第11期 2016年11月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)11=0041=05
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2016. 11. 012
磨削导轨表面的分形接触模型
缪小梅，黄筱调
No.11 Nov.2016
（1.无锡职业技术学院机械技术学院，江苏无锡214000；2.南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009）
摘要：导轨是机床最重要的结合面之一，其接触特性对机床的性能具有极其重要的影响。磨削形成的导轨表面形貌具有明显的各向异性，现有的分形理论无法对其接触特性进行预测。通过对磨削导轨表面的微观形貌的测量，提取了表面的分形参数及微凸体的分布函数。基于分形理论、修正的分
模型进行了数值仿真和实验研究。所建立的模型克服了MB中不现实的微凸体变形模式以及不适用于各向异性表面的缺陷。结果表明，磨削表面接触载荷和接触面积呈近似的线性关系，表面的刚度随着干涉量的增加而增加。
关键词：磨削导轨：分形接触模型；各向异性
中图分类号：TH113.1：TG506
文献标识码：A
Fractal Contact Model of Ground Guide Surface
MIAO Xiao-mei', HUANG Xiao-diao2
( 1. College of Mechanical Technology , Wuxi Institute of Technology, Wuxi Jiangsu 214000, China ;2. School of Mechanical and Power Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,China)
Abstract: Guide is one of the most important interface of the machine tools. The contact characteristic of guide has extremely important influence on the performance of the machine tool. The surface morphology of grinding guide is obviously anisotropic. The contact characteristics of guide can not be forecast through thc existing fractal theory. Based on surface topography measurement of grinding guide , the fractal parameters and distribution of asperities were identified. Based on the fractal theory , modified fractal model of asperities and contact mode of cylinder, the fractal contact mode of grinding surface was established and a numerical simulation is conducted. At last, experimental validation of the model is undergone. The model overcam the shortcomings of the MB, namely the unpractical contact mode transition and the non-applicability at spe-cial condition of anisotropic surface. The results revealed that the contact area depended linearly on the con-
tact load and that the contact stiffness increased with increasing contact load. Key words: ground guide ;fractal contact model; anisotropy
0引言
导轨是机床最重要的结合面之一，是整台机床的装配基础，也是机床工作精度的基础。滑动导轨是最广泛使用的导轨形式之一。滑动导轨表面接触问题的研究从本质上讲是粗糙表面间接触特性的研究。粗糙表面接触问题一直是摩擦学的主要课题之一。粗糙表面的接触特性对于摩擦学的很多现象如摩擦，磨损，热传递，接触电阻以及接触刚度和阻尼都有着极其重要的影响13]
现代测量技术表明大部分的工程表面形貌具有非稳定的随机特性，即分形特性。自从1991年，Majum dar[4提出了以分形几何为基础的接触模型（MB模型)以来，很多研究者致力于相关的研究，在理论或是工程实践方面都获得了很多成果。Ciavarella等[5]在
收稿日期：2015-12-04修回日期：2016-02-24
此模型的基础上研究粗糙表面的接触刚度和接触电阻。Bora等[6]应用这一方法研究了硅微电子系统的多尺度微凸体几何学。Panagouli和Yin「78]等研究了分形表面的摩擦和磨损。Liou和Lin等[9-10]研究了分形维度可变的分形接触模型。Tsai 和Liou等[11-12]将分形模型应用到了非名义平表面的接触研究中。Zah-ouani等[3]将分形模型用于结合面的粘着接触研究中。Homg等[14]则研究了分形表面硬化层的摩擦特性，在他们所建立的模型中，微凸体是球形的而不是半球形的。Yoo等[15]基于MB模型研究了粗糙表面的电阻抗特性。Abuzeid等[16]研究了分形表面的热蠕变性能。然而,这方面的研究大多以MB模型为基础，主要倾向于各向同性表面的接触特性研究。对于磨削加工而成的金属导轨而言，磨削所产生的表面存在肉眼
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（51175242）：江苏省品牌专业建设工程资助项目（PPZY2015A086）
作者简介：缪小梅(1986一），女，江苏泰州人，无锯职业技术学院讲师，工学博士，研究方向为结合面的接触特性及精度衰减研究，（E-mail）
18101517860@163.com；黄筱调(1952一），男，安微安庆人，南京工业大学教授，博士生导师，研究方向为工业装备数字化制造及控制技万有整据nail)njgdhxd@189.com。