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

1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Kéo mổ y tế đầu cong (gọi tắt là kéo) là dụng cụ phẫu thuật dùng để cắt các mô như:
Cân, cơ, màng phổi, màng tim, mạch máu… hoặc một số bộ phận của cơ thể. Kéo có cấu
tạo phức tạp, lưỡi cắt cong 3 chiều, lưỡi cắt phải sắc và là đường cong trơn liên tục.
Do điều kiện làm việc đặc biệt, yêu cầu chất lượng cao, hình dạng lưỡi cắt của kéo
phức tạp, việc tính toán, thiết kế, gia công tạo hình lưỡi kéo khó khăn; Cơ sở tính toán,
thiết kế và 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.
Kéo mổ y tế đầu cong được sản xuất và bán rộng rãi trên thế giới, nhưng kéo mổ y tế
đầu cong sử dụng trong nước hầu hết phải nhập ngoại, giá đắt. Kéo chế tạo ở trong nước
có chất lượng thấp chủ yếu tập trung ở chất lượng lưỡi cắt (do được mài bằng tay). Vì vậy:
“Nghiên cứu phương pháp tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong nhằm cải thiện
chất lượng làm việc của kéo” để làm chủ tính toán, thiết kế, chế tạo kéo là một nhiệm vụ
cần thiết có tầm quan trọng và ý nghĩa khoa học, kinh tế, xã hội rất lớn.
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 để 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 thông số hình học (TSHH) của lưỡi
kéo;
- 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 TSHH, 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 của kéo mổ y tế đầu cong.
b. Phạm vi nghiên cứu:
- Lý thuyết tạo hình bề mặt cong phức tạp để tạo hình lưỡi cắt của kéo mổ y tế đầu
cong.
- Phương pháp gia công tạo hình lưỡi cắt của kéo bằng 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.
- Phương pháp thực nghiệm mài lưỡi cắt, xác định thông số hình học, đo lực cắt của
kéo.
c. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa lý thuyết, mô hình hóa, mô phỏng và thực nghiệm trong điều kiện cho
phép tại Việt Nam.
5. Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
+ Những đóng góp mới của luận án: Luận án đã đưa ra được:


2
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
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 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 thông số hình học 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.
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.
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
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
Đầu
Kéo
1.1.1 Khái niệm, công dụng của kéo mổ y tế đầu
cong
Mang
- Kéo là một loại dụng cụ dùng để cắt, gồm hai
Kéo
phần trái và phải, ta gọi là vế trái và vế phải, được làm
bằng thép các bon hoặc thép hợp kim.

Chân
Kéo
- 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 ... chuẩn bị, phục Hình 1. 2 Cấu tạo kéo mổ y tế đầu cong
vụ cho phẫu thuật.
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 [4, 8] và
chia thành 3 phần: Đầu mang và chân kéo (hình 1.2).


3
Hình 1.4, 1.6 cho biết cấu tạo đầu kéo. Các ký hiệu RCL, RCR, RXL, RXR trên các hình
1.4 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 Bc trong tiết diện pháp tuyến AA.

Hình 1. 4 Cấu tạo phần đầu kéo [4,8]

Hình 1. 6 Mặt cắt ngang của lưỡi cắt

1.1.3 Yêu cầu kỹ thuật của kéo mổ y tế đầu cong
Kéo phải sắc, khi cắt nhẹ nhàng, không nhay trượt. (theo Tiêu chuẩn quốc tế &
TCVN).
Từ hình dạng hình học của kéo cùng với yêu cầu kỹ thuật 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.
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
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 )
(1.1)

 y = y (t )
z = z t
( )

Từ đó ta lập được phương trình tiếp tuyến, phương trình pháp diện của đường cong tại
điểm M0 và ta có thể xác định được độ cong của nó.
. 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:
(1.9)
z = f ( x, y )
Hoặc

f ( x, y, z ) = 0

(1.10)

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.
Gọi L là một đường cong thuộc S đi qua M0 có phương trình tham số dạng (1.1).
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
(1.11)



 g ( x, y, z ) = 0

Từ đó ta cũng lập được phương trình tiếp tuyến, phương trình pháp diện của mặt
cong. 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:


4
 x = x ( u, v )

r = r ( u, v ) →  y = y ( u, v )
 y = y u, v
( )


(1.16)

Người ta có thể biểu diễn lưới của mặt cong S ứng với các giá trị tham số u, v trong
công thức (1.16). Với 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.
Các đường cong trên bề mặt ứng với u, v không đổi được gọi là các đường cong tọa
độ.
1.2.1.2 Đường cong và mặt cong của chi tiết
Trong hình học vi phân các đường cong là trơn, liên tục, không có kích thước ngang,
có thể truy cập từ nhiều phía; còn mặt cong cũng là trơn, liên tục không có chiều dày, truy
cập từ hai phía của bề mặt. Các đường cong trên bề mặt các chi tiết thường biểu diễn biên
dạng, hoặc giới hạn bề mặt chi tiết, hoặc biểu diễn vị trí và hướng làm việc của chi tiết.
Khảo sát đặc trưng hình học bề mặt dựa trên hình học vi phân và sự hình thành của

chúng sẽ là cơ sở để tìm ra phương pháp tạo hình bề mặt chi tiết.

Hình 1. 9 Các dạng bề mặt [38]

Từ lưới bề mặt trên hình 1.9, một đường cong tọa độ, chẳng hạn ứng với (u), được gọi
là đường sinh, đường cong thứ hai (v) sẽ gọi là đường hướng. Từ lý thuyết tạo hình bề mặt
[38], có những dạng bề mặt có thể được tạo thành khi trượt đường sinh u theo đường
hướng v. Điều này có thể làm được nếu bề mặt có đường sinh có dạng không đổi. Hoặc
nếu bề mặt cong có đường hướng v không đổi, có thể tạo thành bề mặt khi trượt đường
hướng v theo đường sinh u. Có thể gọi đường cong đó đường sinh hay là đường hướng và
ngược lại.
Theo khả năng tạo hình, người ta phân loại bề mặt thành : Bề mặt tự trượt (hình 1.9.a
– c); bề mặt “tự trượt” theo đường hướng v (hình 1.9.d– f); bề mặt có đường sinh (u) hoặc
đường hướng (v) không đổi(hình 1.9.g); bề mặt có đường u, v thay đổi liên tục (hình
1.9.k).
Công nghệ tạo hình các bề mặt tự trượt được thực hiện bằng việc phối hợp các chuyển
động của chi tiết và dụng cụ bao gồm các chuyển động quay quanh và tịnh tiến.
Thực tế kỹ thuật cho thấy có nhiều loại bề mặt chi tiết không thể cho trực tiếp ở dạng
phương trình toán học như trên. Trên cơ sở phương pháp tạo hình, và từ tính toán thiết kế
hoặc thực nghiệm có thể xác định một lưới điểm của bề mặt cần tạo hình, tức xác định
được giá trị tọa độ các điểm thuộc bề mặt nằm trên một lưới. Từ đó có nhiều phương pháp
nội suy bề mặt để xây dựng được dạng giải tích gần đúng của bề mặt cần gia công.


5
1.2.2 Nguyên lý tạo hình bề mặt bằng dụng cụ cắt
1.2.2.1 Động học tạo hình bề mặt
Trong quá trình gia công tạo hình, dụng cụ cắt và chi tiết chuyển động tương đối với
nhau, kết quả cắt gọt tạo thành bề mặt gia công. Khi thực hiện chuyển động tạo hình, phần
lưỡi cắt của dụng cụ tiếp xúc bề mặt gia công và tạo hình bề mặt, được gọi là biên dạng

của lưỡi cắt (prophin).
Để tạo hình bề mặt chi tiết, phần prophin lưỡi cắt của dụng cụ cần phân bố trên bề mặt
nào đó mà trong quá trình gia công tạo hình, prophin lưỡi cắt tiếp xúc với bề mặt chi tiết.
Bề mặt đó được gọi là bề mặt khởi thủy của dụng cụ. Bề mặt khởi thủy của dụng cụ có thể
tiếp xúc với chi tiết theo 3 khả năng [39].
(1) Bề mặt khởi thủy của dụng cụ trùng với bề mặt chi tiết;
(2) Bề mặt khởi thủy của dụng cụ tiếp xúc với bề mặt chi tiết theo đường sinh (hoặc
đường hướng);
(3)Bề mặt khởi thủy của dụng cụ tiếp xúc với bề mặt
chi tiết theo điểm: để tạo hình, dụng cụ vừa thực hiện
chuyển động ăn dao, vừa thực hiện hai chuyển động tạo
hình theo đường hướng hoặc đường sinh, hình 1.10.c.
Khi đó, dụng cụ phải thực hiện chuyển động tạo hình
phức tạp gồm các chuyển động quay (3) và tịnh tiến (3),
xem hình 1.11.
Đây là cơ sở để những phần tiếp sau của luận án phân
tích bề mặt lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong và nghiên cứu
phương pháp tạo hình lưỡi cắt của kéo.
Hình 1. 11 Các chuyển động tạo
1.2.2.2 Các phương pháp tạo hình bề mặt
hình bề mặt chi tiết phức tạp [39]
*. Nguyên lý chép hình
*. Nguyên lý bao hình
*. Nguyên lý bao hình các bề mặt tự do
Với các bề mặt tự do thường là bề mặt phức tạp, tiếp xúc của bề mặt�nh lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong ở chương 4.


20
Chương 4. THỰC NGHIỆM TẠO MÀI HÌNH LƯỠI CẮT, ĐO LỰC CẮT KÉO MỔ
Y TẾ ĐẦU CONG

Nhằm chứng minh sự phù hợp của hệ phương trình (2.4) xác định đường cong lưỡi cắt
kéo mổ y tế đầu cong; Tính đúng đắn của phương pháp tạo hình các bề mặt tạo nên lưỡi
cắt; Sự khác biệt về lực cắt kéo kéo mẫu thí nghiệm được mài theo luận án với một số kéo
mẫu trên thị trường, từ đó xác định phương án cải thiện tính cắt sắc của kéo, hướng tới cải
thiện chất lượng làm việc của kéo.
4.1 Thiết kế kéo mẫu thí nghiệm
4.1.1 Lựa chọn mẫu kéo mẫu thí nghiệm
4.1.2 TSHH của kéo mẫu thí nghiệm
TSHH của kéo mẫu thí nghiệm được cho như sau:
a. Lưỡi cắt trái 25.160.125 (góc trước  = 25°, bán
kính lòng mo Rm 160mm, bán kính xuyến Rx
125mm). Cung r giữa mặt trước, mặt sau r ≤ 0.02mm. Hình 4.2. Phôi kéo mẫu thí nghiệm
b. Lưỡi cắt phải 25.160.165 (góc trước  = 25°,
bán kính lòng mo Rm 160mm, bán kính xuyến Rx 165mm). Cung r giữa mặt trước, mặt
sau r ≤ 0.02mm.
4.2. Thực nghiệm mài lưỡi cắt
4.2.1 Chuẩn bị thí nghiệm
4.2.1.1. Chuẩn bị phôi kéo mẫu thí nghiệm
Phôi kéo mẫu thí nghiệm là kéo bán tinh được mua trên thị trường còn đủ lượng dư để
mài tạo hình lưỡi cắt theo các thông số ở mục 4.1.2.
4.2.1.2 Tiến trình gia công lưỡi cắt của kéo
- Gia công mặt trụ Rc trên máy phay CNC;
- Mài bán tinh lòng mo đảm bảo bán kính Rs (để lượng dư 0,1mm);
- Mài mặt trước đảm bảo góc trước  (hình 4.10) trên robot
- Mài lòng mo đảm bảo bán kính Rs;

Hình 4.10. Sơ đồ mài kéo bằng robot
OTC
Hình 4.6 Sơ đồ mài lòng mo Rm
AII-V6

Mặt trước của lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu cong là mặt cong số, tại mỗi điểm trên lưỡi cắt
thay đổi cả vị trí và hướng. Để mài được mặt trước của lưỡi cắt ta cần chia đường cong
lưỡi cắt thành N điểm. Tại mỗi điểm sẽ có một trị số x, y, z, , ϴ tương ứng. Chương trình
mang đầu đá thực hiện chuyển động mài theo yêu cầu.
4.2.1.3 Gia công mặt trụ Rc
4.2.1.4 Mài mặt sau (lòng mo)
4.2.1.5 Mài mặt trước
4.3 Ứng dụng kỹ thuật ngược kiểm tra kéo mẫu thí nghiệm
4.3.1 Quan sát bằng mắt và đo bằng dưỡng cong:
Đường cong lưỡi cắt suôn đều, khít dưỡng, khe hở đều, vết cắt ngọt, cắt gạc 2 lớp
không rút sợi, cảm giác cắt nhẹ, không nhay trượt … đạt yêu cầu kỹ thuật.
4.3.2 Kết quả quét và thiết kế ngược


21

Kết quả quét kéo mẫu thí nghiệm được chỉ ra trên hình 4.14, 4.15 thể hiện sai số
của mặt sau lưỡi cắt và đường cong lưỡi cắt vế phải của kéo có màu xanh nhạt đến xanh
dương nằm trong miền sai số từ – 0.04mm  0.02 mm.
Sử dụng kỹ thuật thiết kế ngược ta xác định được giá trị thực của góc trước, góc sau,
bán kính cong lưỡi cắt được cho trong các bảng 4.6– 4.9, các kích thước theo phương z, x
của lưỡi kéo xem hình 4.16 và 4.18, đồ thị sai số hình 4.17 và 4.19.

Hình 4. 16 Tọa độ điểm lưỡi cắt sau thiết kế Hình 4. 18 Tọa độ điểm lưỡi cắt sau thiết kế
ngược vế trái kéo mẫu thí nghiệm 25.160.125 ngược vế phải kéo mẫu thí nghiệm 25.160.165

Hình 4.17 Biểu đồ so sánh chênh lệch kích thước thiết kế và kích thước thực theo phương z và x
của vế trái mẫu kéo mẫu thí nghiệm

Hình 4. 19. Biểu đồ so sánh chênh lệch kích thước thiết kế và kích thước thực theo phương z , x

của vế phải mẫu kéo mẫu thí nghiệm

4.4 Thực nghiệm đo lực cắt
4.4.1 Cơ sở lý thuyết về đo lực cắt kéo mổ đầu cong


22
4.4.2 Điều kiện thực nghiệm đo lực cắt
4.4.3 Thiết kế trang thiết bị đo lực cắt
Sơ đồ khối đo lực: Toàn bộ phần cứng của hệ thống được thiết lập, hình 4.22. Gồm đồ
gá , kéo, cảm biến đo lực FUTEK, Bộ khuếch đai, Màn hình hiển thị, phần mềm Dasylab.
Đồ gá và Kéo

Cáp
bọc
DASYLab
11.0

USB

Hình 4.24 Sơ đồ khối phần cứng hệ thống đo lực ba chiều

4.4.4 Thí nghiệm đo lực cắt
+ Dùng các kéo thí nghiệm lắp trên thiết bị đo lực cắt và cùng cắt một mẫu vật liệu
thay thế như nhau. Dùng phần mềm Dasylab để ghi và xử lý kết quả đo, hình 4.26- 4.28

Hình 4. 26 Lực cắt của kéo mẫu Hình 4.27 Lực cắt
thí nghiệm
MetZenbaum 160 (Đức)
Bảng 4. 1 Bảng so sánh lực cắt của 3 loại kéo

STT

1.
2.
3.

Loại kéo

Kéo mẫu TN
MetZenbaum
Kéo Pakistan

Góc
trước
º
25
20
5

Bán kính
lòng mo
Rs
160
160
160

Bán kính
cong
Xuyến RX

125/165
107/115
125/165

kéo Hình 4.28 Lực cắt kéo moayo
160 (Pakistan 2.3)

Fx
-1.19
0.94
-1.40

F (max) (N)
Fy
Fz
12.89
16.14
19.01

13.88
16.48
51.11

F
tổng
18.98
23.09
54.55

Hình 4. 30 Biểu đồ so sánh lực cắt giữa kéo mẫu thí nghiệm với các loại kéo khác

Từ giá trị tổng hợp lực cắt trên bảng 4.15, ta vẽ được biểu đồ so sánh như hình 4.30


23
Kết luận chương 4.
1) Kỹ thuật thiết kế ngược trong chế tạo cơ khí áp dụng để xác định và kiểm tra các
thông số thiết kế của kéo mẫu thí nghiệm của luận án là có tính thời sự trong quá trình
phát triển của lĩnh vực CAD/CAM ở nước ta;
2) Sử dụng các kết quả nghiên cứu gồm hệ phương trình lý thuyết (2.4) và tích hợp
điều khiển tự động bằng các chương trình máy tính điều khiển quá trình mài ở chương 3
trên nền các phần mềm thương mại vào thực nghiệm mài mặt bên và lòng mo kéo mổ y tế
đầu cong bằng robot và máy CNC... cho thấy chất lượng kéo mẫu chế thử của luận án đạt
các yêu cầu kỹ thuật thiết kế, điều đó một lần nữa chứng minh sự phù hợp của phương
pháp mài tạo hình lưỡi kéo mà luận án đề ra.
3) Kết quả thực nghiệm và xác định tiêu chí tính cắt sắc của kéo được cải thiện thông
qua việc đo lực cắt trên 3 mẫu kéo của Việt Nam, Đức và Pakistan có đặc tính kỹ thuật
khác nhau cho trong bảng 4.15 cho thấy:
- Đồ thị đo lực cắt của cả 3 loại kéo cùng một bán kính lòng mo (Rs) khảo sát theo 3
phương đồng dạng với nhau, trong đó lực cắt theo phương chính (Fz) thay đổi theo quy
luật trơn và đồng đều, từ biến dạng đàn hồi → biến dạng dẻo → phá hủy;
- Giá trị lớn nhất của lực cắt chính theo phương Oz (Fz) và lực cắt tổng hợp (F) có xu
hướng tăng tỷ lệ nghịch với chiều giảm của góc trước lưỡi cắt ().
Như vậy, có thể tăng góc trước của kéo để làm giảm lực cắt, từ đó cải thiện tính cắt
sắc của kéo, hướng tới cải thiện chất lượng làm việc của kéo.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Từ việc nghiên cứu lý thuyết tạo hình các bề mặt phức tạp; cấu tạo và phương pháp
sản xuất kéo mổ y tế đầu cong, phương pháp đo lực cắt của kéo ở trong nước và trên thế
giới để ứng dụng vào mài tạo hình lưỡi cắt trên máy công nghệ cao, xác định TSHH và đo

lực cắt của kéo mẫu thí nghiệm, luận án đã đạt được một số kết quả mới như sau:
1) Đã tìm ra 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 kéo mổ y tế đầu cong, tạo cơ sở khoa học
cho việc thiết kế, mô phỏng và thực nghiệm mài tự động lưỡi cắt trên các máy công nghệ
cao;
2) Đã sử dụng kỹ thuật ngược để xác định các thông số của phương trình (2.4) và tham
khảo bộ TSHH của lưỡi kéo (do CHLB Đức, Pakistan và Việt Nam sản xuất) đang được
sử dụng phổ biến tại Việt Nam, làm thông số tham khảo để thiết kế cho kéo mẫu thí
nghiệm.
3) Đề xuất sử dụng robot và máy CNC từ 5, 6 bậc tự do thực hiện gia công mài tạo
hình tự động lưỡi cắt; quỹ đạo chuyển động gia công tạo hình được thiết lập cho phép áp
dụng khi gia công bằng robot và máy CNC.
4) Giải thuật và chương trình máy tính cho phép tính toán xác định TSHH của lưỡi cắt
của kéo; mô phỏng quá trình mài tự động mặt trước, mặt sau lưỡi kéo trên các thiết bị
công nghệ tiên tiến như robot và máy CNC; cho phép điều khiển linh hoạt để mài tạo hình
lưỡi kéo với 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


24
ngược; Phương pháp đo lực cắt theo 3 phương x, y, z bằng đồ gá chuyên dùng, tích hợp
các cảm biến đo lực.
Ngoài ra đã nghiên cứu và thực nghiệm đo được lực cắt theo 3 phương trong không
gian 3 chiều Fx, Fy, Fz, lực cắt tổng hợp Fmax và so sánh được lực cắt của kéo mẫu thí
nghiệm sau mài với lực cắt của kéo mẫu ngoại nhập (của CHLB Đức & Pakistan), kết quả
cho thấy :
- Đồ thị đo lực cắt của cả 3 loại kéo cùng một bán kính lòng mo (Rs) khảo sát theo 3
phương đồng dạng với nhau, trong đó lực cắt chính (Fz) thay đổi theo quy luật trơn và

đồng đều, bắt đầu từ biến dạng đàn hồi → biến dạng dẻo → kết thúc là phá hủy vật liệu
cắt;
- Giá trị lớn nhất của lực cắt theo phương Oz (Fz) và lực cắt tổng hợp (F) có xu hướng
tăng tỷ lệ nghịch theo chiều giảm của góc trước lưỡi cắt (), đó là nguyên nhân chính để
kéo mẫu thí nghiệm của luận án được mài tự động lưỡi cắt với góc trước lớn nhất ( = 25
o
) so với kéo Đức ( = 20 o) và kéo Pakistan ( = 5 o) có lực cắt nhỏ nhất, cụ thể:
+ Kéo Việt Nam ( = 25 o; Rs = 160 mm; Rx = 125/165 mm): Fmax = 18,98 N;
+ Kéo Metzenbaum Đức ( o = 20 o; Rs = 160 mm; Rx = 107/115 mm): Fmax = 23,09 N;
+ Kéo Moayo Pakistan ( = 5o; Rs = 160 mm; Rx = 125/165 mm): Fmax = 54,55 N.
Các kết quả trên đã chứng minh kéo mẫu thí nghiệm sau mài đáp ứng được mong
muốn cải thiện tính cắt, từ đó hướng tới cải thiện được chất lượng làm việc của kéo.
Các đóng góp mới trên của luận án là tài liệu tham khảo trong việc tính toán thiết kế
và lựa chọn giải pháp công nghệ tạo hình các bề mặt cong phức tạp nói chung và kéo mổ y
tế đầu cong nói riêng, từng bước làm chủ công nghệ mài tạo hình lưỡi cắt kéo mổ y tế đầu
cong nhằm nâng cao chất lượng làm việc của kéo sản xuất trong nước, thay thế kéo nhập
ngoại.
2. Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo
- Cần có các thiết bị công nghệ cao chuyên dùng cho mài như robot hoặc máy CNC
5, 6 bậc tự do để nghiên cứu thực nghiệm, chế tạo được kéo đủ tiêu chuẩn đưa vào sử
dụng. Trên cơ sở đó có thể áp dụng các kết quả luận án để nghiên cứu bài toán tối ưu,
khảo sát ảnh hưởng của các TSHH (Bán kính cong, góc độ, độ bóng ...) của kéo đến chất
lượng làm việc của kéo.
- Cần có cơ sở vật chất, tài chính, với trang thiết bị công nghệ cao như trên cho phép
nghiên cứu nhằm phân loại các mẫu kéo với các TSHH tương ứng phù hợp mục đích sử
dụng. Từ đó thiết lập được thông số thiết kế cho các loại kéo và thiếp lập được các quỹ
đạo chuyển động tạo hình tương ứng phù hợp.
- Các phần mềm có thể hoàn thiện đóng gói để dễ dàng áp dụng và hướng tới tạo
phần mềm thương mại cũng là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn %

25

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. Phan Bùi Khôi, Lê Văn Thắm, Bùi Ngọc Tuyên (2013) Nghiên cứu về Lực cắt của
Kéo mổ y tế và biện pháp cải thiện chất lượng làm việc của Kéo; Kỷ yếu hội nghị Cơ khí
toàn quốc lần thứ 3, 2013
2. Phan Bùi Khôi, Bùi Ngọc Tuyên, Lê Văn Thắm (2015) Mô hình hóa hình học lưỡi
cắt của Kéo mổ y tế đầu cong, Tạp chí khoa học công nghệ 109(2015) 061-066;
3. Lê Văn Thắm, Phan Bùi Khôi, Bùi Ngọc Tuyên, Cù Xuân Hùng, Nguyễn Đức
Toàn (2016) Thiết kế quĩ đạo chuyển động của Robot ứng dụng mài kéo mổ y tế đầu cong,
Kỷ yếu hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ 2 về Cơ kỹ thuật và tự động hóa, ngày 7-8
tháng 10 năm 2016, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, trang 467-473;
4. Phan Bui Khoi, Le Van Tham, Bui Ngoc Tuyen, Do Duc Trung (2017) Application
of the 5-dof robot for grinding the cutting blade of the curved-tip medical surgical scissor,
American Journal of Engineering Research (AJER) 2017 American Journal of
Engineering Research (AJER) e-ISSN: 2320-0847 p-ISSN : 2320-0936 Volume-6, Issue8, pp-103-111 www.ajer.org Research Paper Open Access.
5. Phan Bui Khoi, Le Van Tham, Bui Ngoc Tuyen, Về một giải pháp mài lưỡi cắt kéo
mổ y tế đầu cong bằng Robot tác hợp (2017). Tuyển tập công trình khoa học, Hội nghị cơ
học toàn quốc lần thứ X, ngày 8-9/12/2017, Tập 1. Động lực học và điều khiển, Cơ học
máy, Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ, trang 1013 -1026 (Đã thẩm định và
được chấp nhận đăng).