بررسي تجربي، مدل‌سازي رياضي و بهينه‌سازي نيروهاي برش در فرآيند اتوماتيك فرزكاري استخوان كورتيكال

فرزكاري استحوان كورتيكال در جراحي‌هاي اورتوپدي مانند تعويض مفصل زانو، اوتولوژيك، ستون فقرات و تعويض مفصل ران استفاده ‌مي‌شود. نيروهاي برش ايجاد شده توسط ابزار برشي در طول فرزكاري استخوان كورتيكال به‌منظور كنترل سايش ابزار و همچنين اعمال نيروي مجاز به‌استخوان براي جلوگيري از شكستگي بايد كنترل شود. اين مطالعه به‌طور مشخص به‌مدل‌سازي پارامترهاي موثر در فرزكاري استخوان شامل سرعت برش، نرخ پيشروي، عمق برش و قطر ابزار با استفاده از روش سطح پاسخ براي پيش‌بيني نيروهاي برش مي‌پردازد. در اين روش ‌مي‌توان به‌صورت روشمند يك معادله رگرسيون خطي مرتبه دوم به‌منظور پيش‌بيني دقيق رفتار فرآيند فرزكاري استخوان ارايه نمود. همچنين از روش تحليل حساسيت آماري سوبل براي بررسي دقيق ميزان تاثير پارامترهاي ورودي روي رفتار نيروي برش بهره گرفته شده است. در اين پژوهش رفتار پارامترهاي مختلف ورودي به‌صورت جداگانه و برهم‌كنش آنها با يكديگر روي نيروي ماشين‌كاري مورد ارزيابي و تحليل قرارگرفته است. مولفه‌هاي نيروي برش در سه جهت پيشروي، عمود بر پيشروي و عمود بر سطح استخوان اندازه‌گيري و بررسي شد. نتايج به‌دست آمده نشان مي‌دهد مدل رياضي حاكم بر مساله عملكرد مناسبي در بازه پارامترهاي تعريف شده دارد و ‌مي‌تواند پيش‌بيني بسيار خوبي از رفتار نيرو ارايه نمايد. با انتخاب سرعت دوراني ۱۵۰۰دور بر دقيقه، نرخ پيشروي ۱۲ميلي‌متر بر دقيقه، قطر ابزار ۲ميلي‌متر و عمق برش ۰/۲ ميلي‌متر ‌مي‌توان به‌حداقل نيروي برش دست يافت. همچنين در خصوص حساسيت رفتار نيرو براساس تغيير پارامترهاي ورودي در بازه ‌آزمايش‌ها، بيشترين اثر مربوط به‌اثر عمق برش با۳۶/۳% تاثير و پس از به‌ترتيب نرخ پيشروي با ۲۸/۴%، قطر ابزار با ۲۷/۵% و سرعت دوراني با ۷/۸% است.