本實用新型涉及人工關(guān)節(jié)超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，實用新型了針對鈷基合金人工關(guān)節(jié)自由曲面高效拋光的新型拋光盤。

背景技術(shù)：

人工關(guān)節(jié)用金屬材料作為重要的生物材料組成部份，近20年來得到了長足的發(fā)展。人工關(guān)節(jié)作為模擬人體關(guān)節(jié)制成的植入性假體，以代替病變或損傷的關(guān)節(jié)并恢復(fù)其功能，目前主要以髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)置換為主。醫(yī)用鈷基合金具有良好的耐腐蝕性能、耐磨損性能和抗熱疲勞性能，熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)較低，楊氏模量不隨其強度變化而變化，生物相容性好，因而被廣泛應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)領(lǐng)域。而超光滑的鈷基合金表面將使人工關(guān)節(jié)具有更為優(yōu)越的使用性能，例如鈷基合金人工髖關(guān)節(jié)，理想的表面質(zhì)量將有助于進一步減少使用過程中的磨損，增加使用壽命；此外，鈷基合金人工膝關(guān)節(jié)的表面細菌粘附程度將和其表面粗糙度成正比，超光滑的鈷基合金人工關(guān)節(jié)將有助于減少菌斑堆積，預(yù)防腐蝕。拋光盤則是用來對人工關(guān)節(jié)曲面精密拋光加工的一個重要部件。

目前存在的拋光盤底部大都采用剛性的圓盤以支撐磨粒，因此這類拋光盤只能加工平面工件，因此對鈷基合金人工關(guān)節(jié)的自由曲面很難拋光加工。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種適用于曲面精密拋光加工、具有一定的自適應(yīng)性，可加工一定曲率的曲面，擴大了加工范圍的變剛度錐形螺旋彈簧陣列拋光盤。

本實用新型所述的變剛度錐形螺旋彈簧陣列拋光盤，其特征在于：包括拋光盤本體、錐形螺旋彈簧陣列、拋光墊以及半球形支架，所述拋光盤本體的上部設(shè)有拋光腔，所述拋光盤本體底部與受電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)工作臺固接旋轉(zhuǎn)工作臺，實現(xiàn)拋光盤本體繞其中心軸周向旋轉(zhuǎn)；所述拋光盤本體的拋光腔內(nèi)底面裝有錐形螺旋彈簧陣列；所述錐形螺旋彈簧陣列的上表面貼覆用于支撐磨粒和防水保護的拋光墊；所述錐形螺旋彈簧陣列包括若干相互獨立的錐形螺旋彈簧，每個錐形螺旋彈簧對應(yīng)一個半球形支架，所述錐形螺旋彈簧的小口徑端與所述拋光盤本體的內(nèi)底面固接，所述錐形螺旋彈簧的大口徑端與相應(yīng)的半球形支架底部固接，所述半球形支架上部的弧形曲線與拋光墊的下表面接觸；所述拋光墊的邊沿與所述拋光盤本體的拋光腔內(nèi)壁密封貼合，所述拋光墊的上表面覆蓋磨粒層，并且磨粒層上填充用于潤滑和散熱的拋光液。

所述錐形螺旋彈簧的縱向高度一致，并且所述錐形螺旋彈簧沿其軸向從上到下相鄰節(jié)距漸減，相鄰螺旋升角漸減；由于磨粒與自由曲面接觸過程中存在各向異性，因此所述錐形螺旋彈簧單體采用上疏下密的設(shè)計可使變剛度錐形彈簧產(chǎn)生足夠的微調(diào)角α，使對磨粒的支撐獲得一定程度上的方向可調(diào)，從而提升磨粒加工的曲面適應(yīng)性。

所述錐形螺旋彈簧均勻分布在拋光盤本體的內(nèi)底面。

相鄰兩個所述半球形支架弧形曲面之間存在用于容納拋光墊冗余部分的空間，以無定形的形態(tài)存在，工作過程中可被拉伸或者壓縮，從而保證錐形彈簧接觸變形時不撕毀拋光墊。

所述拋光墊為復(fù)合薄膜，復(fù)合薄膜是由聚合有機硅和無機多聚體構(gòu)成，厚度為0.5mm～2mm。

所述錐形螺旋彈簧陣列是由多個具有良好平行度和光潔度的所述錐形螺旋彈簧構(gòu)成，各個所述錐形螺旋彈簧密集排布，相互之間獨立運動。所述錐形螺旋彈簧單體的制造過程為：在毛坯制成彈簧鋼后進行淬火和回火處理，然后端面經(jīng)車削精密加工，進而獲得具有良好平行度和光潔度的所述錐形螺旋彈簧單體。所述錐形螺旋彈簧單體采用上疏下密的設(shè)計方法，在彈簧受力過程中實現(xiàn)變剛度。單個所述剛性半球形支架的底部與單個所述錐形螺旋彈簧陣列相粘連，使各個所述剛性半球形支架在工作過程中不脫離。任意兩個所述剛性半球形支架之間存在薄膜冗余部分，工作過程中可被拉伸或者壓縮。

工作原理：所述拋光盤底部由電機驅(qū)動實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。所述拋光墊上方為所述麿粒層和所述拋光液，所述人工關(guān)節(jié)從上向下做進給運動。當所述人工關(guān)節(jié)運動到與所述磨粒層接觸時開始拋光加工，由于所述人工關(guān)節(jié)為不規(guī)則曲面，因此在所述人工關(guān)節(jié)接觸到所述磨粒層時，由于錐形螺旋彈簧受到各向異性外力而產(chǎn)生接觸變形。所述錐形螺旋彈簧單體采用上疏下密的設(shè)計可使所述錐形螺旋彈簧單體上部疏圈螺旋部快速響應(yīng)支撐磨粒接觸變化；使所述磨粒層在對應(yīng)受力的位置迅速下陷，不同位置受力大小的不同使所述磨料層相應(yīng)位置下陷不同的深度，于是在所述磨粒層上表面迅速形成與所述人工關(guān)節(jié)加工面相吻合的曲面。最低限度降低了所述人工關(guān)節(jié)曲面的不必要磨損，同時實現(xiàn)對所述人工關(guān)節(jié)的曲面進行均勻拋光。

本實用新型的有益效果在于：本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計巧妙，有效地解決了目前存在的拋光盤無法加工不規(guī)則曲面的問題并提高了加工效率，有益效果明顯；此新型拋光盤創(chuàng)造性地在其底部增加了可變剛度的錐形彈簧，使拋光盤在接觸到曲面時會具有良好的自適應(yīng)性。

附圖說明

圖1是本實用新型變剛度錐形彈簧結(jié)構(gòu)簡圖。

圖2是本實用新型變剛度錐形彈簧受力簡圖。

圖3是本實用新型彈簧陣列拋光盤(實心箭頭為拋光盤的轉(zhuǎn)動方向)。

圖4是本實用新型拋光盤工作原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型

參照附圖：

實施例1本實用新型所述的變剛度錐形螺旋彈簧陣列拋光盤，包括拋光盤本體4、錐形螺旋彈簧陣列1、拋光墊3以及半球形支架2，所述拋光盤本體4的上部設(shè)有拋光腔，所述拋光盤本體4底部與受電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)工作臺固接旋轉(zhuǎn)工作臺，實現(xiàn)拋光盤本體4繞其中心軸周向旋轉(zhuǎn)；所述拋光盤本體4的拋光腔內(nèi)底面裝有錐形螺旋彈簧陣列1；所述錐形螺旋彈簧陣列1的上表面貼覆用于支撐磨粒和防水保護的拋光墊3；所述錐形螺旋彈簧陣列1包括若干相互獨立的錐形螺旋彈簧11，每個錐形螺旋彈簧11對應(yīng)一個半球形支架2，所述錐形螺旋彈簧11的小口徑端與所述拋光盤本體4的內(nèi)底面固接，所述錐形螺旋彈簧11的大口徑端與相應(yīng)的半球形支架2底部固接，所述半球形支架2上部的弧形曲線與拋光墊3的下表面接觸；所述拋光墊3的邊沿與所述拋光盤本體4的拋光腔內(nèi)壁密封貼合，所述拋光墊3的上表面覆蓋磨粒層7，并且磨粒層7上填充用于潤滑和散熱的拋光液拋光液6。

所述錐形螺旋彈簧11的縱向高度一致，并且所述錐形螺旋彈簧11沿其軸向從上到下相鄰節(jié)距漸減，相鄰螺旋升角漸減；由于磨粒與自由曲面接觸過程中存在各向異性，因此所述錐形螺旋彈簧單體采用上疏下密的設(shè)計可使變剛度錐形彈簧產(chǎn)生足夠的微調(diào)角α，使對磨粒的支撐獲得一定程度上的方向可調(diào)，從而提升磨粒加工的曲面適應(yīng)性。

所述錐形螺旋彈簧11均勻分布在拋光盤本體4的內(nèi)底面。

相鄰兩個所述半球形支架2弧形曲面之間存在用于容納拋光墊冗余部分的空間，以無定形的形態(tài)存在，工作過程中可被拉伸或者壓縮，從而保證錐形彈簧接觸變形時不撕毀拋光墊。

所述拋光墊3為復(fù)合薄膜，復(fù)合薄膜是由聚合有機硅和無機多聚體構(gòu)成，厚度為0.5mm～2mm。

所述錐形螺旋彈簧陣列1是由多個具有良好平行度和光潔度的所述錐形螺旋彈簧11構(gòu)成，各個所述錐形螺旋彈簧11密集排布，相互之間獨立運動。所述錐形螺旋彈簧11的制造過程為：在毛坯制成彈簧鋼后進行淬火和回火處理，然后端面經(jīng)車削精密加工，進而獲得具有良好平行度和光潔度的所述錐形螺旋彈簧單體。所述錐形螺旋彈簧單體采用上疏下密的設(shè)計方法，在彈簧受力過程中實現(xiàn)變剛度。單個所述剛性半球形支架的底部與單個所述錐形螺旋彈簧陣列相粘連，使各個所述剛性半球形支架在工作過程中不脫離。任意兩個所述剛性半球形支架之間存在薄膜冗余部分，工作過程中可被拉伸或者壓縮。

工作原理：所述拋光盤本體4底部由電機驅(qū)動實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。所述拋光墊3上方為所述磨粒層7和所述拋光液6，所述人工關(guān)節(jié)從上向下做進給運動。當所述人工關(guān)節(jié)6運動到與所述磨粒層7接觸時開始拋光加工，由于所述人工關(guān)節(jié)為不規(guī)則曲面，因此在所述人工關(guān)節(jié)接觸到所述磨粒層7時，由于錐形螺旋彈簧11受到各向異性外力而產(chǎn)生接觸變形。所述錐形螺旋彈簧11采用上疏下密的設(shè)計可使所述錐形螺旋彈簧單體上部疏圈螺旋部快速響應(yīng)支撐磨粒接觸變化；使所述磨粒層在對應(yīng)受力的位置迅速下陷，不同位置受力大小的不同使所述磨料層相應(yīng)位置下陷不同的深度，于是在所述磨粒層上表面迅速形成與所述人工關(guān)節(jié)加工面相吻合的曲面。最低限度降低了所述人工關(guān)節(jié)曲面的不必要磨損，同時實現(xiàn)對所述人工關(guān)節(jié)的曲面進行均勻拋光。

圖1、2所示的錐形螺旋彈簧以兩級螺旋為例，定義錐形螺旋彈簧小口徑端為下，大口徑端為上，即錐形螺旋彈簧的外輪廓所在的錐形為倒錐型，從上到下依次命名為第一級螺旋、第二級螺旋，并且第一級螺旋的節(jié)距Z₁大于第二級螺旋的節(jié)距Z₂；相應(yīng)的第一級螺旋對應(yīng)的螺旋升角θ₁大于第二級螺旋對應(yīng)的螺旋升角θ₂；D1為錐形螺旋彈簧大口徑端所在切面對應(yīng)的倒錐型的直徑；D2為錐形螺旋彈簧小口徑端所在切面對應(yīng)的倒錐型的直徑。

圖2所示：F_a、F_b分別為施加在錐形螺旋彈簧大口徑端的外力，α為錐形螺旋彈簧的微調(diào)角。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應(yīng)當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。