机器人辅助超声磨钻牛脊柱椎体骨磨削参数研究

目的研究超声磨钻参数设置对牛椎体磨削部位最高温度和穿透时间的影响,确定最佳参数,实现脊柱手术中基于机器人辅助的高效安全的超声磨钻磨削。方法将5头成年牛胸腰椎标本(T10-L6)用切割机切成10 mm厚切片,共获得50个切片,其中30个切片用于松质骨实验,20个切片用于皮质骨实验。松质骨实验中,将切片随机分为3组,每组10个切片,对应不同的进给速率(0.8、1.6和2.4 mm/s)。在切片的松质骨部位用不同的输出功率进行9次磨削,输出功率从20%(48 W)增加到100%(120 W)。皮质骨实验中,将切片随机分为2组,每组对应不同的进给速率(0.8 mm/s和1.6 mm/s)。在切片皮质骨部位进行4次磨削,分别对应输出功率从70%(84 W)增加到100%(120 W)。实验在室温25℃下进行,用红外热像仪记录磨削部位的最高温度,并记录穿透时间。比较松质骨及皮质骨在不同输出功率和不同进给速率下磨削最高温度及穿透时间的变化情况。结果相同进给速率时松质骨磨削部位的最高温度随着输出功率的增加而降低,输出功率120 W时最高温度同24 W时差异有统计学意义(61.2℃±9.4℃比70.9℃±5.7℃、59.2℃±7.1℃比69.5℃±10.7℃、55.5℃±5.5℃比69.2℃±9.3℃,均P<0.05)。在相同输出功率下,不同进给速率的最高温度差异均无统计学意义(均P>0.05)。皮质骨在0.8 mm/s进给速率下,最高温度随输出功率增加而降低,输出功率120 W时最高温度显著低于84 W时(P=0.048);但在1.6 mm/s进给速率下,增加输出功率不能显著降低最高温度(P>0.05)。在相同输出功率情况下,进给速率1.6 mm/s时的最高温度比0.8 mm/s时均显显降低(均P<0.05)。松质骨磨削穿透时间不随输出功率增加而显著缩短(均P>0.05),但随进给速率增加而减少(均P<0.05)。皮质骨在0.8 mm/s进给速率下,输出功率增加不能使穿透时间缩短(P>0.05);1.6 mm/s进给速率下,输出功率120 W时穿透时间最短,显著低于96 W时(P=0.008)。在相同输出功率下,进给速率1.6 mm/s时的穿透时间比0.8 mm/s时缩短(均P<0.05)。无论松质骨还是皮质骨,在相同输出功率下,不同进给速率的穿透失败率差异均无统计学意义(均P>0.05)。松质骨在输出功率48 W及以上时,皮质骨在输出功率108 W和120 W时,穿透失败率均为0。结论磨削最高温度椎体松质骨受输出功率影响,皮质骨受进给速率影响;穿透时间松质骨受进给速率影响,皮质骨同时受进给速率和输出功率影响。松质骨最佳磨削参数为输出功率120 W,进给速率2.4 mm/s;皮质骨为输出功率120 W,进给速率1.6 mm/s。

金刚石钻磨头超声振动钻磨硬脆材料表面质量的试验研究

硬脆材料以其优良的性能在生产实践中得到了广泛应用,但其低塑性、易脆性及不导电性等使得加工十分困难,尤其是超精密表面制作更加困难。为此,本文将超声振动引入普通钻磨中,介绍了超声振动切削原理,通过超声与普通两种方式下的表面粗糙度试验和微观形貌观察得出以下结论:1)不同加工参数时,超声振动钻磨时的工件表面粗糙度值均低于普通钻磨时的表面粗糙度值;2)随着进给量、工件转速和输入功率的增加,超声和普通钻磨时的表面粗糙度均呈上升趋势;3)普通钻磨加工后孔壁表面有宽度和间距不均匀的沟槽,并且沟槽较宽,而超声钻磨加工后表面沟槽(划痕)较浅且均匀。

硬脆材料超声振动钻磨表面特征试验研究

将超声振动引入普通钻磨中,对不同加工参数时普通钻磨和超声钻磨两种模式下的表面粗糙度进行了试验分析,并对超声与普通钻磨过程中的被加工表面微观形貌进行了试验研究。结果表明,超声振动钻磨加工是适合硬脆材料等的一种高效加工方法。

改性氧化铝陶瓷的微孔超声钻磨特性研究

本文研究了改性氧化铝陶瓷的微孔超声钻磨特性 ,与普通钻磨进行了比较研究 ,在不同的加工条件下对轴向平均切削力和扭矩进行了定量分析 ,并对陶瓷表面微结构进行了分析。得出普通钻磨时的轴向平均切削力和平均扭矩均远大于超声钻磨加工时的轴向平均切削力和平均扭矩 ;当机床主轴转速与发生器输入功率保持不变时 ,轴向切削力和平均扭矩随着进给量的增大而增大 ;当保持机床主轴转速不变且进给量比较接近时 ,在一定的输入功率范围内 ,轴向平均切削力和平均扭矩随着输入功率 (相当于振幅 )的增大而增大。超声加工下 ,磨针磨损较小 ;

Al_2O_3工程陶瓷超声振动钻磨表面质量的试验研究

通过超声振动钻磨与普通钻磨的对比试验,研究了缓进给超声振动钻磨对工件表面微观形貌和表面粗糙度的影响。结果表明,超声振动钻磨可明显地提高A l2O3工程陶瓷表面的质量,是陶瓷精密加工的一种新方法。