基于回归正交试验的皮质骨钻削力试验研究.pdf

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1、２０１４年３月机床与液压Ｍａｒ２０１４第４２卷第５期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ４２Ｎｏ５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１４０５００３基于回归正交试验的皮质骨钻削力试验研究张青云，胡亚辉，何志祥，尹成君（天津理工大学天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津３００３８４）摘要：骨钻过程中，钻削力的变化规律对优化刀具参数和测量骨损伤至关重要，为获得皮质骨的钻削力变化情况，采用正交试验方法对皮质骨进行钻削试验，并用多元线性回归法对试验结果进行处理，建立了皮质骨钻削力的预报模型。结果表明：对钻削力影响最大的是钻头直径ｄ，进给量

2、ｆ次之，切削速度ｖ的影响最小。在实际操作中选择合适的钻削参数可提高加工效率，通过控制切削用量可以获取最优的切削力。关键词：钻削力；骨头钻削；回归正交试验中图分类号：ＴＧ５２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１４）５－００８－３ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＤｒｉｌｌｉｎｇＦｏｒｃｅｓｏｆＣｏｒｔｉｃａｌＢａｓｅｄｏｎＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎＺＨＡＮＧＱｉｎｇｙｕｎ，ＨＵＹａｈｕｉ，ＨＥＺｈｉｘｉａｎｇ，ＹＩＮＣｈｅｎｇｊｕｎ（ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＣｏｎｔｒｏｌＴｈｅｏｒｙ＆ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＣｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ

3、Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｒｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｖａｒｉａｔｉｏｎｒｕｌｅｓａｔｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｏｏｌａｎｄｍｅａｓｕｒｉｎｇｂｏｎｅｉｎｊｕｒｙａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｅｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｍａｎａｇｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄａｔａａｎｄｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｄ

4、ｒｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｔｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｈａｓｔｈｅｇｒｅａｔｅｓｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｔｈｅｆｅｅｄｒａｔｅｉｓｔｈｅｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓｐｅｅｄｉｓｔｈｅｌａｓｔ．Ｂｙｃｈｏｏｓｉｎｇｃｏｒｒｅｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒ

5、ｄｓ：Ｄｒｉｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅ；Ｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ；Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ在钻削皮质骨过程中，钻削力的研究对改进医疗１试验方案设计钻头的设计和优化切削参数非常重要。１９９６年，钻削力对研究切削机制、设计刀具、制定合理的ＡＬＬＯＴＴＡ等在Ｉｎｓｔｒｏｎ测试机上通过改变进给速度和切削用量、优化刀具几何参数都具有重要的指导意钻削速度对猪大腿骨进行钻削实验。对比测得的皮层义。普通不锈钢麻花钻钻头共５个切削刃（２条主骨轴向力实验数据和力理论模型，发现两者存在一刃、２条副刃和１条横刃），每一切削刃都产生切向、致，证明了模型的可用行和正确性［１］。切削速度

6、、进径向和轴向抗力。在钻削过程中，由于２条左、右切给量、切削力、钻头材料和结构是影响钻削性能的重削刃对称，其径向力相互抵消，钻削过程中产生的钻要参数，合理选择钻削参数对避免骨钻过程中的骨损削力主要表现为轴向力Ｆｚ和扭矩Ｍ。当工件材料的伤有重要作用［２－５］。国外一些学者对外科钻削中的骨硬度、钻头材料和几何形状等一定时，钻削轴向力是组织热效应也进行了一定研究［６］。２００７年，ＵＤＩＪＡＫ钻头直径ｄ、进给量ｆ和切削速度ｖ三因素的函数，等用钻床ＡＬＧ１００钻削骨头，用ＫＬＩＳＴＬＥＲ测力仪来即为Ｆｄ、Ｆｆ、Ｆｖ。在固定的钻孔条件下，改变切削用测量钻削时的轴向力。他们发现在１１３２ｒ／ｍｉ

7、ｎ的钻量，测量其相应的数值，经过回归处理，可得出广泛削速度下，测得的最大平均温度为６２４℃［７－８］。目应用的切削力指数公式的数学模型：前有关皮质骨在钻削过程中的力学特性研究文献甚Ｆ＝Ｃ·ｄＦｄ·ｆＦｆ·ｖＦｖ（１）少，为此，作者基于回归正交试验，对皮质骨进行了对多因Ｆ素实验，需要一种实验次数较少、实验结试验研究，根据试验结果建立了钻削力有关钻削参数果又能全面反映试验效果的试验方法。文中采用三因的预报模型，以便对越来越高的外科技术要求提供一素