螺旋锥齿轮是机械加工系统中复杂的传动件,具有噪声小、重叠系数大、传动平稳、承载能力高等特点,广泛用于传递相交轴或交错轴的运动系统。螺旋锥齿轮加工的难度大,一般采用磨齿进行精密加工,而国外发达国家的螺旋锥齿轮精密磨齿机对我国进行封锁,国内虽已研发出七轴五联动螺旋锥齿轮磨齿机,但齿轮精度比国外低2级左右。为解决这些技术瓶颈,本文运用脉冲激光精微修正技术来去除齿面加工余量,采用理论分析、数值仿真与实验研究相结合的方法,开展了脉冲激光修正螺旋锥齿轮时的物理作用机制、加工原理与工艺等方面的研究,主要包括以下内容:脉冲激光修正齿面的物理过程研究。研究了激光与金属材料的作用过程,分析了激光去除金属材料的一般作用机制。开展了纳秒激光与飞秒激光与金属材料的相互作用研究,并建立两种脉冲激光的烧蚀机制,揭示了脉冲激光的烧蚀机理。基于不同的作用机理,分析了脉冲激光烧蚀齿轮材料过程中复杂的动态效应,从理论上研究了纳秒激光、飞秒激光去除齿轮材料的复杂现象,揭示了脉冲激光修正齿面的复杂物理过程。脉冲激光修正齿面温度场的数值模拟。纳秒激光修正齿面时,基于非傅里叶传热现象和双温方程,考虑脉冲能量累积效应、激光高斯脉冲光束辐照、蒸发效应等,建立了脉冲激光修正齿面的传热模型。基于MATLAB仿真软件,研究了脉冲激光作用齿面时的温度场变化规律,仿真得到了使得齿轮表面温度达到熔化、蒸发、气化温度时所需要的激光参数。脉冲激光修正齿轮表面的实验研究。分别开展了纳秒激光与飞秒激光去除齿面余量的实验研究,搭建了脉冲激光修正齿面的加工系统,结合数值仿真,研究了齿轮材料发生熔化、气化时齿面的质量,并分析激光能量密度、脉冲数等激光参数对齿面烧蚀形貌、齿面粗糙度、烧蚀面积、烧蚀深度和去除效率的影响规律,分析了纳秒激光、飞秒激光修正齿轮材料时的应用范围。脉冲激光修正螺旋锥齿轮的工艺研究。探究了螺旋锥齿轮的误差曲面与理论曲面的影响关系,建立了螺旋锥齿轮的误差曲面方程,减小了修正余量的误差。对脉冲激光加工系统的结构进行设计与改进,将三维移动系统、振镜系统、CCD观测系统与光学系统进行多轴联动加工,有效地解决了激光束修正齿面无法动态聚焦的问题,对螺旋锥齿轮的修正轨迹进行了分片、分层处理,对脉冲激光修正齿面的具体步骤进行了阐述,为脉冲激光修正螺旋锥齿轮提供了一种高效率、高精度的工艺方法。