[发明专利]医用人工关节球表面微织构制备方法及加工装置

权利要求书

1.一种医用人工关节球表面微织构制备方法，包括以下步骤：

a、结合医用人工关节球表面的特点，建立微阵列研挤头，在微阵列研挤头的后端设置安装孔，在微阵列研挤头的前端间隔均布设置研磨柱；研磨柱为菱形、方形或圆形，其中，方形研磨柱和菱形研磨柱通过慢走丝线切割机加工而成，圆形研磨柱通过电火花反拷平动放电加工而成；研磨柱的直径或边长为100-500μm，研磨柱高度600-1000μm，研磨柱的均布间距20-80μm；利用研磨柱在关节球表面加工出的微坑结构，具有很好的储油润滑性能，超声加工的纹理尺度起着承载的作用；

b、设置超声换能器，超声换能器的后端与研挤刀柄连接，超声换能器的螺旋式变幅杆的前端通过双头螺栓与微阵列研挤头的后端连接，螺旋式变幅杆上设置有螺旋槽，在超声振动纵向分量基础上引入了扭转分量，产生具有特定纵扭振动幅比的单激励纵扭共振模态；

c、将研挤刀柄安装在机床的刀架或主轴上，将医用人工关节球连接在机床卡盘上，研挤刀柄随着机床刀架或主轴运转，带动微阵列研挤头径向进给挤压，研挤刀柄起到支撑和回转运动的作用，超声换能器将通过感应线圈处输入的电功率转化为超声波机械振动形式，经螺旋式变幅杆将振动传递至微阵列研挤头，最后作用在医用人工关节球的表面上；

d、微阵列研挤头绕工件球心回转进给运动，同时给予不同种类的流量从小到大从缓到急冷的冷却液进行冷却，完成整个球面的研挤加工，加工出微织结构。

2.根据权利要求1所述的医用人工关节球表面微织构制备方法，其特征是：医用人工关节球采用钛合金Ti-6Al-4V制成，通过不同工作模态、不同振动维数、不同振幅、频率和功率对高速旋转工件进行超声研挤。

3.一种医用人工关节球表面微织构加工装置，包括超声换能器，其特征是：所述超声换能器的螺旋式变幅杆的端部开设螺旋槽，将单激励的纵向振动转换为纵-扭振动，通过改变螺旋槽的结构参数，来改变纵-扭幅值比，所述超声换能器的后端与研挤刀柄连接，所述螺旋式变幅杆的前端通过双头螺栓与微阵列研挤头的后端连接，所述微阵列研挤头的前端间隔均布设置研磨柱，所述研挤刀柄安装在机床的刀架或主轴上，随着机床刀架或主轴运转，带动微阵列研挤头径向进给挤压，超声换能器将通过感应线圈处输入的电功率转化为超声波机械振动形式，经螺旋式变幅杆将振动传递至微阵列研挤头，最后作用在医用人工关节球的表面上，加工出微织结构；所示研磨柱为菱形、方形或圆形，其中，方形研磨柱和菱形研磨柱通过慢走丝线切割机加工而成，圆形研磨柱通过电火花反拷平动放电加工而成；所述研磨柱的直径或边长为100-500μm，所述研磨柱高度600-1000μm，所述研磨柱的均布间距20-80μm；利用所述研磨柱在关节球表面加工出的微坑结构，具有很好的储油润滑性能，超声加工的纹理尺度起着承载的作用。

4.根据权利要求3所述的医用人工关节球表面微织构加工装置，其特征是：所述微阵列研挤头绕工件球心回转进给运动，完成整个球面的研挤加工。

5.根据权利要求3所述的医用人工关节球表面微织构加工装置，其特征是：医用人工关节球采用钛合金Ti-6Al-4V制成，通过不同工作模态、不同振动维数、不同振幅、频率和功率对高速旋转工件进行超声研挤；同时给予不同种类的流量从小到大从缓到急冷的冷却液进行冷却，最终在关节球上加工出表面微织构。