مدل‌سازی و تحلیل حساسیت جهانی پارامترهای مؤثر بر زبری سطح در فرایند سنگ‌زنی استخوان کورتیکال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اراک'

2 گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اراک

3 استادیا گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اراک

10.61882/masm.5.1.20.
چکیده
در این پژوهش تجربی، تأثیر پارامترهای ماشین‌کاری بر زبری سطح استخوان در فرایند سنگ‌زنی بررسی شده است. سنگ‌زنی استخوان روشی پرکاربرد در جراحی‌های مغز، اعصاب و برداشت خار پاشنه محسوب می‌شود. باوجود استفاده از دستگاه‌های CNC و سامانه‌های رباتیک در این حوزه، انتخاب پارامترهای بهینه جهت دستیابی به کیفیت سطح مناسب، همچنان یک چالش اساسی است. در این تحقیق، نمونه‌هایی از استخوان قلم گاو تحت آزمایش قرار گرفتند. چهار پارامتر شامل سرعت دورانی، نرخ پیشروی، عمق برش و قطر ابزار مورد بررسی قرار گرفتند. به‌منظور تحلیل حساسیت زبری سطح نسبت به این پارامترها، از روش سوبول با کدنویسی در محیط پایتون استفاده شد. سپس، تحلیل نتایج و بهینه‌سازی شرایط فرایند با بهره‌گیری از روش سطح پاسخ در نرم‌افزار مینی تب انجام پذیرفت. نتایج نشان دادند که قطر ابزار، عمق برش و جهت استئون بیشترین تأثیر را بر زبری سطح دارند. مقدار بهینه زبری برابر با ۴۷/۱ میکرون، در شرایطی شامل سرعت دورانی ۳۰۰۰ دور بر دقیقه، نرخ پیشروی ۶۰ میلی‌متر بر دقیقه، عمق برش ۱/۰ میلی‌متر، قطر ابزار ۸ میلی‌متر و جهت عرضی استئون حاصل شد. تحلیل حساسیت نیز نقش غالب قطر ابزار در هر دو جهت استئون را تأیید کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Modeling and Global Sensitivity Analysis of Surface Roughness in Cortical Bone Grinding process

نویسندگان English

Ali Akhondi 1
Vahid Tahmasbi 2
mahdi qasemi 3
1 Department of mechanical engineering of Arak university of technology, Arak, Iran
2 Department of mechanical engineering of Arak university of technology, Arak, Iran
3 Department of mechanical engineering of Arak university of technology, Arak, Iran
چکیده English

This experimental study investigated the effect of machining parameters on the surface roughness of bone during the grinding process. Bone grinding is commonly used in neurosurgery, spinal operations, and heel spur removal. Despite using CNC machines and robotic systems in this field, selecting optimal process parameters to achieve desirable surface quality remains a significant challenge. In this research, bovine femur bone samples were subjected to experimental trials. Four parameters were examined, including spindle speed, feed rate, depth of cut, and tool diameter. The Sobol sensitivity analysis method was implemented using Python programming to assess surface roughness's sensitivity to these parameters. Subsequently, response surface methodology (RSM) in Minitab software was employed for results analysis and process optimization. The findings revealed that tool diameter, depth of cut, and osteon orientation had the most substantial influence on surface roughness. The optimum roughness value of 1.47 µm was obtained under specific conditions: spindle speed of 3000 rpm, feed rate of 60 mm/min, depth of cut of 0.1 mm, tool diameter of 8 mm, and across osteon orientation. The sensitivity analysis confirmed the dominant role of tool diameter in both longitudinal and across osteon orientations.

کلیدواژه‌ها English

Grinding
roughness
optimization
Sensitivity analysis
Cortical bone
دوره 5، شماره 1
بهار 1404
صفحه 20-42

  • تاریخ دریافت 13 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 03 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 18 خرداد 1404