《1级精度基准标准齿轮加工工艺与测试技术》

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齿轮是量大面广的关键机械基础件。基准标准齿轮作为齿轮量仪精度传递的实体标准器,其制造精度是一个国家超精密齿轮工艺与测试技术实力的重要标志。国内标准齿轮产品的最高制造精度仅为3级,国外为2级。1级精度是齿轮国际标准ISO 1328-1:2013(E)中的最高等级,目前国内外未见1级精度标准齿轮产品加工工艺及测试技术方面的报道。该项目面向我国高端装备关键机械基础件的制造需求,在国家“863”计划重点项目课题和国家自然科学基金项目等的支持下,对1级精度标准齿轮制造所涉及的机床精化、磨齿工艺、测试技术与仪器等方面展开了数十年的研宄工作,创立了具有全部自主知识产权的1级精度基准标准齿轮加工工艺与精密测量技术,主要技术发明和创新点包括:

1.齿轮磨床机构创新和精化:发明了多球分度定位装置、端齿自动分度装置、可调式分度盘与“正弦消减”误差补偿方法,大幅度提高了机床分度精度:创造性提出双滚轮-双导轨式机械展成机构来精化渐开线凸轮的新技术,显著减小了渐开线加工的原理性误差。

2.科学的磨齿工艺:发明了高精度自动研抛装置,创新性地提出“易位法”、“错位法”、“实验选位法”、“渐开线凸轮选段法”等磨齿工艺方法,实现了最优磨齿,保证了被加工齿轮的齿距、齿廓和齿圈径跳的高精度。

3.1级精度标准齿轮齿廓测量:创新设计并研制出无阿贝误差的基准渐开线测量仪,发明了一种高精度径向可调式齿轮渐开线样板及调整方法,最终测量系统的测量精度满足了1级精度标准齿轮的齿廓测量要求。

4.1级精度标准齿轮齿距测量:研制出一套端齿自动分度台作为角度基准,并发明密珠径向可调芯轴和高精度测量头往复自动定位装置,满足了1级精度标准齿轮的齿距测量要求。

采用上述相关理论与技术,研制出了5种规格中模数(m2~m6)1级精度基准标准齿轮,发表论文50余篇,申请国家发明专利30余项,获授权发明专利10项,推广应用单位10余家。相关研究成果通过了由中国机械工业联合会与中国机械工程学会、中国计量测试学会组织的两项科技成果鉴定,认为“研制精化齿轮磨齿母机、超精密磨齿工艺,以及研制的1级精度基准级标准齿轮,其综合技术具有国际前列水平,精度指标国际领先”,"该项研究在基准级标准齿轮齿廓偏差测量技术居国际领先水平,齿距偏差测量技术达到国际先进水平,填补了国内1级精度齿轮测量方法与技术的空白”。“1级精度基准级标准齿轮加工设备精化与工艺技术”获2017年中国机械工业科学技术奖一等奖。

该项成果先后向中国计量科学研究院、中国测试技术研究院、国防科工委第一计量测试研究中心等国家级和省部级计量机构提供了国际上最精密的1级精度标准齿轮作为实体标准器,用于我国齿轮量仪的校准与面向齿轮全行业的量值传递。技术上带动我国高端关键机械基础件步入国际前列,并促进批量齿轮制造、齿轮刀具、分度装置、减速器等相关行业的技术进步。

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