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復雜修形齒輪精密數控加工關鍵技術與裝備

復雜修形齒輪是克服高速重載工況下力熱耦合形變影響的高端齒輪，直接決定裝備傳動系統的振動、噪聲、壽命等服役性能及其核心競爭力，廣泛應用于航母、潛艇、汽車等。針對復雜修形齒面精密制造面臨全齒面修形加工存在原理誤差、傳統試錯修調法提升加工精度困難、齒面淬硬層均勻性及級理難以調控等問題，在國家科技重大專項、863計劃等支持下，開展復雜修形齒輪精密數控加工關鍵技術與裝備研究，成果獲2018年國家科技進步二等獎。主要取得突破和創新如下： (1) 提出復雜修形齒輪加工的點矢量族包絡計算新理論，不用建立和求解嚙合方程，以數字法替代解析法，突破嚙合原理解析法無法求解奇異點、計算復雜的瓶頸；發明齒面扭曲消減方法，解決刀具廓形精確設計及原理誤差消減難題，齒面扭曲減少70%以上，達國際領先。 (2) 發明復雜修形齒輪加工工藝系統誤差調控技術，開辟齒輪修形精度提升新途徑。提出制齒機床熱態精度提升技術，發明熱致誤差補償方法，保證機床精度穩定；提出基于等效虛擬軸的齒面誤差補償方法，解決修形精度提升難題，提高傳動精度1-2級。獲中國專利優秀獎。 (3) 研制大規格精密數控滾齒機、精密多功能數控磨齒機、高速干切滾齒機等具有齒面扭曲消減及加工誤差補償的高端制齒機床，填補國內空白；開發集齒輪修形設計、工藝規劃于一體的制齒軟件，打破了國外高端機床壟斷。滾齒精度達5-6級，磨齒達3級，干切滾齒提高效率2-3倍，與同類國際先進水平相當，打破高端制齒機床壟斷，迫使國外同類機床降價30%以上，并出口英、法、日等。 (4) 發明復雜修形齒輪滾磨一體化工藝技術，確保修形精度及表面一致性。研制復雜修形齒輪刀具，實現齒輪刀具的數字化設計制造；研發滾磨余量協同分配、齒面柔性修形、磨削級理優化等工藝，實現磨后齒面淬硬層均勾分布、齒面紋理可控、修形工藝快速固化，提高齒面疲勞壽命。滿足了軍方供貨要求，支撐我國主要艦艇齒輪加工；為汽車變速箱的批量國產化提供了保障。

重慶大學 2021-04-11

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