骨銑削過(guò)程中切削力和溫度的仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、與傳統(tǒng)人工骨切削手術(shù)相比，機(jī)器人輔助骨切削手術(shù)具有定位精度高，穩(wěn)定性好，誤差小等特點(diǎn)，在骨科手術(shù)中受到了越來(lái)越多的關(guān)注和研究。然而，大多數(shù)研究者都集中在機(jī)器人結(jié)構(gòu)、手術(shù)導(dǎo)航等方面的研究，對(duì)骨切削過(guò)程的研究比較少。切削表面的質(zhì)量直接影響骨的再生與人工假體的固定，對(duì)手術(shù)能否成功起著至關(guān)重要的作用。因此，為了得到良好的切削表面質(zhì)量，在骨切削過(guò)程中，切削力的波動(dòng)應(yīng)盡可能的小，切削溫度應(yīng)盡可能低。
　　本文從有限元仿真和實(shí)驗(yàn)研究?jī)蓚€(gè)方面對(duì)人

2、體骨骼銑削過(guò)程中切削力和切削溫度進(jìn)行了研究，分析了切削力和切削溫度的變化規(guī)律，建立了切削力預(yù)測(cè)模型，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所建模型可以有效地用于切削力的預(yù)測(cè)和控制，為銑削參數(shù)優(yōu)化和銑削過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制提供了理論依據(jù)。
　　在對(duì)銑削機(jī)理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立了銑削過(guò)程的簡(jiǎn)化模型，選用Johnson-Cook材料模型，利用拉格朗日—?dú)W拉算法，應(yīng)用切屑的物理分離準(zhǔn)則模擬了骨的平面正交切削過(guò)程，直觀地表達(dá)了切削過(guò)程中應(yīng)力和溫度的分布情況，并分

3、析了切削速度和切削厚度對(duì)切削力和切削溫度的影響規(guī)律。
　　設(shè)計(jì)并搭建骨銑削實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并以新鮮豬股骨為對(duì)象，采用單一變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)了不同轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和徑向切削深度等切削參數(shù)條件下的切削力和切削溫度。對(duì)比實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果，驗(yàn)證了有限元模型的正確性。
　　利用最小二乘回歸算法建立了骨切削力預(yù)測(cè)模型，并對(duì)其進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和誤差分析，預(yù)測(cè)誤差在可接受的范圍內(nèi)。此外，為驗(yàn)證模型可以安全有效地用于切削力的預(yù)測(cè)和控制，設(shè)計(jì)了骨骼銑削控