一种分区构建仿生耦合表面修复废旧机床导轨及其方法与流程

本发明属于废旧机床导轨修复再生领域，涉及一种采用激光加工方法分区构建仿生耦合表面，对磨损程度非均匀的废旧机床导轨进行均一性修复的方法。

背景技术：

机床导轨是在机床上用来支承和引导部件沿着一定的轨迹运动或起夹紧定位作用的轨道。机床常规损坏零件可以更换，而对于导轨与床身连为一体的机床，当导轨严重磨损达到报废，就意味着整个机床的报废，造成极大资源浪费。如果将废弃的导轨进行修复再生，就能有效的延长整个机床的使用寿命，节约大量资源。但是表面经过淬火的导轨在报废时往往残留2～5mm厚的剩余淬火层，经分析，一方面刀架由于长期的沿导轨面非均匀工作，另一方面导轨淬火硬度沿厚度方向是梯度变化的，导致剩余淬火表面的磨损程度非均匀。若以硬度作为直观测量指标，即整个剩余淬火表面各部分的硬度不同，其耐磨性也不同。如果去除剩余淬火层来获得均匀表面，则会使导轨尺寸和精度达不到机床的使用需求，且消耗大量的人力物力；如果保留剩余淬火层，由于现有方式都是在均匀面上修复，这就需要一种能够修复非均匀达到耐磨性均一的新方法。

为了更好的提高效率和降低环境污染，科技目光逐渐转向自然界。通过观察分析，亿万年的进化使得生物具有最佳组成结构，即消耗最小的能量达到最优的结果，于是仿生学应运而生。通过对自然界生物的研究，根据实际需要选出合适的生物模型进行形态、结构和材料的研究，并且转化应用。

中国专利公报公开了“一种激光仿生耦合导轨及其再生方法”(申请号：2015106122948；公开日：2015年11月25日)和“一种多结构异距仿生表面组合的铸铁导轨及其再生方法”(申请号：20151062123048；公开日：2015年12月2日)。第一种方法在沿着导轨实际工作时架于其上的刀具进给方向上，将导轨表面分为严重磨损区和轻微磨损区，利用激光在两种磨损程度不同的区域分别加工耦合不同形状仿生单元体的仿生表面，进而获得硬度、应力分布均匀且抗磨损性能趋于均匀一致的多仿生耦合表面组合的导轨表面，实现其再生；这种方法只将硬度差区间分成两区，没有考虑区间硬度值的不同，因而修复后在每个区间内仍然存在抗磨损性能不均匀的问题。第二种方法通过不同磨损程度区域的硬度或应力分布情况，设计特定的两种间距变化的双耦元仿生表面，通过双耦元仿生单元体的两种耦元的相互作用，与机体共同构成多因素多结构的相互耦合、相互作用的耦合仿生区域，以提高滑动导轨的耐磨性；该方法的缺点是每种硬度差区间中双耦元仿生单元体都是相同的间距，因而每个区间内也存在抗磨损性能不均匀的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够做到整体与细节统一，实现机床导轨的磨损非均匀表面均一性修复的分区构建仿生耦合表面修复再生废旧机床导轨的再生方法。

为了解决上述技术问题，本发明的分区构建仿生耦合表面修复再生废旧机床导轨，其特征在于所述导轨表面按照未修复前的硬度由大到小分为A、B、C三个区域；A区、B区、C区表面分别加工有条状仿生耦元、点条组合仿生耦元、网状仿生耦元；各区域分别按照修复前的硬度分为多个微调区域，并且各微调区域随修复前的硬度由小到大，其上仿生耦元的间距由小到大变化。

所述A区、B区、C区修复前的表面硬度分别为650HV～750HV、550HV～650HV、450HV～550HV。

所述A区条状仿生耦元的宽度Aw、B区点状仿生耦元的直径Bd、B区条状仿生耦元的宽度Bw和C区网状仿生耦元宽度Cw均为1～1.6mm，A区条状仿生耦元的深度Ah、B区点状和条状仿生耦元的深度Bh和C区网状仿生耦元宽度深度Ch均为500～1000μm。

所述A区内分为n1个微调区域，分别为A1、A2、……Ai……An1，对任一微调区域Ai，其上条状仿生耦元的间距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai为微调区域Ai修复前的硬度，S_A为A区条状仿生耦元的标准间距，S_A＝3.2～3.6mm。

所述B区内分为n2个微调区域，分别为B1、B2、……Bi……Bn2，对任一微调区域Bi，其上点条组合仿生耦元的间距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi为微调区域Bi修复前的硬度，S_B为B区点条组合仿生耦元的标准间距，S_B＝6.1～7.1mm。

所述C区间内分为n3个微调区域，分别为C1、C2、……Ci……Cn3，对任一微调区域Ci，其上网状仿生耦元的间距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci为微调区域Ci修复前的硬度，S_C为C区点条组合仿生耦元的标准间距，S_C＝3.8～4.5mm。

本发明的目的在于对废弃机床导轨，保留其磨损非均匀的剩余淬火层，在不同硬度导轨面上构建相应的仿生耦合模型，使耐磨性不同的区域经过各自对应的仿生耦合模型修复后，其整个导轨的耐磨性达到一致，实现机床导轨的磨损非均匀表面的均一性修复。为修复再生非均匀达到均一性提供了新思路。

本发明的上述分区构建仿生耦合表面修复再生废旧机床导轨的再生方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、清除废旧机床导轨剩余淬火表面油污和磨损痕迹，并使其表明平整化；

步骤二、将导轨表面分为多个长方形区域，在长方形区域内沿长方形的两条对角线进行硬度测量并取平均值，作为该长方形区域的硬度值；根据各长方形区域硬度值进行分区；硬度值在650HV～750HV内的区域记为A区，将700HV作为A区标准硬度；硬度值在550HV～650HV内的区域记为B区，将600HV作为B区标准硬度；将硬度值在450HV～550HV内的区域记为C区，将500HV作为C区标准硬度；其中A区分为n1个微调区域，分别标记为A1、A2、……Ai……An1，B区分为n2个微调区域，分别标记为B1、B2、……Bi……Bn2，C区分为n3个微调区域，标记为C1、C2、……Ci……Cn3；

步骤三、设定A区条状仿生耦元的宽度Aw、B区点状仿生耦元的直径Bd、B区条状仿生耦元的宽度Bw和C区网状仿生耦元宽度Cw均为1～1.6mm，A区条状仿生耦元的深度Ah、B区点状和条状仿生耦元的深度Bh和C区网状仿生耦元宽度深度Ch均为500～1000μm；然后确定A区、B区、C区的仿生耦元形状及其各微调区域内仿生耦元的实际间距；

步骤四，根据步骤三确定的A区、B区、C区的仿生耦元形状及其各微调区域内仿生耦元的实际间距，利用激光加工方法在导轨表面A区、B区、C区制备相应形状及间距的仿生耦元。

所述步骤三中确定的A区、B区、C区的仿生耦元形状及其各微调区域内仿生耦元的实际间距如下：对于A区内任一微调区域Ai，其上的条状仿生耦元的间距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai为微调区域Ai修复前的硬度，S_A为A区条状仿生耦元的标准间距，S_A＝3.2～3.6mm；对于B区内任一微调区域Bi，其上的点条组合仿生耦元的间距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi为微调区域Bi修复前的硬度，S_B为B区点条组合仿生耦元的标准间距，S_B＝6.1～7.1mm；对于C区间内任一微调区域Ci，其上的网状仿生耦元的间距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci为微调区域Ci修复前的硬度，S_C为C区点条组合仿生耦元的标准间距，S_C＝3.8～4.5mm。

所述步骤三中，确定A区、B区、C区的仿生耦元形状及其各微调区域内仿生耦元的实际间距的方法如下：

(1)、选取N组与未处理导轨C区相同的试样，试样表面硬度为500HV，每组包含5个试样，磨损高度为H₀；首先在第一组的1-5号试样表面分别制备点状、条状、点网组合状、点条组合状、网状仿生耦元，并且各试样表面仿生耦元的总面积相等，然后在各试样表面进行磨损试验，测出磨损高度，利用公式(1)计算得到1-5号试样仿生耦合表面的磨损减少率；然后在其他组的1-5号试样上分别制备点状、条状、点网组合状、点条组合状、网状仿生耦元，并且制备相同形状仿生耦元的不同试样，其上仿生耦元的间距不同；再利用公式(1)计算出相同形状不同间距仿生耦元对应的仿生耦合表面磨损减小率，拟合出仿生耦元间距S与磨损减少率△Xs-F％的关系式；△X_F％＝(H₀－H_F)/H₀×100％(1)

其中H_F为在导轨上制备仿生耦元后，经磨损试验得到的磨损高度；

(2)、在不同硬度基体上加工出相同形状的仿生耦元，进行磨损试验，利用刻痕面积计算出磨损高度，拟合得出基体硬度X与磨损高度Y的回归方程：Y＝－0.0016X+1.335；以C区标准硬度500HV处的磨损高度H₀为参照，利用回归方程计算出A区标准硬度700HV处、B区标准硬度600HV处对应的磨损高度，再利用公式(1)计算出A区标准硬度700HV、B区硬度标准600HV对应的磨损减少率分别为△A＝59.8％，△B＝29.9％，即制备相同仿生耦元的仿生耦合表面，修复后A区的磨损高度是C区磨损高度的(1－59.8％)，B区的磨损高度是C区磨损高度的(1－29.9％)；

(3)、设未处理试样C区标准硬度500HV处的磨损高度为H₀，修复后若使C区磨损减少率等于K％，根据公式(1)，则修复后C区磨损高度为H_C＝H₀(1－K％)；令C区标准硬度500HV处，B区标准硬度600HV处、A区标准硬度700HV处的仿生耦合表面磨损高度均为H_C＝H₀(1－K％)；C区修复后的理论磨损高度为H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]＝H₀(1－K％)，推导出K＝△X_FC+△X_s-FC；其中△X_FC为C区试样的仿生耦合表面的磨损减少率，△X_s-FC为该仿生耦合表面的对应间距的磨损减少率；B区修复后的理论磨损高度为H₀[1－(△X_FB％+△X_s-FB％)](1－29.9％)＝H₀(1－K％)，推导出1.426(K－29.9)＝△X_FB+△X_s-FB；其中△X_FB为B区试样的仿生耦合表面磨损减少率，△X_s-FB为该仿生耦合表面对应间距的磨损减少率；A区修复后的理论磨损高度为H₀[1－(△X_FA％+△X_s-FA％)](1－59.8％)＝H₀(1－K％)，推导出2.487(K－59.8)＝△X_FA+△X_s-FA，其中△X_FA为A区试样的仿生耦合表面磨损减少率，△X_s-FA为该仿生耦合表面对应间距的磨损减少率；设K％取值83％，△X_FC+△X_s-FC＝83，△X_FB+△X_s-FB＝75.7206，△X_FA+△X_s-FA＝57.6984；根据步骤(2)得到的各区标准硬度仿生耦合表面磨损减少率和同一形状对应不同耦元间距的磨损减少率的计算公式，分别选出A、B、C区的耦元形状及对应的耦元标准间距S_A、S_B、S_C如下：A区为条状耦元，耦元标准间距S_A为3.4mm；B区为点条组合耦元，耦元标准间距S_B为6.7mm；C区为网状耦元，耦元标准间距S_C为4.2mm；

(4)、根据公式(2)、(3)、(4)计算A、B、C区中微调区域内的仿生耦元的实际间距；

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为A区中任一微调区域Ai修复前的硬度，S_A为A区条状仿生耦元的标准间距，B_Bi为B区中任一微调区域Bi修复前的硬度，S_B为B区点条组合仿生耦元的标准间距，C_Ci为C区中任一微调区域Ci修复前的硬度，S_C为C区点条组合仿生耦元的标准间距。

本发明的技术效果：本发明利用激光仿生耦合技术，直接在剩余淬火磨损非均匀表面上进行磨损量达到均一的修复，在不同的硬度分区导轨表面上匹配相应的仿生耦合模型，突破了非均匀修复均一性的难题；无需去除大量剩余淬火层，也无需额外材料的补充添加，即可实现废旧机床导轨的修复再生，避免因导轨失效而造成的整个机床的报废。一般新导轨的使用寿命是8～10年，采用本发明修复后导轨的使用寿命可达到8～12年，使修复后机床能够达到甚至超过新机床的工作年限，极大地提高了导轨与机床的利用年限。表明仿生耦合表面可以达到修复与再生废旧机床导轨的目的，避免了整个机床的报废，也避免了制造新机床的资源消耗，节约了大量的资源。

本发明利用仿生理论，根据轻微平整处理后的报废导轨表面硬度、应力分布情况，在沿着导轨实际工作时架于其上的刀具进给方向上，将导轨表面分为严重磨损区(C区)、中度磨损区(B区)和轻微磨损区(A区)，并利用激光，在其表面加工形成抗磨损性能不同的仿生表面。即在三种磨损程度不同的区域分别加工出耦合有不同形状仿生单元体的仿生表面，进而获得硬度、应力分布均匀且抗磨损性能趋于均匀一致的多仿生耦合表面组合的导轨表面，实现其再生。本发明不仅使得力学性能分布不均的表面再次恢复均匀分布，还可以通过不同抗磨损性能仿生表面的组合形成整体抗磨损性能长期一致化的仿生表面。有效避免由于局部受力较大所造成的局部磨损严重现象。本发明打破了传统的对力学性能分布均匀的表面所进行的均匀修复方式，而是以更适合其实际工作的角度，对经高频淬火的铸铁导轨的局部磨损表面直接实施多仿生耦合表面组合的非均匀再生修复方式，从根本上解决了该类报废导轨表面由于磨损不均所造成的难以再生问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是机床导轨具体分区测量示意图。

图2a是A区硬度为700HV区域仿生耦元模型示意图；图2b是仿生耦元的剖视图。

图3a是B区硬度为600HV区域仿生耦元模型示意图；图3b是点状仿生耦元的剖视图，图3c是条状仿生耦元的剖视图。

图4a是C区硬度为500HV区域仿生耦元模型示意图；图4b是仿生耦元的剖视图。

图5a是C区磨损高度示意图，图5b是仿生耦合表面磨损高度示意图。

图6是机床导轨仿生耦合表面整体俯视图。

具体实施方式

本发明选取的生物原模是蜣螂头部、植物叶片和贝壳表面，一般都是从生物中得到灵感，进而根据实际情况进行实施优化、转化组合，可以将仿生非光滑结构分为点状、条状、网状、点条组合、点网组合。而且通过实验发现，在废旧机床导轨剩余淬火表面经激光加工的仿生单元体发生物相转移，金相组织从珠光体转变为高硬度的马氏体。仿生耦合单元体可以作为硬质相，提供强度和硬度，导轨材料本身作为软质相，提供韧性和减震性，两者软硬相间的仿生耦合表面相互配合可以提高机床导轨的耐磨性。

本发明对床身与导轨连为一体的废弃机床导轨的剩余淬火表面，由于磨损程度非均匀，先横向测量导轨硬度，再按照硬度分区标准进行区域标记，不同的分区构建不同的仿生耦合模型，仿生耦合模型包括形状耦元及其特征量，激光加工出设计合理的仿生耦合表面，使得修复后的整个导轨的耐磨性达到一致，实现废旧机床导轨剩余淬火表面磨损非均匀的均一性修复。

不同的仿生耦合模型与不同硬度组合可以获得不同程度的耐磨性，本发明通过仿生原理关系计算得出不同硬度分区所对应的仿生耦合模型，来达到耐磨性均一的目的。A区、B区、C区中根据硬度值进行间距微调，做到整体与细节的统一。突破了非均匀表面修复成均一性的难题，极大节约了资源和维修费用，达到废旧机床导轨再利用的目的。

所述导轨表面按照未修复前的硬度由大到小分为A、B、C三个区域；如图2a、3a、4a所示，A区、B区、C区表面分别加工有条状仿生耦元、点条组合仿生耦元、网状仿生耦元；A区仿生耦元的标准间距S_A＝3.4mm，B区仿生耦元的标准间距S_B＝6.7mm，C区仿生耦元的标准间距S_C＝4.2mm。如图2b所示，A区条状仿生耦元的宽度Aw＝1.4mm，深度A_h＝1000μm；如图3b所示，B区中点状仿生耦元的直径Bd＝1.4mm，深度B_h＝1000μm，如图3c所示，条状仿生耦元的宽度Bw＝1.4mm，B_h＝1000μm；如图4b所示，C区中网状仿生耦元宽度Cw＝1.4mm，深度C_h＝1000μm。

所述A区、B区、C区修复前的表面硬度分别为650HV～750HV、550HV～650HV、450HV～550HV；所述A区含有n1个微调区域，分别记为A1、A2、……Ai……A_n1，对任一微调区域Ai，其上条状仿生耦元的间距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai为微调区域Ai修复前的硬度，S_A为A区条状仿生单元体的标准间距，S_A＝3.4mm。

所述B区含有n2个微调区域，分别为B1、B2、……Bi……B_n2，对任一微调区域Bi，其上点条组合仿生耦元的间距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi为微调区域Bi修复前的硬度，S_B为B区点条组合仿生耦元的标准间距，S_B＝6.7mm。

所述C区含有n3个微调区域，分别为C1、C2、……Ci……C_n3，对任一微调区域Ci，其上网状仿生耦元的间距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci为微调区域C i修复前的硬度，S_C为C区点条组合仿生耦元的标准间距，S_C＝6.7mm。

其中n1、n2、n3的数值是不确定的，只要长方形的平均硬度在哪个区间内就标记为哪区。而当导轨不同时，它的长方形分区的数量也是不同的，所以这里n1、n2、n3只是代表属于A、B、C区的未知数量的一个记号。

本发明的修复废旧机床导轨方法具体如下：

刀架由于长期的沿导轨面非均匀工作导致导轨表面的磨损程度非均匀，常用工作区与非常用工作区和中间区域与边缘区域的使用频率和磨损状况是不同的。经过分析发现，一方面刀架由于长期的沿导轨面非均匀工作，另一方面导轨淬火硬度沿厚度方向是梯度变化的，导致导轨剩余淬火表面各处的磨损程度非均匀，若以硬度作为直观测量指标，即整个剩余淬火表面各部分的硬度不同，其耐磨性也不同。这就需要先进行区域划分。因为硬度可以直观测量，本发明以硬度作为磨损程度非均匀的分区标准。对磨损非均匀的剩余淬火表面进行硬度测量，硬度值一般在450HV～750HV之间，分区标准确定如下：硬度在650HV～750HV记为A区，700HV作为A区标准硬度；硬度在550HV～650HV记为B区，600HV作为B区标准硬度；硬度在450HV～550HV记为C区，500HV作为C区标准硬度。具体实施分区测量如下：为了对导轨表面硬度进行精确的测量，将导轨面先横向从中间一分为二，如图1所示，先整体横向测量硬度，根据横向硬度的不同，再纵向大概每隔50mm将硬度近似的区域分为一区，将导轨面分为若干个长方形区域；在各长方形区域内沿长方形的两条对角线进行硬度测量，最后将硬度值进行平均，得到的硬度平均值作为所在长方形区域的硬度值。根据以上测量的硬度值将导轨表面分为A区、B区和C区。然后将属于A区的n1个微调区域，分别标记为A1、A2、……Ai……An，属于B区的n2个微调区域，分别标记为B1、B2、……Bi……Bn，属于C区的n3个微调区域，标记为C1、C2、……Ci……Cn；其中n1、n2、n3可以相等可以不等。

在A区、B区、C区表面制备仿生耦元，各区域仿生耦元的形状和各微调区域仿生耦元的实际间距确定方法具体如下：

由于C区硬度最小，磨损高度最大，因此可以以未处理导轨C区表面硬度500HV处的磨损高度H₀为基准，如图5a、5b所示，图中H、H’分别为原导轨高度和制备有仿生耦元的导轨高度；利用公式(1)计算出制备各种形状仿生耦元的仿生耦合表面的磨损减少率△X_F％；

△X_F％＝(H₀－H_F)/H₀×100％(1)

其中H_F为在导轨上制备仿生耦元后，经磨损试验得到的磨损高度。

具体计算方法如下：

选取N组与未处理导轨C区相同的试样，(N的取值范围为至少6组)，试样表面硬度为500HV，每组包含5个试样，磨损高度为H₀。首先在第一组的1-5号试样表面分别制备点状、条状、点网组合状、点条组合状、网状仿生耦元，并且各试样表面仿生耦元的总面积相等，本发明中取总面积为320mm²。然后在各试样表面进行磨损试验，测出磨损高度，利用公式(1)计算得到1-5号试样仿生耦合表面的磨损减少率。计算结果分别为：1号试样仿生耦合表面的磨损减少率为△Xsp％＝18.6％，2号试样仿生耦合表面的磨损减少率为△Xst％＝33.7％，3号试样仿生耦合表面的磨损减少率为△Xsp-re％＝60.2％，4号试样仿生耦合表面的磨损减少率为△Xsp-st％＝65.0％，5号试样仿生耦合表面的磨损减少率为△Xre％＝68.2％。减少率越大，抗磨损性能越好。

在其他组的1-5号试样上分别制备点状、条状、点网组合状、点条组合状、网状仿生耦元。制备相同形状仿生耦元的不同试样，其上仿生耦元的间距不同。然后计算出各形状不同间距仿生耦元对应的仿生耦合表面磨损减小率，拟合出仿生耦元间距S与磨损减少率△Xs-F％的关系如下：点状仿生耦元对应的仿生耦合表面磨损减小率△Xs-sp＝－0.44758×Ssp+8.1956，S sp为点状仿生耦元的实际间距；条状仿生耦元对应的仿生耦合表面磨损减小率△Xs-st＝－12.93×Sst+68.089，S st为条状仿生耦元的实际间距；网状仿生耦元对应的仿生耦合表面磨损减小率△Xs-re＝－14.7899×S re+77.115，S re为网状仿生耦元的间距；点条组合仿生耦元对应的仿生耦合表面磨损减小率△Xs-sp-st＝－5.9975×Ssp-st+51.083，Ssp-st为点条组合仿生耦元的实际间距；点网组合仿生耦元对应的仿生耦合表面磨损减小率△Xs-sp-re＝－13.287×Ssp-re+68.048，S sp-re为点网组合仿生耦元的实际间距。

在仿生耦合试样中多耦元的贡献度还与该分区的硬度有关，在不同硬度基体上加工出相同形状的仿生耦元(点状、条状或网状)，进行磨损试验，利用刻痕面积变化计算出磨损高度，拟合得出基体硬度X与磨损高度Y的回归方程：Y＝－0.0016X+1.335，以C区标准硬度500HV处的磨损高度H₀为参照，H₀＝－0.0016×500+1.335＝0.535；利用回归方程计算出A区标准硬度700HV处、B区标准硬度600HV处对应的磨损高度，H_A＝－0.0016×700+1.335＝0.215，H_B＝－0.0016×600+1.335＝0.375；再利用公式(1)计算出A区标准硬度700HV、B区硬度标准600HV对应的磨损减少率分别为△A＝59.8％，△B＝29.9％，即制备相同仿生耦元的仿生耦合表面，修复后A区的磨损高度是C区磨损高度的(1－59.8％)，B区的磨损高度是C区磨损高度的(1－29.9％)；

假设未处理试样C区标准硬度500HV处的磨损高度为H₀，修复后若使C区磨损减少率等于K％，根据公式(1)，则修复后C区磨损高度为H_C＝H₀(1－K％)。为使抗磨损性能均一化，则修复后A区、B区的磨损高度也为H₀(1－K％)。首先以C区标准硬度500HV处，B区标准硬度600HV处、A区标准硬度700HV处的耐磨性一致列出满足式，然后推导出最后的简化关系式，作为A、B、C三区的仿生耦合模型的选择依据。C区目标磨损高度为H₀(1－K％)，修复后的理论磨损高度为H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]，两者相等可得：H₀(1－K％)＝H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]，推导出K＝△X_FC+△X_s-FC；其中△X_FC为C区标准硬度500HV所选的仿生耦合表面磨损减少率，△X_s-FC为该仿生耦合表面对应仿生耦元间距的磨损减少率。B区目标磨损高度为H₀(1－K％)，修复后的理论磨损高度为H₀[1－(△X_FB％+△X_s-B％)](1－29.9％)，两者相等可得：H₀(1－K％)＝H₀[1－(△X_FB％+△X_s-FB％)](1－29.9％)，推导出1.426(K－29.9)＝△X_FB+△X_s-FB。其中△X_FB为B区标准硬度600HV所选的仿生耦合表面磨损减少率，△X_s-FB为该仿生耦合表面对应仿生耦元间距的磨损减少率。A区目标磨损高度为H₀(1－K％)，仿生耦合表面修复后的理论磨损高度为H₀[1－(△X_FA％+△X_s-FA％)](1－59.8％)。两者相等可得：H₀(1－K％)＝H_C[1－(△X_A％+△X_s-FA％)](1－59.8％)，推导出2.487(K－59.8)＝△X_FA+△X_s-FA，其中△X_FA为A区标准硬度700HV所选的仿生耦合表面磨损减少率，△X_s-FA为该仿生耦合表面对应仿生耦元间距的磨损减少率。经过综合分析，如果K取值过小，就使得修复后的导轨寿命不高，达不到修复目的；如果K取值过大，就会使仿生耦合模型的形状耦元趋向于单一，就失去不同仿生耦合模型分区修复的意义。根据实际意义，设定K％取值83％，则三区满足的关系式为C区83＝△X_FC+△X_s-FC，B区75.7206＝△X_FB+△X_s-FB，A区57.6984＝△X_FA+△X_s-FA，根据上面的不同形状耦元及同一形状对应不同耦元间距的磨损减少率的计算公式，分别选出A、B、C区的耦元形状及对应的耦元标准间距S_A、S_B、S_C如下：A区为条状耦元，耦元标准间距S_A为3.4mm；B区为点条组合耦元，耦元标准间距S_B为6.7mm；C区为网状耦元，耦元标准间距S_C为4.2mm。

属于A、B、C区的耦元形状及耦元标准间距确定之后，因为硬度会影响耦元的作用效果，各区域的实际间距还是需要进行微调。微调的关系式的推导过程在这就以A区为例来进行详尽的步骤推演。硬度700HV作为A区标准硬度A_A，其耦元标准间距为S_A，将属于A区的任一微调区域硬度值记为A_Ai，其实际间距为S_Ai。通过分析，为使磨损高度一致，硬度与间距的变化就需要呈正比，即硬度相差比应等于间距相差比，1－A_Ai/A_A＝1－S_Ai/S_A，推导出S_Ai＝(A_Ai/A_A)S_A＝(A_Ai/700)S_A。同理可得，B区的微调关系式为S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，C区的微调关系式为S_Ci＝(C_Ci/500)S_C。

所述的一种分区构建仿生耦合表面修复再生废旧机床导轨的方法，结合图1～图4a、图4b，具体步骤如下：

步骤一，清除废旧机床导轨剩余淬火表面油污和磨损痕迹，并使其表明平整化；

步骤二，根据硬度分区标准实施具体分区测量标记。将导轨面先横向从中间一分为二，横向测量硬度，根据横向硬度的不同，再纵向大概每隔50mm将硬度近似的区域分为一区，将导轨面分为若干个长方形区域，沿长方形的两条对角线进行硬度测量，并将硬度值进行平均，根据硬度分区标准进行分区标记，标准如下：当硬度Z在650HV≤Z≤750HV记为A区，700HV作为A区标准；当硬度在550HV≤Z＜650HV记为B区，600HV作为B区标准；当硬度在450HV≤Z＜550HV记为C区，500HV作为C区标准。其中属于A区的n1个微调区域，分别标记为A1、A2、……Ai……An1，属于B区的n2个微调区域，分别标记为B1、B2、……Bi……Bn2，属于C区的n3个微调区域，标记为C1、C2、……Ci……Cn3；

步骤三，确定A区、B区、C区的仿生耦元形状及其各微调区域耦元的实际间距；A区为条状耦元，耦元标准间距S_A为3.4mm；B区为点条组合耦元，耦元标准间距S_B为6.7mm；C区为网状耦元，耦元标准间距S_C为4.2mm。再根据间距微调关系式：S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，依次分别求出属于A区的n1个微调区域对应的耦元间距；根据B区间距微调关系式：S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，依次分别求出属于B区的n2个微调区域对应的耦元实际间距；根据C区间距微调关系式：S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，依次分别求出属于C区的n3个微调区域对应的耦元实际间距。以A区微调耦元间距的举例如下：选出几个属于A区的区域，硬度值分别为650HV、670HV、730HV、750HV，根据A区的耦元间距微调关系式：S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，分别求出对应耦元间距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。

步骤四，根据步骤三确定的参数利用激光加工出各区设计合理的仿生耦合表面，并进行处理使其表面平整化。仿生耦元的激光加工参数为：激光电流为180A，脉宽为6ms，频率为7Hz，离焦量为12mm，扫描速度为25mm/min。

表1.CA6140废旧车床导轨修复再生应用实例。

注：表1中所示的试验实例数据保留一位小数位；采用的激光熔凝参数均为如下参数：激光电流为180A，脉宽为6ms，频率为7Hz，离焦量为12mm，扫描速度为25mm/min。