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复杂修形齿轮精密数控加工关键技术与装备

复杂修形齿轮是克服高速重载工况下力热耦合形变影响的高端齿轮，直接决定装备传动系统的振动、噪声、寿命等服役性能及其核心竞争力，广泛应用于航母、潜艇、汽车等。针对复杂修形齿面精密制造面临全齿面修形加工存在原理误差、传统试错修调法提升加工精度困难、齿面淬硬层均匀性及级理难以调控等问题，在国家科技重大专项、863计划等支持下，开展复杂修形齿轮精密数控加工关键技术与装备研究，成果获2018年国家科技进步二等奖。主要取得突破和创新如下： (1) 提出复杂修形齿轮加工的点矢量族包络计算新理论，不用建立和求解啮合方程，以数字法替代解析法，突破啮合原理解析法无法求解奇异点、计算复杂的瓶颈；发明齿面扭曲消减方法，解决刀具廓形精确设计及原理误差消减难题，齿面扭曲减少70%以上，达国际领先。 (2) 发明复杂修形齿轮加工工艺系统误差调控技术，开辟齿轮修形精度提升新途径。提出制齿机床热态精度提升技术，发明热致误差补偿方法，保证机床精度稳定；提出基于等效虚拟轴的齿面误差补偿方法，解决修形精度提升难题，提高传动精度1-2级。获中国专利优秀奖。 (3) 研制大规格精密数控滚齿机、精密多功能数控磨齿机、高速干切滚齿机等具有齿面扭曲消减及加工误差补偿的高端制齿机床，填补国内空白；开发集齿轮修形设计、工艺规划于一体的制齿软件，打破了国外高端机床垄断。滚齿精度达5-6级，磨齿达3级，干切滚齿提高效率2-3倍，与同类国际先进水平相当，打破高端制齿机床垄断，迫使国外同类机床降价30%以上，并出口英、法、日等。 (4) 发明复杂修形齿轮滚磨一体化工艺技术，确保修形精度及表面一致性。研制复杂修形齿轮刀具，实现齿轮刀具的数字化设计制造；研发滚磨余量协同分配、齿面柔性修形、磨削级理优化等工艺，实现磨后齿面淬硬层均勾分布、齿面纹理可控、修形工艺快速固化，提高齿面疲劳寿命。满足了军方供货要求，支撑我国主要舰艇齿轮加工；为汽车变速箱的批量国产化提供了保障。

重庆大学 2021-04-11