近日，我校华锐先进制造研究院彭锐涛教授团队在人形机器人关节执行机构核心传动部件—大导程哥特式圆弧滚珠丝杠的高效精密加工方面取得重要突破。研究揭示了大导程滚珠丝杠干式硬车削过程中，由几何约束诱发的材料去除、表层损伤与刀具磨损耦合机制，为破解该类高端精密传动部件“以车代磨”绿色高效制造的关键技术难题提供了系统的理论依据与工艺参考。
相关研究成果以《大导程哥特式拱形滚珠丝杠干硬车削过程中几何诱导的耦合效应对材料去除及损伤机理的影响》（Geometrically Induced Coupling Effects on Material Removal and Damage Mechanisms during Dry Hard Turning of Large-Pitch Gothic-Arch Ball Screws）为题，发表于制造工程领域国际权威期刊《制造工艺期刊》（Journal of Manufacturing Processes）（中科院一区TOP期刊，影响因子6.8）。彭锐涛为论文第一作者兼通讯作者，我校为第一完成单位，株洲华锐精密工具股份有限公司为合作单位。
滚珠丝杠作为人形机器人关节执行机构及工业机器人等高端装备的关键精密传动部件，其性能直接影响整机的动态响应与服役寿命。大导程哥特式圆弧滚珠丝杠虽兼具高传动效率与高承载能力的优势，但其复杂的螺旋曲面结构在加工中极易引发刀具干涉、摩擦挤压、热积累及表层损伤等一系列科学难题。传统磨削工艺长期受困于效率低下、成本高昂、切削液消耗大等行业瓶颈，严重制约了高端精密传动部件的绿色化与高效化制造。
滚珠丝杠硬车削加工过程示意图
针对上述关键科学问题与行业技术难题，团队以淬硬大导程哥特式圆弧滚珠丝杠滚道的干式硬态车削为研究对象，系统揭示了大导程几何约束对滚道表面完整性、亚表层损伤及刀具磨损行为的内在影响机制。研究发现，大导程滚道加工质量受“几何约束—材料响应—刀具磨损”三元耦合作用的控制。与P10（较大导程）滚道相比，P6（较小导程）滚道因几何干涉较弱、有效切削状态更为稳定，可获得更优的表面质量。在优选工艺条件下，P6滚道表面粗糙度Sa较P10降低约13%，且在300 r/min附近存在最优加工转速区间；而P10滚道白层厚度较P6增加约91%，表明强几何约束将显著加剧热力耦合损伤。
哥特式圆弧螺纹滚道硬车削机制示意图
此外，团队紧扣高端动力装备制造领域的共性技术难题，持续在难加工材料高效去除、刀具与磨具失效机理、冷却润滑协同强化、表面完整性调控及复杂曲面成形等核心方向开展系统攻关，逐步构建起从机理认知、工艺优化到工程验证的完整研究体系。近期，团队在先进刀具与磨具设计、界面摩擦与磨损行为解析、绿色润滑与冷却策略创新、加工过程动态调控以及表层与亚表层热力耦合损伤抑制等方面取得一系列重要成果，相继发表于国际制造领域权威期刊，为高端装备关键零部件的高效、低损伤加工提供了坚实的理论支撑与技术储备。
上述系列研究得到了国家自然科学基金等项目资助，团队将继续深耕高端装备关键零部件的绿色精密加工领域，聚焦航空航天、人形机器人和精密电子等战略新兴产业关键零部件的制造瓶颈，通过持续科研攻坚，破解高效低损伤加工难题，为我国高端装备制造业的高质量发展贡献更多智慧与技术支撑。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2026.05.067
https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2026.03.077
https://doi.org/10.1016/j.wear.2026.206681
https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2026.03.025
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.02.322
https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2026.04.007
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.165786
https://doi.org/10.1016/j.powtec.2026.122532
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