《圓柱齒輪剮齒切削機理及刀具設計方法研究》是依託天津大學，由李佳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：圓柱齒輪剮齒切削機理及刀具設計方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李佳
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
進入21世紀以來，現有齒輪加工技術已經滿足不了各種機械產品創新的需求，限制了科技的進步，因此，迫切需要新的齒輪加工技術。課題組從金屬切削原理出發，提出一種全新概念的圓柱齒輪加工技術-剮齒。該技術可以很好地適應製造業對齒輪加工技術的需求，但關於剮齒技術的套用基礎研究尚屬空白，導致這項技術無法推廣。為此，本項目從探究剮齒原理出發，對剮削機理、剮齒刀具設計方法進行系統研究。運用齒輪嚙合理論與微分幾何學研究剮齒原理；套用金屬切削理論、計算力學等建立切屑流動模型，研究切屑的形成、流動規律及控制方法，揭示剮削機理；藉助刀具設計與最佳化設計理論等研究剮齒刀設計方法；採用加工實驗的手段驗證上述模型和方法的正確性，並根據實驗數據對其加以修正；形成完整的剮齒切削理論體系和剮齒刀設計方法，同時獲得最佳的切削參數。研究將為剮齒技術工程化提供理論基礎，支持航空航天、汽車、風能等領域的機械產品創新。
結題摘要
齒輪是很多行業都需要使用的基礎零件。近些年來，現有齒輪加工技術已無法滿足機械產品創新的需求，國外新的齒輪加工技術不斷出現。相比之下，我國在這個技術領域的發展還比較滯後，迫切需要進行自主創新研究。剮齒加工是21世紀逐漸實現的圓柱齒輪高效、高精度、乾切削新加工方法，受到已開發國家高度重視。在這樣的背景下，本項目提出研究剮齒切削原理、切削機理，以及刀具設計方面的科學與技術問題，以期我國齒輪製造技術能夠與已開發國家同步發展。項目首先研究了剮齒加工原理，根據加工原理建立了剮齒加工運動模型；基於剮齒加工原理和運動模型，提出了完整的剮齒工藝方案，通過剮齒加工實驗驗證了剮齒原理和剮齒加工運動模型的正確性；在此基礎上，給出了剮齒工具機總體設計方案；國內首台剮齒工具機套用該研究成果獲得成功，2012年7月湖南省經濟和信息化委員會組織了對該工具機的技術鑑定，鑑定結論為“該新產品的研發是成功的，綜合技術水平達到國際同類產品先進水平。”這一成果打破了國外技術壟斷，引起國外同行的高度重視。項目研究了剮齒加工切削機理，提出了剮齒切削力的理論計算方法，並進一步利用有限元分析方法對切削力進行了精確計算，揭示了剮齒加工過程的切屑形成與排出過程，以及切削力脈動變化規律，為未來工具機設計和刀具設計打下了基礎。項目研究了剮齒刀具結構，基於無理論刃形誤差齒輪刀具設計原理和自由曲面理論，提出通用型剮齒刀設計結構，建立了刀具參數化模型，為進一步進行剮齒刀最佳化設計打下了基礎；進一步地，將該結構推廣套用於插齒刀設計和非漸開線齒輪剮齒刀具設計，擴展了本項目研究成果的套用範圍。項目研究了剮齒刀具參數和工藝參數的最佳化組合問題，基於干涉模型和理論加工誤差模型，通過正交試驗對刀具參數和加工參數進行優選，並進一步研究基於混沌與分形理論的剮齒刀具參數和加工參數最佳化方法，使剮齒刀具設計工程化成為可能。項目研究了剮齒刀具製造技術，針對無理論刃形誤差剮齒刀前刀面、後刀面的幾何特點，有針對性地提出無干涉刀面五軸磨削方法，為工程化剮齒刀具製造提供了技術依據。在SCI國際期刊上發表論文5篇，中文EI檢索期刊論文2篇，中文核心期刊論文1篇，國際學術會議論文1篇；申請國家發明專利2項，實用新型專利1項，均已獲授權；參加國際學術會議兩人次，並做公開演講；培養博士生3名，碩士生10名，本科生2人。
