[发明专利]一种人工骨表面功能微结构加工装置及加工方法

说明书

本发明涉及装置平台技术领域，具体地说，是一种人工骨表面功能微结构加工装置及加工方法，该装置硬件包括双转台式五轴联动机床硬件，电磁式吸振结构，液电混合喷雾设备，定向磁场发生器，电气控制柜，实时检测装置；软件是基于linuxcnc软件开发平台，对人工骨功能模块进行开发，包括人机界面的开发、主控制系统的开发、运动控制系统的开发的一套数控系统。该装置在调试结束以后，应用于人工骨表面加工。在人工骨表面微结构加工时，采用高速加工产生的有关平台振动，加工润滑，刀具性能三方面的缺点，针对电磁式吸振结构，液电混合喷雾设备，定向磁场发生器进行人工骨加工实验研究，验证该装置及加工方法确实对人工骨加工表面质量有所改善。

技术领域

本发明涉及装置平台技术领域，具体地说，是一种人工骨表面功能微结构加工装置及加工方法。

背景技术

近几十年以来，造成人骨损伤的因素不断增加，存在骨组织结构损伤的患者人数呈不断增加的趋势。随着医疗技术的发展，人们对可替代的人工骨的需求在不断地增加，选择通过人工骨移植进行受损骨组织修复的患者在逐渐增加。而与之相对应的是当前人工骨制备能力的不足所导致的供应不足以及可替代骨组织种类少等问题。

人工骨是指人们使用加工设备对某些具有生物亲和性的材料进行加工使其具备和天然骨骼相同的结构和功能的人造骨头，其本质上是一种通过加工方式制造出来的构件。

目前，针对人工骨的宏观结构制备的设备有很多，通过机加工或增材制造等方式制备人工骨在近些年也屡见不鲜。但是天然骨骼除宏观结构外，其表面微结构同样重要，因此在进行人工骨的制备时除满足宏观结构外，针对骨骼表面微结构进行加工必不可少。现有设备多是针对骨骼宏观结构进行加工，往往不具备围观加工的能力，同时由于骨骼微结构的复杂性，传统加工装备的振动、润滑等问题都会成为人工骨微结构存在加工缺陷的原因。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明提供了一种人工骨表面功能微结构加工新装置及方法，将其用于人工骨的表面功能微结构加工，可以得到精度较高的，表面质量好的人工骨，具体技术方案如下：

一种人工骨表面功能微结构加工装置，该装置包含：五轴（3+2）联动机床硬件、电磁式吸振机构、液电混合喷雾设备、定向磁场发生器、电气控制柜、实时检测装置及数控加工系统。其中，五轴（3+2）联动机床硬件由X、Y、Z三个移动轴、绕Y轴转动的A轴和绕Z轴转动的C轴的2个转动轴、空压机，过滤器，水气分离机组成。电磁式吸振机构由定子、转子、线圈、导磁路、基座组成。液电混合喷雾设备由能够产生0-10KV电压的电荷发射器，储液罐，能够增压到6MPa的增压泵，喷嘴，气液混合板、输出0-4MPa的空压机、荷电电极，气液输送管，万向节组成。定向磁场发生器由伸缩式磁化处理腔体、频率可在 45-120Hz 连续可调、电压可在 0-220V 连续可调的变频变压电源组成。电气控制柜由伺服电机驱动器、端子板、液电混合喷雾设备、变频变压电源、显示器、24V直流电源，GTS-800控制卡、电脑、控制器组成的。实时检测装置由振动加速度传感器、高速摄影仪、磁场强度传感器组成。数控加工系统主要有自动加工模块、手动控制模块、刀具路径演示模块、参数设置模块、系统诊断模块。

本发明的进一步改进，上述五轴（3+2）联动机床硬件，其中 X、Y、Z三个轴通过伺服电机控制，A、C轴采用伺服电机控制。机床主轴采用电主轴，转速最高可达到100000r/min,X、Y、Z轴直线电机及MIcroE光栅尺配合，分辨率0.5微米，实现定位精度2.5um。整个机床由GTS-800的运动控制卡控制运动。机床采用充气式气压阀机构来更换刀具，刀具的直径尺寸可以在2mm到6mm之间。当需要更换刀具的时候，空压机压缩空气，产生高压空气，高压空气通过过滤器和水气分离机将空气中的杂质和水分离出来，然后给气压阀充气，使得机构被高压撑开，此时刀具掉落下来，更换另一把刀具，然后将机构中的气体释放出来，机构重新夹紧，起到刀具装夹作用。空压机除了辅助刀具装夹以外，在高速加工中，空压机还起到给机床电主轴进行冷却的作用。当气体通过电主轴时，气体带走大量电主轴上的热量，起到给电主轴降温。