大工王立鼎院士：“哪怕只需要一个齿轮，咱们也要上！”
近来 我国科学报整版报导
我国科学院院士
我校机械工程学院教授
王立鼎院士
创始我国超精细齿轮工艺技能
为工业零部件晋级
下好“先手棋”的故事
一同来看！👇
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……
剥开这些钢铁“外衣”，一对对严密咬合的齿轮在工业进化史上立下丰功伟绩。越是高精度的齿轮组，作业越平稳、噪声越少、传动精度越高。
不久前，工业和信息化部、国家开展和变革委员会等七部分联合印发《推进工业范畴设备更新实施方案》，在先进设备、数字化、绿色化、安全性等方面提出了推进工业范畴设备更新和技能改造的要求。
“我国正在向高端制作转型晋级，其条件是工业零部件的全体晋级。现在咱们有自傲，因为工业用齿轮的晋级换代使我国在技能上做好了预备。”我国科学院院士王立鼎如是说。
王立鼎的自傲，与他创始出我国超精细齿轮工艺技能密不可分。
1 接到紧急使命，从4级跨越到1级
“在2300公里的间隔内，法国阿基丹雷达的差错在5米之内。它是怎样做到的？”1965年，长春光机所窗外丁香花怒放，屋内的科技人员正在火热评论。
咱们认识到，一个要害要素——齿轮的精度决议了雷达的精确度。但阿基丹雷达中的齿轮并不是由法国出产的，而是由瑞士苏黎世马格公司制作的，这家公司便是大名鼎鼎的西格玛公司的前身。西格玛公司的齿轮加工配备——特型马格磨齿机在业界声名显赫。
20世纪60年代，西方国家在精细仪器的中心技能与配备方面抢先一步，并将其牢牢掌握在自己手中，底子不会容易出售和转让。我国也想做一台相似的新式精细丈量雷达，但是仅凭国外杂志的文字描述，其制作工艺、要害数据等无从得知。为霸占超精细齿轮制作技能，长春光机所发动了新一轮的攻关项目。
时任长春光机所所长王大珩把这项重担交给了齿轮研讨室的磨齿组。其时正在磨齿组任研讨实习员的王立鼎承当了这项超精齿轮攻关使命。1965年，大学毕业刚5年的他，已是一名“熟练工”，由他经手加工的齿轮，精度最高可达4级，而在其时，国内工厂加工的齿轮精度遍及为7级。因为这手本事，那一年，他荣获了我国科学院优异科研作用奖。
在齿轮的精度等级中，6～8级为中等精度等级，可应用于机床与轿车等工业设备；3～5级为高精度等级，首要应用于超精机床、仪器、船只、雷达以及航空航天发动机等具有高速高平稳传动要求的场景；1～2级为超精细等级，首要作为国家级或世界齿轮量仪校正和精度传递实体基准。
超精细加工与测验技能是反映一个国家制作工业水平的重要标志之一。精细齿轮加工技能在工业出产、航空航天等范畴起到要害作用，齿轮的精度直接影响机械工程配备的全体精度。而在其时能做出2级及以上精度齿轮的国家，全球规模内只要德国和瑞士。
“制作一台精度与阿基丹雷达适当的雷达，齿轮精度最少要2级以上，精确说是1级。”长春光机所通过剖析，确认了齿轮箱研讨需求到达的方针。
从4级一瞬间跨越到1级，这让一切人倒吸一口凉气——其时我国没有一个人加工过如此超精细的齿轮。这意味着没有经历可循，全部都得靠自己探索。
王立鼎接到的使命中包含磨削齿轮，这是齿轮制作的最终一步，也便是说，齿轮精度最终只能靠王立鼎的才智与双手把控。
王立鼎（左）与学徒一同磨削齿轮
2 没有“奢华”试验室，咱们自己造
20世纪50年代末至60年代初，美国一家知名企业要为太空导航系统制作一台超精细齿轮设备。承当制作使命的试验室装备要求之高，令人拍案叫绝。
操作人员不能穿带棉絮的作业服入内，并且要提早洗澡、打发蜡，为的是避免棉絮、头皮屑坠落在室内。试验室外一公里之内不能有轿车行进，避免引起轰动。更重要的是，它对温度有肯定的要求，要求20摄氏度恒温，温差不能超过0.5摄氏度，且湿度控制在40%~60%之间，以最大极限避免齿轮加工设备遭到外界要素影响。
但是，打造这样一间高规范试验室，其时的长春光机所实难做到。
王立鼎看看死后，他们只要一个与别人合用的加工间，这儿没有恒温，也达不到超净，只要地基的安稳度还算“牵强过关”。加工间只要两台国产齿轮磨床，王立鼎对其间一台齿轮磨床Y7431进行了改造与精化，后来这台Y7431一向陪同了他的整个科研生计。
怎样才能在天差地别的条件下，研发出比美德国和瑞士的超精细齿轮？对王立鼎而言，这着实是一道不小的难题。
搭档在王立鼎磨削超精细齿轮时，都默默地把手中的加工设备停下来，以防自己磨削发生的尘埃充满到空气中。
一公里以内不让行进轿车，在白日很难做到，王立鼎就和帮手李振铎分红迟早两班。白班由李振铎进行半精磨，王立鼎值晚班进行精磨。王立鼎的晚班从黄昏5点到次日清晨四五点。夜里万籁俱寂，车间里没有机床开动，马路上也没有车辆行进，最大极限避免了各种轰动搅扰。只要加工间里一灯如豆，伴着磨齿迸发出的火光，把王立鼎的眼眸映得通红。
但是，最重要的恒温怎样处理？这离不开王立鼎的巧思。“哲学中有一句话叫作‘变中有不变’。每天的温度都有一个曲线改变。相邻几天假如没有气候突变，温度曲线改变是有规则可循的。我便是运用每天温度改变趋于共同的自然现象，成功处理了恒温问题。”
简易版的“奢华”试验室有了，超精细齿轮就能顺畅诞生吗？
3 掌握细节，完结精度的“完美匹配”
磨齿的日常画面是这样——操作人员在机床前端安放一个齿轮毛坯，调整后端分度盘的参数，按下开关发动设备，衔接齿轮与分度盘的轴承滚动起来，磨齿就开端了。磨好的齿轮外表油滑光亮，透着银光。齿轮个头儿平等，齿与齿之间的间隔共同。
这是一个看似简略的作业，但磨制一对超精细齿轮，一般要消耗王立鼎一个季度的时刻。为什么这么难？
超精细齿轮技能的中心要素之一是机床。轴系的精度对机床的传递精度有重要影响，分度盘的精度又决议了齿轮的分度精度。只要各配件精度完美匹配，才有或许诞生超精细齿轮。
“就像一个挑担人，前后各有一个筐，但不能没有扁担，扁担的好坏直接影响了挑担人的作业作用，而那根扁担正是轴承。”王立鼎打了一个比方。
1963年，第一届全国机械传动年会完毕后，王立鼎跟从搭档去上海机床厂观赏。上海机床厂是国内机床界的俊彦，王立鼎心向往之。“在这儿我发现，录磁机中的录磁盘反转轴系由多颗高精度钢球构成。录磁机的精度可比加工齿轮的机床高得多，假如我能用上它的轴系该有多好。”
正好王立鼎的一台机床轴系的主轴坏了。但按其时的规则，替换机床轴系的主轴需求机械工业部同意，机床厂才会容许出产。因而，换轴承的事一向放置未能处理。
受上海一行启示，王立鼎决议自己替换轴系。“机床轴系本来是不带钢球的，我在自行研发的主轴中参加400颗精细钢球，发现主轴的刚度大幅度前进，这样既确保主轴受力不易曲折，也发挥了差错均化效应，轴承精度差错由本来的2微米缩小到0.5微米，高于国内外同类机床制作精度。”
他喜从天降，趁热打铁把别的一台机床的轴系也替换了，机床的精度就这样一了百了地处理了——不只比其时国内外机床的精度都高，并且曩昔60多年精度一向不降，到现在还在运用。“这为后来研发超精细齿轮处理了不可或缺的设备精度问题。”
王立鼎制作齿轮图
AA级插齿刀（m4）
A级精度剃齿刀
还有一次，王立鼎查看分度盘时发现，轴心运动发生的曲线并不像他画的那么规整，而是一条不太规则的曲线。
这条曲线很多人看一眼就放过了，而王立鼎却细心揣摩起来。“它的形状似曾相识，就像是一条正弦曲线。”他再细心查看分度盘，判别出有两种或许性——一是分度盘装偏了，没有跟中心对准；二是分度盘没有装偏，而是在制作中发生了差错。
“不管分度盘是否装偏，纠正的办法都是选用反正弦曲线，一正一反彼此抵消，这样就能大幅前进分度盘的精度。”这便是王立鼎自创的“正弦消减法”的朴素思维。“那么，我成心把它装歪一点，发生反正弦曲线，从某种程度上便能处理精度问题。”沿着这一思路，他把分度差错从50角秒减小到13角秒。
这样的巧思来自对细节的掌握。齿轮组搭档张玉玲曾玩笑说：“王老师调查问题，比女搭档还要细腻。”一些细节看似简略却不易操作，比方磨齿芯轴的径向跳动从1微米调到0.5微米，王立鼎能够一次成功，换作别人就很难完结。
1966年，仅用一年多时刻，王立鼎就选用“正弦消减法”和“易位法”磨齿工艺，研发出我国首套超精细齿轮，到达雷达规划精度要求。那一年，30岁出面的他，成为国内公认的超精细齿轮专家，“齿轮王”的美名迅速传达。
1965年到1980年，王立鼎先后研发出5批超精细齿轮，满意了国家相关项目需求。
4 做丈量齿轮的齿轮，为职业定基准
20世纪七八十年代，正是我国工业出产系统全面康复的时期。
为满意工业开展需求，王立鼎又确认了一个新方针——做规范齿轮。
在工业出产中，用仪器丈量齿轮精度功率太低，半个作业日只能测一件齿轮。假如有一款规范齿轮，把它装在丈量仪器上与被测齿轮咬合作业一周，便知被测齿轮是否合格，然后可大幅提高检测功率。规范齿轮一般比被丈量的齿轮精度高2~3个等级，而其时国内只能做出4级规范齿轮，即只能检测6~7级的齿轮。
假如把规范齿轮做到2级精度，其功用不只能够用于工业出产，还能够校正齿轮量仪的精度，该齿轮被称为基准规范齿轮，能够为齿轮职业供给基准。
“1975年，长春光机所提出一个方针：到1976年研发出赶超德国的2级精度小模数规范齿轮。”王立鼎回忆说。
王立鼎磨削规范齿轮
有了做超精细齿轮的先例，咱们都以为王立鼎之前严重的科研攻关状况该“松快”一瞬间了。但是，因为齿轮小带来了许多技能上的难点，要攻关的小模数齿轮现已超过了机床的加工规模。王立鼎仍然仍是每天5点起床，一路小跑到单位，翻开机床让砂轮提早作业，以便机床更迅速地进入抱负的作业状况。然后他再跑回家为家人做早餐，7点30分又按时出现在办公室或试验室。这一习气他竟坚持了25年之久。
20世纪80年代，王立鼎安排研发的高精度小模数规范齿轮和中模数基准规范齿轮，通过我国科学院安排判定，到达德国DIN3962规范中的2级精度，居世界前列，其实体样件作为我国校正齿轮量仪的基准。
其时一个2级精度规范齿轮，在德国价格折合人民币几万元，国家财政购买有困难，长春光机所便无偿将规范齿轮赠送给我国计量科学研讨院，协助国家确认校正齿轮量仪的基准。
1998年，王立鼎被调到大连理工大学作业。他带着在长春光机所堆集的经历，又持续在齿轮战线上奋斗了20年，将作用传到达了我国的大江南北。
2016年，经我国机械工业联合会、我国机械工程学会判定，王立鼎团队研发的精化齿轮磨齿母机、超精细磨齿工艺和测验技能，以及1级精度基准级规范齿轮，归纳技能到达世界先进水平，精度目标世界抢先。
5 哪怕只需求一个齿轮，咱们也要上
王立鼎经常在不同场合被人问“为什么德国、美国等发达国家的规范齿轮没有做到1级，反而我国先做到了？”
王立鼎是这样答复的：“不是国外不想做，而是他们也有困难。机床是由咱们改装的，丈量齿轮的仪器是咱们自行规划的，齿轮加工办法也是咱们自己开发的。在国外，搞齿轮规划的是大学教授，搞齿轮制作的是工厂里的工人，搞计量测验的是试验室里的试验员。他们各自一摊、难以聚合，而咱们则是把一切作业串起来。从某种程度上说，我自己既是科技作业者，也是高档大工匠。 ”
王立鼎以为，这与长春光机所老一辈科学家王大珩等一向建议的从预研到拿出制品，科研单位要“一竿子插究竟”的理念密切相关。王大珩曾说：“实践证明，科研与实践结合既争取了时刻，又确保了质量，能够获得又好又快的作用，还训练了一支科研与工程技能结合的人才队伍。”长春光机一切几位研磨技师，水平最高的那一位职级适当于副教授中的最高档。每次王大珩看见他们都笑呵呵地打招呼。
这也与长春光机所着重的“敢打敢干”精力密不可分。“王立鼎院士把国产设备加以改造，做出世界上精度最高的齿轮，这种敢为人先的精力，重视探求考虑、勤于科学实践的作业方式，一向在所里传承，鼓励年轻人不断奋发向上。”长春光机所原所长唐九华点评道。
跟着直驱技能的前进，工业上能够运用成型砂轮磨齿技能在机床磨制小批量的2级精度齿轮，但仍然达不到1级精度齿轮的全体技能要求。
“咱们期望把工艺传承下来，往后一旦国家急需1级齿轮，哪怕只需求一个，咱们也能立刻在现有的加工和测验成套设备上完结这一使命。”王立鼎说。
而由超精细齿轮延伸出的技能，现在已应用于高精度齿轮刀具、高精度谐波齿轮、渐开线样板制作工艺等范畴。
“就国内现在出产的规范齿轮来说，其制作精度低于国外1~2个等级。假如把规范齿轮全体提高1个等级，其精度目标便能够与大都西方国家同类产品水平适当，将有助于脱节我国高端机床长时间依靠进口的现状。”王立鼎表明。
“假如国家有需求，我乐意随时辅导、教授相关加工技能。”现在的王立鼎已年逾九十，但他那颗“工业报国”之心，一向驱动他立异求索，至今熠熠生辉。
《我国科学报》（2024-05-24 第4版 专题）
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资料来历 | 大工新闻网 我国科学报
修改排版 | 李依诺 袁赫爽 刘梁宇
审阅校正 | 赫铭 周学飞 任亭钰 于舒雯 刘梁宇
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