螺旋锥齿轮高速干切削机理及切削/刀具参数优化

螺旋锥齿轮是航空、航海和汽车等工业的核心零件，高速干切削是螺旋锥齿轮六轴五联动数控制造的第二代最新技术，具有绿色环保、加工效率高、生产成本低的特点，是螺旋锥齿轮制造的发展方向，而该技术仅为美国Gleason公司和瑞士Overlikon公司垄断。对螺旋锥齿轮高速干切削机理及切削/刀具参数优化的研究，是解决目前我国在螺旋锥齿轮高速干切削机床研制、应用等方面技术瓶颈的根本途径。本项目拟结合我国广泛使用的典型齿轮材料，在齿轮材料动态粘-塑性本构模型、螺旋锥齿轮切齿模型及切削过程力热耦合模型研究基础上，通过力热耦合物理仿真及实验测试，进行六轴五联动数控螺旋锥齿轮高速干切削过程力热耦合、齿轮表面性能生成、刀具磨损及切削效率生成机理研究和切削参数、刀具参数的优化，建立螺旋锥齿轮高速干切削基础数据库，为我国第二代六轴五联动数控螺旋锥齿轮高速干切削机床研制及高速干切削技术的高效、广泛应用提供支撑。

螺旋锥齿轮是航空、航海和汽车等工业的核心零件，高速干切削是螺旋锥齿轮六轴五联动数控制造的第二代最新技术，具有绿色环保、加工效率高、生产成本低的特点，是螺旋锥齿轮制造的发展方向，而该技术仅为美国Gleason公司和瑞士Overlikon公司垄断。对螺旋锥齿轮高速干切削机理及切削/刀具参数优化的研究，是解决目前我国在螺旋锥齿轮高速干切削机床研制、应用等方面技术瓶颈的根本途径。.根据研究计划，结合理论建模、仿真与实验，并借助合作单位——株洲齿轮有限责任公司的高速干切工业试验条件，本项目完成了如下内容研究：. 1.20CrMnTi、20CrMo等齿轮钢切削加工（动态热-粘塑性）本构模型构建； 2.螺旋锥齿轮切齿（Face-milling工艺）物理仿真与实验；. 3.螺旋锥齿轮高速干切削（Face-hobbing工艺）物理仿真与实验及切削/刀具参数的优化设计； 4.螺旋锥齿轮切齿几何仿真及齿面粗糙度生成规律研究；. 5.螺旋锥齿轮高速干切削数据库系统的开发； 6.延伸外摆线准双曲面齿轮几何建模及接触特性仿真分析；. 7.螺旋锥齿轮数控磨削表面层显微硬度与组织的实验研究。通过上述研究获得了如下科学认识与技术结果：. 1.高速切削力热及动态变形特征环境下，20CrMnTi、20CrMo等齿轮材料动态塑性本构模型；. 2.面向Face-Milling与Face-Hobbing切齿工艺的螺旋锥齿轮切齿模型及高速干切削热-力耦合有限元模型；. 3.涵盖切削机床、材料、刀具、工艺等方面的螺旋锥齿轮高速干切削数据库； 4.汽车螺旋锥齿轮高速干切削的优化工艺与刀具参数；. 5.螺旋锥齿轮高速干切削表面物理与几何特征生成规律。. 研究结果达到了预期目标，并为株洲齿轮有限责任公司、江陵汽车齿轮股份有限公司的切齿工艺、刀具设计与改进提供了实际指导。开发的高速干切数据库可为我国螺旋锥齿轮生产实践提供重要借鉴。. 在本项目的研究中，课题组撰写并发表了11篇研究论文，其中包括5篇外文期刊论文、一篇国际会议论文、5篇中文核心期刊论文，EI检索7篇。培养研究生7名，其中毕业博士一名，毕业硕士4名。参加国际会议进行学术交流2次。申报《螺旋锥齿轮高速干切削数据库》软件著作权一项（流水号2012R11L172041）。.