高鵬，梁志強(qiáng)，王西彬，李世迪，周天豐

(1.北京理工大學(xué) 機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081；2.北京理工大學(xué) 醫(yī)工融合研究院，北京 100081;3.北京理工大學(xué) 先進(jìn)加工技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081)

0 引言

隨著醫(yī)療工程技術(shù)的進(jìn)步，外科手術(shù)正朝著微創(chuàng)傷、快康復(fù)的方向發(fā)展。在外科骨修復(fù)手術(shù)中要在骨組織上切削微槽、微孔等微小三維結(jié)構(gòu)，需要高性能、可靠的超小直徑微細(xì)刀具。如在開顱手術(shù)中需要在顱腔開微小槽、微小孔以便抽取腦積水、腦血栓或插入其他手術(shù)設(shè)備。因此，高性能、可靠、長(zhǎng)壽命微細(xì)刀具對(duì)保障手術(shù)高質(zhì)量的進(jìn)行至關(guān)重要。在骨組織切削中，骨組織的剪切變形及銑刀與骨組織之間的摩擦?xí)骨邢鲄^(qū)域產(chǎn)生大量熱量。不合理的刀具選擇或切削參數(shù)會(huì)造成骨組織的破壞、產(chǎn)生裂紋以及骨組織的燒傷，從而增加骨組織的康復(fù)難度。

微細(xì)銑刀分為帶有容屑槽的標(biāo)準(zhǔn)銑刀和不帶容屑槽的異形銑刀。微細(xì)銑刀直徑越小，制造難度越大。因而，小于0.1 mm的硬質(zhì)合金超細(xì)微細(xì)銑刀一般采用異形結(jié)構(gòu)。在醫(yī)療器械刀具設(shè)計(jì)與制造方面，文獻(xiàn)[1-3]進(jìn)行了一系列生物醫(yī)療刀具的研究和制造；文獻(xiàn)[4-5]提出了一種基于骨材料切削機(jī)理的斷裂- 剪切復(fù)合微小銑刀，來解決切削骨材料時(shí)大切削用量易損傷、低速切削易燒傷問題，實(shí)現(xiàn)了大切削用量下保證骨的表面完整性和低的切削溫度，提高骨的切削效率，減少手術(shù)時(shí)間。在微細(xì)銑刀設(shè)計(jì)與制造方面，Aurich等[6]對(duì)直徑10～50 μm單刃超細(xì)端銑刀進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且研究了螺旋角對(duì)切削質(zhì)量的影響規(guī)律，通過槽銑鈦合金Ti-6Al-7Nb實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)正螺旋角能減少毛刺高度，減少表面粗糙度，提高切削質(zhì)量；Filiz等[7]設(shè)計(jì)了一種V形微細(xì)刀具、T形微細(xì)銑刀，在生物兼容性材料304不銹鋼和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上切削出醫(yī)用微倒鉤陣列；Fleischer等[8]針對(duì)單刃切削刀具進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用有限元仿真方法優(yōu)化刀具幾何形狀，提高了刀具強(qiáng)度；Uhlmann等[9]通過動(dòng)力加載和應(yīng)力分析對(duì)微細(xì)銑刀進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)微細(xì)銑刀應(yīng)力集中部位主要分布在銑刀根部；Zhan等[10]、Zhong等[11]對(duì)聚晶金剛石(PCD)微細(xì)刀具的設(shè)計(jì)刃磨制造作了深入研究，并分析了鎢、硬質(zhì)合金等難切削材料的微細(xì)銑削工藝性；Zhang等[12]、Gao等[13]對(duì)硬質(zhì)合金微細(xì)銑刀鉆頭的設(shè)計(jì)刃磨制造作了大量研究，并對(duì)微細(xì)刀具的刃磨原理和刃磨工藝作了研究；陳妮[14]和Chen等[15]針對(duì)磷酸二氫鉀(KDP)晶體切削設(shè)計(jì)了平前刀面型和回轉(zhuǎn)對(duì)稱面型兩種直徑為0.5 mm的球頭微細(xì)銑刀，并優(yōu)化了回轉(zhuǎn)面型微細(xì)球頭銑刀的法向前角、法向后角和刀刃鈍圓半徑；Fang等[16]研究了不同形狀直徑為0.1 mm微細(xì)銑刀切削金屬材料黃銅，發(fā)現(xiàn)D形銑刀比商業(yè)兩刃螺旋銑刀具有更強(qiáng)的使用壽命，D形銑刀比△形刀具具有更好的切削質(zhì)量。上述文獻(xiàn)研究了微細(xì)刀具的設(shè)計(jì)制造方法，這些方法為骨切削微細(xì)刀具設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。然而，以上研究主要是針對(duì)金屬材料的刀具設(shè)計(jì)，由于骨組織軟脆性材料的切削性與金屬材料不同，特別是直徑小于0.05 mm的刀具，其刀具設(shè)計(jì)選擇尚不明確，還需要深入研究。

大數(shù)據(jù)+農(nóng)業(yè)有效促進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)的深度融合，“三農(nóng)”知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)機(jī)會(huì)逐漸顯現(xiàn)，使我國(guó)農(nóng)業(yè)規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化、低成本化、高效益化成為可能。關(guān)于農(nóng)村地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的問題，還需要將大批創(chuàng)新人才引入一線去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。隨著農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)觀念和定義發(fā)生轉(zhuǎn)變，生態(tài)農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)村文明等目標(biāo)被提上日程，市場(chǎng)需求帶動(dòng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展，為“三農(nóng)”知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)提供了充分施展才能的平臺(tái)。

骨組織是一種半脆性材料，切削層極易產(chǎn)生破裂損傷，并擴(kuò)展到骨內(nèi)層。此外還會(huì)造成骨細(xì)胞組織及其周圍組織的機(jī)械式損傷，這會(huì)使病人手術(shù)康復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)甚至難以康復(fù)[4-5]。Jacobs等[17]早在1974年采用正交切削的方法研究骨材料切屑形成的機(jī)理，通過觀察切屑形態(tài)，提出了骨材料正交切削過程中切屑形成主要以斷裂變形為主。Sugita等[18-19]研究骨的斷裂和裂紋擴(kuò)展，發(fā)現(xiàn)骨組織切削斷裂角度與骨組織各向異性有關(guān)，當(dāng)切削深度達(dá)到20 μm時(shí)裂紋將伴隨切屑產(chǎn)生；并且，根據(jù)骨組織材料裂紋擴(kuò)展特性，提出一種高效率、低應(yīng)力、高精度活體組織切削方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能減少表面脆性斷裂，降低表面粗糙度。Karaca等[20]對(duì)骨組織切削參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)骨切削溫度隨著鉆速的增加而增加，隨著進(jìn)給速度和切削力增加而減小，無涂層的鉆頭切削質(zhì)量好于TiBN涂層的鉆頭。Alam等[21]通過有限元仿真研究傳統(tǒng)骨切削和超聲振動(dòng)骨切削應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)骨切削的平均應(yīng)力要小于傳統(tǒng)切削。許琳琳等[22]研究了面向康復(fù)的醫(yī)療手術(shù)中鉆削損傷機(jī)理，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)可以有效改善醫(yī)療鉆頭的鉆削性能，降低骨損傷、提高手術(shù)質(zhì)量、加快術(shù)后康復(fù)。Pell等[23]對(duì)機(jī)器人骨科手術(shù)的骨切削進(jìn)行分析與優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)通過降低主軸速度、減小切削深度、增加進(jìn)給速度，以及提高電機(jī)扭矩，可以提高骨切削手術(shù)的質(zhì)量和精度。

上述文獻(xiàn)主要研究了骨的切削機(jī)理與切削工藝?yán)碚摚@些理論為骨微創(chuàng)傷銑削的研究提供了理論基礎(chǔ)。然而，當(dāng)前研究尚缺乏骨組織結(jié)構(gòu)微細(xì)切削的超細(xì)直徑刀具設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)理論，同時(shí)微細(xì)切削骨材料切削工藝和質(zhì)量評(píng)價(jià)方法尚不完善。對(duì)此，開展骨組織超小直徑研制和微細(xì)銑削工藝研究是實(shí)現(xiàn)骨組織低損傷微創(chuàng)切削的關(guān)鍵技術(shù)之一。

推薦理由:本書是為了滿足5-8歲兒童的閱讀水平和閱讀需求，在原暢銷書《故宮里的大怪獸》基礎(chǔ)上改造而成的，全書包括9個(gè)分冊(cè)。以童話為載體、以故宮為背景、以怪獸為主線、以人類小學(xué)生李小雨的視角寫作，通過故宮實(shí)際存在的、看得見的這些“怪獸”和看不見的“神仙”，巧妙而深入地挖掘眾多中國(guó)神話和傳統(tǒng)文化資源。跳出了中國(guó)原創(chuàng)兒童文學(xué)的既有傳統(tǒng)和流行寫法，開創(chuàng)了一種全新的童話創(chuàng)作題材，被稱為“中國(guó)的《哈利波特》”（引自《中國(guó)日?qǐng)?bào)》）。

因此，本文針對(duì)醫(yī)療骨組織切削超小微細(xì)銑刀的特殊需求，開展異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究螺旋形、□形和△形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀對(duì)骨組織切削性能和使用壽命的影響以及微細(xì)銑刀主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度對(duì)骨組織槽銑切削質(zhì)量的影響，分析刀具的磨損規(guī)律。

1 異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀設(shè)計(jì)與制備

1.1 異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀設(shè)計(jì)

針對(duì)骨組織微創(chuàng)傷切削，設(shè)計(jì)螺旋形、□形和△形3種50 μm超小直徑銑刀，其截形如圖1所示。圖1中，γo為刀具前角，αo為刀具后角，n為主軸轉(zhuǎn)速，D為刀具直徑。由于超小直徑微細(xì)銑刀容易折斷，針對(duì)雙刃螺旋刀具其設(shè)計(jì)前角和后角均為0°，銑刀后刀面為圓弧過渡型曲面；正方形微細(xì)銑刀具有4個(gè)切削刃，前角為-45°、后角為45°；△形微細(xì)銑刀具有3個(gè)切削刃，前角為-30°、后角為60°.對(duì)比□形銑刀，△形微細(xì)銑刀更為鋒利。3種刀具的底刃前角和后角均為0°.

圖1 微創(chuàng)傷微細(xì)刀具幾何形狀

以骨組織微結(jié)構(gòu)精密微細(xì)銑削為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)不同形狀異形結(jié)構(gòu)的微細(xì)銑刀，研究不同結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀切削生物骨組織切削性能。生物骨組織是采用新鮮的豬大腿處骨組織，并選取比較硬的皮質(zhì)骨為工件。實(shí)驗(yàn)前使用立方氮化硼(CBN)車刀對(duì)其表面進(jìn)行切平處理。實(shí)驗(yàn)采用微細(xì)銑刀槽銑方式，切削時(shí)平行于骨組織纖維方向進(jìn)給，切削長(zhǎng)度為10 mm，其工藝參數(shù)如表2所示。

為了研究異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀的形狀對(duì)銑刀強(qiáng)度的影響，開展微細(xì)銑刀強(qiáng)度有限元分析。圖2為50 μm異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀靜力學(xué)仿真應(yīng)力分布云圖。由圖2可知，螺旋形、□形和△形異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀的最大應(yīng)力分布主要集中在微細(xì)銑刀的根部，其最大應(yīng)力分別為0.768 7 MPa、0.146 7 MPa和0.407 9 MPa，因此這3種微細(xì)銑刀折斷失效主要發(fā)生在微細(xì)銑刀的根部。不同幾何結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀的應(yīng)力強(qiáng)度差別較大，螺旋形微細(xì)銑刀刀具根部的應(yīng)力最大，因而刀具最容易發(fā)生根部折斷；□形微細(xì)銑刀最大應(yīng)力也分布在刀具的根部，并且其最大應(yīng)力較?。弧餍挝⒓?xì)銑刀由于刀具的芯徑比較小，根部應(yīng)力較大，刀具容易在根部發(fā)生折斷。圖3為50 μm異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀靜力學(xué)仿真應(yīng)變分布云圖。螺旋形、□形和△形異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀的最大應(yīng)變分別為1.306×10-6、2.434×10-7和3.925×10-7，這3種微細(xì)銑刀應(yīng)變大小順序?yàn)椋郝菪毋姷?△形銑刀>□形銑刀。相對(duì)于其他微細(xì)銑刀，螺旋形微細(xì)銑刀的剛度最差，其切削過程中刀具變形最大。通過微細(xì)銑刀強(qiáng)度分析可以看出：螺旋形微細(xì)銑刀的強(qiáng)度和剛度最差，刀具容易在根部發(fā)生整體折斷，□形微細(xì)銑刀的強(qiáng)度和剛度相對(duì)更好。

圖2 異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀應(yīng)力分布云圖

圖3 異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀應(yīng)變分布云圖

1.2 異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀制備

在骨組織微創(chuàng)傷切削中，切削骨組織崩邊是微切削一個(gè)較大的缺陷，如何減少切削過程中的崩邊寬度是骨組織微創(chuàng)傷切削的一個(gè)重要指標(biāo)。為了評(píng)價(jià)不同刀具的性能，使用SEM測(cè)量微溝槽的最大崩邊寬度。圖8為微創(chuàng)傷微細(xì)刀具不同進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速骨組織微溝槽的最大崩邊寬度。從圖8中可以看出：△形微細(xì)銑刀切削骨組織的最大崩邊寬度明顯小于□形微細(xì)銑刀切削的，△形微細(xì)銑刀在骨組織切削減少崩邊寬度方面有明顯的優(yōu)勢(shì)；隨著進(jìn)給速度的增加，△形和□形微細(xì)銑刀切削骨組織最大崩邊寬度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)；隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加，△形和□形微細(xì)銑刀切削骨組織最大崩邊寬度都呈現(xiàn)出先減小而后增加的趨勢(shì)；在主軸轉(zhuǎn)速為20 000 r/min時(shí)，切削的骨組織具有最小的崩邊寬度5.8 μm.

微細(xì)銑刀刀具材料選用德國(guó)鈷領(lǐng)公司生產(chǎn)的K55SF超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金(晶粒度為0.2～0.5 μm，含鈷量9%)，在測(cè)量前對(duì)制備的微細(xì)銑刀使用酒精進(jìn)行超聲振動(dòng)清洗。使用美國(guó)FEI公司生產(chǎn)的Quanta 650FEG掃描電鏡(SEM)對(duì)不同結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀表面形貌進(jìn)行觀察，不同結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀的截形如圖4所示。圖4中A為刀具旋轉(zhuǎn)方向，U為刀具裝卡平臺(tái)移動(dòng)方向，W為刀具裝卡平臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向。

圖4 微細(xì)銑刀制備實(shí)驗(yàn)裝置

圖5為3種類型超小直徑微細(xì)銑刀SEM側(cè)刃微觀形貌。對(duì)于螺旋形超小直徑微細(xì)銑刀，刀具的刃磨是砂輪作螺旋線運(yùn)動(dòng)刃磨出來的(見圖5(a))；由于在刃磨過程中砂輪的尖端存在圓角半徑，刃磨的微細(xì)銑刀主切削刃為負(fù)前角。同時(shí)砂輪退刀中會(huì)去除微細(xì)銑刀的根部材料，對(duì)微細(xì)銑刀的強(qiáng)度造成影響?！跣纬≈睆轿⒓?xì)銑刀主要是通過磨削圓柱棒4個(gè)截面進(jìn)而構(gòu)成□形(見圖5(b))，其特點(diǎn)是刀具的根部沒有進(jìn)行開槽，刀具去除材料較少，刀具的強(qiáng)度較大。△形微細(xì)銑刀是在圓柱上開3個(gè)截面(見圖5(c))，其特點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單，制造精度較高，切削刃對(duì)稱性好。□形和△形銑刀切削刃長(zhǎng)度為200 μm，為了減輕退刀槽對(duì)刀具損傷的影響，螺旋形微細(xì)銑刀切削刃長(zhǎng)度為150 μm.所制備螺旋形、□形和△形銑刀的刃口鈍圓半徑約為0.43 μm、0.35 μm和0.37 μm，三者相差不大。

圖9為異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀切削骨組織后刀具磨損形貌。由圖9可知，螺旋形微細(xì)銑刀在切削過程中發(fā)生了整體斷裂，而其他兩種微細(xì)銑刀的切削刃沒有發(fā)生較為嚴(yán)重的斷裂。螺旋形微細(xì)銑刀由于其刀具螺旋槽的存在，刀具芯徑小，造成銑刀強(qiáng)度和剛度較差，根部的應(yīng)力集中更顯著，再加上微細(xì)銑刀幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刃磨過程中容易造成刀具的損傷，因此螺旋形微細(xì)銑刀較容易發(fā)生刀具的整體折斷。其他兩種微細(xì)銑刀被磨損變鈍，刀具表面沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的粘附層和積屑瘤。

表1 微創(chuàng)傷微細(xì)刀具磨削工藝參數(shù)

圖5 異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀側(cè)刃微觀形貌

2 骨組織微創(chuàng)傷微細(xì)銑削實(shí)驗(yàn)研究

2.1 骨組織微創(chuàng)傷微細(xì)銑削實(shí)驗(yàn)

為了研究不同形狀微細(xì)刀具受載荷時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變分布，采用有限元分析軟件Abaqus對(duì)微細(xì)銑刀進(jìn)行靜力學(xué)分析。首先將微細(xì)銑刀三維模型導(dǎo)入Abaqus軟件中，微細(xì)銑刀材料為德國(guó)鈷領(lǐng)刀具有限公司生產(chǎn)的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金K55SF，材料屬性設(shè)為密度14.1×103kg/m3，楊氏模量620 GPa，泊松比0.215.網(wǎng)格單位類型設(shè)為三維10節(jié)點(diǎn)修正二次四面體單元C3D10M.其次進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用默認(rèn)算法控制進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，刀柄和刀頸部分近似全局尺寸控制進(jìn)行網(wǎng)格劃分，尺寸級(jí)別設(shè)為0.15 mm，刀頭部分進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，近似單元尺寸設(shè)為0.004 mm；施加邊界條件，在刀具夾持部分懸伸長(zhǎng)度為10 mm處設(shè)為全約束；將0.1 N載荷施加到微細(xì)銑刀的切削刃上。

表2 微創(chuàng)傷微細(xì)刀具切削性能實(shí)驗(yàn)參數(shù)

使用螺旋形、△形和□形3種銑刀進(jìn)行骨組織切削實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，螺旋形微細(xì)銑刀由于螺旋槽的存在，其根部的應(yīng)力集中更顯著，同時(shí)刃磨會(huì)造成根部較大的損傷，刀具發(fā)生整體斷裂，只有其他兩種微細(xì)銑刀能夠正常切削。表3為兩種異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀不同進(jìn)給速度切削骨組織表面形貌，表中ap為軸向切深。由表3可知，骨組織槽銑切削損傷主要表現(xiàn)為槽底的撕裂、溝槽兩邊的崩邊和嚴(yán)重的毛刺；在相同的工藝性參數(shù)下，不同類型微細(xì)銑刀對(duì)骨組織切削質(zhì)量影響顯著：△形微細(xì)銑刀切削的微溝槽表面質(zhì)量最好，其切削的微溝槽底面比較光滑，極少出現(xiàn)溝槽底部的切削損傷，并且微溝槽上邊的毛刺較??；□形微細(xì)銑刀切削的微溝槽兩邊毛刺比較嚴(yán)重，微溝槽底部沒有出現(xiàn)明顯的損傷，隨著進(jìn)給速度的增加，微溝槽的槽底質(zhì)量和毛刺寬度沒有明顯的規(guī)律，但是整體上微溝槽的崩邊寬度有所增加。

圖6 微細(xì)銑刀切削實(shí)驗(yàn)裝置

2.2 骨組織微細(xì)銑削表面形貌

實(shí)驗(yàn)使用美國(guó)AMETEK公司生產(chǎn)的Precitech nanoform X超精密機(jī)床，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。機(jī)床電主軸為空氣電主軸，主軸的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)100 000 r/min.機(jī)床X軸、Z軸全程直線度為0.2 μm，位置反饋分辨率為0.016 nm，機(jī)床能夠滿足微細(xì)銑削實(shí)驗(yàn)精度要求。骨工件使用302 AB膠粘附在特制的夾具上。切削后的微細(xì)銑刀微觀形貌和切削微溝槽的表面形貌采用SEM和日本基恩士公司生產(chǎn)的VK-X100顯微鏡進(jìn)行觀察。

微細(xì)銑削由于尺寸效應(yīng)的存在，容易出現(xiàn)耕犁現(xiàn)象。銑削厚度越小，耕犁力在切削力中的比重越大。另外骨組織基體含有水分，具有一定的黏彈性，這容易造成刀尖刃口對(duì)材料的粘結(jié)與擠壓[5]。特別在微溝槽兩側(cè)切削中，刀具切削是從厚度為0 μm增加到每齒進(jìn)給的厚度，然后回到0 μm，微溝槽兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生尺寸效應(yīng)。在刀具的擠壓下，材料的斷裂形式為擠壓斷裂，導(dǎo)致微溝槽兩側(cè)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的崩邊缺陷。在遠(yuǎn)離溝槽兩側(cè)的區(qū)間，骨組織的去除方式為彈塑性去除方式，切削表面光滑。□形銑刀前角為-45°、后角為45°，而△形銑刀具前角為-30°、后角為60°，相比□形銑刀，△形銑刀更加鋒利，切削時(shí)由于負(fù)前角的擠壓力更小，△形銑刀微溝槽兩邊的毛刺寬度和崩邊寬度更小。

表3 微細(xì)刀具不同進(jìn)給速度切削骨組織表面形貌(n=40 000 r/min,ap=8 μm)

Tab.3 Surface morphologies of bone tissues milled at different feed rates(n=40 000 r/min,ap=8 μm)

表4 微細(xì)刀具不同主軸轉(zhuǎn)速骨組織表面形貌(vf=16 mm/min, ap=8 μm)

2.3 骨組織微細(xì)銑削毛刺

微細(xì)刀具不同進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速對(duì)骨組織入口和出口毛刺最大寬度的影響規(guī)律如圖7所示。從圖7中可以看出，骨組織微細(xì)切削毛刺寬度比較大?！餍挝⒓?xì)銑刀切削骨組織的毛刺寬度明顯比□形微細(xì)銑刀切削的小，兩種刀具切削的骨組織出口毛刺寬度基本上要比入口毛刺寬度大。從圖7(a)可知：△形微細(xì)銑刀在進(jìn)給速度為8 mm/min、主軸轉(zhuǎn)速40 000 r/min時(shí)獲得最小的入口和出口毛刺寬度7 μm；隨著進(jìn)給速度的增加，△形微細(xì)銑刀切削骨組織的入口和出口毛刺最大寬度變化規(guī)律不明顯，□形微細(xì)銑刀加工入口和出口毛刺最大寬度沒有明顯變化規(guī)律；同時(shí)，隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加，△形微細(xì)銑刀切削骨組織的入口和出口毛刺最大寬度變化趨勢(shì)不明顯；同樣，□形微細(xì)銑刀切削毛刺最大寬度也沒有明顯變化規(guī)律。

圖7 微細(xì)銑刀不同切削參數(shù)骨組織毛刺最大寬度

2.4 骨組織微細(xì)銑削最大崩邊寬度

對(duì)于異形結(jié)構(gòu)超小直徑微細(xì)銑刀，由于尺寸較小，刃磨易折斷。因此，在微細(xì)銑刀刃磨前，先對(duì)刃磨金剛石砂輪進(jìn)行修整。不同形狀的異形結(jié)構(gòu)超小直徑微細(xì)銑刀，其刃磨工序分為粗加工、半精加工和精加工，其工藝參數(shù)如表1所示。

圖8 微細(xì)銑刀不同切削參數(shù)骨組織最大崩邊寬度

表4為兩種異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀不同主軸轉(zhuǎn)速切削骨組織的表面形貌，表中vf為進(jìn)給速度。由表4可知：△形和□形微細(xì)銑刀隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加，微溝槽的槽底表面損傷增加，切削表面損傷更為嚴(yán)重；△形微細(xì)銑刀在不同的主軸轉(zhuǎn)速下仍表現(xiàn)為較好的切削質(zhì)量，在較低的主軸轉(zhuǎn)速下，△形刀具切削的微溝槽表面更光滑，損傷更小。

鼻內(nèi)鏡手術(shù)后，術(shù)后護(hù)理主要包括填塞護(hù)理、健康教育、飲食護(hù)理、出院指導(dǎo)。患者鼻腔燒灼創(chuàng)面敷以涂好金霉素眼膏的明膠海綿，囑咐患者明膠海綿可以保護(hù)創(chuàng)面，防止鼻腔粘連。明膠海綿可以自行吸收，患者無需將其取出。告知患者出院后需要規(guī)律服藥，控制血壓，根據(jù)心內(nèi)科醫(yī)生的建議積極治療高血壓，預(yù)防并發(fā)癥。保持良好心情，避免心情波幅太大[5]。健康合理飲食，建議低脂低鹽飲食，富含維生素及纖維素清淡易消化的軟食。保持大便通暢，避免用力排便而引起再次出血。戒煙戒酒，不劇烈運(yùn)動(dòng)，注意休息[6]。由于老年患者記憶力較差，我們制作了鼻出血出院指導(dǎo)手冊(cè)，增強(qiáng)患者的依從性，提高手術(shù)療效。

2.5 異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀磨損形貌

2月14日，甘肅省政府印發(fā)《甘肅省推進(jìn)綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。根據(jù)《規(guī)劃》，甘肅省將建設(shè)中部綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)、河西走廊和隴東南綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶，走出一條各具特色的綠色發(fā)展新路子。《規(guī)劃》明確提出，到2020年，甘肅省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得較大進(jìn)展，生態(tài)文明體制改革取得重大突破，生態(tài)產(chǎn)業(yè)體系初步形成；到2025年，生態(tài)產(chǎn)業(yè)體系進(jìn)一步完善，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯改善，清潔生產(chǎn)、高效生產(chǎn)、低碳生產(chǎn)占主導(dǎo)地位，為建設(shè)綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本文通過對(duì)民宿的概念的了解，結(jié)合宜興湖父鎮(zhèn)民宿的實(shí)際狀況，對(duì)湖父鎮(zhèn)民宿的自然條件、旅游資源、交通條件進(jìn)行深度的分析。知道了目前湖父鎮(zhèn)民宿的各方面發(fā)展還不是很完善，在法律法規(guī)、基礎(chǔ)的設(shè)施建設(shè)、服務(wù)人員的素質(zhì)方面都需要進(jìn)行改正，但是我們可以通過一系列的措施去解決這些發(fā)展中必不可少的問題。民宿的發(fā)展也一定會(huì)帶動(dòng)宜興市旅游業(yè)的發(fā)展，民宿的發(fā)展也會(huì)創(chuàng)造更多的就業(yè)崗位，民宿的發(fā)展更加帶動(dòng)了宜興的經(jīng)濟(jì)效益。雖然我國(guó)的民宿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的比較晚，但是在旅游業(yè)高速發(fā)展的今天，民宿一定會(huì)向觀光旅游一樣成為旅游業(yè)的支柱。宜興湖父鎮(zhèn)民宿也一定會(huì)發(fā)展至宜興旅游業(yè)的一大亮點(diǎn)。

圖9 微細(xì)銑刀切削骨組織刀具磨損形貌

3 結(jié)論

本文針對(duì)醫(yī)療骨組織切削超小直徑微細(xì)銑刀，開展異形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)刃磨及切削性能研究，分析了螺旋形、□形和△形結(jié)構(gòu)微細(xì)銑刀對(duì)骨組織切削性能和使用壽命的影響，實(shí)驗(yàn)研究了微細(xì)銑刀主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度對(duì)骨組織槽銑切削質(zhì)量的影響規(guī)律。得出具體結(jié)論如下：

根據(jù)式(1)～式(11)可定量計(jì)算水泥-礦渣二元體系的水化產(chǎn)物，為便于計(jì)算，這里假定活性氧化鋁的與石膏反應(yīng)形成的鋁酸鹽相均轉(zhuǎn)化為單硫型硫鋁酸該所以式(3)、式(5)和式(11)的反應(yīng)不會(huì)發(fā)生。根據(jù)上述反應(yīng)的近似化學(xué)計(jì)量式和表3給出的各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量和摩爾體積，可定量計(jì)算水化產(chǎn)物的質(zhì)量以及體積，其中質(zhì)量表達(dá)式為

1)設(shè)計(jì)并制備了直徑50 μm的螺旋形、□形和△形3種超小直徑微細(xì)銑刀。通過靜力學(xué)仿真分析發(fā)現(xiàn)微細(xì)銑刀的最大應(yīng)力和應(yīng)變分布主要集中在微細(xì)銑刀的根部。3種銑刀最大應(yīng)力和應(yīng)變對(duì)比為：螺旋形銑刀>△形銑刀>□形銑刀。通過微細(xì)切削骨組織實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)螺旋形微細(xì)銑刀在切削過程過早地發(fā)生了刀具的整體折斷，其他兩種微細(xì)銑刀能夠正常切削。

2)骨組織微細(xì)銑削損傷主要表現(xiàn)為槽底的撕裂、溝槽兩邊的崩邊和嚴(yán)重的毛刺。隨著進(jìn)給速度的增加，微溝槽的槽底質(zhì)量變化不明顯，微溝槽的毛刺寬度和最大崩邊寬度變大，較低的進(jìn)給速度適合于骨組織微創(chuàng)傷切削。隨著主軸轉(zhuǎn)速的增加，微溝槽的切削質(zhì)量變差。

3)△形微細(xì)銑刀切削微溝槽的損傷最少，表面比較光滑，具有最小的毛刺寬度(7 μm)和崩邊寬度(5.8 μm)。△形銑刀較適合于骨組織微創(chuàng)傷切削。