螺旋錐齒輪和傘齒輪是機(jī)械傳動(dòng)中的重要零件，其在機(jī)械制造業(yè)中占有重要的地位，特別是在航空航天、汽車、船舶、工程機(jī)械等領(lǐng)域中更占有相當(dāng)大的比重。由于螺旋錐齒輪和傘齒輪具有傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力高、重合度大、使用壽命長(zhǎng)、在高速傳動(dòng)時(shí)的噪音和振動(dòng)都比較小的特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，在制造行業(yè)中有逐漸取代其他類型錐齒輪傳動(dòng)的趨勢(shì)，因此對(duì)螺旋錐齒輪和傘齒輪的設(shè)計(jì)和研究具有十分重要的意義。但螺旋錐齒輪和傘齒輪的幾何特性與嚙合過程及其機(jī)床結(jié)構(gòu)和加工調(diào)整都非常復(fù)雜，同時(shí)加工刀具、機(jī)床參數(shù)設(shè)置、加載變形和裝配誤差等各種因素都會(huì)引起其嚙合、承載及振動(dòng)性能的改變，使得在設(shè)計(jì)和制造中控制其質(zhì)量和性能十分困難。

目前國(guó)外也只有美國(guó)格里森(GLEASON)，瑞士奧利康(OERLIKON)和德國(guó)克林貝格(KLINGELNBERG)三家擁有該方面技術(shù)，各自保密互不公開，同時(shí)也形成了三種齒制：格里森齒制，奧利康齒制和克林貝格齒制，格墨森齒制主要為雙曲面圓弧收縮齒，采用單齒分度法加工，后二者為延伸外擺線等高齒，采用連續(xù)分度法加工，所以也把這三大齒制合并為準(zhǔn)雙曲面齒制和延伸外擺線齒制兩大齒制。

格里森(GLEASON)加工技術(shù)是以局部共軛原理為基礎(chǔ)的。首先切出大輪齒面，然后選取一計(jì)算參考點(diǎn)求出與大輪齒面做線接觸的小輪齒面在參考點(diǎn)處的位置、法向量以及法曲率等一階、二階接觸參數(shù)，然后根據(jù)要求修正小輪齒面在參考點(diǎn)處的法曲率，并以此為基礎(chǔ)來確定小輪切齒調(diào)整參數(shù)。格里森(GLEASON)公司這種早期設(shè)計(jì)方法的明顯不足是沒有直接控制弧齒錐齒輪這種局部共軛齒輪齒面的二階接觸參數(shù)，使得選擇齒面曲率修正量十分困難，可能要經(jīng)過多次試切才能獲得理想的嚙合質(zhì)量，對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)的依賴性較大。

克林貝格( KLINGELNBERG)公司生產(chǎn)的錐齒輪采用等高齒，連續(xù)分度加工，生產(chǎn)效率高，機(jī)床調(diào)整相對(duì)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)鼓形齒接觸，它的硬齒面刮削工藝，即用硬質(zhì)合金刀具從淬火硬度達(dá)HRC58-62的齒面上切除很薄的一層金屬，以獲得消除熱處理變形誤差的方法，相對(duì)經(jīng)濟(jì)、高效。而且機(jī)床的齒輪傳動(dòng)鏈短而剛性好，分度機(jī)構(gòu)為雙蝸桿驅(qū)動(dòng)，分度元件精度和輸入功率都高。但該項(xiàng)技術(shù)僅限于加工擺線齒錐齒輪。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，高精度電子傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，為高精、高效和柔性化的齒輪加工開辟了新的途徑。目前國(guó)外齒輪機(jī)床迅速走向NC化，如日本在上世紀(jì)80年代用三年時(shí)間把機(jī)床數(shù)控化從7%提高到70%。齒輪機(jī)床數(shù)控化后，既可以簡(jiǎn)化機(jī)床機(jī)構(gòu)，提高機(jī)床的剛性，又可以增加機(jī)床的柔性，擴(kuò)大加工范圍，還相應(yīng)地提高了齒輪機(jī)床的加工精度，簡(jiǎn)化了操作。國(guó)內(nèi)的螺旋錐齒輪和傘齒輪加工主要采用機(jī)械式，由于螺旋錐齒輪和傘齒輪齒面形狀與加工原理比較復(fù)雜，使得對(duì)應(yīng)的機(jī)床結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，除了含傳動(dòng)鏈，展成鏈，分齒機(jī)構(gòu)之外，還有變性機(jī)構(gòu)或刀傾機(jī)構(gòu)等，在加工過程中要想保證精確的齒面特性，還要調(diào)整機(jī)床的滾比掛輪，分齒掛輪，擺角掛輪，切削速度掛輪和進(jìn)刀掛輪。而且這兩種齒輪在傳動(dòng)過程中，只是在齒輪中部的螺旋角為標(biāo)準(zhǔn)螺旋角，而在其它部位均為近似值，從原理上都無法保證最合理的嚙合。

因此，在實(shí)際加工中，必須經(jīng)過復(fù)雜的調(diào)整和修正來彌補(bǔ)設(shè)計(jì)原理的不足，目前，齒輪的修形量和精度通常是憑經(jīng)驗(yàn)確定，具有一定的盲目性。導(dǎo)致其制造工藝復(fù)雜、裝備要求高、加工精度低等問題的存在。

雖然國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和專家都對(duì)螺旋錐齒輪和傘齒輪機(jī)構(gòu)在接觸和制造技術(shù)、加工技術(shù)與設(shè)備改進(jìn)、齒輪傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)與噪聲研究等方面進(jìn)行了大量的研究工作，但大多都集中在現(xiàn)有的準(zhǔn)雙曲面齒輪和延伸外擺線錐齒輪上，雖然有些學(xué)者提出了其它一些曲線作為螺旋錐齒輪和傘齒輪的齒廓曲線，但都沒從根本上解決現(xiàn)有齒輪存在的問題。綜合以上這些因素給加工帶來了一定的誤差，從而增加了齒輪的加工周期和加工成本。而螺旋錐齒輪和傘齒輪的數(shù)控加工機(jī)床主要依賴進(jìn)口，對(duì)于螺旋錐齒輪和傘齒輪數(shù)控銑床每臺(tái)價(jià)格為80到120萬美元，而磨床則高達(dá)200萬美元，并且在引進(jìn)后往往還需廠家?guī)袅慵ザㄘ浐臀芯幊?，加工技術(shù)受制于人。由于技術(shù)權(quán)益的原因，其原理和控制方法均未公開。而且，全數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)研究在國(guó)內(nèi)剛剛起步。當(dāng)要求齒輪副在高速重載且低噪的情況下運(yùn)行時(shí)，若考慮力變形與熱變形的影響，齒面形狀將是一種非標(biāo)準(zhǔn)的齒形，常規(guī)的機(jī)械式加工方式難以勝任，一般需要使用特殊刀具來加工。由于數(shù)控加工對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的任意可控性，則能實(shí)現(xiàn)使用一般刀具對(duì)任意齒面形狀的加工。特別是理論上可以實(shí)現(xiàn)齒面加工的任何運(yùn)動(dòng)的FreeForm型錐齒輪加工機(jī)床的出現(xiàn)為齒面的設(shè)計(jì)、制造提供了更大的自由空間，為實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的齒面修形、進(jìn)行齒面誤差補(bǔ)償提供了可能性，這樣就使得對(duì)新型螺旋錐齒輪的研究更加深入。

 通過對(duì)以上情況的分析，本文將對(duì)一種新型的螺旋錐齒輪和傘齒輪——對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪和傘齒輪的數(shù)控加工方法進(jìn)行了深入研究。對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪和傘齒輪的齒面節(jié)線是對(duì)數(shù)螺旋線的一部分，由對(duì)數(shù)螺旋線的性質(zhì)可知，用對(duì)數(shù)螺旋線作為齒輪的齒向線，可以使齒輪在齒長(zhǎng)方向上各點(diǎn)的螺旋角處處相等，均等于名義螺旋角，完全符合齒輪嚙合的條件。因此，一對(duì)相互嚙合的對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪和傘齒輪的傳動(dòng)更加平穩(wěn)、承載能力更大、使用壽命更長(zhǎng)、噪音更小。加工精度完全可以由現(xiàn)在的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工機(jī)床來保證。該齒輪的齒制屬于格里森齒制，所以我們是利用格里森齒輪的加工原理，在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床上完成了對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪和傘齒輪的加工。