軸向低頻振動(dòng)對(duì)皮質(zhì)骨鉆削進(jìn)給力的影響試驗(yàn)與分析

白小帆 劉志強(qiáng) 劉彥士

1.河北工程大學(xué)機(jī)械與裝備工程學(xué)院,邯鄲,0560382.河北工程大學(xué)后勤管理處,邯鄲,0560383.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨與關(guān)節(jié)外科,瀘州,646000

0 引言

隨著新式骨折固定/矯形技術(shù)和關(guān)節(jié)假體植入手術(shù)的普及,骨鉆削操作已經(jīng)成為骨外科手術(shù)中的必要操作之一[1]。在骨鉆削過程中,過大的鉆削力不僅會(huì)直接導(dǎo)致在骨組織中產(chǎn)生裂紋等機(jī)械損傷,同時(shí),過大的鉆削力還會(huì)產(chǎn)生較高的溫升[2]。骨細(xì)胞的活性對(duì)溫度非常敏感,在溫度超過47 ℃并維持1 min以上時(shí)骨細(xì)胞將會(huì)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的熱損傷[3],這些附加損傷(機(jī)械損傷和熱損傷)會(huì)導(dǎo)致骨細(xì)胞萎縮、壞死和骨組織強(qiáng)度降低,產(chǎn)生固定螺絲松動(dòng)和假體失穩(wěn)等情況,顯著影響術(shù)后治療效果[4],因此,在醫(yī)療骨鉆削過程中需要嚴(yán)格限制鉆削力以減少骨組織受到的機(jī)械損傷和熱損傷。

在過去的幾十年中,大量學(xué)者對(duì)醫(yī)療骨鉆削加工進(jìn)行了研究。目前,學(xué)者對(duì)常規(guī)鉆削(conventional drilling, CD)方式下的鉆削工藝參數(shù)、鉆頭幾何尺寸和冷卻液等因素對(duì)骨鉆削過程中鉆削力和溫升的影響已達(dá)成共識(shí)[5-6]。SEZEK等[5]、SINGH等[6]和ALAM等[7]的試驗(yàn)結(jié)果顯示,鉆削力隨主軸轉(zhuǎn)速增大而減小;增大的進(jìn)給速度會(huì)導(dǎo)致鉆削力隨之增大。LUGHMANI等[8]通過建立有限元仿真模型對(duì)進(jìn)給力進(jìn)行了研究。冷卻液(生理鹽水或純凈水)的使用不僅可以有效降低溫升還可以減少附加損傷[9-10],但其使用往往受到病患部位和手術(shù)情況等因素制約[11]。

ALAM等[12]、SINGH等[13]和SUGITA等[14]將超聲振動(dòng)輔助鉆削(ultrasonic vibration-assisted drilling, UVAD)方式引入醫(yī)療骨鉆削領(lǐng)域并進(jìn)行了大量研究。在鉆削力方面,試驗(yàn)結(jié)果表明在相同的鉆削參數(shù)下,UVAD方式可以大幅減小切削力和扭矩[15-17]。ALAM等[18-19]還對(duì)振動(dòng)頻率和振幅對(duì)鉆削力和溫度的影響進(jìn)行了試驗(yàn)。目前將低頻振動(dòng)鉆削(low-frequency vibration-assisted drilling, LFVAD)方式應(yīng)用在醫(yī)療骨鉆削領(lǐng)域的研究還較少。BAI等[20]的試驗(yàn)結(jié)果顯示:在相同的鉆削參數(shù)下,LFVAD方式可以獲得比CD和UVAD方式更低的溫升。WANG等[21]發(fā)現(xiàn)在使用振動(dòng)頻率為5～20 Hz、振幅為0.1～0.5 mm時(shí),LFVAD方式的鉆削溫度隨著振動(dòng)頻率和振幅的增大而降低。趙琪等[22]使用低頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)方式進(jìn)行了牛皮質(zhì)骨鉆削試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果顯示,與CD方式相比,低頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)骨鉆削的軸向力和扭矩下降了約20%。

在橫刃進(jìn)給力方面, LEE等[23]的試驗(yàn)結(jié)果表明,源自鉆頭橫刃部分的進(jìn)給力約占進(jìn)給力總量的一半,顯著地影響進(jìn)給力數(shù)值。BONO等[24]基于塑性流動(dòng)加工理論建立了橫刃進(jìn)給力模型和計(jì)算表達(dá)式。REILLY[25]使用臨界距離理論建立了皮質(zhì)骨的斜楔壓入斷裂試驗(yàn)。LEE等[23]和SUI等[26]將基于滑移線理論的Kachanov斜楔力公式應(yīng)用于骨鉆削并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。以上研究均是針對(duì)CD方式,目前對(duì)LFVAD方式下鉆頭橫刃部分進(jìn)給力的理論研究與試驗(yàn)很少。

本文為了系統(tǒng)地研究軸向低頻振動(dòng)對(duì)皮質(zhì)骨鉆削過程中進(jìn)給力的影響,進(jìn)行了LFVAD方式下鉆頭運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得出鉆頭-工件周期性分離的判定準(zhǔn)則;進(jìn)行了CD和LFVAD方式全鉆頭進(jìn)給力對(duì)比試驗(yàn);創(chuàng)新性地測(cè)試了鉆頭橫刃部分對(duì)進(jìn)給力的影響;依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果和典型骨屑形態(tài),對(duì)LFVAD方式的瞬態(tài)加工過程和進(jìn)給力減小的原因進(jìn)行了討論。

1 軸向振動(dòng)鉆削的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

鉆頭復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)使得鉆頭頂部各點(diǎn)的幾何參數(shù)和鉆削參數(shù)隨著徑向距離r的變化而變化。為了對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行量化分析和研究,首先將鉆頭分為切削刃和橫刃兩部分,如圖1所示。在鉆削過程中,切削刃主要進(jìn)行切削加工以去除鉆削區(qū)域內(nèi)的工件材料;橫刃則持續(xù)壓入工件,為鉆削過程提供穩(wěn)定性。其中,切削刃部分可再次分割為一系列獨(dú)立執(zhí)行斜角切削的切削單元。

(a)切削刃和橫刃

對(duì)于CD方式,控制鉆頭軸向運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給速度vf和控制鉆頭旋轉(zhuǎn)的主軸轉(zhuǎn)速ns是最主要的工藝參數(shù)。與這兩個(gè)參數(shù)直接相關(guān)的切削速度vc、切削前角α和切削厚度H等均是影響鉆削力、溫度和加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。如圖2所示,在LFVAD方式中由于鉆頭疊加了軸向簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)方程變?yōu)?/p>

(a)CD方式 (b)LFVAD方式

z(t)=-vft+Asin(2πft+φ)

(1)

(2)

式中,A、f和φ分別為疊加在鉆頭上軸向振動(dòng)的振幅、頻率和初始相位。

鉆頭疊加的軸向簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)使得切削單元由CD方式中平滑的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檠仡愃普仪€軌跡運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致已加工表面和切削區(qū)域在鉆削過程中發(fā)生變化。設(shè)從任意時(shí)刻t0開始,鉆頭旋轉(zhuǎn)一周后產(chǎn)生的加工表面S可以表示為兩個(gè)切削刃軌跡S1和S2的最小值,即

S1(t)=-vf(t0+t)+Asin(2πf(t0+t))

(3)

S2(t)=-vf(t0+t+Δt)+Asin(2πf(t0+t+Δt))

(4)

S(t)=min(S1(t),S2(t))

(5)

Δt=30/ns

式中,Δt為兩個(gè)切削刃旋轉(zhuǎn)到同一角度的時(shí)間差。

切削刃在下一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期的運(yùn)動(dòng)軌跡S3可以表示為

(6)

切削厚度H可以用已加工表面S和切削刃在下一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期的運(yùn)動(dòng)軌跡S3的差值表示:

(7)

S(t)-S3(t)≥0

依據(jù)式(3)～式(7)可以得出位于直徑3 mm鉆頭切削刃最外緣的切削單元在旋轉(zhuǎn)一周過程中生成的加工表面S、下一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期中切削單元的運(yùn)動(dòng)軌跡S3和切削區(qū)域,如圖2所示。圖中鉆削參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)為:vf=30 min/min,ns=600 r/min,A=0.05 mm,f=50 Hz。

類似正弦曲線的切削軌跡和不規(guī)則的已加工表面,使得LFVAD方式下的切削厚度H、切削速度vc和切削前角α等參數(shù)由CD方式的恒定數(shù)值變?yōu)橐蕾囥@削參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)的時(shí)變函數(shù)。

(8)

切削刃上第i個(gè)切削單元的切削速度vc,i可以表示為

(9)

(10)

(11)

i=1,2,3,…,N

式中,vx,i為第i個(gè)切削單元對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度;ri為第i個(gè)切削單元到鉆頭軸心的徑向距離;wc為切削單元寬度;N為切削刃上切削單元數(shù)量;bw為半橫刃厚度;φc為橫刃角。

鉆頭的軸向運(yùn)動(dòng)還產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化的附加前角:

(12)

使得切削單元在進(jìn)行切削作業(yè)時(shí)的實(shí)際前角αreal,i變?yōu)?/p>

αreal,i(t)=αn,i+αoff,i(t)

(13)

(14)

式中,αn,i為第i個(gè)切削單元對(duì)應(yīng)的幾何前角;γ和ρ分別為鉆頭的螺旋角和半頂角。

2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

由于牛皮質(zhì)骨和人骨的物理性質(zhì)類似(如表1所示)[27],因此采用新鮮牛股骨中段作為骨試樣。為了防止冷凍-解凍過程導(dǎo)致力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,所有的牛股骨均在試驗(yàn)當(dāng)天購(gòu)買。在將整根牛股骨中段鋸斷并將外表面和內(nèi)部殘留的軟組織清除后,將骨試樣浸泡在生理鹽水中以防脫水[28]。

表1 人骨和牛皮質(zhì)骨參數(shù)對(duì)比[29]

在試驗(yàn)中使用的鉆削設(shè)備和測(cè)量?jī)x器如圖3所示。采用自主設(shè)計(jì)的低頻振動(dòng)鉆削設(shè)備,主要裝配有雙電機(jī)自同步低頻激振模塊(TB50/2s-2偏心電機(jī),在激振頻率50 Hz時(shí)激振力為150 N)、主軸伺服電機(jī)(三菱HG-KN73J-S100,日本)、控制系統(tǒng)(三菱Fx-3U PLC控制器,日本)和人機(jī)交互(步科GH070觸摸屏)等模塊。在試驗(yàn)前使用激光振動(dòng)測(cè)量?jī)x(PLOYTEC OFV-505/5000,德國(guó))對(duì)鉆削設(shè)備的振動(dòng)參數(shù)(A=0.05 mm,f=50 Hz)進(jìn)行標(biāo)定。使用六軸測(cè)力儀(Kistler 9257B,瑞士)記錄鉆削過程中的進(jìn)給力。

(a)組成設(shè)備

由于在醫(yī)療骨鉆削中經(jīng)常需要制作1.5～5.5 mm的骨孔[30-31],因此在本次試驗(yàn)中使用直徑3 mm的無(wú)涂層高速鋼標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭(Stanley 95-205-23),其頂角為118°,螺旋角為30°。為了清晰地顯示出軸向低頻振動(dòng)對(duì)橫刃部分的影響,使用高速鋼(high speed steel, HSS)制作了與試驗(yàn)中所使用鉆頭橫刃部分相同幾何尺寸的斜楔。同時(shí),為了測(cè)試斜楔頂角對(duì)進(jìn)給力的影響,將斜楔頂角分別設(shè)計(jì)為90°、120°、150°和半圓形,如圖4所示。

(a)90° (b)半圓形

依據(jù)骨科醫(yī)生的建議并結(jié)合文獻(xiàn)[32-34]中鉆削參數(shù)的設(shè)定值,在全鉆頭進(jìn)給力對(duì)比試驗(yàn)中將主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度分別設(shè)定在200～1000 r/min和10～50 mm/min區(qū)間內(nèi),并設(shè)置為5水平,如表2所示。采用隨機(jī)參數(shù)方式進(jìn)行鉆孔作業(yè),每個(gè)鉆削參數(shù)下重復(fù)3次以減小誤差。在鉆削過程中未使用潤(rùn)滑和冷卻措施。

表2 鉆削參數(shù)設(shè)置

由于在0～50 mm/min進(jìn)給速度下橫刃鉆削過程中產(chǎn)生的進(jìn)給力過大,超出了鉆削設(shè)備的承受范圍,因此在橫刃進(jìn)給力試驗(yàn)中將進(jìn)給速度設(shè)定為1,2,3 mm/min,主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為600 r/min。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 對(duì)全鉆頭進(jìn)給力的影響

由圖5可以看出,LFVAD方式的進(jìn)給力在各個(gè)采樣點(diǎn)的進(jìn)給力數(shù)值均小于CD方式的進(jìn)給力數(shù)值。兩者差值在主軸轉(zhuǎn)速為200 r/min和進(jìn)給速度為50 mm/min時(shí)最大:LFVAD方式約為80 N進(jìn)給力,與CD方式中約為200 N的進(jìn)給力相比減小了約60%。在兩種鉆削方式下,進(jìn)給力隨著鉆削參數(shù)的變化具有相同的變化趨勢(shì),即在相同的進(jìn)給速度下,進(jìn)給力均隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小;在相同的主軸轉(zhuǎn)速下,進(jìn)給力隨著進(jìn)給速度的增大而近似線性增大(如圖5中虛線所示)。此外還可以看出,在相同的進(jìn)給速度下,兩種鉆削方式之間的進(jìn)給力差值隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而顯著減小。表3中的進(jìn)給力數(shù)值變化清晰地顯示出在相同的進(jìn)給速度下,CD和LFVAD方式的進(jìn)給力均隨主軸轉(zhuǎn)速增大而減小的趨勢(shì)和兩者之間進(jìn)給力差值也隨主軸轉(zhuǎn)速增大而減小的趨勢(shì)。

表3 進(jìn)給速度為30 mm/min時(shí)進(jìn)給力對(duì)比

圖5 不同鉆削參數(shù)下CD和LFVAD方式的進(jìn)給力對(duì)比

可以認(rèn)為,在LFVAD方式下,進(jìn)給力減小的主要原因是其獨(dú)特的鉆頭-工件周期性分離運(yùn)動(dòng)。周期性分離運(yùn)動(dòng)使進(jìn)給力產(chǎn)生與軸向振動(dòng)同頻率的周期性變動(dòng),從而使進(jìn)給力均值明顯減小。對(duì)于軸向振動(dòng)鉆削過程中的進(jìn)給力,隈部淳一郎[35]認(rèn)為,附加在鉆頭上的軸向振動(dòng)使工件在鉆削過程中受到壓縮力和拉伸力的交替作用,進(jìn)給力F由平均力F1和由軸向振動(dòng)引發(fā)的周期力F2組成:

F=F1+F2sin(2πft)

(15)

以兩種鉆削方式差值最大的主軸轉(zhuǎn)速200 r/min和進(jìn)給速度50 mm/min時(shí)為例,圖6示出了鉆削過程中5～5.04 s期間(包含2個(gè)振動(dòng)周期),LFVAD方式的進(jìn)給力采樣值和擬合曲線?？梢钥闯?LFVAD方式的進(jìn)給力是由約80 N的平均力F1和約75 N的周期力F2組成的。

3.2 對(duì)瞬態(tài)加工過程的影響

進(jìn)一步對(duì)LFVAD方式運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),LFVAD方式的周期性進(jìn)給力變化是由其獨(dú)特的間斷性瞬態(tài)加工過程導(dǎo)致的。以主軸轉(zhuǎn)速600 r/min和進(jìn)給速度30 mm/min時(shí)為例,依據(jù)鉆頭-工件周期性分離判定準(zhǔn)則(式(8))可以得出,此時(shí)鉆頭與骨組織之間可以實(shí)現(xiàn)周期性分離運(yùn)動(dòng),如圖2所示。在一個(gè)振動(dòng)切削周期內(nèi),切削單元在CD方式中連續(xù)切削過程(ABC階段)在LFVAD方式中變?yōu)榍邢麟A段(AB階段)和脫離階段(BC階段)兩個(gè)部分,變?yōu)殚g斷性切削作業(yè)。

LFVAD方式下切削單元的運(yùn)動(dòng)軌跡和切削區(qū)域展開后如圖7所示。由于鉆頭上分別位于兩條切削刃上切削單元的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生交叉,使得鉆頭旋轉(zhuǎn)k周后產(chǎn)生的加工表面為不規(guī)則曲線。在第k+1周中,位于1號(hào)切削刃上的切削單元的運(yùn)動(dòng)軌跡與第k周旋轉(zhuǎn)的已加工表面相互交叉,從而將加工過程分為ABC切削階段和CD脫離階段兩個(gè)部分。

圖7 LFVAD方式下切削單元的運(yùn)動(dòng)軌跡和切削區(qū)域

圖7中ABC切削階段又可以依據(jù)切削刃的運(yùn)動(dòng)方向分為AB壓下階段和BC提升階段。依據(jù)式(9)和式(13)可以計(jì)算得出,在AB壓下階段中,切削刃以大于CD方式的切削速度和切削前角侵入骨組織,減小了切屑的變形量并且使切削過程更加容易進(jìn)行[36],減小了切削過程中所需的切削力。在BC提升階段中,雖然小于CD方式的切削前角值,但此時(shí)鉆頭向進(jìn)給方向的反方向運(yùn)動(dòng),減小的切削前角有利于增大反向切削力,同樣可以減小進(jìn)給力。在CD分離階段由于鉆頭與骨組織脫離接觸,因此在此階段內(nèi)無(wú)鉆削力(如圖6中進(jìn)給力數(shù)值接近0的采樣點(diǎn)),這使得LFVAD方式在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)的鉆削力均值大幅減小。

使用典型骨屑形態(tài)對(duì)兩種鉆削方式的瞬態(tài)加工過程進(jìn)行驗(yàn)證。在主軸轉(zhuǎn)速600 r/min和進(jìn)給速度30 mm/min設(shè)定下分別使用兩種鉆削方式在4塊骨試樣上進(jìn)行了20次鉆削操作。對(duì)收集到的骨屑進(jìn)行篩分并計(jì)算出粒度分布,如圖8所示。

圖8 骨屑粒度分布對(duì)比

與LFVAD方式相比,CD方式存在粒度大于0.84 mm的骨屑(質(zhì)量占比約為20%),經(jīng)光學(xué)和掃描電鏡(Phenom ProX,荷蘭)觀察為連續(xù)螺旋骨屑,如圖9a和圖9c所示。LFVAD方式的骨屑集中分布于0.25 mm和0.42 mm區(qū)間(質(zhì)量占比約為80%),如圖9b和圖9d所示。CD方式產(chǎn)生的連續(xù)螺旋狀骨屑說明其在設(shè)定鉆削參數(shù)下,瞬態(tài)加工過程為恒定參數(shù)的連續(xù)穩(wěn)態(tài)塑性切削過程。LFVAD方式下產(chǎn)生的典型切屑形態(tài)為瓣?duì)?結(jié)合圖7中的弧形切削區(qū)域,可以驗(yàn)證其在設(shè)定鉆削和振動(dòng)參數(shù)下的間斷性瞬態(tài)加工過程。

(a)CD光學(xué)圖 (b)LFVAD光學(xué)圖

3.3 對(duì)橫刃部分進(jìn)給力的影響

圖10示出了鉆頭橫刃部分的進(jìn)給力對(duì)比結(jié)果。首先,在兩種鉆削方式下,橫刃部分進(jìn)給力與全鉆頭進(jìn)給力情況相似,均隨著進(jìn)給速度的增大而增大。這主要是由于隨著進(jìn)給速度的增大,要求斜楔在單位時(shí)間內(nèi)移除更多的骨組織,因此需要更大的進(jìn)給力。其次,橫刃進(jìn)給力均隨著鉆削深度的增大而近似線性增大。最后,LFVAD方式下橫刃進(jìn)給力顯著小于CD方式的橫刃進(jìn)給力。這同樣是因?yàn)樵谠囼?yàn)設(shè)定的鉆削和振動(dòng)參數(shù)下,斜楔在LFVAD方式下可以實(shí)現(xiàn)周期性分離運(yùn)動(dòng)。附加的軸向振動(dòng)使斜楔具有比CD方式更高的接觸速度,且周期性分離運(yùn)動(dòng)使斜楔對(duì)骨組織產(chǎn)生周期性沖擊,使得斜楔更容易侵入、破壞和移除骨組織。因此,在LFVAD方式下進(jìn)給力均值顯著小于CD方式的進(jìn)給力均值。依據(jù)表4中的測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出,與CD方式相比,LFVAD方式的進(jìn)給力顯著減小了60%～80%。

表4 橫刃部分進(jìn)給力對(duì)比

圖10 CD和LFVAD方式下橫刃部分進(jìn)給力對(duì)比

為了測(cè)試斜楔頂角對(duì)進(jìn)給力的影響,在進(jìn)給速度為3 mm/min時(shí)測(cè)試了不同斜楔頂角對(duì)進(jìn)給力的影響,結(jié)果如圖11所示。可以看出,在CD方式下進(jìn)給力與斜楔頂角的大小成正比,且半圓形頂角的斜楔所需的進(jìn)給力最大。

圖11 斜楔頂角對(duì)進(jìn)給力的影響

為了觀察不同頂角在侵入過程中對(duì)骨組織的影響,使用超景深顯微鏡(Zeiss Smart 5,德國(guó))對(duì)90°和半圓形頂角的斜楔在骨組織上的壓痕進(jìn)行觀察,結(jié)果如圖12所示。對(duì)于半圓形斜楔來(lái)說,根據(jù)壓痕周圍較少的骨屑和壓痕內(nèi)部光滑的表面可以認(rèn)為其在侵入過程中產(chǎn)生的是塑性變形,因此需要更大的進(jìn)給力;與之相對(duì)應(yīng)的90°斜楔頂角在侵入過程中在骨組織接觸面上產(chǎn)生了明顯的破壞作用,同時(shí)在壓痕附近發(fā)現(xiàn)有大量的粉末狀骨屑,從而說明具有較小頂角的斜楔具有較大的破壞能力,有利于侵入骨組織。

(a)半圓形 (b)90°

4 結(jié)論

本文主要采用理論分析和對(duì)比試驗(yàn)的方式研究了軸向低頻振動(dòng)鉆削(LFVAD)方式對(duì)骨鉆削過程中進(jìn)給力的影響,主要結(jié)論如下:

(1)受附加軸向振動(dòng)的影響,LFVAD方式將常規(guī)鉆削(CD)方式中恒定切削參數(shù)的連續(xù)切削加工過程變?yōu)橹芷谛宰兓臅r(shí)變參數(shù)切削加工過程。在特定的鉆削參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)配合下,可以實(shí)現(xiàn)鉆頭與工件之間獨(dú)特的周期性分離運(yùn)動(dòng),將瞬態(tài)加工過程變?yōu)殚g斷性切削加工過程。

(2)在試驗(yàn)設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi),LFVAD方式全鉆頭進(jìn)給力比CD方式全鉆頭進(jìn)給力最大可減小60%。兩種鉆削方式的進(jìn)給力均隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小,隨進(jìn)給速度的增大而增大。在相同的進(jìn)給速度下,兩種鉆削方式之間進(jìn)給力差值隨著主軸轉(zhuǎn)速的增大而迅速減小。

(3)LFVAD方式可以顯著減小鉆頭橫刃部分進(jìn)給力。在試驗(yàn)設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi),LFVAD方式橫刃部分進(jìn)給力比CD方式橫刃部分進(jìn)給力減小60%～80%。同時(shí),橫刃進(jìn)給力的大小與進(jìn)給速度、侵入深度和斜楔頂角的大小成正比。

(4)結(jié)合理論分析和試驗(yàn)結(jié)果可以認(rèn)為,LFVAD方式的周期性分離運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的間斷性切削過程和沖擊作用是鉆頭切削刃部分和橫刃部分進(jìn)給力減小的主要原因。