[发明专利]一种制备骨骼样本的切割机床

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种制备骨骼样本的切割机床装置，尤其涉及一种制备生物骨骼小试样的微小切割机床。

背景技术

准确获得生物骨骼材料的力学性能和材料参数对于研究人工骨骼以及提高骨骼替代物的仿真精度和设计精度具有重要意义。骨骼(皮质骨)作为生物的主要承载组织，在损伤生物力学中受到了广泛的关注。研究损伤生物力学的重要手段之一是利用有限元模型来分析研究对象在特定工况下的生物力学响应，但是有限元模型的仿真预测精度由生物组织的材料本构关系及其参数决定。同时骨骼、肌肉、皮肤和韧带等组织的材料参数都将会影响有限元模型的力学响应。通过对生物骨骼样本进行拉伸、压缩和扭转等试验可获得人体或动物骨骼材料的力学性能，同时借助材料参数反求方法可计算出生物骨骼的材料参数。试验中样本的获取方式以及质量的好坏则决定了反求参数的准确程度。因此，为保证损伤生物力学材料参数的精确度，迫切需要开发一种制备骨骼样本的小型切割机床确保样本质量。

目前，为避免伦理冲突，在生物力学领域大多采用新鲜猪骨、牛骨等来制备生物骨骼样本。由于骨骼切割过程中产生的高温有可能影响皮质骨中蛋白质的生理活性，传统的机械加工设备由于加工速度较高，不适用于骨骼试样的切割加工。目前骨骼试样的获取方式大多数是采用手工锯进行切割，这将导致样本尺寸精度差、样本间几何差异大等不良影响，并且手工加工方式效率较低，不适宜在较短时间内制备大量试样。而生物力学实验样本的多样性、离体时间等又决定了需要利用大量试样开展试验，并且试样应在离体后尽可能短的时间内完成试验。因此，较高的试样制备效率是提高骨骼生物力学试验精度的重要因素。因此迫切需要开发一种用于制备生物力学骨骼样本的切割机床。

生物骨骼的特殊性决定了制备骨骼样本的过程不同于常规机械材料，具体包括：

1、生物骨骼材料具有非均匀性，同一骨骼组织的不同部位的骨密度、硬度不同。传统的手工锯切割方法不仅无法保证试样尺寸的一致性和尺寸精度，加工过程中操作人员的力度和锯条跳动等切割不平稳因素可能造成试样破坏，进而造成试验结果不准确。

2、生物具有多样性，不同生物体骨骼的形状、大小均不同。由于功能的差异，造成骨骼的形状各异，如可分为长骨、扁骨以及不规则骨等。传统的切割机夹持工具只能对一种骨的形状进行夹持，造成了夹持工具型号种类过多和使用效率不高等问题。这将使得试验进行缓慢，耗费工时。因此，生物试样的制备要求切割装置加工效率高，一个夹持装置能夹持多种形状的骨骼。

3、生物具有多样性，骨骼不同部位的力学性能不同。在开展这方面研究时需要在相邻部位制备试样，这就要求骨骼夹具能够实现一次装夹切割多个试样。当生物骨骼材料被夹持装置夹持后，在传统的切割装置中只能沿一条固定的切割路线进行切割，如需要更改路线则需要重新对骨骼材料进行夹持，这一过程耗时费力并且降低了加工精度。因此需要在不对骨骼材料重新夹持的前提下，对切割装置重新设计使其能多角度多方位的对骨骼材料进行切割。

4、生物骨骼材料(皮质骨)的主要成分是65％的矿物质、25％的蛋白质和10％的水。蛋白质的活性受温度影响很大，在活体温度以上，温度越高皮质骨的生理活性越差。当刀具切割骨骼样本时，刀具与骨骼样本的摩擦产生大量的热将会降低蛋白质的生理活性，因此要求切割装置在进行样本制备过程中刀具的切割速度和进给速度尽可能低，并且需要对骨骼材料进行冷却散热处理。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于制备骨骼样本的切割机床，能够显著地提高试样的制备效率，提升骨骼试样的精度以得到更加准确的试验数据。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备骨骼样本的切割机床，包括电机驱动器、电机、机箱、联轴器、激光准直器、液压冷却系统、多角度调节云台总成、升降立柱总成、切割锯片、进给导轨总成、传动轴，其特征在于其特征在于：

通过安装在机箱内的电机驱动器控制驱动电机旋转，通过联轴器联接传动轴并带动安装在传动轴上的切割锯片旋转，通过激光准直器对骨骼样本的定位作用，使得切割锯片和骨骼样本保持在同一平面内，对夹持在多角度调节云台总成上的骨骼样本进行切割；通过多组错位紧定螺钉将骨骼样本安装固定在夹持筒内，而夹持筒通过螺栓固定在切割锯片上方的云台球体上；通过控制云台球体的位置即可控制骨骼样本的位置；

其中多角度调节云台总成装置安装在升降立柱总成上，通过与配重块的平衡作用，利用多角度调节云台总成自身重量控制骨骼样本的进给速度；