CN115446718A - 一种用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统及其抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其包括一工具电极，且所述工具电极的顶部连接有控制装置；所述工具电极的底部设置有一抛光槽，所述抛光槽的底部中心开设有通孔，所述通孔顶部设置有硅胶发泡条，所述抛光槽内设置有抛光液，所述硅胶发泡条和所述工具电极的底部端部均浸没在所述抛光液中，所述工具电极还连接有一电源；所述抛光槽的底部设置有一托板，所述托板开设有连通所述通孔的孔，所述托板的底部设置有吸盘，所述吸盘连接有真空发生器，所述真空发生器连接有空气压缩机。本发明基于电流变效应的装置可以根据设定的运动流程，结合多自由度的数控机床，实现对微型手术刀表面毛刺的有效去除，达到良好的抛光效果。

Description

一种用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统及其抛光方法

技术领域

本发明属于超精密加工领域，涉及一种用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统及其抛光方法。

背景技术

微型手术刀是医学上广泛使用的医疗器械之一，医生在进行神经、血管、耳鼻内腔等手术时，需要使用各式微型手术刀将手术点精准切开，微型手术刀的表面光洁度要求也比较高。传统的抛光加工方式主要借助抛光轮和抛光垫等工具，一方面这类抛光属于直接接触式加工，容易破坏加工工件的亚表面层，另一方面，在加工诸如微型手术刀这类的微小超精密工件时，由于抛光的工件表面尺寸微小，抛光的具体实施较为困难，而且对工件的材料去除不够均匀，传统抛光方式深受抛光对象尺寸的限制，抛光过程的整体可控性较差。

发明内容

为了克服传统抛光方式的不足，本发明提供一种用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统及其抛光方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其包括一工具电极，所述工具电极的形状为针状，且所述工具电极的顶部连接有控制装置；所述工具电极的下方设置有一抛光槽，所述抛光槽的底部开设有若干个通孔，所述通孔上方设置有用以放置待加工的手术刀的硅胶发泡条，所述抛光槽内设置有用于产生电流变效应的抛光液，所述手术刀和所述工具电极均浸没在所述抛光液中；还包括一电源，所述电源的正极连接所述手术刀，所述电源的负极相应连接所述工具电极。

优选的，所述抛光槽的底部设置有一托板，所述托板开设有连通所述通孔的中心孔，所述托板的底部设置有吸盘，所述吸盘连接有真空发生器，所述真空发生器连接有空气压缩机。

优选的，所述控制装置包括一伺服电机，所述工具电极设置在所述伺服电机的输出轴上，还包括一带动所述伺服电机进行多自由度移动的数控机械臂。

优选的，所述工具电极的下部端部设置有绝缘涂层，所述绝缘涂层的厚度为8～12微米。

优选的，所述电源为直流电源，且所述电源的电压大小为1～ 3kV。

优选的，所述伺服电机的转速为1000-2500r/min。

优选的，所述手术刀与所述工具电极之间具有1-2mm的间隙。

优选的，所述抛光液由磨料颗粒、分散相颗粒、连续相和添加剂组成。

优选的，所述磨料颗粒包括SiC磨料颗粒、金刚石磨料颗粒和氧化铝磨料颗粒中的一种或多种的组合，且所述磨料颗粒的粒径为 2～8μm，所述磨料颗粒占所述抛光液质量分数的10％～20％；所述分散相颗粒包括二氧化硅颗粒、硅颗粒和淀粉颗粒中的一种或多种的组合，所述分散相颗粒占所述抛光液质量分数的20％～50％；所述连续相包括绝缘性液体硅油、矿物油、石蜡油、煤油、甘油、多羟基聚合物中的一种或多种的组合，所述连续相占所述抛光液质量分数的20％～60％；所述添加剂包括去离子水、酸、碱、乙醇、二甲胺和表面活性剂中的一种或多种的组合，所述添加剂占所述抛光液质量分数的1％～5％。

一种基于上诉所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统的抛光方法，包括以下步骤：

S1，根据所述手术刀需磨削的毛刺大小，改变所述磨料颗粒的种类和尺寸，用以配置专用的所述抛光液。

S2，将所述电源的正极连接所述手术刀，所述电源的负极连接所述工具电极；

S3，将所述硅胶发泡条放置在所述抛光槽底部，覆盖在所述通孔上，将所述手术刀放置在所述硅胶发泡条上方，开启所述空气压缩机，将所述空气压缩机压缩的空气传输至所述真空发生器，借助所述吸盘对所述托板进行吸附，使所述手术刀被吸附并贴合在所述抛光槽内部；

S4，向所述抛光槽中加入配置完成的所述抛光液；

S5，设定所述伺服电机的转速，启动所述数控机械臂，对所述工具电极进行多自由度控制，调整所述工具电极与所述手术刀的间隙，设定抛光时间，最终完成对所述手术刀的抛光；

S6，抛光完成，重新装夹所述手术刀，进行下一轮抛光。

本发明的有益效果是：基于电流变效应的抛光方式适用范围大，可抛光材料广，适合微型手术刀的抛光。抛光过程中柔性抛光头贴合手术刀表面，能够去除均匀，结合数控机床的应用，可以很容易的保持稳定的去除率，同时具备较高的柔性。

附图说明

图1是用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统的结构示意图；

图2是本发明的使用状态结构的局部放大示意图；

图3是本发明的抛光液的微观示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-3所示，本发明提供一种用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其包括一工具电极10，工具电极10为针状电机，适合导体类微小工件的抛光，可以搭载在数控机床上用于微型的手术刀12 抛光。工具电极10的顶部连接有控制装置，控制装置包括伺服电机 1和数控机械臂6。工具电极10的下方设置有一抛光槽5，抛光槽5 的底部中心开设有若干个通孔18。通孔18的顶部设置有硅胶发泡条13，硅胶发泡条13的顶部设置有手术刀12。抛光槽5设置有用于产生电流变效应的抛光液4，手术刀12和工具电极10的底部端部均浸没在抛光液4中。还包括一电源7，电源7的正极连接手术刀12，电源7的负极连接工具电极10。抛光槽5的底部设置有一托板8，托板8开设有连通若干个通孔18的中心孔19，托板8的底部设置有吸盘9，吸盘9连接有真空发生器3，真空发生器3连接有空气压缩机2。

本发明在使用时，可通过真空发生器3产生的负压对设置在硅胶发泡条13上的手术刀12进行固定，减少了由于常规金属夹具夹持手术刀12带来的电场干扰。硅胶发泡条13放置在抛光槽5底部，且位于手术刀12正下方，借助真空发生器3对硅胶发泡条13的吸附，使硅胶发泡条13向中心凹陷，手术刀12的四周被吸附在凹陷的硅胶发泡条13内，以达到固定手术刀12的效果；同时硅胶发泡条13也有效防止抛光液4回流至吸盘9，方便实现后续手术刀12 的加工。

抛光槽5的通孔18略小于托板8的中心孔19，一方面方便托板8与吸盘9的连接，另一方面，考虑到抛光槽5内部中心的通孔 18必须全部被微型手术刀覆盖，并且手术刀12所需负压较低，为了保证手术刀12固定的稳定性，通孔18不宜过大，通孔18的直径为1～2mm。

工具电极10设置在伺服电机1的输出轴上，用以控制工具电极 10旋转，使用时可设定工具电极10的绕轴旋转速度，旋转速度的大小为1000～2500r/min。数控机械臂6设置在伺服电机1的一侧与伺服电机1连接，数控机械臂6能够带动工具电极10进行多自由度移动，能够调整工具电极10与手术刀12的间隙，间隙大小为1～ 2mm。

工具电极10的底部端部设置有绝缘涂脂层11，绝缘涂脂层11 的厚度为8～12微米，绝缘涂脂层11能够防止与手术刀12间隙过小而造成短路，用以保护手术刀12的表面。抛光过程中带有绝缘涂脂层11的工具电极10，其柔性的抛光头贴合手术刀12表面，去除均匀，结合控制装置的应用下，可以很容易的保持稳定的去除率，同时具备较高的柔性。

电源7为直流电源，且电源7的电压大小为1～3kV。工具电极 10连接电源7的负极，手术刀12连接电源7的正极。在外加电场的作用下，抛光液4在工具电极10附近发生电流变效应，有效提高液体粘度以及剪切强度，形成柔性抛光头。当工具电极10旋转时，伺服电机1在数控机械臂6的精准控制下带动柔性抛光头与手术刀 12的刀口表面发生相对运动，通过抛光液4内的磨料颗粒14与手术刀表面的摩擦实现手术刀12毛刺的去处，从而完成对手术刀12 的抛光加工，实现手术刀12表面光滑处理。

进一步地，抛光液4由磨料颗粒14、分散相颗粒15、连续相 16和添加剂组成。在外加电场的作用下，抛光液4的粘度、剪切强度显著增大，抛光液4内分散相颗粒15沿着电场方向呈链状分布，形成粒子链17，由于磨料颗粒14的粒度以及特性存在差异，磨料颗粒14会被吸附在该粒子链17上。在工具电极10作用下，手术刀 12与粒子链17发生相对运动，手术刀12表面与工具电极10接近处的抛光液4剪切强度急剧增大，磨料颗粒14随粒子链17与手术刀12表面进行摩擦，最终实现毛刺去除，完成可靠的抛光效果，实现了高质量、低能耗、响应速度快、可控性强的手术刀12表面抛光。

其中，磨料颗粒14包括SiC(碳化硅)磨料颗粒、金刚石磨料颗粒和氧化铝磨料颗粒中的一种或多种的组合，且磨料颗粒14的粒径为2～8μm，磨料颗粒14占抛光液4质量分数的10％～20％。

分散相颗粒15包括二氧化硅颗粒、硅颗粒和淀粉颗粒中的一种或多种的组合，分散相颗粒15占抛光液4质量分数的20％～50％。

连续相16包括绝缘性液体硅油、矿物油、石蜡油、煤油、甘油、多羟基聚合物中的一种或多种的组合，连续相16占抛光液4质量分数的20％～60％。

添加剂包括去离子水、酸(无机酸、有机酸)、碱、乙醇、二甲胺和表面活性剂中的一种或多种混合物。为了保证在电流变效应实现的同时降低漏电流密度，添加剂占抛光液4质量分数的1％～5％。

本发明还提供一种基于上述用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统的抛光方法，包括以下步骤：

S1，根据手术刀12需磨削的毛刺大小，改变磨料颗粒14的种类和尺寸，用以配置专用的抛光液4。毛刺大需要用大磨料颗粒14、高浓度的抛光液4；毛刺小，就用小磨料颗粒14、中等浓度的抛光液4。本发明针对所有手术刀12的最佳抛光液4配比如下：

抛光液4包含SiC磨料颗粒、液体硅油、二氧化硅颗粒、以及去离子水。连续相16为液体硅油，占抛光液4质量分数的40％；分散相颗粒15选用二氧化硅颗粒，占抛光液4质量分数的40％；磨料颗粒14选用SiC磨料颗粒，粒径为5μm，占抛光液4质量分数的 15％；添加剂为去离子水，占抛光液4质量分数的5％。

S2，将电源7的正极连接手术刀12，电源7的负极连接工具电极10。

S3，将硅胶发泡条13放置在抛光槽5底部，覆盖在通孔18上，将手术刀12放置在硅胶发泡条13的上方，开启空气压缩机2，将空气压缩机2压缩的空气传输至真空发生器3，借助吸盘9对托板8 进行吸附。真空吸附会使手术刀12挤压硅胶发泡条13并产生少量压缩量，如此手术刀12就被吸附并贴合在抛光槽5内部，达到密封的效果。除了实现密封外，硅胶发泡条13还可有效防止抛光液4回流至吸盘9，方便实现后续其余手术刀12的加工。

S4，向抛光槽5中加入配置完成的抛光液4，浸没手术刀12，并将工具电极10的底部端部浸入其中。

S5，可以设定伺服电机1的转速1500r/min，启动数控机械臂6，对工具电极10进行多自由度控制，调整工具电极10与手术刀12的间隙为1.5mm，设定抛光时间为15分钟，最终完成对微型手术刀12 的抛光，

S6，抛光完成，重新装夹手术刀，进行下一轮抛光。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其包括一工具电极，其特征在于：所述工具电极的形状为针状，且所述工具电极的顶部连接有控制所述工具电机运动的控制装置；所述工具电极的下方设置有一抛光槽，所述抛光槽的底部开设有若干个通孔，所述通孔上方设置有用以固定待加工的手术刀的硅胶发泡条，所述抛光槽内设置有用于产生电流变效应的抛光液，所述手术刀和所述工具电极均浸没在所述抛光液中；还包括一用于形成电场以提高所述抛光液德粘度和剪切强度的电源，所述电源的正极连接所述手术刀，所述电源的负极连接工具电极，以使所述抛光液内的磨料与所述手术刀发生相对运动并实现抛光。

2.根据权利要求1所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其特征在于，所述抛光槽的底部设置有一托板，所述托板开设有连通所述通孔的中心孔，所述托板的底部设置有吸盘，所述吸盘连接有真空发生器，所述真空发生器连接有空气压缩机。

3.根据权利要求2所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其特征在于，所述控制装置包括一带动所述工具电机旋转的伺服电机，所述工具电极设置在所述伺服电机的输出轴上，还包括一带动所述伺服电机进行多自由度移动的数控机械臂。

4.根据权利要求3所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其特征在于，所述工具电极的下部端部设置有绝缘涂层，所述绝缘涂层的厚度为8～12微米。

5.根据权利要求1所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其特征在于，所述电源为直流电源，且所述电源的电压大小为1～3kV。

6.根据权利要求3所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其特征在于：所述伺服电机的转速为1000-2500r/min。

7.根据权利要求4所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其特征在于，所述手术刀与所述工具电极之间具有1～2mm的间隙。

8.根据权利要求3所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其特征在于：所述抛光液由磨料颗粒、分散相颗粒、连续相和添加剂组成。

9.根据权利要求8所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统，其特征在于，所述磨料颗粒包括SiC磨料颗粒、金刚石磨料颗粒和氧化铝磨料颗粒中的一种或多种的组合，且所述磨料颗粒的粒径为2～8μm，所述磨料颗粒占所述抛光液质量分数的10％～20％；所述分散相颗粒包括二氧化硅颗粒、硅颗粒和淀粉颗粒中的一种或多种的组合，所述分散相颗粒占所述抛光液质量分数的20％～50％；所述连续相包括绝缘性液体硅油、矿物油、石蜡油、煤油、甘油、多羟基聚合物中的一种或多种的组合，所述连续相占所述抛光液质量分数的20％～60％；所述添加剂包括去离子水、酸、碱、乙醇、二甲胺和表面活性剂中的一种或多种的组合，所述添加剂占所述抛光液质量分数的1％～5％。

10.一种基于权利要求9所述的用于手术刀表面的抛光及去毛刺系统的抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，根据所述手术刀需磨削的毛刺大小，改变所述磨料颗粒的种类和尺寸，用以配置专用的所述抛光液；

S2，将所述电源的正极连接所述手术刀，所述电源的负极连接所述工具电极；

S3，将所述硅胶发泡条放置在所述抛光槽底部，覆盖在所述通孔上，将所述手术刀放置在所述硅胶发泡条上方，开启所述空气压缩机，将所述空气压缩机压缩的空气传输至所述真空发生器，借助所述吸盘对所述托板进行吸附，使所述手术刀被吸附并贴合在所述抛光槽内部；

S4，向所述抛光槽中加入配置完成的所述抛光液；

S5，设定所述伺服电机的转速，启动所述数控机械臂，对所述工具电极进行多自由度控制，调整所述工具电极与所述手术刀的间隙，设定抛光时间，最终完成对所述手术刀的抛光；

S6，抛光完成，重新装夹所述手术刀，进行下一轮抛光。

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