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[摘 要]心血管支架是一类精密医疗器械，其切割精度要求非常高，切割质量的好坏甚至会影响到病人的生命安全。所以本文就其加工精度的提高，采用磁致伸缩刀架作为补偿，从而为刀架设计出了响应速度快、稳定可靠的弹簧板。
[关键词]超磁致伸缩材料 心血管支架 弹簧板
中图分类号：R318.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0268-01
1 引言
近年来，心脏支架手术在临床得到广泛应用，据统计，2003年，仅北京市就有20万例患者接受了支架手术。到目前为止，手术所采用的支架几乎全部为国外进口，一个支架的售价在2500元左右。国内很多部门都很重视支架的国产化进程，而制造支架的第一道工序就是激光切割，因此，支架的激光切割设备和切割工艺自然得到激光设备制造厂家的重视。为了提高激光切割设备的精度，特研制了一种放置激光头的刀架，可以用来补偿由于丝杠间隙导致激光头切割产生的误差。这一举措将会填补国内在这一设备领域的空白，促进心血管支架的国产化，造福广大心血管疾病患者。
2 补偿机构
超磁致伸缩材料（GMM）是一种新型功能材料，具有磁致伸缩系数大（静态条件可达到1500到2000ppm，动态条件下更高）、能量密度高、磁机耦合系数大、响应速度快（小于1us）、输出力大等优点。所以超磁致伸缩刀架完全具有补偿能力。
该项目的设计原理（如图1）是将刀架放在滑板上，滑板受丝杠控制，刀架的前端有个专门放置激光头的铝板，在铝板与底座之间安装了光栅尺，光栅尺精度是1um的。系统给出值与光栅尺测量的实际值做差反馈给磁致伸缩控制柜，这样来补偿由于丝杠
精度不够带来的误差。该刀架是磁致伸缩刀架，它受电流（0到30A）的控制前端可以发生0到60um的变化，起初让刀架在15A电流下工作，这样刀架就可以正负补偿，且补偿能力足够。
3 弹簧板设计与分析
补偿机构是否可行，主要看响应速度，不能产生严重的之后现象。而实现这一指标的难点就在于弹簧板的设计，在沈阳贝特数控机械有限公司以往的弹簧板设计都是斜动，而要加工心血管支架必须是竖直方向动作。这个弹簧板的要求是响应速度要快、竖直方向动作、承受一定的压力范围、回复性要好等。借用斜动弹簧板的设计，经过仿真优化，设计了如图2所示弹簧板。
弹簧板采用的60Si2Mn，该材料的弯曲疲劳强度450MPa。图3所示而在10000牛的应力下变化了92.5um。图4所示此时的最大应力不到200MPa，完全可以满足要求。
4 弹簧板响应速度试验
测试弹性元件在预压力的条件下的响应速度，并且要求都能回到初始位置。如图所示：直线是在稳定电流时采集的激光座位移曲线，保持一条直线的状态，说明在恒定电流情况下激光座位置能保持不变。曲线是在与直线有相同稳定电流的基础上增加正弦激励时采集激光座的位移曲線，即在主轴旋转时给磁致伸缩棒的激励线圈通走椭圆程序的电流，主轴旋转一周，使磁致伸缩棒伸缩两次。通过计算实验数据说明在正弦激励的情况下，完全能够回到初始位置且弹性元件的响应速度足矣。
5 结论
综上所述，根据有限元分析和实际试验结果，弹性元件所承受的应力小于其自身的弯曲疲劳极限，并且在最大应力情况下的变形量远大于加工时需要补偿的量。所以整个微补偿机构能实现提高加工精度的要求。
参考文献
[1] 王文博.磁致伸缩材料与器件[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 蒙红云，廖健宏，官邦贵，张庆茂，周永恒.心血管支架的光纤激光切割工艺[期刊论文]-中国激光，2007（5）.
[3] Zhai Peng，Zhang Chengrui，Lan Hongbo，et al.Novel mechanism for boring non-cylinder piston pinhole based on giant magnetostrictive materials[J].China Mechanical Engineering，2008，12（4）.
作者简介
刘北成（1987-）男，陕西宝鸡人，硕士，机械电子工程专业。
[关键词]超磁致伸缩材料 心血管支架 弹簧板
中图分类号：R318.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）04-0268-01
1 引言
近年来，心脏支架手术在临床得到广泛应用，据统计，2003年，仅北京市就有20万例患者接受了支架手术。到目前为止，手术所采用的支架几乎全部为国外进口，一个支架的售价在2500元左右。国内很多部门都很重视支架的国产化进程，而制造支架的第一道工序就是激光切割，因此，支架的激光切割设备和切割工艺自然得到激光设备制造厂家的重视。为了提高激光切割设备的精度，特研制了一种放置激光头的刀架，可以用来补偿由于丝杠间隙导致激光头切割产生的误差。这一举措将会填补国内在这一设备领域的空白，促进心血管支架的国产化，造福广大心血管疾病患者。
2 补偿机构
超磁致伸缩材料（GMM）是一种新型功能材料，具有磁致伸缩系数大（静态条件可达到1500到2000ppm，动态条件下更高）、能量密度高、磁机耦合系数大、响应速度快（小于1us）、输出力大等优点。所以超磁致伸缩刀架完全具有补偿能力。
该项目的设计原理（如图1）是将刀架放在滑板上，滑板受丝杠控制，刀架的前端有个专门放置激光头的铝板，在铝板与底座之间安装了光栅尺，光栅尺精度是1um的。系统给出值与光栅尺测量的实际值做差反馈给磁致伸缩控制柜，这样来补偿由于丝杠
精度不够带来的误差。该刀架是磁致伸缩刀架，它受电流（0到30A）的控制前端可以发生0到60um的变化，起初让刀架在15A电流下工作，这样刀架就可以正负补偿，且补偿能力足够。
3 弹簧板设计与分析
补偿机构是否可行，主要看响应速度，不能产生严重的之后现象。而实现这一指标的难点就在于弹簧板的设计，在沈阳贝特数控机械有限公司以往的弹簧板设计都是斜动，而要加工心血管支架必须是竖直方向动作。这个弹簧板的要求是响应速度要快、竖直方向动作、承受一定的压力范围、回复性要好等。借用斜动弹簧板的设计，经过仿真优化，设计了如图2所示弹簧板。
弹簧板采用的60Si2Mn，该材料的弯曲疲劳强度450MPa。图3所示而在10000牛的应力下变化了92.5um。图4所示此时的最大应力不到200MPa，完全可以满足要求。
4 弹簧板响应速度试验
测试弹性元件在预压力的条件下的响应速度，并且要求都能回到初始位置。如图所示：直线是在稳定电流时采集的激光座位移曲线，保持一条直线的状态，说明在恒定电流情况下激光座位置能保持不变。曲线是在与直线有相同稳定电流的基础上增加正弦激励时采集激光座的位移曲線，即在主轴旋转时给磁致伸缩棒的激励线圈通走椭圆程序的电流，主轴旋转一周，使磁致伸缩棒伸缩两次。通过计算实验数据说明在正弦激励的情况下，完全能够回到初始位置且弹性元件的响应速度足矣。
5 结论
综上所述，根据有限元分析和实际试验结果，弹性元件所承受的应力小于其自身的弯曲疲劳极限，并且在最大应力情况下的变形量远大于加工时需要补偿的量。所以整个微补偿机构能实现提高加工精度的要求。
参考文献
[1] 王文博.磁致伸缩材料与器件[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 蒙红云，廖健宏，官邦贵，张庆茂，周永恒.心血管支架的光纤激光切割工艺[期刊论文]-中国激光，2007（5）.
[3] Zhai Peng，Zhang Chengrui，Lan Hongbo，et al.Novel mechanism for boring non-cylinder piston pinhole based on giant magnetostrictive materials[J].China Mechanical Engineering，2008，12（4）.
作者简介
刘北成（1987-）男，陕西宝鸡人，硕士，机械电子工程专业。