CN113414717A - 一种复合杯形抛光轮及其抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械精加工工具技术领域,涉及一种复合杯形抛光轮及其抛光方法。一种复合杯形抛光轮,包括抛光轮体、弹性连接体和复合抛光垫;所述弹性连接体固定在抛光轮体上,所述复合抛光垫的两个面分别为工作面和连接面,连接面与弹性连接体,工作面为凹球面。本发明提出一种复合杯形抛光轮及其抛光方法,其可以提高陶瓷人工髋关节球头的抛光精度和抛光效率。
Description
技术领域
本发明属于机械精加工工具技术领域,涉及一种用于陶瓷人工髋关节球头抛光的复合杯形抛光轮及其抛光方法。
背景技术
人工髋关节是由关节球头、髋臼和髋臼内衬组成。人工髋关节产品是高端制造技术产品,关节球头通常由金属、塑料或陶瓷材料制作而成,其中采用陶瓷制作的关节球头,具有良好的浸润性、高的耐磨性、极高的硬度、良好的生物相容性、不易产生排斥现象,陶瓷材料制成的产品是当前最好的髋关节置换体。但高精度高质量的陶瓷产品难以制造,且人工髋关节球头的球面为不完整球面,在磨削与抛光工艺上,陶瓷整球的高精度磨削与抛光方法,不能用与陶瓷人工髋关节球头。陶瓷人工髋关节球头的球面精密磨削与抛光是决定产品质量的关键制造工艺。
采用何种精密磨削与抛光工艺及其工具,对陶瓷人工髋关节球头产品质量至关重要。由此,研究与应用其高精密抛光工艺与工具,对提高陶瓷人工髋关节球头的应用效果、造福患者,具有非常重要价值。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题,本发明提出一种复合杯形抛光轮及其抛光方法,其可以提高陶瓷人工髋关节球头的抛光精度和抛光效率。
本发明解决上述问题的技术方案是:一种复合杯形抛光轮,其特殊之处在于:
包括抛光轮体、弹性连接体和复合抛光垫;
所述弹性连接体固定在抛光轮体上,所述复合抛光垫的两个面分别为工作面和连接面,连接面与弹性连接体粘接在一起,工作面为凹球面。
进一步地,上述抛光轮体为杯状,在杯口处的内壁设有台阶孔结构,在杯口处的外沿设有多个齿形槽,相邻两齿形槽之间形成凸齿;台阶孔深度比齿形槽的深度深。
进一步地,上述齿形槽在杯口圆周均布,齿形槽的数量为偶数。齿形槽的数量优选6或8或10个;凸齿外圆弧长L与齿槽深度h1的比例范围为1:1~1.5。
进一步地,上述台阶孔的深度h2比齿形槽的深度h1更深,其深度范围为1~2h1。
进一步地,上述弹性连接体为齿形硅胶环,齿形硅胶环为中空的管状结构,其两端结构分别为:粘接端与连接端,粘接端用于与复合抛光垫连接面粘接;连接端具有与抛光轮体的杯口处相匹配的结构。
进一步地,上述齿形硅胶环的粘接端为凹球面,通过胶体与复合抛光垫粘接,这使两者更加吻合。
进一步地,上述齿形硅胶环采用弹性耐高温硅胶材料制作,硬度范围为邵氏60~80。
进一步地,上述连接端的齿形槽与抛光轮体杯口处的齿形槽结构完全相同,同样为周向相间分布的齿槽,齿槽在圆周方向成等分排列,为偶数组,等分组数为6或8或10个;连接端的台阶孔在齿形硅胶环的外侧,台阶孔的高度h3与抛光轮体台阶孔的深度h2相同。
进一步地,上述复合抛光垫采用具有高弹性、高耐磨性等优良特性的带微磨粒的绵纶纤维复合材料制成。复合抛光垫的材料具有一定的柔性,以保证在进行抛光过程中,被抛光的球头球面与复合抛光垫之间,保持吻合,避免出现抛光垫的磨损而产生的欠抛现象与刚性冲击。
进一步地,上述复合抛光垫连接面与弹性连接体的通过胶体粘接,粘接的胶体为热熔胶体,耐150C°以上的高温,粘黏性好,当抛光垫功能失效后,可以从弹性连接体的粘接端撕除与更换。
本发明还提出一种上述复合杯形抛光轮的抛光方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
1)将陶瓷人工髋关节球头安装并固定在磨床的工件主轴上;
2)复合杯形抛光轮要通过安装孔安装并固定在磨床的工具主轴上;
3)通过进给工具主轴,使复合杯形抛光轮和球头表面发生接触,再次进给D3/3的距离,复合抛光垫发生变形,两者之间紧密接触,在安装过程中保持陶瓷人工髋关节球头的球心、复合杯形抛光轮的中心线与工件主轴的轴心线相交于一点,安装完成;
4)工件主轴带动球头沿着一个方向转动,工具主轴带动复合杯形抛光轮沿另一个方向进行转动,工件主轴与工具主轴的转动方向相反,同时工具主轴又以40°~60°/min的速度带动复合杯形抛光轮进行摆动运动,摆动运动要从一端到另一端往返数次,在工作过程中同样要保持陶瓷人工髋关节球头的球心、复合杯形抛光轮的中心线与工件主轴的轴心线相交于一点,来完成对球头表面的抛光工作。
本发明的优点:
1)齿形硅胶环与抛光轮体之间的连接结构,具有台阶孔与齿形槽结构,在高速运转工作时,台阶孔使得二者不会发生径向分离,齿形槽使得二者不容易产生周向相对转动;齿形硅胶环与复合抛光垫通过胶体粘接在一起,当复合抛光垫使用失效后,可以直接从齿形硅胶环表面撕除并更换,更换简便,节约成本。
2)复合杯形抛光轮与工件接触的正压力通过工具主轴的进给距离来控制,同时齿形硅胶环与复合抛光垫具有一定的弹性,可以通过齿形硅胶环和复合抛光垫产生弹性变形来调节两者之间的正压力,使正压力不会过大,破坏球头表面;机器运行时,可以使抛光过程更加平稳,不会因为机器工作引起的振动导致球头表面被破坏。
3)复合抛光垫具有一定的耐磨性和微量的弹性,加大了复合抛光垫与球头球面的接触面积,提高了抛光效率和抛光精度,保障了陶瓷人工髋关节球头的轮廓面度。
4)复合杯形抛光轮可以在“两转动+一摆动”的磨床上完成对球头球面的抛光工作,复合杯形抛光轮随工作主轴做摆动运动,并且与工件主轴运动方向相反,提高了抛光的精度和工作效率。
附图说明
图1是本发明提供的复合杯形抛光轮对陶瓷人工髋关节球头的抛光工作示意图;
图2是本发明提供的复合杯形抛光轮的三维示意图(剖去1/4);
图3是本发明提供的复合杯形抛光轮的二维剖视图;
图4是抛光轮体的三维示意图;
图5是抛光轮体的二维剖视图;
图6是齿形硅胶环的三维示意图;
图7是齿形硅胶环的二维剖视图;
图8是进给位移与力的关系计算结果分析曲线图。
在以上附图中:1、复合抛光垫;2、胶体;3、齿形硅胶环;4、抛光轮体;5、安装孔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
本发明实施例提供一种复合杯形抛光轮,参见图2和图3,由复合抛光垫1、弹性连接体、抛光轮体4组成。所述弹性连接体固定在抛光轮体4上,所述复合抛光垫1的两个面分别为工作面和连接面,连接面与弹性连接体粘接在一起,工作面为凹球面。
作为本发明的一个优选实施例,参见图4和图5,所述抛光轮体4为杯状,在杯口处的内壁设有台阶孔结构,在杯口处的外沿设有多个齿形槽,相邻两齿形槽之间形成凸齿;台阶孔深度比齿形槽的深度深。
所述抛光轮体4的齿形槽与台阶孔结构设计使得复合杯形抛光轮的组合结构在高速运转工作时不易分离;内台阶孔深度比齿形槽更深,这个结构与齿形硅胶环3的连接端相配合;抛光轮体4杯底设有一个安装孔5,所述安装孔5用于整个复合杯形抛光轮工具的装夹。
作为一个优选方案,抛光轮体4选用金属材料;齿形槽在杯口圆周均布,齿形槽的数量为偶数。齿形槽的数量优选6或8或10个;凸齿外圆弧长L与齿槽深度h1的比例范围为1:1~1.5。
作为一个优选方案,台阶孔的深度h2比齿形槽的深度h1更深,其深度范围为1~2h1。
作为本发明的一个优选实施例,参见图6和图7,所述弹性连接体为齿形硅胶环3,齿形硅胶环3为中空的管状结构,其两端结构分别为:粘接端与连接端,粘接端用于与复合抛光垫1连接面粘接;连接端具有与抛光轮体4的杯口处相匹配的结构。
齿形硅胶环3与复合抛光垫1通过胶体2粘接在一起,当复合抛光垫1使用失效后,可以直接从齿形硅胶环3表面撕除并更换,更换简便,节约成本。
作为一个优选方案,齿形硅胶环3由弹性耐高温硅胶材料制作,硬度范围为邵氏60~80。
复合杯形抛光轮与工件接触的正压力通过工具主轴的进给距离来控制,同时齿形硅胶环3与复合抛光垫1具有一定的弹性,可以通过齿形硅胶环3和复合抛光垫1产生弹性变形来调节两者之间的正压力,使正压力不会过大,破坏球头表面;机器运行时,可以使抛光过程更加平稳,不会因为机器工作引起的振动导致球头表面被破坏。
优选地,所述齿形硅胶环3的粘接端为凹球面,通过胶体2与复合抛光垫1粘接,这使两者更加吻合。连接端的齿形槽与抛光轮体4杯口处的齿形槽结构完全相同,同样为周向相间分布的齿槽,齿槽在圆周方向成等分排列,为偶数组,等分组数为6或8或10个;连接端的台阶孔在齿形硅胶环3的外侧,台阶孔的高度h3与抛光轮体4台阶孔的深度h2相同。
作为本发明的一个优选实施例,参见图2和图3,复合抛光垫1采用具有高弹性、高耐磨性等优良特性的带微磨粒的绵纶纤维复合材料;复合抛光垫1的材料具有一定的柔性,以保证在进行抛光过程中,被抛光的球头球面与复合抛光垫1之间,保持吻合,避免出现抛光垫的磨损而产生的欠抛现象与刚性冲击。
复合抛光垫1具有一定的耐磨性和微量的弹性,加大了复合抛光垫1与球头球面的接触面积,提高了抛光效率和抛光精度,保障了陶瓷人工髋关节球头的轮廓面度。
具体地,复合抛光垫1的厚度D3为2~6mm;复合抛光垫1与齿形硅胶环3的粘接端通过胶体2粘接,粘接的胶体2为热熔胶体2,耐150C°以上的高温,粘黏性好,当抛光垫功能失效后,可以从齿形硅胶环3的粘接端撕除与更换,更换简便,节约成本。
本发明还提出一种上述复合杯形抛光轮的抛光方法,当要对陶瓷人工髋关节球头进行抛光时,首先应先检查复合杯形抛光轮配合是否吻合,复合抛光垫1是否合格,一般要求复合杯形抛光轮的直径应该比球头的直径略小一些,当复合抛光垫1不能满足要求,就要及时进行更换再进行安装。
具体的抛光方法,参见图1,包括以下步骤:
1)将陶瓷人工髋关节球头安装并固定在磨床的工件主轴上;
2)复合杯形抛光轮要通过安装孔5安装并固定在磨床的工具主轴上;
3)通过进给工具主轴,使复合杯形抛光轮和球头表面发生接触,再次进给D3/3的距离,复合抛光垫1发生变形,两者之间紧密接触,在安装过程中保持陶瓷人工髋关节球头的球心、复合杯形抛光轮的中心线与工件主轴的轴心线相交于一点,安装完成;
4)工件主轴带动球头沿着一个方向高速转动,工具主轴带动复合杯形抛光轮沿另一个方向进行较低速的转动,工件主轴与工具主轴的转动方向相反,同时工具主轴又以40°~60°/min的速度带动复合杯形抛光轮进行摆动运动,摆动运动要从一端到另一端往返数次,在工作过程中同样要保持陶瓷人工髋关节球头的球心、复合杯形抛光轮的中心线与工件主轴的轴心线相交于一点,对陶瓷人工髋关节球头的每个位置进行多次抛光运动,来完成对陶瓷关节球头的抛光工作。
当抛光过程不平稳出现振动时,齿形硅胶环3发生弹性变形,可以消除振动带来的影响。
作为本发明的一个优选实施例,以加工半径为16mm的球头为例,经过设计,复合杯形抛光轮的结构主要尺寸为:磨具半径为14mm,复合抛光垫1的轴向厚度4mm,齿形硅胶环3的厚度D4为10mm。如图8所示,由进给位移与力的关系计算结果分析曲线,可见,进给作用下,位移与力的关系成线性,也就是复合杯形抛光轮轴向刚度为16N/mm。因此,表明“进给位移与力”的关系具有线性特征,抛光加载易于控制。
综上,本发明提供的一种复合杯形抛光轮抛光方法,具有容易控制的进给力、便于更换抛光轮的磨削材料、工作稳定、抛光效率高、成本低等优点。
以上所述仅为本发明的实施例,并非以此限制本发明的保护范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的系统领域,均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
包括抛光轮体、弹性连接体和复合抛光垫;
所述弹性连接体固定在抛光轮体上,所述复合抛光垫的两个面分别为工作面和连接面,连接面与弹性连接体粘接在一起,工作面为凹球面。
2.根据权利要求1所述的一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
所述抛光轮体为杯状,在杯口处的内壁设有台阶孔结构,在杯口处的外沿设有多个齿形槽,相邻两齿形槽之间形成凸齿。
3.根据权利要求2所述的一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
所述齿形槽在杯口圆周均布,齿形槽的数量为偶数;凸齿的外圆弧长L与齿槽深度h1的比例范围为1:1~1.5。
4.根据权利要求3所述的一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
所述台阶孔的深度h2大于齿形槽的深度h1。
5.根据权利要求2-4任一所述的一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
所述弹性连接体为齿形硅胶环,齿形硅胶环为中空的管状结构,其两端结构分别为:粘接端与连接端,粘接端用于与复合抛光垫连接面粘接;连接端具有与抛光轮体的杯口处齿形槽和凸齿相匹配的结构。
6.根据权利要求5所述的一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
所述齿形硅胶环的粘接端为凹球面,通过胶体与复合抛光垫粘接。
7.根据权利要求6所述的一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
所述齿形硅胶环采用弹性耐高温硅胶材料制作,硬度范围为邵氏60~80。
8.根据权利要求7所述的一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
所述连接端的齿形槽与抛光轮体杯口处的齿形槽结构完全相同;连接端的台阶孔在齿形硅胶环的外侧,台阶孔的高度h3与抛光轮体台阶孔的深度h2相同。
9.根据权利要求8所述的一种复合杯形抛光轮,其特征在于:
所述复合抛光垫采用具有高弹性、高耐磨性的带微磨粒的绵纶纤维复合材料制成。
10.一种上述复合杯形抛光轮的抛光方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将陶瓷人工髋关节球头安装并固定在磨床的工件主轴上;
2)复合杯形抛光轮要通过安装孔5安装并固定在磨床的工具主轴上;
3)通过进给工具主轴,使复合杯形抛光轮和球头表面发生接触,再次进给D3/3的距离,复合抛光垫1发生变形,两者之间紧密接触,在安装过程中保持陶瓷人工髋关节球头的球心、复合杯形抛光轮的中心线与工件主轴的轴心线相交于一点,安装完成;
4)工件主轴带动球头沿着一个方向高速转动,工具主轴带动复合杯形抛光轮沿另一个方向进行较低速的转动,工件主轴与工具主轴的转动方向相反,同时工具主轴又以40°~60°/min的速度带动复合杯形抛光轮进行摆动运动,摆动运动要从一端到另一端往返数次,在工作过程中同样要保持陶瓷人工髋关节球头的球心、复合杯形抛光轮的中心线与工件主轴的轴心线相交于一点,对陶瓷人工髋关节球头的每个位置进行多次抛光运动,来完成对陶瓷关节球头的抛光工作。
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