Luận án Nghiên cứu phương pháp tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong nhằm cải thiện chất lượng làm việc của kéo - Lê Văn Thắm

LỜI CAM ĐOAN. I

LỜI CẢM ƠN. II

DANH MỤC PHỤ LỤC. II

DANH MUC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.VI

DANH MỤC CÁC BẢNG.VIII

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.IX

MỞ ĐẦU .IX

1.Tính cấp thiết của đề tài: .1

2. Mục đích của đề tài .2

3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .2

4. Phương pháp nghiên cứu: .3

5. Những đóng góp mới của luận án, ý nghĩa khoa học và thực tiễn.3

6. Bố cục và nội dung của luận án .4

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH LƯỠI CẮT KÉO MỔ Y TẾ

ĐẦU CONG .6

1.1 Giới thiệu kéo mổ y tế đầu cong .6

1.1.1 Khái niệm, công dụng của kéo mổ y tế đầu cong.6

1.1.2 Cấu tạo kéo mổ y tế đầu cong.6

1.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của kéo mổ y tế đầu cong .9

1.2 Tổng quan về phương pháp tạo hình các bề mặt chi tiết.10

1.2.1 Đặc trưng hình học của bề mặt chi tiết.10

1.2.1.1 Biểu diễn đường cong và mặt cong trong không gian.10

1.2.1.2 Đường cong và mặt cong của chi tiết .14

1.2.2 Nguyên lý tạo hình bề mặt bằng dụng cụ cắt .17

1.2.2.1 Động học tạo hình bề mặt.17

1.2.2.2 Các phương pháp tạo hình bề mặt .19

1.2.2.3 Phương pháp xác định bề mặt khởi thủy của dụng cụ.20

1.2.3 Khái quát về cấu tạo dụng cụ cắt.24

1.3 Khái quát về tạo hình lưỡi cắt và công nghệ chế tạo kéo mổ y tế đầu cong .26

1.3.1 Khái quát về tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong .27

1.3.2 Công nghệ chế tạo kéo mổ y tế đầu cong .29

1.4 Một số phương pháp đo lực cắt của kéo .32iv

1.4.1 Nghiên cứu của nhóm NCS Mohsen Mahvash; Liming M. Voo, Diana Kim,

Kristin Jeung (Nhóm 1) [33] .32

1.4.2 Nghiên cứu của nhóm NCS D J Callaghan1, G Rajan, M M McGrath , E Coyle,

Y Semenova and G Farrell ( Nhóm 2) [21] .34

1.4.3 Một số mô hình đo lực khác .36

Kết luận chương 1 .38

Chương 2. MÔ HÌNH HÓA LƯỠI CẮT KÉO MỔ Y TẾ ĐẦU CONG.39

2.1 Phương trình đường cong lưỡi cắt của kéo mổ y tế đầu cong.39

2.1.1 Hệ tọa độ khảo sát .39

2.1.2 Hình dạng đường cong lưỡi cắt của kéo trên các mặt phẳng tọa độ.40

2.1.3 Thiết lập phương trình đường cong lưỡi cắt của kéo mổ y tế đầu cong .42

2.1.4 Phương pháp giải hệ phương trình và vẽ đường cong lưỡi cắt.44

2.2 Đặc trưng hình học mặt trước và mặt sau của lưỡi cắt .45

2.2.1 Biểu diễn mặt trước của lưỡi cắt của kéo .45

2.2.2 Biểu diễn mặt sau của lưỡi cắt của kéo .50

2.2.3 Tính toán và lựa chọn TSHH thiết kế kéo mổ y tế đầu cong.53

2.3 Xác định TSHH của kéo mổ y tế đầu cong bằng kỹ thuật ngược .55

2.3.1 Khảo sát bản vẽ thiết kế kéo y tế đầu cong .56

2.3.2. Quét kéo mẫu và thiết kế ngược .58

2.3.2.1 Chọn kéo mẫu.58

2.3.2.2 Ứng dụng máy Scan ATOS-I-2M, phần mềm GOM để quét đo kéo mẫu. 58

2.3.2.3. Ứng dụng phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR để thiết kế lại kéo 60

2.4 Đề xuất mô hình kéo mẫu thí nghiệm .66

Kết luận chương 2 .68

Chương 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MÀI TẠO HÌNH LƯỠI CẮT KÉO MỔ Y

TẾ ĐẦU CONG .69

3.1 Các phương pháp mài thông thường.69

3.1.1 Mài mặt sau .69

3.1.2 Mài mặt trước .70

3.2 Các phương pháp mài bằng robot .71

3.2.1 Mài bằng robot 6 bậc tự do.71

3.2.1.1 Phương pháp tam diện trùng theo.72

3.2.1.2 Lựa chọn phương án lập trình mài kéo mổ y tế đầu cong .77

3.2.1.3 Lập trình mài trên Robot 6 bậc tự do.79

3.2.1.4 Kết quả tính toán và mô phỏng.82v

3.2.2 Mài bằng robot 5 bậc tự do.86

3.2.2.1 Đặt vấn đề.86

3.2.2.2. Mô hình hóa và phương trình lưỡi cắt trên robot 5 bậc tự do .87

3.2.2.3. Lập phương trình động học robot 5 bậc tự do .88

3.2.2.4. Quỹ đạo chuyển động của robot 5 bậc tự do .90

3.2.2.5. Kết quả tính toán và mô phỏng mài trên robot 5 bậc tự do .91

3.2.3 Mài bằng robot tác hợp.93

3.3 Phương pháp mài bằng máy CNC 5 trục .99

Kết luận chương 3 .103

Chương 4. THỰC NGHIỆM MÀI TẠO HÌNH LƯỠI CẮT, ĐO LỰC CẮT KÉO MỔ Y

TẾ ĐẦU CONG .104

4.1 Thiết kế kéo mẫu thí nghiệm.104

4.1.1 Lựa chọn mẫu kéo mẫu thí nghiệm .104

4.1.2 TSHH của kéo mẫu thí nghiệm .104

4.2. Thực nghiệm mài lưỡi cắt .105

4.2.1 Chuẩn bị thí nghiệm .105

4.2.1.1. Chuẩn bị kéo mẫu thí nghiệm.105

4.2.1.2 Tiến trình gia công lưỡi cắt của kéo .107

4.2.1.3 Gia công mặt trụ Rc.108

4.2.1.4 Mài mặt sau (lòng mo).110

4.2.1.5 Mài mặt trước .111

4.3 Ứng dụng kỹ thuật ngược kiểm tra kéo mẫu thí nghiệm .114

4.3.1 Quan sát bằng mắt và đo bằng dưỡng cong.114

4.3.2 Kết quả quét và thiết kế ngược .114

4.4 Thực nghiệm đo lực cắt.120

4.4.1 Cơ sở lý thuyết về đo lực cắt kéo mổ đầu cong.120

4.4.2 Điều kiện thực nghiệm đo lực cắt.122

4.4.3 Thiết kế trang thiết bị đo lực cắt:.124

4.4.4 Thí nghiệm đo lực cắt .126

Kết luận chương 4. .130

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .132

TÀI LIỆU THAM KHẢO .134

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ.137

pdf191 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 330 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu phương pháp tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong nhằm cải thiện chất lượng làm việc của kéo - Lê Văn Thắm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ng từ phương trình: .  d dcos b n Việc xác định góc sau của lưỡi cắt của kéo mổ y tế đầu cong có ý nghĩa trong việc phân tích đặc tính làm việc của kéo. Song, khi chế tạo kéo, góc sau của lưỡi cắt của kéo được hình thành khi tạo lòng mo của các vế của kéo. Do vậy, cũng như với góc trước của lưỡi cắt khi chế tạo, để thuận lợi trong điều chỉnh thông số công nghệ, ta sử dụng thông số điều chỉnh là b bán kính vòng tròn tiết diện trong mặt phẳng hướng tâm của vòng xuyến (còn gọi là bán kính vòng mo rs).. Khi đó góc sau s trong mặt phẳng này chính là bằng góc  tính được khi giải hệ phương trình đường cong lưỡi cắt của kéo (2.4). Mặc dù không cần có hệ thức biểu diễn mối liên hệ trực tiếp, song giữa góc sau  của lưỡi cắt được xác định theo định nghĩa chung, và góc e được xác định khi chế tạo có ràng buộc gián tiếp thông qua bán kính vòng xuyến rs. Hình 2. 12 Góc sau trong mặt cắt ngang của lưỡi cắt (2.22) (2.23) (2.24) (2.25) 54 2.2.3 Tính toán và lựa chọn TSHH thiết kế kéo mổ y tế đầu cong Như trên đã trình bày, các thông số cần thiết để giải hệ phương trình (2.4) và nhận được biên dạng đường cong của lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong là rc, xc, yc, re, rs, xe, ye, ze. Các phương trình (2.4) và từ (2.7)(2.18) được thiết lập cho phép xác định góc trước , n đồng thời kết hợp với phương pháp tạo hình biểu diễn được mặt trước. Các phương trình từ (2.19)(2.25) xác định góc sau  của lưỡi cắt, từ đó có thể kết hợp với phương pháp tạo hình để biểu diễn được mặt sau. Như đã phân tích, khi chế tạo, góc trước n và góc sau s được sử dụng để thuận lợi cho việc thực hiện động học tạo hình và kiểm tra sản phẩm. Liên hệ giữa các góc , , với các góc n, s được xác định bởi các phương trình đã được thiết lập. Như vậy các thông số thiết kế kéo là bộ thông số bao gồm (rc, xc, yc, re, rs, xe, ye, ze) cùng với (, ), hoặc (n, s). Bằng việc khảo sát ảnh hưởng của các thông số này đến chất lượng làm việc của kéo và lựa chọn hợp lý, có thể thiết kế và chế tạo được kéo với yêu cầu kỹ thuật mong muốn. Áp dụng mô hình toán học được thiết lập để lập trình và tạo các phần mềm máy tính tiện lợi cho việc tính toán thiết kế kéo với các ưu điểm sau: - Nhận được kết quả nhanh chóng khi thay đổi bộ thông số thiết kế kéo, nhờ đó thuận lợi giải bài toán tối ưu khi thiết kế kéo. - Với dụng cụ cắt thông thường, các góc trước, góc sau có giá trị hằng số. Nhưng kéo mổ y tế đầu cong làm việc tại các vị trí khác nhau trên lưỡi cắt của kéo có thể dẫn đến yêu cầu thay đổi góc trước để đảm bảo tính cắt sắc tại tất cả các vị trí. Bằng việc áp dụng các phương trình được thiết lập, chọn quy luật thay đổi giá trị góc trước theo mong muốn và đưa vào phương trình (2.13), các TSHH của lưỡi cắt của kéo được tính toán và cho phép xác định động học tạo hình tương ứng để nhận được kéo với thông số thiết kế. Mặc dù mô hình toán học được tìm ra thuận lợi cho việc thiết kế tối ưu kéo như đã phân tích, song phạm vi nghiên cứu của luận án như đã trình bày ở phần mở đầu chủ yếu là phương pháp tạo hình lưỡi cắt của kéo theo TSHH thiết kế. Vấn đề lựa chọn, xác định các thông số thiết kế tối ưu của kéo là bài toán lớn cho nghiên cứu sáng tạo và phát triển kéo, sẽ được nghiên cứu ở các công trình khác. 55 Để xây dựng và thử nghiệm phương pháp mài tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong theo thông số được thiết kế, đồng thời mong muốn chế tạo được kéo, luận án trình bày việc phân tích, lựa chọn một số phương án thiết kế. Từ việc phân tích các mẫu kéo chất lượng cao đang được sử dụng phổ biến trên thị trường và ứng dụng kỹ thuật ngược, NCS đã tiến hành xác định các thông số của kéo, từ đó lựa chọn một số bộ thông số thiết kế để nghiên cứu phương pháp tạo hình lưỡi cắt của kéo. Mục tiếp theo của chương này sẽ trình bày việc khảo sát này. 2.3 Xác định TSHH của kéo mổ y tế đầu cong bằng kỹ thuật ngược Thông số sẽ tiến hành khảo sát là các giá trị của mặt trụ (Rc, xc, yc), mặt xuyến re, Rs, xe, ye, ze và góc trước , góc sau α, góc cung cong  của lưỡi cắt trong mặt phẳng đáy [Ozy]. Để phù hợp với các nghiên cứu từ trước ta định nghĩa như sau: - Rs ( hay Rm) là bán kính lòng mo; - Rx : là khoảng cách lớn nhất hoặc nhỏ nhất từ bề mặt lòng mo tới tâm mặt xuyến. + Đối với vế trái của kéo, lòng mo là 1 phần bề mặt phía ngoài của mặt xuyến thì Rx là khoảng cách lớn nhất từ mặt xuyến tới tâm xuyến, khi đó Rx được tính theo (2.26): Rx = Rs - re với re Rs + Đối với phải của kéo, lòng mo là 1 phần bề mặt phía trong của mặt xuyến thì RX là khoảng cách nhỏ nhất từ mặt xuyến tới tâm xuyến, khi đó Rx được tính theo (2.27): - B là khoảng cách từ lưỡi cắt đến trục oy trong mặt phẳng [Oxy]; - Tâm trụ ký hiệu là OC (xC, yC, zC), bán kính là RC; - Tâm xuyến ký hiệu là Oe(xe, ye, ze); Tâm lòng mo ký hiệu là Os (xs, ys, zs) - Tại điểm khảo sát đầu tiên là điểm bắt đầu trên lưỡi kéo ta có Zs= Rs – h; - h là chiều sâu lớn nhất của lòng mo so với mặt cơ sở [Oxy], được tính theo công thức (2.28) : Góc trước, góc sau được đo trong mặt cắt vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt trên mặt phẳng đáy, lần lượt là: 1, 2, 3 ,4, 5, ... được chỉ ra trong hình 2.13. - R 22s BRsh  SEX RRR  (2.26) (2.27) (2.28) 56 h 1 1 2 2 33 4 4 55 66  Hình 2. 13 Hình biểu diễn các mặt cắt của lưỡi cắt Hệ phương trình (2.4) được hình thành trên cơ sở phân tích hình học, mô hình hóa và lập phương trình toán học kéo đầu cong (ở mục 2.1.3). Phần này NCS tiến hành áp dụng kỹ thuật ngược để khảo sát một số mẫu kéo phổ biến, nhằm tạo cơ sở phân tích, lựa chọn bộ TSHH cho kéo được thiết kế. Thông thường có thể sử dụng 2 phương án khảo sát: - Khảo sát bản vẽ thiết của kéo; - Quét và thiết kế ngược để lựa chọn các thông số của lưỡi cắt của kéo mẫu. 2.3.1 Khảo sát bản vẽ thiết kế kéo y tế đầu cong Khảo sát tại Công ty MEINFA (Nhà máy Y Cụ 2) tại Thị xã Sông Công, Thái Nguyên (Website: http//www.meinfa.com). Công ty có truyền thống chuyên sản xuất dụng cụ y tế cầm tay và một số thiết bị y tế phục vụ trong nước và xuất khẩu. Về kéo y tế có rất nhiều loại, kéo y tế đầu cong có thiết kế phần lưỡi cắt cong không gian (3 chiều). Qua nghiên cứu bản vẽ của một số loại kéo y tế do công ty sản xuất, cho thấy: - Đường cong lưỡi cắt của kéo (đường cong lưỡi kéo): có dạng như là một phần giao tuyến của bề mặt xuyến (bán kính rs, re) giao với bề mặt mặt trụ (bán kính rc); - Mặt trước được tạo thành do một đường sinh (thẳng hoặc cong) chuyển động tựa trên một đường chuẩn - đường cong lưỡi kéo ; - Mặt sau có dạng lòng mo, là một phần của bề mặt xuyến (bán kính rs, re), bán kính lòng mo rs; - Góc trước  và góc sau α biến đổi trong một phạm vi rộng (góc sau α từ 1-3º, góc trước  từ 20-30º) Hình 2.14 là ví dụ về một bản vẽ lắp của kéo mổ y tế đầu cong (kéo Moayo 160, đầu cong, mũi nhọn/ tù) 57 45° 1 0 + - 0 .5 R 1 2 4 , 0 4 R 1 2 4 R 1 2 0 R 1 1 6 R 1 1 6 , 0 4 R 0 .2 8 ± 0 .2 9 1 1 ± 0 .2 9 5 .5 ± 0 .2 4 8 .4 ± 0 .2 9 4 .5 ± 0 .2 9 R 4 R 1 2 ,5 R 11 ,5 4 ,5 75±0.2 32 57±1.5 57 3 ,7 6 2 5 ° R 2 (1° 15 ' 7 ,6 0 ,2 5 R 5 5 0 R 2 7 0 5 ,5 45 24,44 23,24 1 1 ± 0 .2 9 3 2 ,4 2 22 1 1 ± 0 .2 9 R 8 R3 4 22 R 8 9 0 ° ° R 6 R3 4 4,5 3,2 M 1 2 Ø 1 5 ,2 R14 R10 1 8 10 1 ,1 2 R 8 R175 0 ,2 5 0 ,6 5 R 0, 2 0 ,4 R 3 R 2 1 0 5 0 ± 1 .5 160,03   2 2 ,0 2 32 12 0 ,4 22 45±1.25 1 ,6 5 .5 ± 0 .2 4 Hình 2. 14 Bản vẽ kéo mổ Moayo 160, đầu cong mũi nhọn/ tù [8] 58 2.3.2. Quét kéo mẫu và thiết kế ngược 2.3.2.1 Chọn kéo mẫu NCS chọn 05 mẫu phổ biến tại Việt Nam sau để làm thí nghiệm: Xem hình 2.15 1) 2) 3) 4) 5) 1) Kéo 1 Moayo 160 VN 2) Kéo 2 Goldsun 160 Pakistan 3) Kéo 3 MetZenbaum 160 Germany 4) Kéo 4 Goldsun 190 Pakistan 5) Kéo 5 PMS 140 Germany Hình 2. 15 Kéo mẫu dùng để quét và thiết kế ngược 2.3.2.2 Ứng dụng máy Scan ATOS-I-2M và phần mềm GOM để quét đo kéo mẫu. Hình 2. 16 Sơ đồ quét kéo trên máy Scan ATOS-I-2M Máy quét Giá đỡ Camera Ống kính Camera phải R Ống kính máy chiếu P Ống kính Camera trái L Khoảng cách đo Góc giữa 2 Camera Bề rộng W (Giá trị đo) Chiều cao H (Giá trị đo) Trung tâm khối đo Chiều dài L (Giá trị đo) 59 Sơ đồ hoạt động của máy quét được chỉ ra trên hình 2.16 - Máy scan ATOS-I-2M là loại máy đo chuyên dụng sử dụng 2 camera quang học (ánh sáng trắng), quét chéo nhau để kiểm tra nhanh và chính xác chất lượng sản phẩm. - Hệ thống ATOS là hệ thống hoạt động độc lập ngoài 2 camera ở trên còn có 1 máy chiếu và bệ đỡ, hệ thống điều chỉnh sensor và một computer tốc độ cao. + Chuẩn bị và quét (đo) mẫu - Chuẩn bị: Quan sát, gá đặt mẫu, phun chất tạo màu lên bề mặt chi tiết; Chọn các điểm qui chiếu (mã hóa). Điều chỉnh cài đặt máy scan, chọn độ phân giải, thể tích quét, thời gian tốc độ quét, góc độ và số lần quét phù hợp với kéo mẫu; Gá đặt các sensor của hệ thống ATOS tự do phía trước của vật thể để bắt đầu quá trình quét. - Quét và đo mẫu; - Sử dụng hệ thống số hoá ATOS, kéo có thể được đo rất nhanh với độ phân giải cao. Hệ thống ATOS dựa trên cơ sở là lưới tam giác; Một phần của kéo bị chiếu bởi máy chiếu chính và phần này sau đó được ghi lại bởi 2 camera. Mỗi lần có thể đo được tới 4 triệu điểm đo khác nhau (ATOS III). Dựa vào những điểm dùng để xác định chính xác kéo, hệ thống ATOS sẽ tự động biến đổi những điểm đo riêng lẻ này vào một hệ thống đo thống nhất. Những dữ liệu đo được tương ứng như một đám mây điểm, bộ phận hay dữ liệu dạng STL. Xem hình 2.17 hình ảnh dữ liệu về quét đám mây điểm của kéo MetZenbaum do Đức sản xuất. Hình 2. 17 Dữ liệu quét đám mây kéo 3 - kéo MetZenbaum, 160 đầu cong, mũi nhọn,tù 60 2.3.2.3. Ứng dụng phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR để thiết kế lại kéo - Từ kết quả scan tạo ra đám mây điểm ở trên, sử dụng kỹ thuật ngược với phần mềm chuyên thiết kế ngược Rapidform XOR để xây dựng mô hình 3D cho kéo. - Phần mềm Rapidform XOR hỗ trợ người dùng tạo mô hình tham số 3D thông qua việc xử lý dữ liệu từ các file quét 3D. Rapidform XOR còn hỗ trợ người dùng chuyển đổi định dạng file đã quét sang rất nhiều định dạng của phần mềm CAD khác, như: Solidworks, CATIA, ProE, NX, Autocad ... - Quy trình chung xây dựng mô hình các mẫu kéo trên Rapidform XOR Bước 1: Nhập dữ liệu quét vào phần mềm theo đường dẫn: insert/ import/ và chọn file cánh quạt đã quét: Keoso3.STL. Bước 2 : Xây dựng mặt phẳng tọa độ chuẩn cho dữ liệu lưới. Bước 3. Xây dựng các Sketch cơ sở và dựng nên phần vế kéo. - Dùng công cụ “3D Mesh Sketch” hiển thị phần giao tuyến giữa mặt phẳng cơ sở Plane với dữ liệu đám mây điểm, từ đó xây dựng các Sketch trên mặt phẳng cơ sở. Hình 2. 19 Sketch mặt cắt ngang phần đầu của kéo MetZenbaum 160, đầu cong  Tương tự, xây dựng các Sketch giữa các mặt phẳng đã xây dựng với dữ liệu quét  Sử dụng các chức năng tạo hình 3D của phần mềm để xây dựng phần đầu của kéo Hình 2. 18 Tạo vector 1 đi qua tâm chốt của kéo - Kéo MetZenbaum 160, đầu cong 61 Hình 2. 20 Mô hình 3D phần đầu của kéo MetZenbaum 160, đầu cong  Xây dựng các Plane cơ sở và tạo thiết diện để xây dựng nên phần chuôi của kéo. Ta được kết quả mô hình 3D hoàn thiện của kéo. Hình 2. 21 Mô hình 3D kéo MetZenbaum 160, đầu cong Bước 4: Kiểm tra độ lệch giữa mô hình CAD và đám mây điểm. Dùng chức năng Accuracy Analyzer ™, giúp kiểm tra so sánh, đánh giá sai số giữa mô hình CAD thiết kế lại và đám mây điểm dữ liệu thông qua bảng hiển thị các thang màu về độ lệch thiết kế. Hình 2. 22 So sánh mô hình thiết kế và đám mây điểm Chức năng Deviation với bảng đồ màu cho thấy vùng màu xanh ứng với khu vực với sai lệch  0,05 mm (xem hình 2.22). 62 d. Kết quả thiết kế ngược lưỡi cắt kéo MetZenbaum - 160 đầu cong. Hình 2.23 cho biết vị trí mặt cắt khảo sát TSHH của kéo Hình 2. 23 Hình biểu diễn mặt cắt kéo 3 – Kéo Metzenbaum a) vế phải b) vế trái Bảng 2. 1 Thông số quét kéo 3- kéo MetZenbaum 160, đầu cong V ế k éo Bán kính Tọa độ điểm Oe (vòng tâm mặt xuyến) Tọa độ điểm Oc (tâm trụ) Vị trí cung cong lưỡi cắt R s R X R c X e Y e Z e X c Y c Z c  đ ( º) X đ ầu Y đ ầu Z đ ầu  c (º ) x cu ố i y cu ố i Z c u ố i V ế tr ái (B ản g 2 .2 ) 1 1 3 ,5 2 2 5 ,9 8 0 1 1 ,4 1 0 7 ,9 7 2 2 1 ,0 9 6 ,8 9 0 0 -4 ,2 1 4 ,1 -0 ,0 3 4 2 3 .0 0 0 6 7 ,4 1 3 ,5 1 V ế P h ải (B ản g 2 .2 ) 1 2 0 ,0 5 4 5 2 ,6 0 1 1 ,8 1 1 4 ,8 7 - 4 4 9 ,2 4 -4 ,8 0 0 5 ,0 1 4 ,1 0 ,0 3 7 2 5 ,6 7 0 6 7 ,4 8 ,9 2 a b 63 Bảng 2. 2 Thông số mặt cắt kéo 3- kéo MetZenbaum Bảng 2.1 Chỉ các TSHH chung khi quét kéo 3- kéo MetZenbaum 160 Bảng 2.2 Thông số mặt cắt kéo 3- kéo MetZenbaum 160 Trong đó: + Chỉ số : Ch – là ký hiệu cho mặt cắt chính. + Lưỡi cắt phải - Vết của mặt trước trong mặt cắt chính là một đường thẳng; - Bán kính RSR bán kính lòng mo của vế phải (hay là bán kính vòng tròn tiết diện xuyến, đo trong tiết diện ngang chứa tâm vòng xuyến và tâm vòng tròn tiết diện xuyến) - Bán kính : Là bán kính của vòng trong cùng của mặt xuyến đo trong mặt phẳng [Oyz] của vế phải tại điểm xét. (trên hình vẽ các bán kính thực tế phân bố lân cận xung quanh cung tròn RXR 120,05, được tìm ra bằng cách xác định 2 cung tròn tiếp xúc ngoài và tiếp xúc trong với biên dạng kéo quét thực tế và lấy giá trị trung bình, xem hình 2.24. M ặt c ắt Vế phải Vế trái V ị tr í cắ t ( ch ) º G ó c tr ư ớ c ( ch )º G ó c sa u ( α ch ) º B án k ín h l ò n g m o R S R B án k ín h t rụ R C R B án k ín h v ò n g t ro n g m ặt x u y ến R X R V ị tr í cắ t ( ch ) º G ó c tr ư ớ c ( ch )º G ó c sa u ( α ch ) º B án k ín h lò n g m o R S L B án k ín h R C L B án k ín h v ò n g n g o ài m ặt x u y ến R X L 1 -1 1 9 ,5 1 6 ,9 1 ,4 1 1 1 2 4 5 2 ,6 8 3 8 4 2 1 ,4 2 3 ,4 1 ,5 9 1 3 5 ,6 2 3 5 3 4 9 2 -2 1 4 ,9 1 7 ,4 1 ,3 5 5 3 4 7 3 ,6 1 7 6 ,9 1 6 ,6 2 1 ,3 3 ,2 1 3 4 2 2 3 ,9 1 5 9 ,1 3 -3 1 0 ,3 1 7 ,8 1 ,4 4 4 1 4 6 5 ,3 1 2 3 ,9 1 1 ,8 1 9 ,9 3 ,6 8 7 2 3 4 ,9 9 7 4 -4 5 ,8 1 7 ,9 1 ,5 2 0 3 4 6 4 ,8 9 7 ,2 6 ,9 1 8 ,6 3 ,3 1 0 8 2 2 4 ,2 9 3 ,5 5 -5 1 ,3 1 8 ,2 0 ,2 1 9 4 6 1 9 ,7 1 2 3 ,2 2 ,1 1 7 ,9 2 ,9 1 5 9 2 2 6 1 4 6 ,9 SRERXR RRR  64 Hình 2. 24 Bán kính vòng xuyến RXR kéo Metzenbaum 160 - Bán kính RCR : Là bán kính của hình chiếu lưỡi cắt (mặt trụ RC) đo trong mặt phẳng mang kéo [Oxy] của vế phải tại điểm xét. (trên hình vẽ các bán kính thực tế phân bố lân cận xung quanh cung tròn RCR = 452,6). + Lưỡi cắt trái - Vết của mặt trước trong mặt cắt chính là một đường cong; - Bán kính RSL bán kính lòng mo của vế trái (hay là bán kính vòng tròn tiết diện xuyến, đo trong tiết diện ngang chứa tâm vòng xuyến và tâm vòng tròn tiết diện xuyến). - Bán kính RXL= RSL - REL: Là bán kính của vòng ngoài cùng của mặt xuyến trong mặt phẳng [Oyz] của vế trái tại điểm xét. (trên hình vẽ các bán kính thực tế phân bố lân cận xung quanh cung tròn RXL 113,5). - Bán kính RCL: Là bán kính của hình chiếu lưỡi cắt đo trên mặt phẳng mang kéo [Oxy] của vế trái xét tại điểm xét. (trên hình vẽ các bán kính thực tế phân bố lân cận xung quanh cung tròn RCL =225,98). Các kết quả quét và thiết kế ngược ở trên, số liệu trong bảng 2.1 & 2.2 cho thấy: Tại mỗi điểm của lưỡi cắt có thể xác định được các thông số của lưỡi cắt theo công thức (2.4). Giá trị Rs, Rx tại mỗi điểm có thể thay đổi nhưng thay đổi liên tục, đây có thể do sai số chế tạo. Đồ thị các TSHH của lưỡi cắt kéo 3 – kéo MetZenbaum 160, đầu cong trong hình 2.25 và 2.26. 65 Hình 2. 25 Đồ thị các TSHH về góc độ của lưỡi cắt kéo MetZenbaum Sử dụng các kỹ thuật trên để quét và thiết kế ngược 04 mẫu kéo còn lại 1,2,4,5 cũng cho kết quả tương tự (xem phụ lục 4). Nhận xét: Từ đồ thị ở trên ta thấy: Góc trước tăng dần từ mang ra mũi kéo đối với vế trái, và giảm dần từ mang ra mũi kéo đối với về phải. Góc sau có xu thế tăng dần và ổn định từ mang vào giữa lưỡi cắt sau đó giảm dần ra mũi kéo. Bán kính RC gần như ổn định ít biến đổi, bán kính RX biến đổi ít ở phần mang và vùng giữa lưỡi cắt, phần gần cuối biến đổi lớn nhưng độ cong của lưỡi cắt vế trái cong hơn về phải, đây có thể do độ cứng vững của mũi kéo kém nên khi gia công mũi kéo bị đẩy tạo ra sự biến động trên. Về tổng quát mặt trước, mặt sau của lưỡi kéo có thể là mặt cong tự do và đường cong lưỡi cắt cũng là đường cong tự do, như đã trình bày ở phần trước, chúng có thể hoàn toàn được xác định như một mặt cong số hoặc đường cong số. Tuy nhiên, để đơn giản Hình 2. 26 Đồ thị các TSHH về bán kính của lưỡi cắt kéo MetZenbaum 66 cho việc mô hình hóa, lập trình, tính toán, thiết kế và chế tạo kéo ta có thể coi Rs, Rx (là hàm của Re, Rs ), Rc là hằng số. 2.4 Đề xuất mô hình kéo mẫu thí nghiệm Để tiến hành các nội dung tiếp theo NCS đề xuất mô hình kéo thí nghiệm có góc độ cắt không đổi trong mặt cắt vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt trên mặt phẳng đáy. Hình 2. 27 Mô hình kéo vế trái Hình 2. 28 Mô hình kéo vế phải Hình 2.27 và hình 2.28 biểu diễn hình ảnh kéo mô hình vế trái, phải tương ứng. Luận án đưa ra 3 mẫu kéo để lựa chọn. Mẫu 1: Mẫu kéo 1 có đặc điểm: Cung lòng mo, góc sau không thay đổi (hình 2.29 và 2.30). Lưỡi cắt trái Lưỡi cắt trái B  R s TCL ye h Od (0,0,0) ( Tâm chôt´ keo´) 1 1 2 2 33 4 4 55 66  Oc (xc,yc, zc), rc ( Tâm tru?) Oe (xe,ye, ze,), rx (Tâm von`g xuyên´) RC  Hình 2. 29 Vị trí mặt cắt kéo mẫu 67 Hình 2. 30 Đồ thị các thông só hình học kéo mẫu 1 Mẫu 2: Mẫu kéo 2 có đặc điểm: cung lòng mo biến đổi ít hơn , góc sau biến đổi ít hơn. (xem hình 2.31). Hình 2. 31 Đồ thị các TSHH kéo mẫu 2 Để thuận lợi cho việc nghiên cứu, luận án chọn mẫu kéo 1 có hình dạng tương tự kéo Moayo 160 đầu cong làm kéo mẫu thí nghiệm với các TSHH như sau : - RCL = RCR = 550 mm Bán kính cong trong [OXY] cả 2 vế không đổi; - Bán kính cong RXL = 125 mm (lưỡi cắt vế trái); Lưỡi cắt phải RXR thay đổi từ 130  200mm để khảo sát độ chênh lệc độ cong. - Bán kính lòng mo Rs = 145  175 mm - Góc trước của lưỡi cắt  = (20  30)° 68 Kết luận chương 2 Bằng việc phân tích hình dạng hình học các bề mặt tạo nên lưỡi cắt từ các kéo mẫu của Việt Nam và kéo nhập ngoại, ứng dụng kỹ thuật ngược, luận án đã: 1) Xây dựng được phương pháp mô hình hoá lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong dưới dạng giao tuyến của mặt trụ với mặt xuyến cho phép thiết lập hệ phương trình xác định biên dạng đường cong lưỡi cắt (2.4), mặt khác cũng thiết lập được các phương trình biểu diễn các thông số khác như góc trước, góc sau, mặt trước và mặt sau của lưỡi cắt. 2) Hệ phương trình (2.4) và các phương trình được thiết lập chứa tất cả các TSHH của lưỡi kéo, cùng với giải thuật và chương trình tính toán đã được thiết lập cho phép tính toán, xác định biên dạng và các TSHH lưỡi cắt của các loại kéo với các kích thước và hình dạng khác nhau. Đó là cơ sở khoa học quan trọng cho việc thiết kế lưỡi kéo; 3) Từ hệ phương trình toán học đã được thiết lập, cho phép điều chỉnh linh hoạt các TSHH của lưỡi cắt trong quá trình gia công một cách nhanh chóng nhằm chế tạo được lưỡi kéo phù hợp yêu cầu thiết kế. Đó cũng là cơ sở khoa học quan trọng cho việc lựa chọn phương pháp tạo hình lưỡi kéo của luận án; 4) Nhờ ứng dụng kỹ thuật ngược đã xác định được bộ thông số cơ bản của lưỡi kéo và sự biến đổi của chúng trên các kéo mẫu đang được sử dụng phổ biến tại Việt Nam (kéo mổ y tế đầu cong Moayo 160 (Nhà máy Y cụ 2 – MEINFA), kéo Moayo của Pakistan, kéo MetZenbaum của Đức). Cho phép tìm ra bộ thông số phù hợp để đưa vào làm thông số thiết kế và chế tạo của kéo mẫu thí nghiệm thuộc luận án : Bán kính cong trong XOY RCL = RCR = 550 mm = const; bán kính cong lưỡi cắt vế trái RXL = 125 mm = const; còn vế phải RXR điều chỉnh trong khoảng 130  200 mm; bán kính long mo Rs = 145  175 mm; góc sau lưỡi cắt 1  3o, góc trước lưỡi cắt  = 20  30 o. Đây cũng chính là cơ sở để tiến hành thực nghiệm mài và xác định TSHH lưỡi cắt kéo mẫu thí nghiệm ở chương 4. 69 Chương 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MÀI TẠO HÌNH LƯỠI CẮT KÉO MỔ Y TẾ ĐẦU CONG Từ kết quả nghiên cứu lưỡi cắt của kéo mổ y tế đầu cong ở chương 2 cho thấy để mài tạo hình lưỡi cắt và mặt trước lưỡi cắt, đá mài cần thực hiện các chuyển động theo 3 phương để bám theo đường cong lưỡi cắt của kéo; Ngoài ra, để tạo thành mặt trước, tùy theo hình dạng của đá, mà đá mài cần chuyển động quay quanh 2 hoặc 3 trục để tạo hướng tương đối giữa đá mài và kéo, sao cho bề mặt đá tiếp xúc với bề mặt kéo và không bị cắt lẹm. Các chuyển động đó có thể được thực hiện bằng tay trên máy mài 2 đá hoặc đá đĩa song chất lượng tạo hình sẽ không ổn định, khó đảm bảo độ chính xác, chất lượng không đồng đều, năng suất thấp, phụ thuộc tay nghề người thợ. Hiện nay, các thiết bị công nghệ cao như robot, các máy CNC, hệ thống sản xuất linh hoạt tự động được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực sản xuất và dịch vụ. Đặc biệt trong sản xuất, chế tạo cơ khí cho năng suất và độ chính xác cao, khả năng thay đổi linh hoạt đáp ứng yêu cầu khác nhau đối với sản phẩm gia công. Các robot và máy CNC được ứng dụng trong gia công phay tạo hình, các bề mặt phức tạp và đã có khá nhiều công bố [30, 31] các phần mềm ứng dụng được xây dựng và tích hợp cùng máy hoặc được bán riêng. Tuy vậy chưa có công trình nào công bố về ứng dụng các thiết bị này để tạo hình bề mặt cong như của lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong. Qua nghiên cứu và phối hợp của NCS với các cơ sở nghiên cứu trong nước cho thấy mặc dù có các robot 6 bậc tự do và các máy CNC 4, 5 trục, song các cơ sở này đều chưa có các phần mềm và phương pháp cho phép mài lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong. Một số cơ sở đã cố gắng thử nghiệm nhưng chưa thực hiện được. Nghiên cứu sinh đã tiến hành nghiên cứu mài lưỡi cắt trên các máy công nghệ cao và đã mô hình hóa quá trình công nghệ mài trên robot và máy CNC bao gồm: Thiết kế mô hình robot, máy CNC dựa trên mô hình thực, xây dựng giải thuật tính toán và lập trình mô phỏng quá trình công nghệ mài. 3.1 Các phương pháp mài thông thường 3.1.1 Mài mặt sau Từ lý thuyết tạo hình ứng dụng vào mài tạo hình mặt sau của lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong trên máy mài thông thường, có thể dùng 1 trong 2 phương án sau: 70 a. Phương án 1: Mài theo chu vi đá. - Trục đá nằm trong mặt phẳng trục kéo [Oyz] và song song với trục Oy, khi bán kính đá mài bằng bán kính lòng mo Rđ = Rs; - Chi tiết gá trên đồ gá chuyên dùng: định vị đủ 6 bậc tự do: 3 bậc tại mặt phẳng mang kéo, 2 bậc tại lỗ chốt kéo và chống xoay bằng chốt tỳ vào mặt phẳng chân kéo). - Đồ gá chuyển động quanh tâm xuyến với cung cong Rx để đưa kéo tiếp xúc với đá và tạo ra mặt sau (lòng

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_phuong_phap_tao_hinh_luoi_cat_keo_mo_y_te.pdf
Tài liệu liên quan