一種耦合仿生的滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耦合仿生的滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌及其制作 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)床工業(yè)的現(xiàn)代化水平和規(guī)模，以及所擁有的機(jī)床數(shù)量和質(zhì)量是衡量一個(gè)國家工 業(yè)發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志之一。機(jī)床導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度、剛度和耐磨性直接影響機(jī)床的精度，同 時(shí)對被加工零件的精度也起著決定性作用。
[0003] 滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌最顯著的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的剛性、吸振性和阻尼性，適宜切削負(fù)載 大的機(jī)床采用，且結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。但近年來研宄表明，導(dǎo)軌磨損常常發(fā)生在 機(jī)床導(dǎo)軌的表面和局部。通過表面強(qiáng)化技術(shù)提高導(dǎo)軌的耐磨性是一種行之有效的辦法。
[0004] 表面強(qiáng)化技術(shù)包括表面變形強(qiáng)化、表面淬火、表面元素?cái)U(kuò)散熱處理、表面噴涂、化 學(xué)和物理氣相沉積等技術(shù)，利用各種物理的、化學(xué)的或機(jī)械的工藝方法使材料表面獲得特 殊的成分、組織結(jié)構(gòu)以提高其耐磨性能，達(dá)到延長使用壽命的目的。但以上技術(shù)存在生產(chǎn)成 本高、加工工藝復(fù)雜、表面殘余應(yīng)力高、污染環(huán)境的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種耦合仿生的滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌及其制作方法，解決現(xiàn)有技術(shù) 生產(chǎn)成本高、加工工藝復(fù)雜、表面殘余應(yīng)力高、污染環(huán)境以及進(jìn)一步提高機(jī)床導(dǎo)軌耐磨性的 技術(shù)問題。
[0006] 本發(fā)明一種耦合仿生的滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌包括機(jī)床導(dǎo)軌、第一種仿生耦元和第二種仿 生耦元，依據(jù)生物仿生排布規(guī)律，第一種耦元和第二種耦元交錯(cuò)分布在機(jī)床導(dǎo)軌表面和局 部耐磨部分。
[0007] 所述第一種仿生耦元的表面軌跡形狀包括點(diǎn)狀、條狀和條紋交叉的網(wǎng)狀；分布在 機(jī)床導(dǎo)軌表面和局部耐磨部分的第一種仿生耦元為任意一種表面軌跡形狀，或?yàn)槿我鈨煞N 表面軌跡形狀的組合，或?yàn)槿N表面軌跡形狀的組合；
[0008] 所述第二種仿生耦元的表面軌跡形態(tài)包括凹坑和溝槽；分布在機(jī)床導(dǎo)軌表面和局 部耐磨部分的第二種仿生耦元為任意一種表面軌跡形狀，或?yàn)閮煞N表面軌跡形狀的組合。
[0009] 所述第一種耦元為單一尺寸分布或者不同尺寸混合分布；
[0010] 所述第二種耦元為單一尺寸分布或者不同尺寸混合分布。
[0011] 所述第一種仿生耦元平均寬度為I. 2mm，斷面形狀為U型，平均深度為0. 4mm，表面 顯微硬度為850~1100HV ;
[0012] 所述第二種親元的寬度為350~450um，間距為08. mm~12mm，傾斜角度為0~ 180°，斷面為U型，深度為350~450謹(jǐn)；
[0013] 所述第一種耦元與第二種耦元的最短中心距為0. 2~12mm。
[0014] 所述第一種仿生耦元通過激光熔凝而成，激光熔凝參數(shù)為：離焦量為±5. 5mm，激 光電流為100~280mA，激光照射頻率為3~IOHz，激光脈寬為4~IOms ;
[0015] 所述第二種仿生耦元通過激光雕刻而成，雕刻參數(shù)為：離焦量為〇mm，激光電流為 200~350mA，激光照射頻率為35~55Hz，激光脈寬為03~lms。
[0016] 本發(fā)明一種耦合仿生的滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌的制作方法具體步驟如下：
[0017] 步驟一：根據(jù)不同機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨要求和機(jī)床導(dǎo)軌不同部位的耐磨要求，依據(jù)生 物耦合仿生原理，生成第一種仿生耦元和第二種仿生耦元在機(jī)床導(dǎo)軌表面和局部耐磨部分 分布的親合模型；
[0018] 步驟二：根據(jù)步驟一確定的耦合模型，分別編寫生成第一種耦元的數(shù)控程序和第 二種耦元的數(shù)控程序；
[0019] 步驟三：利用生成的第一種耦元的數(shù)控程序控制激光熔凝軌跡的分布和間距，在 機(jī)床導(dǎo)軌的表面和局部耐磨部分生成第一種仿生耦元；
[0020] 步驟四：利用生成的第二種耦元的數(shù)控程序控制激光雕刻軌跡的分布和間距，在 機(jī)床導(dǎo)軌的表面和局部耐磨部分生成第二種仿生耦元；所述第一種仿生耦元與第二種仿生 親元交錯(cuò)分布。
[0021] 所述第一種仿生耦元的表面軌跡形狀包括點(diǎn)狀、條狀和條紋交叉的網(wǎng)狀；分布在 機(jī)床導(dǎo)軌表面和局部耐磨部分的第一種仿生耦元為任意一種表面軌跡形狀，或?yàn)槿我鈨煞N 表面軌跡形狀的組合，或?yàn)槿N表面軌跡形狀的組合；
[0022] 所述第二種仿生耦元的表面軌跡形態(tài)包括凹坑和溝槽；分布在機(jī)床導(dǎo)軌表面和局 部耐磨部分的第二種仿生耦元為任意一種表面軌跡形狀，或?yàn)閮煞N表面軌跡形狀的組合。
[0023] 所述第一種耦元為單一尺寸分布或者不同尺寸混合分布；
[0024] 所述第二種耦元為單一尺寸分布或者不同尺寸混合分布。
[0025] 所述第一種仿生親元平均寬度為I. 2mm，斷面形狀為U型，平均深度為0. 4mm，表面 顯微硬度為850~1100HV ;
[0026] 所述第二種親元的寬度為350~450um，間距為08. mm~12mm，傾斜角度為0~ 180°，斷面為U型，深度為350~450謹(jǐn)；
[0027] 所述第一種耦元與第二種耦元的最短中心距為0. 2~12mm。
[0028] 所述第一種仿生耦元通過激光熔凝而成，激光熔凝參數(shù)為：離焦量為±5. 5mm，激 光電流為100~280mA，激光照射頻率為3~IOHz，激光脈寬為4~IOms ;
[0029] 所述第二種仿生耦元通過激光雕刻而成，雕刻參數(shù)為：離焦量為0mm，激光電流為 200~350mA，激光照射頻率為35~55Hz，激光脈寬為03~lms。
[0030] 本方法的工作原理：隨著生物學(xué)和仿生學(xué)研宄的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)生物適應(yīng)生 活環(huán)境所呈現(xiàn)的各種功能，不僅僅是單一因素的作用，而且是相互依存、相互影響的多個(gè)因 素通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)制耦合、協(xié)同作用的結(jié)果；依據(jù)生物體的不同層次的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其材料等 因素相互耦合而發(fā)揮功能作用的機(jī)理與規(guī)律為生物耦合及耦合仿生，耦合仿生是模仿生物 多因素相互耦合、協(xié)同作用的仿生。
[0031] 本發(fā)明依據(jù)生物耦合仿生理念，通過數(shù)控編程控制激光熔凝軌跡在機(jī)床導(dǎo)軌表面 和局部耐磨部分生成第一種仿生耦元，這種仿生耦元的表面晶粒細(xì)化，金相組織為硬度高 的馬氏體，相當(dāng)于在較軟的機(jī)床導(dǎo)軌上鑲嵌較耐磨的硬化材料，大大提高了機(jī)床導(dǎo)軌的耐 磨性；并通過數(shù)控編程控制激光雕刻軌跡在機(jī)床導(dǎo)軌表面和局部耐磨部分生成第二種仿 生耦元，第二種耦元的斷面形狀為U型的坑狀或溝槽狀，在機(jī)床導(dǎo)軌滑動(dòng)磨損的過程中，磨 粒磨損和粘著磨損為主要的磨損形式，斷面為U型的坑狀或溝槽狀的第二種仿生耦元能夠 容納和存儲(chǔ)一些較小的磨粒，并且可以使較大的磨粒由犁削形式的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩 擦，大大地減小了磨粒磨損；第二種耦元還可以存儲(chǔ)潤滑油，依據(jù)流體動(dòng)壓力潤滑理論，在 兩磨擦表面間形成楔形角及相對運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定速度時(shí)，會(huì)形成產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)的流體膜，靠 液體潤滑油動(dòng)壓力形成的液膜隔開兩摩擦表面并承受載荷，有效地減緩了摩擦；第二種耦 元圍繞第一種耦元分布，第二中耦元起到了保護(hù)第一種耦元的作用，且由于第一種耦元耐 磨，逐漸與機(jī)床導(dǎo)軌機(jī)體形成微小的高度差，能夠促進(jìn)第二種耦元流體動(dòng)壓力膜的形成，第 一種耦元和第二種耦元相互協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)，大大地提高了機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。
[0032] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明大大地提高了機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性，保證了機(jī)床長 期的使用精度，提高了機(jī)床的質(zhì)量；且本發(fā)明的生成工藝簡單、生產(chǎn)成本低、綠色環(huán)保。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明一種耦合仿生的滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌制作方法的流程圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明一種耦合仿生的滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌及其制作方法第一種耦元與第二種 親兀的分布圖I;
[0035] 圖3為本發(fā)明的第一種耦元與第二種耦元的分布圖II ;
[0036] 圖4為本發(fā)明第一種耦元與第二種耦元的分布圖III ;
[0037] 圖5為本發(fā)明第一種耦元與第二種耦元的分布圖IV ;
[0038] 圖6為本發(fā)明第一種耦元與第二種耦元的分布圖V ;
[0039] 圖7為本發(fā)明第一種耦元與第二種耦元的分布圖VI ;
[0040] 圖8為本發(fā)明第一種耦元與第二種耦元的分布圖W ;
[0041] 圖9為本發(fā)明第一種耦元與第二種耦元的分布圖VID ;
[0042] 圖10為本發(fā)明第一種耦元與第二種耦元的分布圖IX ;
[0043] 其中，1、點(diǎn)狀的第一種耦元，2、點(diǎn)狀的第二中耦元，3、條狀的第二種耦元，4、條狀 的第一種親元。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0045] 參見附圖1，本發(fā)明一種耦合仿生的滑動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌包括機(jī)床導(dǎo)軌、第一種仿生耦元 和第二種仿生耦元，依據(jù)生物仿生排布規(guī)律，第一種耦元和第二種耦元交錯(cuò)分布在機(jī)床導(dǎo) 軌表面和局部耐磨部分。
[0046] 所述第一種仿生耦元的表面軌跡形狀包括點(diǎn)狀、條狀和條紋交叉的網(wǎng)狀；分布在 機(jī)床導(dǎo)軌表面和局部耐磨部分的第一種仿生耦元為任意一種表面軌跡形狀，或?yàn)槿我鈨煞N 表面軌跡形狀的組合，或?yàn)槿N表面軌跡形狀的組合；
[0047] 所述第二種仿生耦元的表面軌跡形態(tài)包括凹坑和溝槽；分布在機(jī)床導(dǎo)軌表面和局