[发明专利]一种多形貌组合微织构导轨及其制作方法

说明书

本发明公开了一种多形貌组合微织构导轨及其制作方法，涉及机床导轨表面处理技术领域。本发明在导轨表面分布的凹凸相间微织构，所述凹凸相间微织构为单行微凹坑形貌和单行微凸起形貌等间距彼此相间隔排列，在微凹坑形貌阵列加工有沿导轨长度方向的连接单个微凹坑形貌的微沟槽。本发明解决了单一织构复合形貌加工困难，凹凸复合形貌中微凹坑储油、供油功能难以发挥，以及润滑油无法流动的问题，从而更好地减少磨损，抑制机床/导轨爬行现象。

技术领域

本发明涉及一种机床导轨表面处理技术，经激光微加工工艺，在机床导轨表面形成微凹坑织构与微凸起织构间隔分布，且沿机床运动方向分布有连通微凹坑的微沟槽的表面形貌，具体涉及一种表面微织构导轨技术在机床产业中的应用。

技术背景

随着科技的进步，复杂精密零件需求量显著增加，精密机床在机械制造业中的地位举足轻重。机床导轨是整机关键组成部分，其性能直接影响到加工精度和机床寿命。机床导轨常见缺陷包括导轨接触面积大，油膜分布不均，粘着磨损增加导轨面处于边界润滑状态，磨损加剧动压或静压导轨表面，油膜又过厚，导轨浮起过高，被加工表面粗糙度增加，精度降低润滑油中混入灰尘或切屑，造成导轨面的擦伤和磨损由于润滑油分布不均匀，摩擦力发生突变发生爬行现象。导轨表面粗糙度异常、存在的磨损颗粒、发生粘着、导轨瞬间启动等都会导致爬行，但归根结底，摩擦力的突然变化是爬行现象的主要因素。

中国专利CN104551701A公开了一种复合微织构导轨，在导轨工作表面加工有序分布的微凹坑与微凸肩构成的复合形貌。虽然微凸肩的存在降低了静摩擦系数和动、静摩擦系数差，一定程度上抑制了爬行现象，但微凸肩使得机床与导轨间存在空隙导致微凹腔内的储油难以被带出形成完整的润滑膜，不具备实际解决技术问题的意义，反而使工作表面易磨损。此外在实际加工过程中既带有凹陷又带有凸起形貌的单一织构的成品率低，加工难度大，成本高。

为解决单一织构复合形貌加工困难，微凹坑储油、供油功能难以发挥，以及润滑油流动困难的问题，本发明采用激光在静导轨工作表面加工出微凹腔与微凸起织构单一形貌间隔分布的表面形貌，并在沿机床运动方向加工有连通微凹坑织构的微沟槽形貌，促进润滑油的流动使之更为均匀的分布在整个导轨工作表面，有效发挥微凹坑的储油、供油功能，利于油膜的形成，从而改善润滑性能，抑制爬行现象。

发明内容

本发明主要针对导轨工作表面易磨损和产生爬行现象，而具有复合形貌的单一织构难加工，且部分形貌织构功能受到限制，润滑油难以流动到贫油区域的问题，提出了一种多形貌组合微织构导轨及其制作方法。

本发明采用的技术方案是在导轨承载及相对运动表面加工分布规则的多形貌组合微织构，所述多形貌组合微织构为单行微凹坑形貌和单行微凸起形貌等间距彼此相间隔排列，并在微凹坑形貌间加工有沿机床运动方向的微沟槽。

上述方案中，所述微凹坑形貌的几何参数为：凹坑直径d=20-500um，凹坑深度h=1-50um，形貌间距k1=100-2000um，形貌面积占有率为S1=1%-40%，所述面积占有率为微凹坑的面积之和与微凹坑织构分布所占导轨表面的面积之比。所述微凸起织构形貌的几何参数为：微凸起直径D=20-500um，微凸起高度H=1-10um，形貌间距k2=100-2000um，形貌面积占有率为S2=8%-50%，所述面积占有率为微凸起的面积之和与微凹坑织构分布所占导轨表面的面积之比。对经加工出的导轨测试，微凹坑形貌面积占有率S1=6-16%，微凸起形貌面积占有率S2=16-28%抑制爬行效果最佳。

所述微沟槽为直线型槽或弧线型槽，微沟槽形貌的几何参数为：沟槽宽度b=20-300um，沟槽深度h2<微凹坑深度。

实现本发明具体包括以下几个步骤：

步骤1，设计导轨表面凹凸相间微织构形貌，微凹坑和微凸起织构形貌间隔分布存在导轨全部行程工作表面。