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郭茜(重庆大学)

　　摘 要　　高速干式滚齿是近几十年崛起的一门先进制造技术。国外在高速干式滚齿加工机理和应用研究方面做了大量研究工作，国内在这方面的研究相对滞后。为了促进高速干式滚齿切削工艺在工业生产中的广泛应用，高速干式滚齿切削机理研究领域有许多急待开展或深入的课题。
　　本文建立了高速干式飞刀铣齿及滚齿切削力模型，建立了机床-刀具-工件等组成的高速干式飞刀铣齿系统的动力学模型。采用有限元分析方法，对高速干式飞刀铣齿及滚齿切削力进行了仿真实验研究，对刀具的应力场和变形进行了分析，对飞刀和滚刀进行了模态分析;采用高速干式飞刀铣齿实验模拟滚齿，进行了多次切削力正交测试实验，将仿真实验结果和实验测试结果与理论计算结果进行了对比分析，验证了切削力模型和计算方法的正确性。运用VB编程软件系统对高速干式飞刀铣齿切削力及动态切削力的计算与分析、高速干式滚齿切削力的计算与分析、高速干式滚齿滚刀的设计计算、高速干式滚齿切削数据库及高速干式飞刀铣齿切削力测试实验进行了程序设计，为进行理论分析和工程应用提供了有利的工具。对高速干式飞刀铣齿系统的动力学模型进行了仿真研究，分析了高速干式飞刀铣齿系统的动力学性能。根据高速干式飞刀铣齿、高速干式滚齿理论计算的结果，以及高速干式飞刀铣齿实验的测试结果，结合传统低速切削及高速铣削的基本理论和研究结果，对切削力与切削用量、刀具几何参数和材料及工件材料等诸多因素的影响关系及变化规律进行了对比分析，初步揭示了高速干式滚齿的切削机理。通过本文的研究，为高速干式滚齿切削加工技术提供了基本理论及实验方法，为该技术的推广应用奠定了理论和实验基础。
　　高速干式滚齿加工技术是一项全新的、正在发展中的先进实用技术，要充分认识该技术的优越性和巨大经济效益的潜力，发挥有利条件大力研究发展和应用该技术，将我国齿轮加工水平推进到一个新高度。
　　关键词　　高速，干式，滚齿，切削力，切削机理

　　1   绪论　　齿轮是汽车、摩托车、工程机械等行业重要的基础传动元件。随着我国汽车行业上批量及上档次升级，对齿轮的需求量越来越多，因而齿轮加工行业对制造精度、生产效率、提高质量及清洁生产提出了更高的要求。二十一世纪的制造生产将日益走向全球化，国际制成品市场的竞争将愈加激烈，由此要求制造企业必须对市场现有需求和潜在需求做出快速响应，具备性能优良、价格低廉的产品和交货迅速的制造能力。这必将使制造加工技术朝着快速、低消耗和优质、高精度的方向发展。以高效率和高精度为基本特征的高速干式滚齿技术，是近 20多年来迅速崛起的先进制造技术之一。
　　本课题来源于重庆市自然科学基金项目(编号 8767)和重庆大学骨干教师资助计划项目(编号2003) ，依托重庆大学机械传动xxxx实验室，借助该实验室和重庆机床(集团)有限责任公司的实验设备条件，进行高速干式滚齿切削力及切削机理方面的研究。
　　1.1 高速干式滚齿技术概述
　　1.1.1 高速干式滚齿的概念
　　高速干式滚齿就是在不使用冷却和润滑油剂的作用下，采用很高的切削速度进行滚齿加工的方法。在传统的齿轮加工中，通常使用切削液来冷却刀具和工件，减少磨损，将切屑从机床上冲走，因而需要配置油箱及油路系统，以及防护油变质、废油处理、工件清洗以及切屑的除油处理等费用。按照环保观点，切削油中要限制使用硫化物，禁止含有氯化物和异味，否则对生态环境及操作者的健康特别有害。从生态学和技术经济角度出发，废除切削油是大势所趋，也是近年来讨论的热点，所以高速干式滚齿作为一种新的齿轮加工方法应运而生。
　　1.1.2 高速干式滚齿的优点
　　高速干式滚齿与传统的齿轮加工相比具有显著优点：
　　① 随着切削速度和进给速度的提高，单位时间的材料切除率大大增加，从而缩短了切削加工工时，提高了生产效率，降低了加工成本。
　　② 由于主轴转速很高，机床激振频率远远高于工艺系统的固有频率，工艺系统振动很小，容易得到很好的表面质量，可作为机械加工的最终工序。同时由于切屑是在瞬时间被切离工件，工件表面的残余应力非常小。
　　③ 极高的切削速度使得大量的切削热(95%～98%)来不及传给工件就被切屑带走，工件表面受热变形小，适合加工容易热变形的零件。
　　④ 由于采用了很高的切削速度和进给速度，允许采用较小的切削用量进行切削加工。切削力大幅度减少，切削热也随之下降，工艺系统变形减小。
　　⑤ 从动力学的角度，高速干式滚齿加工过程中，随着切削速度的提高，切削力降低，而切削力正是切削过程中产生振动的主要激励源;转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的加工表面粗糙度对低阶固有频率最敏感，因此高速干式滚齿可大大降低加工表面粗糙度。
　　⑥ 采用热硬性好的刀具材料，常常可以不用切削液进行干切削，减少了环境污染。
　　由于高速干式滚齿具有提高生产效率，降低切削力，提高加工精度和表面质量，降低生产成本并且可加工高硬材料等许多优点，可广泛用于航空、汽车、模具等制造业中，获得重大的经济效益，对提高滚齿加工技术的水平，推动机械制造技术的进步具有深远的意义。

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