随着社会的发展和居民生活水平的提高,人们越来越关注自身的健康问题。由于运动损伤、交通事故、年龄增长等因素使骨骼骨折成为日常生活中常见的一种疾病,内固定是医疗上常用的治疗骨折的一种方式,内固定的过程中需要对骨进行预钻孔,以便植入固定物,但进行骨钻削的过程中过大的轴向力会引起皮质骨产生裂纹或者引起骨组织损伤,为了降低钻削过程中的轴向力,提高钻孔的质量,本文引入了超声辅助钻削技术,从理论上对超声辅助钻削机理进行了分析,并通过有限元仿真和试验对比研究了超声辅助钻削皮质骨与普通钻削皮质骨的异同,最后利用Minitab软件对超声辅助钻削皮质骨的轴向力进行了优化。具体的研究内容如下:(1)通过对超声轴向辅助钻削的运动学分析,建立了轴向振动钻削的运动学方程,并得到了超声振动钻削过程中切削刃上任意点的切削速度、轨迹长度和切削厚度;然后分析了超声辅助钻削过程中的分离冲击,断屑和振动减摩机理。(2)基于ABAQUS有限元分析软件对超声辅助钻削皮质骨进行了有限元分析,将三维的钻削模型简化为二维的切削模型,研究了传统钻削和超声辅助钻削的应力场,并引入切削度的概念,对比分析了传统钻削和超声辅助钻削过程中皮质骨切削局部应力状态随时间的变化。(3)设计并进行了皮质骨钻削的单因素试验,利用Kister 9129AA测力仪,Taylor Hobson Talysurf i-Series 5粗糙度轮廓仪等仪器设备,研究了传统钻削和超声辅助钻削两种不同的钻削方式对皮质骨的轴向力,切屑形态和表面粗糙度的影响。(4)使用Minitab软件设计并进行中心复合试验,分析了钻削转速、进给量、超声频率与幅值四个参数对轴向力的影响,然后基于响应面法建立了超声辅助钻削皮质骨轴向力的预报模型,并对模型进行了方差分析,最后对参数进行了优化。