面齿轮在许多航空航天、船舶等大型机械装备中起着关键传动作用,具有大量优点,但面齿轮的齿形是一种复杂的曲面,对其精微加工的技术要求较高,国内的面齿轮能够达到的精度远远不如国外,而国外在这些先进制造技术方面对我国进行封锁。为解决这种制造困难和精度不足的问题,本文采用飞秒激光精微加工的方法对面齿轮的表面余量进行去除,研究飞秒激光参数和加工工艺参数对面齿轮齿面形貌的影响规律,从而在提高面齿轮表面精度方面提供一种新型加工方法。本文研究了飞秒激光烧蚀面齿轮材料18Cr2Ni4WA过程中的烧蚀机理,分析了飞秒激光精微去除面齿轮材料的作用方式,揭示了飞秒激光烧蚀面齿轮材料的复杂的物理过程,分析了随着温度的变化而发生变化的热力学参数,在光子与电子,电子与晶格之间温度传递的双温模型的基础上建立了耦合这些动态热力学参数的复耦合模型。在建立的复耦合模型的基础上考虑晶格与晶格之间的传热,建立了三温传热模型。基于建立的模型通过有限元软件计算得到了飞秒激光烧蚀面齿轮材料时齿面温度场的分布规律,揭示了飞秒激光烧蚀面齿轮材料过程中电子晶格之间的温度传递变化过程。单脉冲加载时,发现随着飞秒激光能量密度的增大,电子达到的最高温度在逐渐增大,电子与晶格耦合达到的最终平衡温度也在逐渐增大,耦合时间也有略微的增加;随着脉冲宽度的增大,电子最高温度逐渐减小,并根据复耦合模型计算出的温度预测了去除高于蒸发温度的材料烧蚀形貌;多脉冲加载时,随着能量密度的增大,电子最高温度增大,最终材料表面平衡温度也在增大。揭示了飞秒激光烧蚀面齿轮材料过程中,电子晶格温度的变化对烧蚀形貌产生的影响规律。研究飞秒激光扫描加工面齿轮时,通过分析激光热源项,将激光光斑移动路径进行了x和y方向的规划,考虑飞秒激光多脉冲能量累积效应,分析了不同扫描速度和不同间距下的飞秒脉冲激光能量累积强度和分布尺度;发现随着扫描速度和扫描间距的增大,多脉冲累积能量强度有一定的减小,能量分布尺度在增大。揭示了飞秒激光扫描加工面齿轮材料过程中,能量累积强度对烧蚀形貌产生的影响规律。分别对面齿轮材料进行单脉冲飞秒激光打点加工实验、线加工实验和面加工实验,通过改变激光能量密度、脉冲宽度、扫描速度和扫描间距分析了面齿轮齿面烧蚀形貌和齿面粗糙度的变化规律。优化了飞秒激光加工面齿轮材料的激光参数与工艺参数。这些为提高飞秒激光扫描加工面齿轮材料的表面形貌质量提供了研究基础。