Nghiên cứu phương pháp tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu công nhằm cải thiện chất lượng làm việc của kéo

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.99 MB, 191 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Lê Văn Thắm

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH LƯỠI CẮT
KÉO MỔ Y TẾ ĐẦU CONG NHẰM CẢI THIỆN
CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA KÉO

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Lê Văn Thắm

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH LƯỠI CẮT
KÉO MỔ Y TẾ ĐẦU CONG NHẰM CẢI THIỆN
CHẤT LƯỢNG LÀM VIỆC CỦA KÉO

Ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS Phan Bùi Khôi
2. PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên

Hà Nội - 2018

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trình bày trong luận án này được nghiên cứu
bởi bản thân tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn. Các số liệu và kết
quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công
trình nghiên cứu nào khác.

Hà Nội, ngày 17 tháng 08 năm 2018
Người hướng dẫn

Người hướng dẫn

Khoa học 1

Khoa học 2

PGS.TS Phan Bùi Khôi

PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên

Nghiên cứu sinh

Lê Văn Thắm

ii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản luận án này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, Tôi đã
nhận được sự động viên và sự giúp đỡ rất lớn của nhiều thày giáo và tập thể nghiên cứu
khoa học.
Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Phan Bùi
Khôi và PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên, những người Thày đã tận tình hướng dẫn và động viên
tôi trong nhiều năm tháng học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận án.
Tôi xin cảm ơn các Thày, Cô trong Bộ môn Gia công Vật liệu và Dụng cụ công
nghiệp, Viện cơ khí, Viện sau đại học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã giảng dạy,
chỉ bảo, góp ý và tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho Tôi hoàn thành
bản luận án này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn GS.TSKH.NGND Bành Tiến Long, GS.TS Trần Văn
Địch, PGS.TS Trịnh Minh Tứ cùng nhiều nhà khoa học khác … đã có nhiều chỉ bảo, góp
ý để tôi chỉnh sửa và hoàn thiện luận án.
Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
Trường Đại học công nghiệp Hà Nội, Trường ĐH Công nghệ giao thông, Viện nghiên cứu
tên lửa, Học viện kỹ thuật quân sự, Công ty cổ phần MEINFA, Công ty Mavitec, Công ty
AIE… …. đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, thực nghiệm để đạt
được kết quả này.
Tôi xin cảm ơn Lãnh đạo Trường CĐN Kỹ thuật công nghệ, tập thể giáo viên
Khoa cơ khí chế tạo đã giúp đỡ tạo mọi điều kiện về thời gian và cơ sở vật chất để tôi có
điều kiện học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Anh, Em nghiên cứu sinh, cao học, và sinh viên
trong Bộ môn Gia công Vật liệu và Dụng cụ công nghiệp – Viện cơ khí Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, đã nhiệt tình hỗ trợ động viên tôi trong suốt thời gian tôi làm luận án.
Cuối cùng tôi chân thành cảm ơn các Nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp và gia

đình, đặc biệt là người vợ Nguyễn Thị Minh Thuận và các con trai tôi đã chung vai sát
cánh, động viên giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập và hoàn thành bản
luận án này.
Hà Nội, ngày 17 tháng 08 năm 2018
Tác giả luận án
Lê Văn Thắm

iii

DANH MỤC PHỤ LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. I
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... II
DANH MỤC PHỤ LỤC...................................................................................................... II
DANH MUC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .........................................................VI
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. VIII
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ......................................................................................IX
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................IX
1.Tính cấp thiết của đề tài: ............................................................................................ 1
2. Mục đích của đề tài ................................................................................................... 2
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 2
4. Phương pháp nghiên cứu: ......................................................................................... 3
5. Những đóng góp mới của luận án, ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................ 3
6. Bố cục và nội dung của luận án ................................................................................ 4
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH LƯỠI CẮT KÉO MỔ Y TẾ
ĐẦU CONG ......................................................................................................................... 6
1.1 Giới thiệu kéo mổ y tế đầu cong ............................................................................. 6
1.1.1 Khái niệm, công dụng của kéo mổ y tế đầu cong ................................................ 6
1.1.2 Cấu tạo kéo mổ y tế đầu cong.............................................................................. 6
1.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của kéo mổ y tế đầu cong ........................................................ 9

1.2 Tổng quan về phương pháp tạo hình các bề mặt chi tiết....................................... 10
1.2.1 Đặc trưng hình học của bề mặt chi tiết .............................................................. 10
1.2.1.1 Biểu diễn đường cong và mặt cong trong không gian ................................ 10
1.2.1.2 Đường cong và mặt cong của chi tiết ......................................................... 14
1.2.2

Nguyên lý tạo hình bề mặt bằng dụng cụ cắt ............................................. 17

1.2.2.1 Động học tạo hình bề mặt ........................................................................... 17
1.2.2.2 Các phương pháp tạo hình bề mặt .............................................................. 19
1.2.2.3 Phương pháp xác định bề mặt khởi thủy của dụng cụ ................................ 20
1.2.3 Khái quát về cấu tạo dụng cụ cắt ....................................................................... 24
1.3 Khái quát về tạo hình lưỡi cắt và công nghệ chế tạo kéo mổ y tế đầu cong ......... 26
1.3.1 Khái quát về tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong ........................................ 27
1.3.2 Công nghệ chế tạo kéo mổ y tế đầu cong .......................................................... 29
1.4 Một số phương pháp đo lực cắt của kéo ............................................................... 32

iv
1.4.1 Nghiên cứu của nhóm NCS Mohsen Mahvash; Liming M. Voo, Diana Kim,
Kristin Jeung (Nhóm 1) [33] ..................................................................................... 32
1.4.2 Nghiên cứu của nhóm NCS D J Callaghan1, G Rajan, M M McGrath , E Coyle,
Y Semenova and G Farrell ( Nhóm 2) [21] ................................................................ 34
1.4.3 Một số mô hình đo lực khác .............................................................................. 36
Kết luận chương 1 ....................................................................................................... 38
Chương 2. MÔ HÌNH HÓA LƯỠI CẮT KÉO MỔ Y TẾ ĐẦU CONG ........................... 39
2.1 Phương trình đường cong lưỡi cắt của kéo mổ y tế đầu cong............................... 39
2.1.1 Hệ tọa độ khảo sát ............................................................................................. 39
2.1.2 Hình dạng đường cong lưỡi cắt của kéo trên các mặt phẳng tọa độ .................. 40
2.1.3 Thiết lập phương trình đường cong lưỡi cắt của kéo mổ y tế đầu cong ............ 42

2.1.4 Phương pháp giải hệ phương trình và vẽ đường cong lưỡi cắt .......................... 44
2.2 Đặc trưng hình học mặt trước và mặt sau của lưỡi cắt ......................................... 45
2.2.1 Biểu diễn mặt trước của lưỡi cắt của kéo .......................................................... 45
2.2.2 Biểu diễn mặt sau của lưỡi cắt của kéo ............................................................. 50
2.2.3 Tính toán và lựa chọn TSHH thiết kế kéo mổ y tế đầu cong............................ 53
2.3 Xác định TSHH của kéo mổ y tế đầu cong bằng kỹ thuật ngược…………...55
2.3.1 Khảo sát bản vẽ thiết kế kéo y tế đầu cong ....................................................... 56
2.3.2. Quét kéo mẫu và thiết kế ngược ....................................................................... 58
2.3.2.1 Chọn kéo mẫu ............................................................................................. 58
2.3.2.2 Ứng dụng máy Scan ATOS-I-2M, phần mềm GOM để quét đo kéo mẫu. 58
2.3.2.3. Ứng dụng phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR để thiết kế lại kéo 60
2.4 Đề xuất mô hình kéo mẫu thí nghiệm .................................................................. 66
Kết luận chương 2 ....................................................................................................... 68
Chương 3. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MÀI TẠO HÌNH LƯỠI CẮT KÉO MỔ Y
TẾ ĐẦU CONG ................................................................................................................. 69
3.1 Các phương pháp mài thông thường ..................................................................... 69
3.1.1 Mài mặt sau ....................................................................................................... 69
3.1.2 Mài mặt trước .................................................................................................... 70
3.2 Các phương pháp mài bằng robot ......................................................................... 71
3.2.1 Mài bằng robot 6 bậc tự do ................................................................................ 71
3.2.1.1 Phương pháp tam diện trùng theo ............................................................... 72
3.2.1.2 Lựa chọn phương án lập trình mài kéo mổ y tế đầu cong .......................... 77
3.2.1.3 Lập trình mài trên Robot 6 bậc tự do .......................................................... 79
3.2.1.4 Kết quả tính toán và mô phỏng ................................................................... 82

v
3.2.2 Mài bằng robot 5 bậc tự do ................................................................................ 86
3.2.2.1 Đặt vấn đề ................................................................................................... 86
3.2.2.2. Mô hình hóa và phương trình lưỡi cắt trên robot 5 bậc tự do ................... 87

3.2.2.3. Lập phương trình động học robot 5 bậc tự do ........................................... 88
3.2.2.4. Quỹ đạo chuyển động của robot 5 bậc tự do ............................................. 90
3.2.2.5. Kết quả tính toán và mô phỏng mài trên robot 5 bậc tự do ....................... 91
3.2.3 Mài bằng robot tác hợp ...................................................................................... 93
3.3 Phương pháp mài bằng máy CNC 5 trục .............................................................. 99
Kết luận chương 3 ..................................................................................................... 103
Chương 4. THỰC NGHIỆM MÀI TẠO HÌNH LƯỠI CẮT, ĐO LỰC CẮT KÉO MỔ Y
TẾ ĐẦU CONG ............................................................................................................... 104
4.1 Thiết kế kéo mẫu thí nghiệm ............................................................................... 104
4.1.1 Lựa chọn mẫu kéo mẫu thí nghiệm ................................................................. 104
4.1.2 TSHH của kéo mẫu thí nghiệm ....................................................................... 104
4.2. Thực nghiệm mài lưỡi cắt .................................................................................. 105
4.2.1 Chuẩn bị thí nghiệm ....................................................................................... 105
4.2.1.1. Chuẩn bị kéo mẫu thí nghiệm .................................................................. 105
4.2.1.2 Tiến trình gia công lưỡi cắt của kéo ......................................................... 107
4.2.1.3 Gia công mặt trụ Rc .................................................................................. 108
4.2.1.4 Mài mặt sau (lòng mo) .............................................................................. 110
4.2.1.5 Mài mặt trước ........................................................................................... 111
4.3 Ứng dụng kỹ thuật ngược kiểm tra kéo mẫu thí nghiệm .................................... 114
4.3.1 Quan sát bằng mắt và đo bằng dưỡng cong ..................................................... 114
4.3.2 Kết quả quét và thiết kế ngược ........................................................................ 114
4.4 Thực nghiệm đo lực cắt ....................................................................................... 120
4.4.1 Cơ sở lý thuyết về đo lực cắt kéo mổ đầu cong. .............................................. 120
4.4.2 Điều kiện thực nghiệm đo lực cắt .................................................................... 122
4.4.3 Thiết kế trang thiết bị đo lực cắt: ..................................................................... 124
4.4.4 Thí nghiệm đo lực cắt ..................................................................................... 126
Kết luận chương 4. .................................................................................................... 130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 132
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 134
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ............................................ 137

PHỤ LỤC ............................................................................................................................. 1

vi

DANH MUC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

Giải thích
Là hệ trục tọa độ tuyệt đối, có gốc tọa độ là điểm giao của đường

[Oxyz]

tâm chốt kéo với mặt phẳng mang kéo.
Mặt phẳng cơ sở (còn gọi là mặt phẳng mang kéo): là mặt phẳng

[Oxy]

tọa độ nằm trên mặt phẳng mang kéo, có trục Oy nằm trong mặt
phẳng đối xứng tương đối theo chiều dọc của kéo.
Là mặt phẳng tọa độ nằm vuông góc với mặt phẳng mang kéo,

[Oxz]

chứa tâm kéo và vuông góc với trục Oy.
Là mặt phẳng tọa độ nằm vuông góc với mặt phẳng mang kéo,

[Oyz]

chứa đường tâm chốt kéo và trùng với mặt phẳng đối xứng tương
đối của kéo theo chiều dọc.
Rx

mm

Bán kính bề mặt ngoài xuyến.

Rs

mm

Bán kính lòng mo (với lòng mo là phần bề mặt cong phía bên
trong của lưỡi kéo)
Vế phải: Là vế có lưỡi cắt và tay nằm bên phải khi ta đặt kéo

VR

nằm ngang và chiều cong hướng lên trên.
Vế trái: Là vế có lưỡi cắt và tay nằm bên trái khi ta đặt kéo nằm

VL

ngang và chiều cong hướng lên trên
CR

Đường lưỡi cắt của vế phải

CL

Đường lưỡi cắt vế trái



°

Góc trước của lưỡi kéo: là góc hợp bởi vết của mặt trước với vết
mặt phẳng đáy đo trong tiết diện chính .

k

°

Góc trước của lưỡi kéo: là góc hợp bởi vết của mặt trước với vết
mặt phẳng đáy đo trong tiết diện chính tại điểm k trên lưỡi cắt.



°

Góc sau của lưỡi kéo: là góc hợp bởi vết của mặt sau và vết mặt
cắt đo trong tiết diện chính.

Kéo

Là kéo mổ y tế đầu cong (trong luận án này từ “kéo” được hiểu
là kéo mổ y tế đầu cong, nếu là loại kéo khác sẽ gọi tên cụ thể
hơn)

Lưỡi kéo
NCS

Là cách gọi ngắn gọn của lưỡi cắt kéo mổ đầu cong
Nghiên cứu sinh

vii
Thông số hình học

TSHH

Là hệ trục tọa độ của kéo trong không gian, với O là giao tuyến

OdXdYdZd

của trục lỗ chốt kéo với mặt phẳng mang kéo
rc

mm

Bán kính tâm mặt trụ

xc

mm

Tọa độ tâm mặt trụ theo phương x trong hệ tọa độ OdXdYdZd

yc

mm

Tọa độ tâm mặt trụ theo phương y trong hệ tọa độ OdXdYdZd

zc

mm

Tọa độ tâm mặt trụ theo phương z trong hệ tọa độ OdXdYdZd

re

mm

Là bán kính vòng tâm mặt xuyến

rs

mm

Là là bán kính vòng tròn tiết diện trong mặt phẳng hướng tâm
của vòng xuyến

xe

mm

Tọa độ tâm mặt xuyến theo phương x trong hệ tọa độ OdXdYdZd

ye

mm

Tọa độ tâm mặt xuyến theo phương y trong hệ tọa độ OdXdYdZd

ze

mm

Tọa độ tâm mặt xuyến theo phương z trong hệ tọa độ OdXdYdZd



°

Là góc giữa đường thẳng nối tâm mặt xuyến với tâm vòng xuyến
tại vị trí khảo sát.



°

Là góc giữa đường thẳng nối tâm mặt xuyến với tâm vòng xuyến
và đường thẳng nối tâm vòng xuyến với điểm trên đường cong
lưỡi cắt của kéo.

OkXkYkZk

Là tam diện lưỡi kéo OkXkYkZk và cũng là hệ tọa độ của điểm

khảo sát thứ k, với k chạy dọc theo lưỡi kéo được xác định theo
phương pháp tam diện trùng theo

OEXEYEZE
d

1

Là ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất điểm k dọc theo lưỡi kéo

AE(q)

Ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất 0AE(q) của khâu thao tác

A1(q1),

Ma trận truyền biến đổi tọa độ thuần nhất trên chuỗi động học

0
0

Apk

Là tam diện của đá mài

A2(q2),..,
5

A6(q6).

của robot

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1 Thông số quét kéo 3- kéo MetZenbaum 160, đầu cong ...................................... 62
Bảng 2. 2 Thông số mặt cắt kéo 3- kéo MetZenbaum9999................................................. 63
Bảng 3. 1 Tọa độ điều khiển điểm P- Vế trái kéo ............................................................... 79
Bảng 3. 2 Tham số động học DH........................................................................................ 80
Bảng 3. 3 Bảng tham số động học DH ............................................................................... 83
Bảng 3. 4 Tham số định vị hệ tọa độ kéo ............................................................................ 83
Bảng 3. 5 Tọa độ tâm và bán kính mặt trụ ......................................................................... 83
Bảng 3. 6 Tọa độ tâm, bán kính vòng xuyến và bán kính vòng tròn tiết diện mặt xuyến. .. 83
Bảng 3. 7 Vị trí và hướng của tam diện lưỡi cắt của đá .................................................... 84
Bảng 3. 8 giá trị các tọa độ khớp của robot ....................................................................... 85
Bảng 3. 9 Tham số động học DH (5 trục) .......................................................................... 89
Bảng 3. 10 Bảng giá trị tham số động học DH (5 trục) ..................................................... 91
Bảng 3. 11 Tham số định vị hệ tọa độ kéo .......................................................................... 91
Bảng 3. 12 Tọa độ tâm và bán kính mặt trụ ....................................................................... 92
Bảng 3. 13 Tọa độ tâm, bán kính vòng xuyến và bán kính vòng tròn tiết diện mặt xuyến. 92
Bảng 3. 14 Tham số động học Robot dụng cụ .................................................................... 94
Bảng 3. 15 Tham số động học Robot đồ gá ........................................................................ 94
Bảng 3. 16 Bảng tham số động học DH ............................................................................. 97
Bảng 3. 17 Tham số định vị hệ tọa độ kéo trong hệ tọa độ khâu cuối của robot đồ gá
x22y22z22. .............................................................................................................................. 97
Bảng 3. 18 Tham số định vị hệ tọa độ kéo trong hệ tọa độ khâu cuối của robot đồ gá
x22y22z22. .............................................................................................................................. 98
Bảng 3. 19 Tọa độ tâm và bán kính mặt trụ ....................................................................... 98
Bảng 3. 20 Tọa độ tâm, bán kính vòng xuyến và bán kính vòng tròn tiết diện mặt xuyến. 98

Bảng 3. 21 Tham số động học cụm trục chính mang dụng cụ .......................................... 100
Bảng 3. 22 Bảng tham số động học cụm bàn máy ............................................................ 100
Bảng 4. 1 TSHH lưỡi cắt vế trái kéo thí nghiệm .............................................................. 104
Bảng 4. 2 TSHH lưỡi cắt vế phải kéo thí nghiệm ............................................................. 104
Bảng 4. 3 Thông số chính của máy ................................................................................... 108
Bảng 4. 4 Thông số chính của Robot OTC AII-V6 ........................................................... 111
Bảng 4. 5 Tọa độ vị trí của đường cong lưỡi cắt kéo mẫu thí nghiệm vế trái 25.160.125.
.......................................................................................................................................... 113
Bảng 4. 6 Kết quả mài góc trước vế trái kéo mẫu thí nghiệm 25.160.125, ...................... 116
Bảng 4. 7 Kết quả mài góc trước vế phải kéo mẫu thí nghiệm 25.160.165. ..................... 116
Bảng 4. 8 Kết quả mài mặt sau vế trái kéo mẫu thí nghiệm 25.160.125 ......................... 116
Bảng 4. 9 Kết quả mài mặt sau vế phải kéo mẫu thí nghiệm 25.160.165......................... 116
Bảng 4. 10 Bảng tính sai số kích thước vế trái kéo mẫu thí nghiệm ................................ 117
Bảng 4. 11 Bảng tính sai số kích thước vế phải kéo mẫu thí nghiệm ............................... 119
Bảng 4. 12. Bảng mức giá trị thí nghiệm.......................................................................... 123
Bảng 4. 13 Bảng kéo thí nghiệm đo lực cắt. ..................................................................... 123
Bảng 4. 14 Thông số chủ yếu của cảm biến FUTEK 400 ................................................. 125
Bảng 4. 15 Bảng so sánh lực cắt của 3 loại kéo ............................................................... 129

ix

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1 Một số loại kéo đầu cong [8] ................................................................................ 6
Hình 1. 2 Cấu tạo kéo mổ y tế đầu cong............................................................................... 7
Hình 1. 3 Phần đầu kéo ........................................................................................................ 7
Hình 1. 4. Cấu tạo phần đầu kéo [4, 8] ................................................................................ 8
Hình 1. 5 Góc độ của lưỡi cắt [4, 8] .................................................................................... 8
Hình 1. 6 Mặt cắt ngang của lưỡi cắt .................................................................................. 8
Hình 1. 7 Các tham số của mặt cong [38] .......................................................................... 13

Hình 1. 8 Bề mặt chi tiết [38] ............................................................................................. 14
Hình 1. 9 Các dạng bề mặt [38] ......................................................................................... 15
Hình 1. 10 Các khả năng tạo hình bề mặt chi tiết [39] ...................................................... 17
Hình 1. 11 Các chuyển động tạo hình bề mặt chi tiết phức tạp [39] ................................. 18
Hình 1. 12 Sơ đồ gia công răng bằng dao phay định hình [1,37]...................................... 19
Hình 1. 13 Gia công răng bằng phương pháp bao hình [1,37] ......................................... 19
Hình 1. 14 Chuyển động tương đối chi tiết và dụng cụ và mặt khởi thuỷ K [1] ................ 20
Hình 1. 15 Cấu tạo của dao cắt đơn [3] ............................................................................. 25
Hình 1. 16 Các mặt phẳng cơ bản của dao tiện [14] ......................................................... 25
Hình 1. 17 Các góc dao tiện ở trạng thái tĩnh [14] ............................................................ 26
Hình 1. 18 Mài tạo hình mặt trước lưỡi cắt bằng các loại đá mài..................................... 28
Hình 1. 19 Tiếp xúc giữa bề mặt đá mài và mặt trước lưỡi cắt của kéo trong mặt phẳng
pháp tuyến........................................................................................................................... 28
Hình 1. 20 Nguyên lý mài tạo hình mặt sau lưỡi cắt bằng các loại đá .............................. 29
Hình 1. 21 Tiếp xúc giữa bề mặt đá mài & bề mặt sau lưỡi cắt của kéo trong mặt phẳng
pháp tuyến........................................................................................................................... 29
Hình 1. 22 Sơ đồ khối gia công kéo mổ đầu cong .............................................................. 30
Hình 1. 23 Lòng mo không đều(A), lưỡi cắt không đều (B)[8] .......................................... 31
Hình 1. 24 Kéo dùng để làm thí nghiệm đo lực cắt [26] .................................................... 33
Hình 1. 25 Robot đo lực với cảm biến ATI Nano-17 [26] .................................................. 33
Hình 1. 26 Quan hệ giữa lực cắt và góc mở của kéo [26] ................................................. 34
Hình 1. 27 Sơ đồ khối đo lực cắt của kéo [20] ................................................................... 34
Hình 1. 28 Đôi lưỡi cắt kéo nhọn cho thấy cảm biến vị trí và định hướng của cả hai Fs và
Fd tạo ra trong quá trình đóng lưỡi . Fd sẽ có chiều theo hướng ngược lại trong thời gian
mở lưỡi [20] ........................................................................................................................ 35
Hình 1. 29 Hình ảnh đo lực cắt với cảm biến FBG [20] .................................................... 35
Hình 1. 30 Biểu đồ lực cắt chính và đẩy ngang [20] ......................................................... 36
Hình 1. 31 Dữ liệu thực nghiệm khi cắt giấy [20] .............................................................. 36
Hình 1. 32 Mô hình đo lực cắt khi phay và mài ................................................................. 36
Hình 2. 1 Hệ trục tọa độ tính toán của kéo ........................................................................ 39

Hình 2. 2 Hình chiếu đường cong lưỡi cắt của kéo trên các mặt phẳng tọa độ ................. 40
Hình 2. 3 Mặt trụ và mặt xuyến hình thành nên đường cong lưỡi cắt của kéo .................. 41
Hình 2. 4 Mặt sau - lòng mo của lưỡi cắt của kéo ............................................................. 41
Hình 2. 5 Mặt trụ giao với mặt xuyến ................................................................................. 42
Hình 2. 6 Mặt xuyến tạo lưỡi cắt ........................................................................................ 42
Hình 2. 7 Biểu diễn hệ tọa độ của mặt trụ và mặt xuyến trong hệ tọa độ cơ sở Oxyz ....... 43
Hình 2. 8 Hình các mặt phẳng biểu diễn góc trước ........................................................... 46
Hình 2. 9 Các vector xác định góc trước............................................................................ 47
Hình 2. 10 Các mặt phẳng và đường thẳng biểu diễn góc sau của lưỡi cắt ...................... 51
Hình 2. 11 Biểu diễn góc sau α của lưỡi cắt ...................................................................... 52

x
Hình 2. 12 Góc sau trong mặt cắt ngang của lưỡi cắt ....................................................... 53
Hình 2. 13 Hình biểu diễn các mặt cắt của lưỡi cắt ........................................................... 56
Hình 2. 14 Bản vẽ kéo mổ Moayo 160, đầu cong mũi nhọn/ tù [8] .................................... 57
Hình 2. 15 Kéo mẫu dùng để quét và thiết kế ngược .......................................................... 58
Hình 2. 16 Sơ đồ quét kéo trên máy Scan ATOS-I-2M ....................................................... 58
Hình 2. 17 Dữ liệu quét đám mây kéo 3 - kéo MetZenbaum, 160 đầu cong, mũi nhọn,tù 59
Hình 2. 18 Tạo vector 1 đi qua tâm chốt của kéo - Kéo MetZenbaum 160, đầu cong ....... 60
Hình 2. 19 Sketch mặt cắt ngang phần đầu của kéo MetZenbaum 160, đầu cong ............. 60
Hình 2. 20 Mô hình 3D phần đầu của kéo MetZenbaum 160, đầu cong ............................ 61
Hình 2. 21 Mô hình 3D kéo MetZenbaum 160, đầu cong .................................................. 61
Hình 2. 22 So sánh mô hình thiết kế và đám mây điểm ...................................................... 61
Hình 2. 23 Hình biểu diễn mặt cắt kéo 3 – Kéo Metzenbaum ............................................ 62
Hình 2. 24 Bán kính vòng xuyến RXR kéo Metzenbaum 160 ............................................... 64
Hình 2. 25 Đồ thị các TSHH về góc độ của lưỡi cắt kéo MetZenbaum ............................ 65
Hình 2. 26 Đồ thị các TSHH về bán kính của lưỡi cắt kéo MetZenbaum .......................... 65
Hình 2. 27 Mô hình kéo vế trái ........................................................................................... 66
Hình 2. 28 Mô hình kéo vế phải.......................................................................................... 66

Hình 2. 29 Vị trí mặt cắt kéo mẫu....................................................................................... 66
Hình 2. 30 Đồ thị các thông só hình học kéo mẫu 1 ........................................................... 67
Hình 2. 31 Đồ thị các TSHH kéo mẫu 2 ............................................................................. 67
Hình 3. 1 Sơ đồ mài mặt sau [8] ........................................................................................ 70
Hình 3. 2 Sơ đồ mài mặt trước [8] ..................................................................................... 70
Hình 3. 3 Hệ tọa độ của dụng cụ và chi tiết gia công [16] ................................................ 72
Hình 3. 4 Đá chuyển động theo phương cố định [16] ........................................................ 73
Hình 3. 5 Đá chuyển động theo phương pháp tam diện trùng theo [16] ........................... 73
Hình 3. 6 Góc trước của kéo trong tam diện trùng theo [16] ............................................ 74
Hình 3. 7 Phương của trục đá mài khi mài theo PP tam diện trùng theo [16] .................. 74
Hình 3. 8 Tam diện trùng theo của lưỡi cắt ....................................................................... 75
Hình 3. 9 Mặt trước của lưỡi cắt (vế phải) ........................................................................ 75
Hình 3. 10 Đá mài hình trụ, hình côn dùng để mài mặt trước, hình cầu để mài mặt sau .. 76
Hình 3. 11 Máy mài khí ...................................................................................................... 77
Hình 3. 12 Sơ đồ mài lưỡi cắt với kéo đứng yên, đá đĩa chuyển động ............................... 77
Hình 3. 13 Một phần chương trình mài .............................................................................. 77
Hình 3. 14 Sơ đồ mài lưỡi cắt với kéo chuyển động, đá đĩa đứng yên ............................... 78
Hình 3. 15 Sơ đồ mài với điểm điều khiển là một điểm trên lưỡi kéo ................................ 78
Hình 3. 16 Robot OTC AII-V6 ............................................................................................ 79
Hình 3. 17 Cấu trúc động học, các hệ tọa độ của robot 6 bậc tự do ................................. 80
Hình 3. 18 Biên dạng đường cong lưỡi kéo khi mài bằng robot 6 bậc tự do ..................... 84
Hình 3. 19 Vị trí các khâu theo thời gian (t) ...................................................................... 84
Hình 3. 20 Mô phỏng quá trình mài mặt trước .................................................................. 85
Hình 3. 21 Mô phỏng quá trình mài mặt sau lòng mo của lưỡi cắt vế phải của kéo ......... 86
Hình 3. 22 Mô hình tiếp xúc lưỡi kéo và bề mặt đá............................................................ 87
Hình 3. 23 Cấu trúc động học, các hệ tọa độ của robot 5 bậc tự do ................................. 88
Hình 3. 24 Biên dạng đường cong lưỡi cắt khi mô phỏng trên robot 5 bậc tự do ............. 92
Hình 3. 25 Vị trí các khâu của robot 5 bậc tự do theo thời gian t(s) ................................. 92
Hình 3. 26 Mô phỏng quá trình mài mặt trước của lưỡi cắt của kéo bằng robot 5 trục .... 92
Hình 3. 27 Mô phỏng quá trình mài mặt sau lòng mo của lưỡi cắt của kéo trái bằng robot

5 trục ................................................................................................................................... 93
Hình 3. 28 Mô hình mài lưỡi kéo bằng robot tác hợp [17] ................................................ 94

xi
Hình 3. 29 Cấu trúc động học của robot tác hợp 5 trục [16] ............................................ 95
Hình 3. 30 Biên dạng đường cong lưỡi cắt của kéo khi mô phỏng mài bằng robot tác hợp
............................................................................................................................................ 98
Hình 3. 31 Vị trí các khâu theo thời gian t(s) ..................................................................... 98
Hình 3. 32 Mô phỏng mài lưỡi kéo bằng robot tác hợp ..................................................... 99
Hình 3. 33 Mô hình mài lưỡi kéo bằng máy CNC 5 trục.................................................... 99
Hình 3. 34 Sơ đồ mài mặt trước lưỡi kéo trên máy CNC 5 trục ....................................... 100
Hình 3. 35 Mô phỏng mài mặt trước lưỡi kéo bằng máy CNC (5 trục) ........................... 102
Hình 3. 1 Sơ đồ mài mặt sau [8] ........................................................................................ 70
Hình 3. 2 Sơ đồ mài mặt trước [8] ..................................................................................... 70
Hình 3. 3 Hệ tọa độ của dụng cụ và chi tiết gia công [16] ................................................ 72
Hình 3. 4 Đá chuyển động theo phương cố định [16] ........................................................ 73
Hình 3. 5 Đá chuyển động theo phương pháp tam diện trùng theo [16] ........................... 73
Hình 3. 6 Góc trước của kéo trong tam diện trùng theo [16] ............................................ 74
Hình 3. 7 Phương của trục đá mài khi mài theo PP tam diện trùng theo [16] .................. 74
Hình 3. 8 Tam diện trùng theo của lưỡi cắt ....................................................................... 75
Hình 3. 9 Mặt trước của lưỡi cắt (vế phải) ........................................................................ 75
Hình 3. 10 Đá mài hình trụ, hình côn dùng để mài mặt trước, hình cầu để mài mặt sau .. 76
Hình 3. 11 Máy mài khí ...................................................................................................... 77
Hình 3. 12 Sơ đồ mài lưỡi cắt với kéo đứng yên, đá đĩa chuyển động ............................... 77
Hình 3. 13 Một phần chương trình mài .............................................................................. 77
Hình 3. 14 Sơ đồ mài lưỡi cắt với kéo chuyển động, đá đĩa đứng yên ............................... 78
Hình 3. 15 Sơ đồ mài với điểm điều khiển là một điểm trên lưỡi kéo ................................ 78
Hình 3. 16 Robot OTC AII-V6 ............................................................................................ 79
Hình 3. 17 Cấu trúc động học, các hệ tọa độ của robot 6 bậc tự do ................................. 80

Hình 3. 18 Biên dạng đường cong lưỡi kéo khi mài bằng robot 6 bậc tự do ..................... 84
Hình 3. 19 Vị trí các khâu theo thời gian (t) ...................................................................... 84
Hình 3. 20 Mô phỏng quá trình mài mặt trước .................................................................. 85
Hình 3. 21 Mô phỏng quá trình mài mặt sau lòng mo của lưỡi cắt vế phải của kéo ......... 86
Hình 3. 22 Mô hình tiếp xúc lưỡi kéo và bề mặt đá............................................................ 87
Hình 3. 23 Cấu trúc động học, các hệ tọa độ của robot 5 bậc tự do ................................. 88
Hình 3. 24 Biên dạng đường cong lưỡi cắt khi mô phỏng trên robot 5 bậc tự do ............. 92
Hình 3. 25 Vị trí các khâu của robot 5 bậc tự do theo thời gian t(s) ................................. 92
Hình 3. 26 Mô phỏng quá trình mài mặt trước của lưỡi cắt của kéo bằng robot 5 trục .... 92
Hình 3. 27 Mô phỏng quá trình mài mặt sau lòng mo của lưỡi cắt của kéo trái bằng robot
5 trục ................................................................................................................................... 93
Hình 3. 28 Mô hình mài lưỡi kéo bằng robot tác hợp [17] ................................................ 94
Hình 3. 29 Cấu trúc động học của robot tác hợp 5 trục [16] ............................................ 95
Hình 3. 30 Biên dạng đường cong lưỡi cắt của kéo khi mô phỏng mài bằng robot tác hợp
............................................................................................................................................ 98
Hình 3. 31 Vị trí các khâu theo thời gian t(s) ..................................................................... 98
Hình 3. 32 Mô phỏng mài lưỡi kéo bằng robot tác hợp ..................................................... 99
Hình 3. 33 Mô hình mài lưỡi kéo bằng máy CNC 5 trục.................................................... 99
Hình 3. 34 Sơ đồ mài mặt trước lưỡi kéo trên máy CNC 5 trục ....................................... 100
Hình 3. 35 Mô phỏng mài mặt trước lưỡi kéo bằng máy CNC (5 trục) ........................... 102

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Kéo mổ y tế đầu cong là dụng cụ phẫu thuật, được sử dụng rộng rãi trong ngành y
tế để cắt các mô như: cân, cơ, màng phổi, màng tim, mạch máu… hoặc một số bộ phận
của cơ thể, ngoài ra còn dùng để cắt chỉ sợi, sợi kim loại hoặc bông, băng, gạc … phục vụ
cho quá trình (trước, trong và sau) phẫu thuật.

Do kéo mổ y tế đầu cong là dụng cụ phẫu thuật liên quan trực tiếp tới sức khỏe, sự
an toàn tính mạng của bệnh nhân, cho nên có nhiều nước trên thế giới (Đức, Pakistan, Mỹ,
Nhật, Ấn Độ, Trung Quốc...) đã có một số nghiên cứu và chế tạo chúng phục vụ cho việc
phẫu thuật và bán rộng rãi trên thị trường.
Điều kiện làm việc đặc biệt của kéo yêu cầu chất lượng cao, đòi hỏi việc tính toán
thiết kế, chế tạo kéo phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật khắt khe và độ chính xác cao.
Về mặt gia công tạo hình, lưỡi cắt của kéo được xem là lưỡi cắt của dụng cắt, nên
việc tính toán thiết kế và chế tạo kéo phải dựa trên cơ sở khoa học và kỹ thuật gia công cơ
khí tạo hình bề mặt dụng cụ cắt.
Khoa học và công nghệ gia công tạo hình dụng cụ cắt đã và đang phát triển mạnh
mẽ với những thành tựu đồ sộ trong việc tạo ra số lượng rất lớn chủng loại dụng cụ cắt từ
đơn giản đến phức tạp. Tuy vậy về gia công tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong rất khó
tìm được công trình công bố trên thế giới (ngoại trừ một số video mài săc lưỡi cắt bằng
tay), có thể là vì giữ bí quyết công nghệ. Ở trong nước cũng mới chỉ bước đầu nghiên cứu
về lý thuyết, trong thực tế tuy kéo có được chế tạo nhưng còn khá thô sơ. Qua tìm hiểu
cho thấy việc gia công lưỡi cắt kéo mổ y tế ở trong nước chủ yếu được mài bằng tay, nên
thông số hình học (TSHH) của lưỡi kéo khó chính xác, chất lượng không ổn định. Việc
sản xuất kéo ở trong nước có nhiều hạn chế, chất lượng lưỡi cắt còn thua xa với kéo của
nước ngoài; Hầu hết, kéo dùng trong phẫu thuật phải nhập ngoại với giá cao.
Vì cấu trúc phức tạp của lưỡi cắt của kéo, các phương pháp gia công trên các máy
thông thường không thể thực hiện. Hiện nay có các máy và thiết bị công nghệ cao có khả
năng thực hiện được các quá trình gia công tạo hình phức tạp, đó là các máy CNC 5, 6
trục, các robot 5, 6 bậc tự do, đã được áp dụng nhiều trong gia công cơ khí, nhất là ở các
nước công nghiệp phát triển. Để gia công tạo hình trên các máy CNC và robot cần phải
tính toán, thiết kế các bề mặt lưỡi cắt, thiết lập sơ đồ động học tạo hình và lập trình gia
công tạo hình.

2
Yêu cầu để có thể khai thác máy CNC và robot là thế, song vì hình dạng hình học

lưỡi cắt của kéo phức tạp, yêu cầu chất lượng cao, việc tính toán, thiết kế, gia công tạo
hình khó khăn; Cơ sở tính toán, thiết kế và phương pháp công nghệ chế tạo kéo ít được
công bố. Do vậy, với điều kiện trong nước càng khó tìm kiếm tài liệu tham khảo cũng như
tiếp cận tài nguyên dữ liệu phục vụ việc nghiên cứu.
Do vậy, việc nghiên cứu làm chủ tính toán, thiết kế, chế tạo kéo mổ y tế đầu cong
là nhu cầu tất yếu, cần thiết mang ý nghĩa khoa học, kinh tế và xã hội rất lớn.
Đó chính là những lý do để luận án chọn đề tài: “Nghiên cứu phương pháp tạo
hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong nhằm cải thiện chất lượng làm việc của kéo”.

2. Mục đích của đề tài
Nhằm cải thiện tính cắt sắc, hướng tới cải thiện chất lượng làm việc của kéo, mục
đích nghiên cứu của đề tài luận án là đưa ra được:
- Phương pháp mô hình hóa lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong, hệ phương trình tính
toán cùng với giải thuật cho phép tính toán, thiết kế các TSHH của lưỡi kéo;
- Tìm ra phương pháp gia công tạo hình lưỡi kéo để đạt được các thông số thiết
kế, với việc sử dụng công nghệ tiên tiến như: robot, máy CNC;
- Phương pháp thực nghiệm đo thông số hình học, mài tạo hình và đo lực cắt của
lưỡi kéo. Từ đó, lựa chọn được thông số thiết kế cho kéo mẫu thí nghiệm, mài được lưỡi
kéo, so sánh được lực cắt của kéo mẫu thí nghiệm với một số kéo ngoại nhập từ đó đánh
giá sự cải thiện tính cắt của kéo mẫu;
- Phương pháp điều chỉnh các TSHH của lưỡi kéo trong quá trình gia công tạo
hình, nhằm cải thiện tính cắt sắc, hướng tới cải thiện chất lượng làm việc của kéo.

3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng : Lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong.
b. Phạm vi nghiên cứu:
- Lý thuyết tạo hình bề mặt cong phức tạp áp dụng để tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế
đầu cong;
- Phương pháp gia công tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong bằng các máy công
nghệ cao như robot, máy CNC.

- Biện pháp thay đổi TSHH của lưỡi cắt nhằm cải thiện tính cắt sắc, hướng đến cải
thiện chất lượng làm việc của kéo.

3
- Phương pháp thực nghiệm mài lưỡi cắt, xác định thông số hình học, đo lực cắt
của kéo.

4. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô hình hóa,
mô phỏng và nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể:
- Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng phương pháp toán học để xác định các TSHH của
lưỡi cắt kéo mổ đầu cong thông qua mô hình hóa toán học và thiết lập các hệ phương trình
xác định đường cong lưỡi cắt kéo mổ đầu cong.
- Từ nghiên cứu lý thuyết kết hợp với tính toán, mô phỏng động quá trình công
nghệ gia công tạo hình lưỡi cắt trên robot và máy CNC với sự trợ giúp của các phần mềm
và máy tính để khẳng định độ tin cậy của tính toán lý thuyết cũng như cung cấp các hình
ảnh trực quan.
- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm mài lưỡi cắt, xác định thông số hình
học, đo lực cắt của kéo mẫu thí nghiệm và so sánh với kéo mẫu nhập ngoại. Nhằm khẳng
định tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng và đánh giá tính cắt của
kéo mẫu thí nghiệm, hướng tới cải thiện chất lượng làm việc của kéo; Mặt khác, tạo cơ sở
ban đầu cho việc nghiên cứu triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu của luận án.

5. Những đóng góp mới của luận án, ý nghĩa khoa học và thực
tiễn
+ Những đóng góp mới của luận án:
Luận án đã đưa ra được:
1) Phương pháp toán học mô hình hóa lưỡi cắt của kéo mổ y tế đầu cong bao gồm các
phương trình xác định đường cong lưỡi cắt, các phương trình biểu diễn góc trước, góc sau,

mặt trước và mặt sau của lưỡi cắt.
2) Phương pháp gia công tạo hình lưỡi cắt trên thiết bị công nghệ cao như các robot,
các máy CNC.
3) Phương pháp điều chỉnh các thông số hình học của lưỡi cắt, đặc biệt là góc trước
của lưỡi cắt của kéo trong quá trình mài tạo hình nhằm tối ưu tính cắt sắc của kéo.
4) Giải thuật và chương trình máy tính cho phép tính toán xác định thông số hình học
của lưỡi cắt của kéo; mô phỏng quá trình mài tự động mặt trước, mặt sau lưỡi kéo trên các

4
thiết bị công nghệ tiên tiến như robot và máy CNC; cho phép điều khiển linh hoạt để mài
tạo hình lưỡi kéo với thông số hình học (TSHH) mong muốn.
5) Các phương pháp thực nghiệm: Quy trình mài lưỡi cắt kéo mẫu thí nghiệm trên
robot 6 trục; Phương pháp xác định TSHH của lưỡi cắt của kéo thực bằng kỹ thuật
ngược; Phương pháp đo lực cắt theo 3 phương x, y, z bằng đồ gá chuyên dùng, tích hợp
các cảm biến đo lực.
+ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Luận án đã xây dựng được phương trình lưỡi cắt, trên cơ sở đó đã dùng công nghệ
tiên tiến và các thiết bị hiện đại hiện có tại Việt Nam để mài và kiểm tra quá trình tạo hình
lưỡi cắt của kéo. Kết quả thực nghiệm phù hợp với các kết quả nghiên cứu lý thuyết và số
liệu đo lường gắn với kéo mẫu của nước ngoài. Vì vậy, luận án mang ý nghĩa khoa học và
là tài liệu tham khảo tốt cho các nhà công nghệ nên nó cũng mang ý nghĩa thực tiễn:
* Ý nghĩa khoa học:
1) Góp phần xây dựng cơ sở khoa học nghiên cứu, tính toán thiết kế, phương pháp
tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong.
2) Mô hình toán học với các hệ phương trình biểu diễn và xác định các đặc trưng
hình học lưỡi cắt cho phép nghiên các bài toán tối ưu về thông số hình học, chất lượng
làm việc của kéo.
3) Các giải thuật và chương trình được xây dựng là công cụ giúp phát triển nghiên
cứu và sáng tạo kéo hiệu quả.

* Ý nghĩa thực tiễn:
1) Các kết quả mới về lý thuyết và thực nghiệm cho phép áp dụng nghiên cứu triển
khai chế tạo kéo trong thực tế;
2) Áp dụng thực tiễn các kết quả nghiên cứu để điều chỉnh TSHH của kéo khi chế
tạo.
3) Các phần mềm được lập trình cho phép áp dụng vào thực tiễn chế tạo hoặc
nghiên cứu phát triển hướng tới xây dựng phần mềm thương mại để điều khiển quá trình
chế tạo lưỡi kéo.

6. Bố cục và nội dung của luận án
Phần mở đầu
Phần nội dung:
Chương 1. Tổng quan về phương pháp tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong.

5
Chương 2. Mô hình hóa lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong.
Chương 3. Nghiên cứu phương pháp mài tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong.
Chương 4. Thực nghiệm tạo hình lưỡi cắt, đo lực cắt kéo mổ y tế đầu cong.
Phần kết luận và kiến nghị

6

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH
LƯỠI CẮT KÉO MỔ Y TẾ ĐẦU CONG
1.1 Giới thiệu kéo mổ y tế đầu cong
1.1.1 Khái niệm, công dụng của kéo mổ y tế đầu cong
- Kéo là một loại dụng cụ dùng để cắt, gồm hai phần trái và phải, ta gọi là vế trái và
vế phải, được làm bằng kim loại. Phần đầu được mài sắc tạo thành lưỡi kéo, phần đuôi

(chân kéo) uốn cong tạo thành tay cầm, giữa chúng có mang và chốt.
Dụng cụ cắt trong phẫu thuật có chức năng chính là cắt mô. Kéo là đại diện chính
cho nhóm dụng cụ cắt đó. Tuỳ theo loại mô và vị trí của mô được cắt mà kéo có cấu tạo
hình thể và chiều dài khác nhau. Kéo Mayo, nặng và chắc chắn, được sử dụng để cắt chỉ
hay cắt các mô dày chắc như cân, cơ … Kéo MetZenbaum, ngược lại, mảnh và nhẹ, được
sử dụng để cắt các cấu trúc mô mỏng, mảnh như thanh mạc (màng bụng, màng phổi,
màng tim). Một số loại kéo đặc biệt khác được sử dụng để cắt chỉ thép, cắt mở mạch
máu…
- Kéo mổ y tế đầu cong thường được sử dụng để cắt các mô của cơ thể ngoài ra
kéo còn được dùng để cắt chỉ, vải, gạc, băng, sợi kim loại...
Hình 1.1 biểu diễn một số kéo đầu cong dùng trong quá trình phẫu thuật.

a

b

c

Hình 1. 1 Một số loại kéo đầu cong [8]
a. Kéo moayo b. Kéo cắt chỉ

c. Kéo cắt mống mắt

1.1.2 Cấu tạo kéo mổ y tế đầu cong
Các loại kéo mổ đầu cong dùng trong y tế đều có hình dáng kết cấu phức tạp và
chia thành 3 phần: phần đầu, phần mang và phần chân kéo [4, 8] xem hình 1.2.

7

Đầu kéo

Mang kéo

Chân ké́́́o

Hình 1. 2 Cấu tạo kéo mổ y tế đầu cong

Hình 1. 3 Phần đầu kéo

- Phần đầu kéo: có lưỡi cắt trái và phải làm việc theo cặp đôi. Lưỡi cắt cong trong
không gian, đầu mũi có thể nhọn hoặc tù;
- Phần mang kéo: có mang và chốt (vít) kéo, đây là phần dùng để lắp ghép; phần
mang của hai vế tiếp xúc nhau theo mặt phẳng. Ta gọi mặt phẳng tiếp xúc chung của hai
vế kéo, vuông góc với chốt kéo là mặt phẳng cơ sở.
- Phần chân kéo (đuôi kéo): có vòng tay cầm dùng để người sử dụng cầm khi cắt.
Phần đầu là phần quan trọng nhất của kéo vì ở đó có lưỡi cắt.
Vật liệu chế tạo kéo phẫu thuật thường được làm bằng thép không gỉ (thép hợp
kim dụng cụ) hoặc thép các bon chất lượng tốt (mạ crom, niken), đôi khi kéo còn được
phủ cacbit titan.
Để tiện mô tả và tính toán sau này, ta chọn một hệ tọa độ cơ sở của kéo, gọi là hệ
tọa độ Oxyz (hình 1.4), gắn tại chốt kéo với trục x, y nằm trong mặt phẳng cơ sở, trục z
nằm dọc theo trục chốt kéo, với chiều dương sao cho mũi kéo cong nằm trên phần dương
của trục z. Để chọn phương chiều trục x, hoặc y ta hình dung nhìn từ mút trục z, chọn trục
y là trục “đối xứng tương đối” của kéo. Trong phần mô hình hóa lưỡi cắt của kéo ở
chương 2 ta sẽ thấy rõ hơn việc xác định chính xác trục y. Trục x được xác định theo quy

8
tắc hệ tọa độ thuận. Với hệ tọa độ xác định như trên, quan sát hai lưỡi cắt của các vế kéo

(hình 1.4), ta quy ước gọi:
- Lưỡi cắt phải là lưỡi cắt nằm ở phía bên phải trục y.
- Lưỡi cắt trái là lưỡi cắt nằm ở phía bên trái trục y.
Trên hình 1.4, hình 1.5 biểu diễn các lưỡi cắt và hình dạng cong của nó trong các
mặt phẳng Oxy, Oyz.

RXL

Hình 1. 4. Cấu tạo phần đầu kéo [4, 8]
Hình 1. 5 Góc độ của lưỡi cắt [4, 8]

Trên hình 1.5, hình 1.6 đều biểu diễn mặt cắt trong mặt phẳng pháp tuyến của đường
cong lưỡi cắt của kéo.
Các ký hiệu C, F, B trên hình 1.6 lần lượt tương ứng là đường cong lưỡi cắt, mặt
trước, mặt sau của lưỡi cắt.

Hình 1. 6 Mặt cắt ngang của lưỡi cắt

Trên tiết diện pháp tuyến với đường cong lưỡi cắt, giao tuyến mặt cắt với mặt
trước, đường thẳng Fc, ta gọi là đường biên dạng mặt trước của lưỡi cắt của kéo trong tiết
diện pháp tuyến; còn giao tuyến với mặt sau, là đường cong Bc, ta gọi là đường biên dạng
mặt sau của lưỡi cắt của kéo trong tiết diện pháp tuyến.
Như sẽ chỉ ra ở chương 2, các ký hiệu RCL, RCR, REL, RER trên các hình 1.4, 1.5,
1.6 lần lượt tương ứng là bán kính cong của đường cong lưỡi cắt trái, phải, trong các mặt
phẳng Oxy, Oyz và Rs là bán kính cong của đường cong B trong tiết diện pháp tuyến A-A.

9
Từ hình ảnh kéo và qua phân tích sơ bộ cho thấy lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong có
hình dạng là mặt cong phức tạp, với biên dạng chính là đường cong lưỡi cắt, nơi tiếp xúc

và cắt lên đối tượng. Bề mặt và đường cong biên dạng lưỡi cắt của kéo đều là cong không
gian và trơn liên tục. Điều này cùng với yêu cầu kỹ thuật của kéo sẽ là cơ sở để tính toán,
thiết kế và nghiên cứu phương pháp tạo hình lưỡi cắt của kéo.
1.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của kéo mổ y tế đầu cong
Kéo mổ y tế có yêu cầu kỹ thuật rất cao được thể hiện qua các tiêu chuẩn đánh giá:
a. Tiêu chuẩn quốc tế: International standards of scissor surgery (Phụ lục 1)
• Tiêu chuẩn và các dự thảo ISO/TC170: Các yêu cầu chung của các loại kéo phẫu
thuật và kéo cắt. Bao gồm các tiêu chuẩn về: Định nghĩa thuật ngữ cơ bản và chú ý cho
các thành phần của kéo; … Các yêu cầu chung của các loại kéo phẫu thuật và kéo cắt…
• Mỗi vùng, quốc gia còn có tiêu chuẩn về kéo mổ y tế riêng cho mình: tiêu chuẩn
châu âu CЭ; tiêu chuẩn Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam TCVN…
b. Tiêu chuẩn Việt Nam về kéo y tế (Phụ lục 2)
Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5765:1993 về Kéo y tế : Bao gồm 24 tiêu chí trong đó có
13 tiêu chí về chế tạo và 11 tiêu chí thử kéo và bao gói, (phụ lục 2). Trong các tiêu chuẩn
trên cần quan tâm đến các tiêu chí 1.4, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 vì nó quyết định đến tính chất làm
việc của kéo có liên quan đến tạo hình lưỡi kéo.
“1.4. Độ bóng 0,63 μm…
1.6. Các lưỡi cắt của 2 vế kéo tiếp xúc chỉ ở một điểm, điểm đó liên tiếp dịch chuyển khi
đóng khép 2 vế kéo. Điểm tiếp xúc đầu tiên phải ở vị trí cách mũi kéo không nhỏ hơn 0,75
chiều dài lưỡi cắt. Không cho phép có khe hở giữa hai mũi kéo khi đóng kéo. Đầu lưỡi cắt
ở mũi kéo khi kéo đóng hoàn toàn không được nhô ra khỏi vế kéo đối diện;
1.7. Góc mài sắc của lưỡi cắt (góc cắt) của các vế kéo phải là (75  5) o;
1.8. Lưỡi cắt của vế kéo phải sắc (cắt 3 lần gạc chiều dày một lớp đối với kéo nhãn khoa
và 2 lớp đối với kéo còn lại không bị co rút sợi);
1.9. Đầu của hai mũi kéo phải bằng nhau. Độ so le của mũi hai vế kéo khi đóng không
được quá 0,2 mm…”.
Từ hình dạng hình học của kéo cùng với yêu cầu kỹ thuật về cấu tạo và chất lượng
khi chế tạo cho thấy cần phải nghiên cứu tính toán, thiết kế và phương pháp tạo hình lưỡi
cắt của kéo như một dụng cụ cắt phức tạp với yêu cầu kỹ thuật cao. Các phần tiếp theo sẽ
nghiên cứu tổng quan về đường cong, các bề mặt cong và phương pháp tạo hình các bề

mặt cong của chi tiết, dụng cụ.

10

1.2 Tổng quan về phương pháp tạo hình các bề mặt chi tiết
1.2.1 Đặc trưng hình học của bề mặt chi tiết
Các bề mặt của các chi tiết máy hoặc dụng cụ cắt (sau đây gọi chung là chi tiết)
tạo thành vùng làm việc trực tiếp của các chi tiết, chẳng hạn như bề mặt răng của bánh
răng, bề mặt cánh tuabin, lưỡi cắt dao phay, dao tiện, ... và lưỡi cắt kéo mổ y tế. Để tạo
hình các bề mặt chi tiết với cấu trúc và đặc trưng hình học phù hợp, đảm bảo điều kiện
làm việc, cần xác định đặc trưng hình học của các bề mặt chi tiết. Các bề mặt có thể phẳng
hoặc cong. Không giảm tính tổng quát, trong luận án thường sử dụng thuật ngữ “bề mặt”,
“mặt cong” hoặc đơn giản là “mặt” để gọi chung cho các loại bề mặt, phẳng và cong. Giới
hạn các bề mặt chi tiết hoặc biên dạng của nó được biểu diễn bởi các đường, có thể là
đường thẳng hoặc đường cong.
Dưới đây ta dẫn ra một số công thức và phương trình hình học vi phân quen thuộc
biểu diễn đường, mặt và các đặc trưng hình học của đường, mặt. Từ phương pháp của
hình học vi phân và các mô hình toán học về đường và mặt không gian cho phép áp dụng
khảo sát đặc trưng hình học các bề mặt thực của chi tiết. Đó sẽ là cơ sở để áp dụng cho
tính toán thiết kế lưỡi cắt của kéo ở các phần sau của luận án.
1.2.1.1 Biểu diễn đường cong và mặt cong trong không gian

. Đường cong trong không gian và các đặc trưng hình học
Trong hệ tọa độ ba trục vuông góc của không gian R3, phương trình đường cong L
có thể cho dưới dạng tham số:

 x  x t 

 y  y t 


 z  z t 

(1.1)

Trong đó t là tham số, x, y, z là tọa độ của các điểm của đường cong trên ba trục
tọa độ ứng với t.
Đường cong có các đặc trưng cơ bản là tiếp tuyến, pháp diện và độ cong tại một
điểm của đường cong.
Tại điểm M0 của đường cong (1.1) có tọa độ
x  t0   x0 , y  t0   y0 , z  t0   z0 ,

phương trình tiếp tuyến có dạng:

11

x  x0 y  y0 z  z0


x  t0  y   t0  z  t0 

(1.2)

Vector chỉ phương của tiếp tuyến:

 0   x  t0  , y   t0  , z  t0  

T

(1.3)

Phương trình pháp diện của đường cong (1.1) tại điểm M0 có dạng:

 x  x0  x  t0    y  y0  y  t0    z  z0  z  t0   0

(1.4)

Trường hợp đường cong được cho trong dạng tự hàm:

x  x s

 y  y s

z  z s

(1.5)

Thì độ cong của đường cong (1.6) được xác định theo công thức:

C  xs2  y s2  zs2

(1.6)

Với đường cong tham số (1.1), độ cong của đường cong được xác định theo công
thức:

C

x

x

y
y z
z x


y 
y  z
z x
2

2

 x2  y2  z2 

3/2

2

(1.7)

Với đường cong phẳng, độ cong của đường cong được xác định theo công thức:

C

xy  yx

 x2  y2 

3/2

(1.8)

. Mặt cong trong không gian và các đặc trưng hình học
Trong hệ tọa độ ba trục vuông góc của không gian R3, phương trình bề mặt S có
thể biểu diễn trong dạng:

z  f  x, y 

(1.9)

f  x, y , z   0

(1.10)

Hoặc

Xét tại điểm M0 của S, giả thiết cả ba đạo hàm f x  x, y , z  , f y  x, y , z  , f z  x, y , z 
của (1.10) đều tồn tại, liên tục và không đồng thời triệt tiêu.

12
Gọi L là một đường cong thuộc S đi qua M0 có phương trình tham số dạng (1.1).
Khi đó tiếp tuyến của L tại M0, cũng là một tiếp tuyến của S, có phương trình dạng (1.2);
vector chỉ phương của tiếp tuyến được xác định theo (1.3).
Trường hợp điểm M0 và đường cong L đồng thời nằm trên hai mặt cong, tức L là
giao tuyến của hai mặt cong, thì hệ phương trình xác định L là:

 f  x, y , z   0


 g  x, y , z   0

(1.11)

Vector chỉ phương của tiếp tuyến của L xác định theo công thức:

   1 , 2 , 3 

T

(1.12)

Với:

1 

f y
g y

f z
f x f y
f  f x
; 2  z
; 3 
g z
g x g y
g z g x

(1.13)

Với giả thiết các đạo hàm trong (1.13) đều tồn tại, liên tục và không đồng thời triệt tiêu.

Phương trình tiếp diện của mặt cong tại M0 có dạng:

 x  x0  f x  x0 , y0 , z0    y  y0  f y  x0 , y0 , z0  +  z  z0  f z  x0 , y0 , z0   0

(1.14)

Và phương trình pháp tuyến của mặt cong tại M0 có dạng:

x  x0
y  y0
z  z0


f x  x0 , y0 , z0  f y  x0 , y0 , z0  f z  x0 , y0 , z0 

(1.15)

Biểu diễn các bề mặt dưới dạng tham số được trình bày dưới đây sẽ tạo điều kiện
thuận lợi khảo sát đặc trưng hình học của bề mặt, cũng như áp dụng trong các bài toán kỹ
thuật. Ký hiệu các tham số là u, v, các tọa độ Descartes x, y, z trong (1.9), (1.10) là hàm
của u, v.
Các phương trình của mặt cong S có thể viết trong dạng tham số:

r  r  u, v 

 x  x  u, v 


  y  y  u, v 

 y  y  u, v 

(1.16)

Trên hình 1.7.a, r là bán kính vector, gốc tại O của hệ tọa độ Oxyz, tới một điểm
M của mặt cong S. Các tham số u, v còn gọi là các tọa độ cong. Trên hình 1.7.b biểu diễn
lưới của mặt cong S ứng với các giá trị tham số u, v.

Nghiên cứu phương pháp tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu công nhằm cải thiện chất lượng làm việc của kéo

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về