骨组织磨削力计算模型及实验研究

触觉交互系统是神经外科手术模拟器的重要组成部分,该系统的关键在于建立较真实的骨磨削过程的力反馈模型。针对医用球状磨具的骨磨削过程,建立了一种三维磨削力计算模型,该模型基于比磨削能Ues和材料去除速率计算了磨具表面的磨削力分布。采用牛大腿皮质骨开展骨磨削实验研究,分析了主轴倾角和进给方向对磨削力的影响。研究结果表明:模型计算结果与实验结果的磨削力大小和变化趋势的吻合度较高,采用可变Ues时磨削力计算值的平均相对误差小于23%。主轴倾角和进给方向对磨削力有较大的影响,主轴倾角可改变磨削弧区磨粒的平均线速度,且磨削力的变化与磨削弧区磨粒的平均线速度有一定的关系。

超声振动光整的EDEM数值模拟与实验研究

采用EDEM离散元分析软件对普通钝化光整实验及带有超声振动辅助光整实验进行数值模拟,仿真结果为超声振动光整加工系统的提出提供了依据。使用超声振动光整设备对平头铣刀进行钝化实验,进行了不同钝化条件下的实验研究。通过扫描电镜观察了钝化前后铣刀的表面形貌及钝圆半径的变化,分析了超声振动光整对钝化效率及效果的影响。实验结果表明,增加了超声振动钝化后的钝化效率提高了约26%,表面形貌得到较大改善。

无理偏摆式平面研磨加工均匀性的数值模拟

基于定偏心平面研磨方式,提出了无理转速比下的偏摆式平面研磨方式。采用矢量方法建立了偏摆式平面研磨加工的运动学方程,对比分析了定偏心和偏摆式驱动下的工件表面磨粒轨迹和磨粒速度场的分布形态,并建立了运动轨迹密度均匀性和材料去除量均匀性的区域划分和统计评价方法。研究表明:偏摆式驱动下的平面研磨轨迹线更加复杂无序,磨粒覆盖面积更大,能更快地获得更均匀的轨迹线分布,且在无理转速比下无明显牛顿环现象,轨迹线的均匀性显著提高;相同转速比时两种驱动方式下磨粒速度场分布形态类型相同,但偏摆式下单颗磨粒的速度大小和速度方向角随时间变化均无明显周期,能获得的速度大于定偏心方式,更快地实现材料去除且无理转速比下的材料去除性更为均匀。最后搭建两种驱动方式的试验平台进行研磨对比试验,通过无理偏摆式加工方式后硅片获得的表面粗糙度Ra最低,且相同时间内的材料去除量最大。