本發(fā)明屬于精密磨削加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種骨磨削裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，各種骨組織疾病(如骨質(zhì)增生、骨關(guān)節(jié)炎、骨頭萎縮或壞死、骨癌和骨折等)日益增多，整形外科、植牙技術(shù)以及微創(chuàng)外科手術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并蓬勃發(fā)展。在骨外科手術(shù)過(guò)程中，一些傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法如鉆削、鋸削、銑削等切削加工方法已被廣泛應(yīng)用。不同于傳統(tǒng)機(jī)械加工，骨組織加工過(guò)程需關(guān)注的關(guān)鍵要素為：一、保持材料去除的高效性以縮短手術(shù)時(shí)間，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；二、盡量減少磨削過(guò)程對(duì)人體正常組織造成的各類(lèi)損傷，包括機(jī)械應(yīng)力所引起的組織裂紋損傷和加工溫度過(guò)高引起的組織熱損傷。

磨削作為一種傳統(tǒng)的精密加工方法，近年來(lái)被逐漸用于骨外科手術(shù)。在神經(jīng)外科領(lǐng)域的顱底腫瘤摘除手術(shù)中，醫(yī)生常采用微小球形金剛石磨頭的高速磨削方式實(shí)現(xiàn)骨組織的材料去除，用以充分暴露顱底區(qū)腫瘤的位置。該加工方式細(xì)膩精確，對(duì)軟組織創(chuàng)傷小，能更好地避免偶然性的機(jī)械損傷(如過(guò)切)，而且磨削后的細(xì)粉狀骨屑具有止血功效，受到外科醫(yī)生的青睞，但磨削熱是骨磨削技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)外科手術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。人體耐受高溫的能力較差，當(dāng)溫度高于臨界值50℃，骨頭會(huì)出現(xiàn)不同程度的熱損傷，神經(jīng)組織對(duì)溫度更為敏感，其熱損傷的臨界溫度值為43℃。磨削是能量密集型加工方式，且大部分能量消耗均轉(zhuǎn)化為熱能，研究表明金剛石磨具在磨削過(guò)程的產(chǎn)熱量明顯高于切削鉆頭的產(chǎn)熱量，因此，研究應(yīng)用于骨磨削過(guò)程的高效冷卻方法具有十分重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有骨磨削技術(shù)存在骨磨削過(guò)程中骨組織熱損傷的缺陷，本發(fā)明提供一種骨磨削過(guò)程的高效冷卻、保證骨外科手術(shù)的順利進(jìn)行的骨磨削裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種骨磨削裝置，包括機(jī)架以及安裝在機(jī)架上的三維線(xiàn)性絲杠滑臺(tái)、電主軸、球形磨頭、熱電偶和用于夾持骨磨削樣本的精密平口鉗，所述電主軸的左端與電主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述電主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在三維線(xiàn)性絲杠滑臺(tái)的豎直滑臺(tái)上，所述球形磨頭通過(guò)夾具安裝在電主軸的右端，所述精密平口鉗位于所述三維線(xiàn)性絲杠滑臺(tái)的前方，所述熱電偶包括熱電偶探頭和熱電偶主機(jī)，所述熱電偶探頭通過(guò)連接線(xiàn)與熱電偶主機(jī)連接，所述熱電偶探頭放置在骨磨削樣本底部的溝槽中，所述球形磨頭位于骨磨削樣本的骨磨削區(qū)域的上方，所述裝置還包括低溫噴霧冷卻裝置，所述低溫噴霧冷卻裝置包括氣源處理元件、用于盛裝低溫生理鹽水的液體容器、冷卻室、氣液混合器和噴嘴，所述氣源處理元件包括氣泵、過(guò)濾器、調(diào)壓器和干燥器，所述氣泵通過(guò)氣管與過(guò)濾器的進(jìn)氣端連接，所述過(guò)濾器的出氣端通過(guò)調(diào)壓器與干燥器的進(jìn)氣端連接，所述干燥器的出氣端通過(guò)氣管與冷卻室的進(jìn)氣口連接，所述冷卻室的出氣口與所述氣液混合器的進(jìn)氣口連接，所述液體容器通過(guò)流量閥與冷卻室的進(jìn)液口連接，所述冷卻室的出液口與所述氣液混合器的進(jìn)液口連接，所述氣液混合器的混合出口通過(guò)軟管與所述噴嘴的左端連接，所述噴嘴的左端固定在電主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的外殼上，所述噴嘴的右端與球形磨頭貼近。

進(jìn)一步，所述液體容器上還設(shè)有用于顯示液體流量的流量表，所述流量表位于流量閥的左上方。

再進(jìn)一步，所述調(diào)壓器上還設(shè)有用于實(shí)時(shí)查看當(dāng)前氣體氣壓的壓力表。

再進(jìn)一步，所述精密平口鉗的下方還放置有用于對(duì)骨磨削加工過(guò)程中球形磨頭對(duì)骨磨削樣本壓力測(cè)量的壓力傳感器，壓力傳感器與控制裝置連接，所述控制裝置與電主軸驅(qū)動(dòng)裝置連接。

更進(jìn)一步，所述噴嘴為凹面朝向主軸的弧形。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：

通過(guò)高壓氣體與低溫生理鹽水的混合，設(shè)計(jì)了一種氣液比可控的低溫生理鹽水噴霧產(chǎn)生裝置，生理鹽水噴霧的溫度為0-5℃，實(shí)現(xiàn)了一種冷卻液用量少、換熱效率高的骨磨削冷卻方法，從而解決了骨磨削技術(shù)對(duì)磨削及鄰近區(qū)域帶來(lái)熱損傷風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題；同時(shí)，在該裝置中，噴嘴設(shè)計(jì)依附在高速主軸下，以盡量減少裝置對(duì)手術(shù)環(huán)境的干擾，噴嘴的左端依附在主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)外殼的外表面上，噴嘴的右端與球形磨頭貼近，借助磨削切向力將生理鹽水帶入骨磨削區(qū)域，保證球形磨頭沿不同方向運(yùn)動(dòng)時(shí)都能獲得有效的冷卻。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的軸測(cè)圖。

圖2為本發(fā)明的正視圖。

圖3為本發(fā)明的俯視圖。

圖4為本發(fā)明的冷卻室的正視圖。

圖5為本發(fā)明的球形磨頭與噴嘴的安裝位置示意圖。

圖6為圖5的局部放大圖。

圖7為精密平口鉗與骨磨削樣本、壓力傳感器之間的安裝圖。

圖8為熱電偶探頭在骨磨削樣本上的布置圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照?qǐng)D1～圖8，一種骨磨削裝置，包括機(jī)架以及安裝在機(jī)架上的三維線(xiàn)性絲杠滑臺(tái)6、電主軸7、球形磨頭8、熱電偶9和用于夾持骨磨削樣本的精密平口鉗11，所述電主軸7的左端與電主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，所述電主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在三維線(xiàn)性絲杠滑臺(tái)6的豎直滑臺(tái)上，所述球形磨頭8通過(guò)夾具安裝在電主軸的右端，所述精密平口鉗11位于所述三維線(xiàn)性絲杠滑臺(tái)6的前方，所述熱電偶9包括熱電偶探頭和熱電偶主機(jī)，所述熱電偶探頭通過(guò)連接線(xiàn)與熱電偶主機(jī)連接，所述熱電偶探頭放置在骨磨削樣本17底部的溝槽中，所述球形磨頭8位于骨磨削樣本17的骨磨削區(qū)域的上方，所述裝置還包括低溫噴霧冷卻裝置，所述低溫噴霧冷卻裝置包括氣源處理元件、用于盛裝低溫生理鹽水的液體容器5、冷卻室14、氣液混合器13和噴嘴10，所述氣源處理元件包括氣泵1、過(guò)濾器2、調(diào)壓器3和干燥器4，所述氣泵1通過(guò)氣管與過(guò)濾器2的進(jìn)氣端連接，所述過(guò)濾器2的出氣端通過(guò)調(diào)壓器3與干燥器4的進(jìn)氣端連接，所述干燥器4的出氣端通過(guò)氣管與冷卻室14的進(jìn)氣口連接，所述冷卻室14的出氣口與所述氣液混合器的13進(jìn)氣口連接，所述液體容器5通過(guò)流量閥15與冷卻室14的進(jìn)液口連接，所述冷卻室14的出液口與所述氣液混合器13的進(jìn)液口連接，所述氣液混合器13的混合出口通過(guò)軟管與所述噴嘴10的左端連接，所述噴嘴10的左端固定在電主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的外殼上，所述噴嘴10的右端與球形磨頭8貼近。

進(jìn)一步，所述液體容器5上還設(shè)有用于顯示液體流量的流量表，所述流量表位于流量閥的左上方。

再進(jìn)一步，所述調(diào)壓器3上還設(shè)有用于實(shí)時(shí)查看當(dāng)前氣體氣壓的壓力表。

再進(jìn)一步，所述精密平口鉗11的下方還放置有用于對(duì)骨磨削加工過(guò)程中球形磨頭對(duì)骨磨削樣本壓力測(cè)量的壓力傳感器12，壓力傳感器12與控制裝置連接，所述控制裝置與電主軸驅(qū)動(dòng)裝置連接。

更進(jìn)一步，所述噴嘴10為凹面朝向主軸的弧形。

本實(shí)施例中，機(jī)架包括大理石平臺(tái)16和立柱，三維線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)裝置6通過(guò)螺釘連接固定在大理石平臺(tái)16上，電主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)連接塊固定在三維線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)裝置6的豎直滑臺(tái)上，球形磨頭8通過(guò)夾具固定在電主軸7的軸端，精密平口鉗11放置于三維線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6的前方右側(cè)；熱電偶探頭放置在磨削樣本17的底部溝槽中，目的是檢測(cè)磨削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，熱電偶探頭通過(guò)連接線(xiàn)與熱電偶主機(jī)連接，連接線(xiàn)沿著磨削樣本17底部的溝槽引致外部；氣泵1放置于大理石平臺(tái)16的下方立柱的旁邊，過(guò)濾器2與調(diào)壓器3以及干燥器4組成氣源處理元件固定于大理石平臺(tái)16的左側(cè)面，液體容器5放置在大理石平臺(tái)16的左部上，流量閥15設(shè)置在液體容器5的前面，冷卻室14和氣液混合器13位于液體容器5的右側(cè)；噴嘴10通過(guò)塑料軟管與氣液混合器13進(jìn)行連接；噴嘴的右端即是噴嘴的噴霧端；壓力傳感器可以起到一個(gè)壓力反饋?zhàn)饔?，防止球形磨頭8對(duì)磨削樣本17壓力過(guò)大；所述精密平口鉗包括u型基座、滑塊和絲杠螺母機(jī)構(gòu)，骨磨削樣本17在絲杠螺母機(jī)構(gòu)的作用下被夾持在u型基座的側(cè)壁與滑塊之間。

本發(fā)明的工作過(guò)程為：熱電偶探頭放置在底部鉆有溝槽的骨磨削樣本17的溝槽中，目的是檢測(cè)磨削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，精密平口鉗11夾持住骨磨削樣本17，且固定在壓力傳感器12的上表面；電主軸7通過(guò)三維線(xiàn)性絲杠滑臺(tái)6到達(dá)骨磨削區(qū)域的上方，啟動(dòng)電主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電主軸7帶動(dòng)球形磨頭8高速旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)骨磨削樣本17進(jìn)行磨削；與此同時(shí)，氣泵1通過(guò)氣管將氣體傳送到過(guò)濾器2與調(diào)壓器3以及干燥器4組成的氣源處理元件，氣源處理元件通過(guò)氣管將氣體傳送到冷卻室14中的螺旋銅管中進(jìn)行冷卻，液體容器5內(nèi)裝有低溫生理鹽水，液體容器5通過(guò)液體管與流量閥15進(jìn)行低溫生理鹽水的傳遞，流量閥15通過(guò)液體管將低溫生理鹽水傳送到冷卻室14中的螺旋銅管中進(jìn)行冷卻，冷卻后的氣體和液體分別通過(guò)氣管、液體管連接到氣液混合器13的進(jìn)氣口和進(jìn)液口，經(jīng)過(guò)氣液混合器13的混合，通過(guò)噴嘴10形成低溫噴霧，從而實(shí)現(xiàn)了骨磨削過(guò)程中高效冷卻的要求。