骨銑削過程中切削力和溫度的仿真與實驗研究.pdf

1、與傳統(tǒng)人工骨切削手術(shù)相比，機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，在骨科手術(shù)中受到了越來越多的關(guān)注和研究。然而，大多數(shù)研究者都集中在機器人結(jié)構(gòu)、手術(shù)導航等方面的研究，對骨切削過程的研究比較少。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，在骨切削過程中，切削力的波動應盡可能的小，切削溫度應盡可能低。
　　本文從有限元仿真和實驗研究兩個方面對人

2、體骨骼銑削過程中切削力和切削溫度進行了研究，分析了切削力和切削溫度的變化規(guī)律，建立了切削力預測模型，并設計了實驗，驗證了所建模型可以有效地用于切削力的預測和控制，為銑削參數(shù)優(yōu)化和銑削過程的動態(tài)控制提供了理論依據(jù)。
　　在對銑削機理進行分析的基礎上，建立了銑削過程的簡化模型，選用Johnson-Cook材料模型，利用拉格朗日—歐拉算法，應用切屑的物理分離準則模擬了骨的平面正交切削過程，直觀地表達了切削過程中應力和溫度的分布情況，并分

3、析了切削速度和切削厚度對切削力和切削溫度的影響規(guī)律。
　　設計并搭建骨銑削實驗平臺，并以新鮮豬股骨為對象，采用單一變量法進行實驗，檢測了不同轉(zhuǎn)速、進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。對比實驗與仿真結(jié)果，驗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測模型，并對其進行了統(tǒng)計檢驗和誤差分析，預測誤差在可接受的范圍內(nèi)。此外，為驗證模型可以安全有效地用于切削力的預測和控制，設計了骨骼銑削控