بررسی تجربی، مدل سازی ریاضی و بهینه سازی نیروهای برش در فرآیند اتوماتیک فرزکاری استخوان کورتیکال

فرزکاری استحوان کورتیکال در جراحی های اورتوپدی مانند تعویض مفصل زانو، اوتولوژیک، ستون فقرات و تعویض مفصل ران استفاده می شود. نیروهای برش ایجاد شده توسط ابزار برشی در طول فرزکاری استخوان کورتیکال به منظور کنترل سایش ابزار و همچنین اعمال نیروی مجاز به استخوان برای جلوگیری از شکستگی باید کنترل شود. این مطالعه به طور مشخص به مدل سازی پارامترهای موثر در فرزکاری استخوان شامل سرعت برش، نرخ پیشروی، عمق برش و قطر ابزار با استفاده از روش سطح پاسخ برای پیش بینی نیروهای برش می پردازد. در این روش می توان به صورت روشمند یک معادله رگرسیون خطی مرتبه دوم به منظور پیش بینی دقیق رفتار فرآیند فرزکاری استخوان ارایه نمود. همچنین از روش تحلیل حساسیت آماری سوبل برای بررسی دقیق میزان تاثیر پارامترهای ورودی روی رفتار نیروی برش بهره گرفته شده است. در این پژوهش رفتار پارامترهای مختلف ورودی به صورت جداگانه و برهم کنش آنها با یکدیگر روی نیروی ماشین کاری مورد ارزیابی و تحلیل قرارگرفته است. مولفه های نیروی برش در سه جهت پیشروی، عمود بر پیشروی و عمود بر سطح استخوان اندازه گیری و بررسی شد. نتایج به دست آمده نشان می دهد مدل ریاضی حاکم بر مساله عملکرد مناسبی در بازه پارامترهای تعریف شده دارد و می تواند پیش بینی بسیار خوبی از رفتار نیرو ارایه نماید. با انتخاب سرعت دورانی ۱۵۰۰دور بر دقیقه،  نرخ پیشروی ۱۲میلی متر بر دقیقه، قطر ابزار ۲میلی متر و عمق برش ۰/۲ میلی متر می توان به حداقل نیروی برش دست یافت. همچنین در خصوص حساسیت رفتار نیرو براساس تغییر پارامترهای ورودی در بازه آزمایش ها، بیشترین اثر مربوط به اثر عمق برش با۳۶/۳% تاثیر و پس از به ترتیب نرخ پیشروی با ۲۸/۴%، قطر ابزار با ۲۷/۵% و سرعت دورانی با ۷/۸% است.

کلیدواژه ها:

Bone Milling ، Response Surface Method ، Cutting Forces ، فرزکاری استخوان ، پاسخ سطح ، نیروهای برش