随着手术要求的不断提高和机器人技术的快速发展,越来越多的手术导航系统和医疗手术机器人应用于临床,骨切削作为骨外科手术中最常用的操作之一,也开始由骨科手术机器人完成。然而,生物骨因为其复杂的组成和结构以及各向异性、热导率低等材料特性,钻削过程中过大的钻削力和钻削温度会造成钻孔附近骨组织的机械损伤和热坏死,而且钻孔时易发生打滑,从而降低手术质量和患者术后恢复质量。因此,研究生物骨材料切削的相关机理,控制骨钻削过程中的钻削力和钻削温度,抑制钻头打滑,实现低损伤骨钻孔,对高质量骨科手术技术的发展具有重要意义,新型骨科刀具设计作为实现上述目标最经济可行的方法之一,具有重要的研究价值。主要研究以下内容:（1）围绕低损伤骨钻孔目标,从骨切削机理入手,搭建了生物骨正交切削实验平台,探究了骨正交切削切屑形成机理,分析了刀具参数对骨切削机理的影响,建立了骨正交、斜角切削力学模型,分析了正交切削力。（2）计算了关键钻尖几何参数,基于钻尖参数建立了钻头打滑切屑面积差模型,并基于转变切削机理和抑制打滑设计了新型骨科月牙钻,以期实现低损伤骨钻孔目标。（3）根据不同切削刃的切削机理和几何参数,结合骨材料特性,建立了适用于麻花钻和月牙钻的钻削力和扭矩预测模型,搭建了实验平台,通过生物皮质骨钻孔实验验证了模型的精度,该模型还可以应用于其他具有直、曲线切削刃的钻头。（4）针对骨钻削过程中面临的主要问题,从打滑、表面损伤、钻削力和钻削温度等多个维度综合评价了所提出的月牙钻的骨钻孔性能,实验结果表明两种新型月牙钻都没有发生打滑,显著改善了骨钻削表面质量,降低了钻削力和钻削温度,可以有效提高钻孔质量并降低医生负担。