植入人体的医疗器械，且通常预期使用寿命10~20年甚至更长，因此人们在人工关节制造材料的选择上非常谨慎。经多年的使用筛选并经行业内普遍认可的品种有限，目前最常规使用的包括医用钛及钛合金、钴合金、超高分子量聚乙烯（生物陶瓷以及动物源性材料较少用到机加工，本文暂不涉及），上述材料的共同特点就是机加工难度较大。例如当前用量最大的钛及钛合金的机械切削性能很差，主要是热导率低，较高车速切削时大量切削热聚集在刀具刃部加剧了刀具磨损；钛金属化学性质活泼，高温下还存在着引发火情的风险；表面加工硬化现象严重，影响产品表面粗糙度及尺寸精度；此外切屑缠绕连绵不断也是令人十分头痛的现象之一；而钴合金的热硬性更是业内公认的加工难题。超高分子量聚乙烯虽然硬度与强度远不如前述金属材料，但其高粘性带来的断屑困难，以及切削区域温升引起局部软化甚至融化现象，严重影响表面粗糙度。

    
　　凡此种种给企业的加工生产带来了许多的不便与困扰。适用的刀具一直是人工关节企业努力寻求的目标之一，我们期望针对上述材料专门设计的刀具具有满意的硬度、耐热硬性、低磨损，同时还应具有良好的导引及断屑功能。处理切屑的缠绕一直是令人头痛的事项，需要时常中断加工停机打开安全门以排除问题。如果机床制造厂商、软件开发商和刀具厂商能联手提供解决方案，例如在机床上设置辅助处理切屑的自动装置，配合操作系统中相应的程序，再配以良好导引或断屑功能的刀具，就有可能大大缓解使用者在这项工作上所耗费的精力与工时。

    
　　（2）随着经济条件的改善以及医学界对手术的精确性要求不断提高，不同患者的个体差异对个性化和准个性化产品的诉求与期望越来越高，为顺应此种趋势，人工关节产品的设计亦开始关注并尝试向个性化设计、快速制造靠拢。但由于受到诸如制造手段、加工周期、制造成本、安全性验证方面的种种约束，普遍的个性化尚无法完全满足。作为一种替代办法，多品种多规格的产品由于能有效地接近并满足各个患者关节的解剖学要求，也相继被推向市场。

    
　　随着多规格设计带来的一个副作用就是在一个特定时间段生产总量不变的情况下，每个规格的产品其投产量会被分散减少，工序上改换品种频繁，更换调整工装刀具的工作量及其占用的时间大为增加。对于一个需要频繁换装产品的加工机床而言，其快速移动速度、快速换刀等机床性能进步所带来的速度优势，完全被更换工装、换刀对刀、程序调试等所耗费的大量工时所淹没了。

    
　　以人工关节制造厂家常用的通用数控车床以及纵切车床为例，刀柄与刀座之间虽然通常都有定位装置，但仍显得精度不够，在产品换装中更换了不同类型不同牌号的刀柄后，往往无法迅速恢复到上一次加工该产品轮次时的初始状态。如果刀柄与刀座之间能设置精确的定位机构，就有可能将刀具参数固定于加工程序中，每次投产换装时仅需提前进行机外对刀验证以确认刀具与刀柄间的安装定位参数精度，等到真正换装时在刀座上快速装卡刀柄后可直接调用原有程序进入试切削，经检验及适当刀补即可转向正常加工。这一设想的实现将会给小批量多品种的生产模式带来极大的便利。

    
    （3）作为准个性化设计的另一途径，人工关节产品的组合式设计亦渐趋流行，由多个零件组配成一个部件，进而由多个部件构成一整套关节系统。为满足术后长期使用对产品稳定性的要求，组件间的局部配合精度要求已愈来愈高，生产过程中在线测量的频度和难度随之增加，特别是很多中间工步的检验环节还要靠手工测量来判定时，由于各类因素导致的质量不稳定，不合格品的几率大为增加。

    
　　考虑到目前大多数人工关节企业的人员与装备现状，机内人工检测的稳定性和一致性还不能令人满意，且耗费工时较多，既不经济也不可靠。为提高产品加工过程中的在线测量效率和可靠性，制造企业期望所使用的常规机床能具备较完备的机内自动测量功能，例如对工件原点进行自动测量设定及校核修正，加工过程中关键尺寸进行可编程的自动测量，对检出的误差自动刀补修正。

    
　　应该说现有的大部分机床其自身制造精度、重复精度已经达到相当高的水准，只需加装必要的量仪部件以及在操作系统中配置适当的软件模块即足以满足大多数情况下常规精度的测量需求。由此我们也热切期望机床厂商、软件开发商在硬件软件两方面共同开发此类功能，以在更大范围内充分发挥现有机床的潜在能力。

    
　　（4）为满足解剖学以及生物力学方面的基本要求，人工关节产品普遍形状复杂多样，外形怪异；产品毛坯多来自于锻造或铸造，其特点就是外形一致性差，质量中心不宜确定，因此装卡找正困难，特别是需进行回转车削加工时，异形产品动平衡不佳，严重影响加工精度、加快刀具磨损。如果机床特别是车床类设备能具备卡盘或主轴动平衡的自动检测功能，依据用户对精度的要求设定动平衡超限报警，将会大受欢迎。更为理想的状态是通过主轴或卡盘上的专门机构进行自动或半自动的动平衡调节，如果能够实现，一定会为提高尺寸和表面精度、降低刀具损耗带来显着的成效。

    
　　随着技术的飞速进步与发展，各种加工装备朝着高速度、高效能、高精度、高可靠性、多功能、智能化、网络化、环保型的方向发展已经成为机床业界的普遍共识。但就人工关节制造企业而言，个人认为，在目前机床的速度、精度、可靠性已基本满足我们要求的情况下，我们会更加关注并期望能优先考虑加工设备的高效能、多功能、智能化等能力的提升，以使各类加工设备能在我们的生产过程中有着更强的综合能力表现。借此机会我们向机床界的朋友们为加工技术的进步付出的辛苦努力表示敬意和感谢！