本發(fā)明屬于廢舊機床導軌修復再生領域，涉及一種采用激光加工方法分區(qū)構建仿生耦合表面，對磨損程度非均勻的廢舊機床導軌進行均一性修復的方法。

背景技術：

機床導軌是在機床上用來支承和引導部件沿著一定的軌跡運動或起夾緊定位作用的軌道。機床常規(guī)損壞零件可以更換，而對于導軌與床身連為一體的機床，當導軌嚴重磨損達到報廢，就意味著整個機床的報廢，造成極大資源浪費。如果將廢棄的導軌進行修復再生，就能有效的延長整個機床的使用壽命，節(jié)約大量資源。但是表面經(jīng)過淬火的導軌在報廢時往往殘留2～5mm厚的剩余淬火層，經(jīng)分析，一方面刀架由于長期的沿導軌面非均勻工作，另一方面導軌淬火硬度沿厚度方向是梯度變化的，導致剩余淬火表面的磨損程度非均勻。若以硬度作為直觀測量指標，即整個剩余淬火表面各部分的硬度不同，其耐磨性也不同。如果去除剩余淬火層來獲得均勻表面，則會使導軌尺寸和精度達不到機床的使用需求，且消耗大量的人力物力；如果保留剩余淬火層，由于現(xiàn)有方式都是在均勻面上修復，這就需要一種能夠修復非均勻達到耐磨性均一的新方法。

為了更好的提高效率和降低環(huán)境污染，科技目光逐漸轉(zhuǎn)向自然界。通過觀察分析，億萬年的進化使得生物具有最佳組成結構，即消耗最小的能量達到最優(yōu)的結果，于是仿生學應運而生。通過對自然界生物的研究，根據(jù)實際需要選出合適的生物模型進行形態(tài)、結構和材料的研究，并且轉(zhuǎn)化應用。

中國專利公報公開了“一種激光仿生耦合導軌及其再生方法”(申請?zhí)枺?015106122948；公開日：2015年11月25日)和“一種多結構異距仿生表面組合的鑄鐵導軌及其再生方法”(申請?zhí)枺?0151062123048；公開日：2015年12月2日)。第一種方法在沿著導軌實際工作時架于其上的刀具進給方向上，將導軌表面分為嚴重磨損區(qū)和輕微磨損區(qū)，利用激光在兩種磨損程度不同的區(qū)域分別加工耦合不同形狀仿生單元體的仿生表面，進而獲得硬度、應力分布均勻且抗磨損性能趨于均勻一致的多仿生耦合表面組合的導軌表面，實現(xiàn)其再生；這種方法只將硬度差區(qū)間分成兩區(qū)，沒有考慮區(qū)間硬度值的不同，因而修復后在每個區(qū)間內(nèi)仍然存在抗磨損性能不均勻的問題。第二種方法通過不同磨損程度區(qū)域的硬度或應力分布情況，設計特定的兩種間距變化的雙耦元仿生表面，通過雙耦元仿生單元體的兩種耦元的相互作用，與機體共同構成多因素多結構的相互耦合、相互作用的耦合仿生區(qū)域，以提高滑動導軌的耐磨性；該方法的缺點是每種硬度差區(qū)間中雙耦元仿生單元體都是相同的間距，因而每個區(qū)間內(nèi)也存在抗磨損性能不均勻的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠做到整體與細節(jié)統(tǒng)一，實現(xiàn)機床導軌的磨損非均勻表面均一性修復的分區(qū)構建仿生耦合表面修復再生廢舊機床導軌的再生方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的分區(qū)構建仿生耦合表面修復再生廢舊機床導軌，其特征在于所述導軌表面按照未修復前的硬度由大到小分為A、B、C三個區(qū)域；A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)表面分別加工有條狀仿生耦元、點條組合仿生耦元、網(wǎng)狀仿生耦元；各區(qū)域分別按照修復前的硬度分為多個微調(diào)區(qū)域，并且各微調(diào)區(qū)域隨修復前的硬度由小到大，其上仿生耦元的間距由小到大變化。

所述A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)修復前的表面硬度分別為650HV～750HV、550HV～650HV、450HV～550HV。

所述A區(qū)條狀仿生耦元的寬度Aw、B區(qū)點狀仿生耦元的直徑Bd、B區(qū)條狀仿生耦元的寬度Bw和C區(qū)網(wǎng)狀仿生耦元寬度Cw均為1～1.6mm，A區(qū)條狀仿生耦元的深度Ah、B區(qū)點狀和條狀仿生耦元的深度Bh和C區(qū)網(wǎng)狀仿生耦元寬度深度Ch均為500～1000μm。

所述A區(qū)內(nèi)分為n1個微調(diào)區(qū)域，分別為A1、A2、……Ai……An1，對任一微調(diào)區(qū)域Ai，其上條狀仿生耦元的間距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai為微調(diào)區(qū)域Ai修復前的硬度，S_A為A區(qū)條狀仿生耦元的標準間距，S_A＝3.2～3.6mm。

所述B區(qū)內(nèi)分為n2個微調(diào)區(qū)域，分別為B1、B2、……Bi……Bn2，對任一微調(diào)區(qū)域Bi，其上點條組合仿生耦元的間距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi為微調(diào)區(qū)域Bi修復前的硬度，S_B為B區(qū)點條組合仿生耦元的標準間距，S_B＝6.1～7.1mm。

所述C區(qū)間內(nèi)分為n3個微調(diào)區(qū)域，分別為C1、C2、……Ci……Cn3，對任一微調(diào)區(qū)域Ci，其上網(wǎng)狀仿生耦元的間距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci為微調(diào)區(qū)域Ci修復前的硬度，S_C為C區(qū)點條組合仿生耦元的標準間距，S_C＝3.8～4.5mm。

本發(fā)明的目的在于對廢棄機床導軌，保留其磨損非均勻的剩余淬火層，在不同硬度導軌面上構建相應的仿生耦合模型，使耐磨性不同的區(qū)域經(jīng)過各自對應的仿生耦合模型修復后，其整個導軌的耐磨性達到一致，實現(xiàn)機床導軌的磨損非均勻表面的均一性修復。為修復再生非均勻達到均一性提供了新思路。

本發(fā)明的上述分區(qū)構建仿生耦合表面修復再生廢舊機床導軌的再生方法，其特征在于步驟如下：

步驟一、清除廢舊機床導軌剩余淬火表面油污和磨損痕跡，并使其表明平整化；

步驟二、將導軌表面分為多個長方形區(qū)域，在長方形區(qū)域內(nèi)沿長方形的兩條對角線進行硬度測量并取平均值，作為該長方形區(qū)域的硬度值；根據(jù)各長方形區(qū)域硬度值進行分區(qū)；硬度值在650HV～750HV內(nèi)的區(qū)域記為A區(qū)，將700HV作為A區(qū)標準硬度；硬度值在550HV～650HV內(nèi)的區(qū)域記為B區(qū)，將600HV作為B區(qū)標準硬度；將硬度值在450HV～550HV內(nèi)的區(qū)域記為C區(qū)，將500HV作為C區(qū)標準硬度；其中A區(qū)分為n1個微調(diào)區(qū)域，分別標記為A1、A2、……Ai……An1，B區(qū)分為n2個微調(diào)區(qū)域，分別標記為B1、B2、……Bi……Bn2，C區(qū)分為n3個微調(diào)區(qū)域，標記為C1、C2、……Ci……Cn3；

步驟三、設定A區(qū)條狀仿生耦元的寬度Aw、B區(qū)點狀仿生耦元的直徑Bd、B區(qū)條狀仿生耦元的寬度Bw和C區(qū)網(wǎng)狀仿生耦元寬度Cw均為1～1.6mm，A區(qū)條狀仿生耦元的深度Ah、B區(qū)點狀和條狀仿生耦元的深度Bh和C區(qū)網(wǎng)狀仿生耦元寬度深度Ch均為500～1000μm；然后確定A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域內(nèi)仿生耦元的實際間距；

步驟四，根據(jù)步驟三確定的A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域內(nèi)仿生耦元的實際間距，利用激光加工方法在導軌表面A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)制備相應形狀及間距的仿生耦元。

所述步驟三中確定的A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域內(nèi)仿生耦元的實際間距如下：對于A區(qū)內(nèi)任一微調(diào)區(qū)域Ai，其上的條狀仿生耦元的間距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai為微調(diào)區(qū)域Ai修復前的硬度，S_A為A區(qū)條狀仿生耦元的標準間距，S_A＝3.2～3.6mm；對于B區(qū)內(nèi)任一微調(diào)區(qū)域Bi，其上的點條組合仿生耦元的間距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi為微調(diào)區(qū)域Bi修復前的硬度，S_B為B區(qū)點條組合仿生耦元的標準間距，S_B＝6.1～7.1mm；對于C區(qū)間內(nèi)任一微調(diào)區(qū)域Ci，其上的網(wǎng)狀仿生耦元的間距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci為微調(diào)區(qū)域Ci修復前的硬度，S_C為C區(qū)點條組合仿生耦元的標準間距，S_C＝3.8～4.5mm。

所述步驟三中，確定A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域內(nèi)仿生耦元的實際間距的方法如下：

(1)、選取N組與未處理導軌C區(qū)相同的試樣，試樣表面硬度為500HV，每組包含5個試樣，磨損高度為H₀；首先在第一組的1-5號試樣表面分別制備點狀、條狀、點網(wǎng)組合狀、點條組合狀、網(wǎng)狀仿生耦元，并且各試樣表面仿生耦元的總面積相等，然后在各試樣表面進行磨損試驗，測出磨損高度，利用公式(1)計算得到1-5號試樣仿生耦合表面的磨損減少率；然后在其他組的1-5號試樣上分別制備點狀、條狀、點網(wǎng)組合狀、點條組合狀、網(wǎng)狀仿生耦元，并且制備相同形狀仿生耦元的不同試樣，其上仿生耦元的間距不同；再利用公式(1)計算出相同形狀不同間距仿生耦元對應的仿生耦合表面磨損減小率，擬合出仿生耦元間距S與磨損減少率△Xs-F％的關系式；△X_F％＝(H₀－H_F)/H₀×100％(1)

其中H_F為在導軌上制備仿生耦元后，經(jīng)磨損試驗得到的磨損高度；

(2)、在不同硬度基體上加工出相同形狀的仿生耦元，進行磨損試驗，利用刻痕面積計算出磨損高度，擬合得出基體硬度X與磨損高度Y的回歸方程：Y＝－0.0016X+1.335；以C區(qū)標準硬度500HV處的磨損高度H₀為參照，利用回歸方程計算出A區(qū)標準硬度700HV處、B區(qū)標準硬度600HV處對應的磨損高度，再利用公式(1)計算出A區(qū)標準硬度700HV、B區(qū)硬度標準600HV對應的磨損減少率分別為△A＝59.8％，△B＝29.9％，即制備相同仿生耦元的仿生耦合表面，修復后A區(qū)的磨損高度是C區(qū)磨損高度的(1－59.8％)，B區(qū)的磨損高度是C區(qū)磨損高度的(1－29.9％)；

(3)、設未處理試樣C區(qū)標準硬度500HV處的磨損高度為H₀，修復后若使C區(qū)磨損減少率等于K％，根據(jù)公式(1)，則修復后C區(qū)磨損高度為H_C＝H₀(1－K％)；令C區(qū)標準硬度500HV處，B區(qū)標準硬度600HV處、A區(qū)標準硬度700HV處的仿生耦合表面磨損高度均為H_C＝H₀(1－K％)；C區(qū)修復后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]＝H₀(1－K％)，推導出K＝△X_FC+△X_s-FC；其中△X_FC為C區(qū)試樣的仿生耦合表面的磨損減少率，△X_s-FC為該仿生耦合表面的對應間距的磨損減少率；B區(qū)修復后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FB％+△X_s-FB％)](1－29.9％)＝H₀(1－K％)，推導出1.426(K－29.9)＝△X_FB+△X_s-FB；其中△X_FB為B區(qū)試樣的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FB為該仿生耦合表面對應間距的磨損減少率；A區(qū)修復后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FA％+△X_s-FA％)](1－59.8％)＝H₀(1－K％)，推導出2.487(K－59.8)＝△X_FA+△X_s-FA，其中△X_FA為A區(qū)試樣的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FA為該仿生耦合表面對應間距的磨損減少率；設K％取值83％，△X_FC+△X_s-FC＝83，△X_FB+△X_s-FB＝75.7206，△X_FA+△X_s-FA＝57.6984；根據(jù)步驟(2)得到的各區(qū)標準硬度仿生耦合表面磨損減少率和同一形狀對應不同耦元間距的磨損減少率的計算公式，分別選出A、B、C區(qū)的耦元形狀及對應的耦元標準間距S_A、S_B、S_C如下：A區(qū)為條狀耦元，耦元標準間距S_A為3.4mm；B區(qū)為點條組合耦元，耦元標準間距S_B為6.7mm；C區(qū)為網(wǎng)狀耦元，耦元標準間距S_C為4.2mm；

(4)、根據(jù)公式(2)、(3)、(4)計算A、B、C區(qū)中微調(diào)區(qū)域內(nèi)的仿生耦元的實際間距；

S_Ai＝(A_Ai/700)S_A (2)

S_Bi＝(B_Bi/600)S_B (3)

S_Ci＝(C_Ci/500)S_C (4)

其中A_Ai為A區(qū)中任一微調(diào)區(qū)域Ai修復前的硬度，S_A為A區(qū)條狀仿生耦元的標準間距，B_Bi為B區(qū)中任一微調(diào)區(qū)域Bi修復前的硬度，S_B為B區(qū)點條組合仿生耦元的標準間距，C_Ci為C區(qū)中任一微調(diào)區(qū)域Ci修復前的硬度，S_C為C區(qū)點條組合仿生耦元的標準間距。

本發(fā)明的技術效果：本發(fā)明利用激光仿生耦合技術，直接在剩余淬火磨損非均勻表面上進行磨損量達到均一的修復，在不同的硬度分區(qū)導軌表面上匹配相應的仿生耦合模型，突破了非均勻修復均一性的難題；無需去除大量剩余淬火層，也無需額外材料的補充添加，即可實現(xiàn)廢舊機床導軌的修復再生，避免因?qū)к壥Ф斐傻恼麄€機床的報廢。一般新導軌的使用壽命是8～10年，采用本發(fā)明修復后導軌的使用壽命可達到8～12年，使修復后機床能夠達到甚至超過新機床的工作年限，極大地提高了導軌與機床的利用年限。表明仿生耦合表面可以達到修復與再生廢舊機床導軌的目的，避免了整個機床的報廢，也避免了制造新機床的資源消耗，節(jié)約了大量的資源。

本發(fā)明利用仿生理論，根據(jù)輕微平整處理后的報廢導軌表面硬度、應力分布情況，在沿著導軌實際工作時架于其上的刀具進給方向上，將導軌表面分為嚴重磨損區(qū)(C區(qū))、中度磨損區(qū)(B區(qū))和輕微磨損區(qū)(A區(qū))，并利用激光，在其表面加工形成抗磨損性能不同的仿生表面。即在三種磨損程度不同的區(qū)域分別加工出耦合有不同形狀仿生單元體的仿生表面，進而獲得硬度、應力分布均勻且抗磨損性能趨于均勻一致的多仿生耦合表面組合的導軌表面，實現(xiàn)其再生。本發(fā)明不僅使得力學性能分布不均的表面再次恢復均勻分布，還可以通過不同抗磨損性能仿生表面的組合形成整體抗磨損性能長期一致化的仿生表面。有效避免由于局部受力較大所造成的局部磨損嚴重現(xiàn)象。本發(fā)明打破了傳統(tǒng)的對力學性能分布均勻的表面所進行的均勻修復方式，而是以更適合其實際工作的角度，對經(jīng)高頻淬火的鑄鐵導軌的局部磨損表面直接實施多仿生耦合表面組合的非均勻再生修復方式，從根本上解決了該類報廢導軌表面由于磨損不均所造成的難以再生問題。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1是機床導軌具體分區(qū)測量示意圖。

圖2a是A區(qū)硬度為700HV區(qū)域仿生耦元模型示意圖；圖2b是仿生耦元的剖視圖。

圖3a是B區(qū)硬度為600HV區(qū)域仿生耦元模型示意圖；圖3b是點狀仿生耦元的剖視圖，圖3c是條狀仿生耦元的剖視圖。

圖4a是C區(qū)硬度為500HV區(qū)域仿生耦元模型示意圖；圖4b是仿生耦元的剖視圖。

圖5a是C區(qū)磨損高度示意圖，圖5b是仿生耦合表面磨損高度示意圖。

圖6是機床導軌仿生耦合表面整體俯視圖。

具體實施方式

本發(fā)明選取的生物原模是蜣螂頭部、植物葉片和貝殼表面，一般都是從生物中得到靈感，進而根據(jù)實際情況進行實施優(yōu)化、轉(zhuǎn)化組合，可以將仿生非光滑結構分為點狀、條狀、網(wǎng)狀、點條組合、點網(wǎng)組合。而且通過實驗發(fā)現(xiàn)，在廢舊機床導軌剩余淬火表面經(jīng)激光加工的仿生單元體發(fā)生物相轉(zhuǎn)移，金相組織從珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂捕鹊鸟R氏體。仿生耦合單元體可以作為硬質(zhì)相，提供強度和硬度，導軌材料本身作為軟質(zhì)相，提供韌性和減震性，兩者軟硬相間的仿生耦合表面相互配合可以提高機床導軌的耐磨性。

本發(fā)明對床身與導軌連為一體的廢棄機床導軌的剩余淬火表面，由于磨損程度非均勻，先橫向測量導軌硬度，再按照硬度分區(qū)標準進行區(qū)域標記，不同的分區(qū)構建不同的仿生耦合模型，仿生耦合模型包括形狀耦元及其特征量，激光加工出設計合理的仿生耦合表面，使得修復后的整個導軌的耐磨性達到一致，實現(xiàn)廢舊機床導軌剩余淬火表面磨損非均勻的均一性修復。

不同的仿生耦合模型與不同硬度組合可以獲得不同程度的耐磨性，本發(fā)明通過仿生原理關系計算得出不同硬度分區(qū)所對應的仿生耦合模型，來達到耐磨性均一的目的。A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)中根據(jù)硬度值進行間距微調(diào)，做到整體與細節(jié)的統(tǒng)一。突破了非均勻表面修復成均一性的難題，極大節(jié)約了資源和維修費用，達到廢舊機床導軌再利用的目的。

所述導軌表面按照未修復前的硬度由大到小分為A、B、C三個區(qū)域；如圖2a、3a、4a所示，A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)表面分別加工有條狀仿生耦元、點條組合仿生耦元、網(wǎng)狀仿生耦元；A區(qū)仿生耦元的標準間距S_A＝3.4mm，B區(qū)仿生耦元的標準間距S_B＝6.7mm，C區(qū)仿生耦元的標準間距S_C＝4.2mm。如圖2b所示，A區(qū)條狀仿生耦元的寬度Aw＝1.4mm，深度A_h＝1000μm；如圖3b所示，B區(qū)中點狀仿生耦元的直徑Bd＝1.4mm，深度B_h＝1000μm，如圖3c所示，條狀仿生耦元的寬度Bw＝1.4mm，B_h＝1000μm；如圖4b所示，C區(qū)中網(wǎng)狀仿生耦元寬度Cw＝1.4mm，深度C_h＝1000μm。

所述A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)修復前的表面硬度分別為650HV～750HV、550HV～650HV、450HV～550HV；所述A區(qū)含有n1個微調(diào)區(qū)域，分別記為A1、A2、……Ai……A_n1，對任一微調(diào)區(qū)域Ai，其上條狀仿生耦元的間距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai為微調(diào)區(qū)域Ai修復前的硬度，S_A為A區(qū)條狀仿生單元體的標準間距，S_A＝3.4mm。

所述B區(qū)含有n2個微調(diào)區(qū)域，分別為B1、B2、……Bi……B_n2，對任一微調(diào)區(qū)域Bi，其上點條組合仿生耦元的間距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi為微調(diào)區(qū)域Bi修復前的硬度，S_B為B區(qū)點條組合仿生耦元的標準間距，S_B＝6.7mm。

所述C區(qū)含有n3個微調(diào)區(qū)域，分別為C1、C2、……Ci……C_n3，對任一微調(diào)區(qū)域Ci，其上網(wǎng)狀仿生耦元的間距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci為微調(diào)區(qū)域C i修復前的硬度，S_C為C區(qū)點條組合仿生耦元的標準間距，S_C＝6.7mm。

其中n1、n2、n3的數(shù)值是不確定的，只要長方形的平均硬度在哪個區(qū)間內(nèi)就標記為哪區(qū)。而當導軌不同時，它的長方形分區(qū)的數(shù)量也是不同的，所以這里n1、n2、n3只是代表屬于A、B、C區(qū)的未知數(shù)量的一個記號。

本發(fā)明的修復廢舊機床導軌方法具體如下：

刀架由于長期的沿導軌面非均勻工作導致導軌表面的磨損程度非均勻，常用工作區(qū)與非常用工作區(qū)和中間區(qū)域與邊緣區(qū)域的使用頻率和磨損狀況是不同的。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，一方面刀架由于長期的沿導軌面非均勻工作，另一方面導軌淬火硬度沿厚度方向是梯度變化的，導致導軌剩余淬火表面各處的磨損程度非均勻，若以硬度作為直觀測量指標，即整個剩余淬火表面各部分的硬度不同，其耐磨性也不同。這就需要先進行區(qū)域劃分。因為硬度可以直觀測量，本發(fā)明以硬度作為磨損程度非均勻的分區(qū)標準。對磨損非均勻的剩余淬火表面進行硬度測量，硬度值一般在450HV～750HV之間，分區(qū)標準確定如下：硬度在650HV～750HV記為A區(qū)，700HV作為A區(qū)標準硬度；硬度在550HV～650HV記為B區(qū)，600HV作為B區(qū)標準硬度；硬度在450HV～550HV記為C區(qū)，500HV作為C區(qū)標準硬度。具體實施分區(qū)測量如下：為了對導軌表面硬度進行精確的測量，將導軌面先橫向從中間一分為二，如圖1所示，先整體橫向測量硬度，根據(jù)橫向硬度的不同，再縱向大概每隔50mm將硬度近似的區(qū)域分為一區(qū)，將導軌面分為若干個長方形區(qū)域；在各長方形區(qū)域內(nèi)沿長方形的兩條對角線進行硬度測量，最后將硬度值進行平均，得到的硬度平均值作為所在長方形區(qū)域的硬度值。根據(jù)以上測量的硬度值將導軌表面分為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)。然后將屬于A區(qū)的n1個微調(diào)區(qū)域，分別標記為A1、A2、……Ai……An，屬于B區(qū)的n2個微調(diào)區(qū)域，分別標記為B1、B2、……Bi……Bn，屬于C區(qū)的n3個微調(diào)區(qū)域，標記為C1、C2、……Ci……Cn；其中n1、n2、n3可以相等可以不等。

在A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)表面制備仿生耦元，各區(qū)域仿生耦元的形狀和各微調(diào)區(qū)域仿生耦元的實際間距確定方法具體如下：

由于C區(qū)硬度最小，磨損高度最大，因此可以以未處理導軌C區(qū)表面硬度500HV處的磨損高度H₀為基準，如圖5a、5b所示，圖中H、H’分別為原導軌高度和制備有仿生耦元的導軌高度；利用公式(1)計算出制備各種形狀仿生耦元的仿生耦合表面的磨損減少率△X_F％；

△X_F％＝(H₀－H_F)/H₀×100％(1)

其中H_F為在導軌上制備仿生耦元后，經(jīng)磨損試驗得到的磨損高度。

具體計算方法如下：

選取N組與未處理導軌C區(qū)相同的試樣，(N的取值范圍為至少6組)，試樣表面硬度為500HV，每組包含5個試樣，磨損高度為H₀。首先在第一組的1-5號試樣表面分別制備點狀、條狀、點網(wǎng)組合狀、點條組合狀、網(wǎng)狀仿生耦元，并且各試樣表面仿生耦元的總面積相等，本發(fā)明中取總面積為320mm²。然后在各試樣表面進行磨損試驗，測出磨損高度，利用公式(1)計算得到1-5號試樣仿生耦合表面的磨損減少率。計算結果分別為：1號試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xsp％＝18.6％，2號試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xst％＝33.7％，3號試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xsp-re％＝60.2％，4號試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xsp-st％＝65.0％，5號試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xre％＝68.2％。減少率越大，抗磨損性能越好。

在其他組的1-5號試樣上分別制備點狀、條狀、點網(wǎng)組合狀、點條組合狀、網(wǎng)狀仿生耦元。制備相同形狀仿生耦元的不同試樣，其上仿生耦元的間距不同。然后計算出各形狀不同間距仿生耦元對應的仿生耦合表面磨損減小率，擬合出仿生耦元間距S與磨損減少率△Xs-F％的關系如下：點狀仿生耦元對應的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-sp＝－0.44758×Ssp+8.1956，S sp為點狀仿生耦元的實際間距；條狀仿生耦元對應的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-st＝－12.93×Sst+68.089，S st為條狀仿生耦元的實際間距；網(wǎng)狀仿生耦元對應的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-re＝－14.7899×S re+77.115，S re為網(wǎng)狀仿生耦元的間距；點條組合仿生耦元對應的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-sp-st＝－5.9975×Ssp-st+51.083，Ssp-st為點條組合仿生耦元的實際間距；點網(wǎng)組合仿生耦元對應的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-sp-re＝－13.287×Ssp-re+68.048，S sp-re為點網(wǎng)組合仿生耦元的實際間距。

在仿生耦合試樣中多耦元的貢獻度還與該分區(qū)的硬度有關，在不同硬度基體上加工出相同形狀的仿生耦元(點狀、條狀或網(wǎng)狀)，進行磨損試驗，利用刻痕面積變化計算出磨損高度，擬合得出基體硬度X與磨損高度Y的回歸方程：Y＝－0.0016X+1.335，以C區(qū)標準硬度500HV處的磨損高度H₀為參照，H₀＝－0.0016×500+1.335＝0.535；利用回歸方程計算出A區(qū)標準硬度700HV處、B區(qū)標準硬度600HV處對應的磨損高度，H_A＝－0.0016×700+1.335＝0.215，H_B＝－0.0016×600+1.335＝0.375；再利用公式(1)計算出A區(qū)標準硬度700HV、B區(qū)硬度標準600HV對應的磨損減少率分別為△A＝59.8％，△B＝29.9％，即制備相同仿生耦元的仿生耦合表面，修復后A區(qū)的磨損高度是C區(qū)磨損高度的(1－59.8％)，B區(qū)的磨損高度是C區(qū)磨損高度的(1－29.9％)；

假設未處理試樣C區(qū)標準硬度500HV處的磨損高度為H₀，修復后若使C區(qū)磨損減少率等于K％，根據(jù)公式(1)，則修復后C區(qū)磨損高度為H_C＝H₀(1－K％)。為使抗磨損性能均一化，則修復后A區(qū)、B區(qū)的磨損高度也為H₀(1－K％)。首先以C區(qū)標準硬度500HV處，B區(qū)標準硬度600HV處、A區(qū)標準硬度700HV處的耐磨性一致列出滿足式，然后推導出最后的簡化關系式，作為A、B、C三區(qū)的仿生耦合模型的選擇依據(jù)。C區(qū)目標磨損高度為H₀(1－K％)，修復后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]，兩者相等可得：H₀(1－K％)＝H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]，推導出K＝△X_FC+△X_s-FC；其中△X_FC為C區(qū)標準硬度500HV所選的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FC為該仿生耦合表面對應仿生耦元間距的磨損減少率。B區(qū)目標磨損高度為H₀(1－K％)，修復后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FB％+△X_s-B％)](1－29.9％)，兩者相等可得：H₀(1－K％)＝H₀[1－(△X_FB％+△X_s-FB％)](1－29.9％)，推導出1.426(K－29.9)＝△X_FB+△X_s-FB。其中△X_FB為B區(qū)標準硬度600HV所選的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FB為該仿生耦合表面對應仿生耦元間距的磨損減少率。A區(qū)目標磨損高度為H₀(1－K％)，仿生耦合表面修復后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FA％+△X_s-FA％)](1－59.8％)。兩者相等可得：H₀(1－K％)＝H_C[1－(△X_A％+△X_s-FA％)](1－59.8％)，推導出2.487(K－59.8)＝△X_FA+△X_s-FA，其中△X_FA為A區(qū)標準硬度700HV所選的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FA為該仿生耦合表面對應仿生耦元間距的磨損減少率。經(jīng)過綜合分析，如果K取值過小，就使得修復后的導軌壽命不高，達不到修復目的；如果K取值過大，就會使仿生耦合模型的形狀耦元趨向于單一，就失去不同仿生耦合模型分區(qū)修復的意義。根據(jù)實際意義，設定K％取值83％，則三區(qū)滿足的關系式為C區(qū)83＝△X_FC+△X_s-FC，B區(qū)75.7206＝△X_FB+△X_s-FB，A區(qū)57.6984＝△X_FA+△X_s-FA，根據(jù)上面的不同形狀耦元及同一形狀對應不同耦元間距的磨損減少率的計算公式，分別選出A、B、C區(qū)的耦元形狀及對應的耦元標準間距S_A、S_B、S_C如下：A區(qū)為條狀耦元，耦元標準間距S_A為3.4mm；B區(qū)為點條組合耦元，耦元標準間距S_B為6.7mm；C區(qū)為網(wǎng)狀耦元，耦元標準間距S_C為4.2mm。

屬于A、B、C區(qū)的耦元形狀及耦元標準間距確定之后，因為硬度會影響耦元的作用效果，各區(qū)域的實際間距還是需要進行微調(diào)。微調(diào)的關系式的推導過程在這就以A區(qū)為例來進行詳盡的步驟推演。硬度700HV作為A區(qū)標準硬度A_A，其耦元標準間距為S_A，將屬于A區(qū)的任一微調(diào)區(qū)域硬度值記為A_Ai，其實際間距為S_Ai。通過分析，為使磨損高度一致，硬度與間距的變化就需要呈正比，即硬度相差比應等于間距相差比，1－A_Ai/A_A＝1－S_Ai/S_A，推導出S_Ai＝(A_Ai/A_A)S_A＝(A_Ai/700)S_A。同理可得，B區(qū)的微調(diào)關系式為S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，C區(qū)的微調(diào)關系式為S_Ci＝(C_Ci/500)S_C。

所述的一種分區(qū)構建仿生耦合表面修復再生廢舊機床導軌的方法，結合圖1～圖4a、圖4b，具體步驟如下：

步驟一，清除廢舊機床導軌剩余淬火表面油污和磨損痕跡，并使其表明平整化；

步驟二，根據(jù)硬度分區(qū)標準實施具體分區(qū)測量標記。將導軌面先橫向從中間一分為二，橫向測量硬度，根據(jù)橫向硬度的不同，再縱向大概每隔50mm將硬度近似的區(qū)域分為一區(qū)，將導軌面分為若干個長方形區(qū)域，沿長方形的兩條對角線進行硬度測量，并將硬度值進行平均，根據(jù)硬度分區(qū)標準進行分區(qū)標記，標準如下：當硬度Z在650HV≤Z≤750HV記為A區(qū)，700HV作為A區(qū)標準；當硬度在550HV≤Z＜650HV記為B區(qū)，600HV作為B區(qū)標準；當硬度在450HV≤Z＜550HV記為C區(qū)，500HV作為C區(qū)標準。其中屬于A區(qū)的n1個微調(diào)區(qū)域，分別標記為A1、A2、……Ai……An1，屬于B區(qū)的n2個微調(diào)區(qū)域，分別標記為B1、B2、……Bi……Bn2，屬于C區(qū)的n3個微調(diào)區(qū)域，標記為C1、C2、……Ci……Cn3；

步驟三，確定A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域耦元的實際間距；A區(qū)為條狀耦元，耦元標準間距S_A為3.4mm；B區(qū)為點條組合耦元，耦元標準間距S_B為6.7mm；C區(qū)為網(wǎng)狀耦元，耦元標準間距S_C為4.2mm。再根據(jù)間距微調(diào)關系式：S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，依次分別求出屬于A區(qū)的n1個微調(diào)區(qū)域?qū)鸟钤g距；根據(jù)B區(qū)間距微調(diào)關系式：S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，依次分別求出屬于B區(qū)的n2個微調(diào)區(qū)域?qū)鸟钤獙嶋H間距；根據(jù)C區(qū)間距微調(diào)關系式：S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，依次分別求出屬于C區(qū)的n3個微調(diào)區(qū)域?qū)鸟钤獙嶋H間距。以A區(qū)微調(diào)耦元間距的舉例如下：選出幾個屬于A區(qū)的區(qū)域，硬度值分別為650HV、670HV、730HV、750HV，根據(jù)A區(qū)的耦元間距微調(diào)關系式：S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，分別求出對應耦元間距S_A1＝(650/700)×3.4＝3.2mm，S_A2＝(670/700)×3.4＝3.3mm，S_A3＝(730/700)×3.4＝3.5mm，S_A4＝(750/700)×3.4＝3.6mm。

步驟四，根據(jù)步驟三確定的參數(shù)利用激光加工出各區(qū)設計合理的仿生耦合表面，并進行處理使其表面平整化。仿生耦元的激光加工參數(shù)為：激光電流為180A，脈寬為6ms，頻率為7Hz，離焦量為12mm，掃描速度為25mm/min。

表1.CA6140廢舊車床導軌修復再生應用實例。

注：表1中所示的試驗實例數(shù)據(jù)保留一位小數(shù)位；采用的激光熔凝參數(shù)均為如下參數(shù)：激光電流為180A，脈寬為6ms，頻率為7Hz，離焦量為12mm，掃描速度為25mm/min。