本人曾經長期從事錐齒輪的制造工藝技術研究，本公眾號中有大量的相關文章可以了解，因此便不再詳細描述相關技術細節。錐齒輪種類較多，一般可按軸交角、齒長曲線形式、加工形式以及齒高在齒長方向收縮形式等各個維度進行區分。廣泛應用于車輛、工程機械、減速機、手動工具以及特殊用途的軍事裝備中。本文不對一些特殊結構或者特殊用途的如高減速比、軸交角非90度的錐齒輪及工藝進行討論。

　　直齒錐齒輪一般應用在車輛差速器中，以及一些機電設備中，用于改變傳動方向，或者起到差速作用。目前有兩種制造工藝，一種是機加工方法，另外一種是鍛造、粉末冶金、鑄造等成型法。機加工錐齒輪熱前工藝流程一般是毛坯鍛造、毛坯車削、刨齒或者拉齒。刨齒工藝優點在于靈活性較高，且成本較低，適用于單件小批量修配，或者是樣件試制;格里森和克林貝格開發的拉齒工藝，采用圓盤刀具，可實現單面或者雙面加工，并且可以對齒面進行修型，是高精度小批量直齒錐齒輪加工的重要方法。格里森公司推出了Coniflex Pro設計和制造系統，克林貝格推出了Hypoflex直齒錐齒輪設計和制造系統，將直齒錐齒輪制造工藝更加推進一步。

　　汽車差速器直齒錐齒輪用于用量較大，且產品規格較為固定，齒形一般采用精鍛方法。精鍛工藝主要采用電火花加工的精確模具，模具的壽命管理和一致性管控非常關鍵。直齒錐齒輪精鍛工藝一般包括精密溫鍛和精密冷整形，其成形精度達DIN6-8級。鍛造毛坯一般為齒輪鋼20CrMnTi棒料。模具材料為H13電渣重熔熱鍛模具鋼，精加工后表面硬度為48-51HRC。

　　在模具材料選擇方面，根據工作溫度的不同，可以選擇高耐熱熱作模具鋼、 高溫合金鋼等高溫合金材料，這些材料能夠在高溫下保持較高的硬度和強度。其次，在模具鋼熱處理過程中，可以采用多次熱鐓拔鍛打預處理、多重回火和充分淬火來提高模具鋼鋼的硬度和韌性，從而提升模具的耐熱、耐久性。熱鍛模具的表面涂層也是提高模具壽命和性能的重要手段之一。通過在模具表面涂覆一層或多層特定材料，形成具有一定硬度梯度的基體結構，可以有效改善模具的耐磨性、抗熱疲勞性、抗腐蝕性以及降低摩擦系數，從而顯著提高模具的使用壽命和工作效率。在設備工裝方面，可以改進模具的冷卻系統，確保模具在使用過程中能夠均勻散熱，降低邊緣部分的熱負荷。總的來說，提升熱鍛模具壽命需要綜合考慮多個因素，包括材料、工藝、設備、設計以及維護等方面。通過合理的選擇和優化，可以顯著提高模具的耐用性，降低生產成本，提高生產效率。

　　關于螺旋錐齒輪的加工工藝，目前常用的有兩種齒制。漸縮齒和等高齒，也分別齒高沿齒長方向從大端向小端收縮。在加工過程中刀片切削刃的軌跡相當于假想產形輪的一個齒，形成的齒長曲線為圓弧。每加工一個齒，工件進行分齒運動，直到所有輪齒加工完成。常用的方法有“五刀法”：從動輪粗、精切采用兩道銑齒工序;主動輪兩側齒面需要分別粗切、精切凹面、精切凸面三道工序;“全工序法”：采用條形尖齒刀具，主、從動輪一次裝夾完成齒面加工。長幅外擺線錐齒輪一般為等高齒錐齒輪，在加工過程中工件連續分度，即刀盤轉動一組刀齒、工件轉動一齒。

　　究竟在什么場合選擇等高齒，什么場合選擇漸縮齒，個人以為，沒必要去過于糾結。需要結合實際公司的設備、產能、人員的熟練程度以及行業發展趨勢等進行綜合考慮。大概十五年前，等高齒應用尚未在國內全面鋪開，還是以漸縮齒的五刀法和全工序法為主，等高齒的應用主要集中于部分德系合資汽車公司中。后來隨著開放的不斷深入，尤其是德系奔馳、曼、斯堪尼亞重型卡車合資項目的不斷推進，等高齒錐齒輪應用范圍開始逐漸擴大，又掀起了一股“等高齒替代”風潮。不管怎么講，這兩種工藝都可以使產品達到所需要的使用強度、壽命以及整機噪音要求，因此，我們不能隨意否認某種技術是落后還是更加先進，只是兩種不同的實現路徑。

　　螺旋錐齒輪的設計、制造、檢測技術，刀具和加工參數的設定，是一個完整的技術閉環過程。在計算機出來之前，一般采用多次迭代計算的方法，才能得到相關的參數。且采用機械式機床加工時，刀具調整完全靠手工，需要手動調整各類參數，且搭配分齒掛輪、進給掛輪、搖臺掛輪等，計算量大、調整復雜且誤差較大。當時的一個錐齒輪銑齒機調整和產品換型，絕對是需要較高技術水平的老員工才能完成。

　　國際上比較知名的兩大錐齒輪銑齒設備制造商格里森和克林貝格，幾乎壟斷了錐齒輪的所有技術。其中，格里森公司開發了NO.26、NO.116、NO.609等多種型號的機械式銑齒機，克林貝格公司同時也開發了SKM2、SM3等設備，以及從前蘇聯引進的5C280等，精度保持性高，其二手設備在90年代被各個國內齒輪公司瘋搶。國內以天津一機為代表，也先后仿制了YK2250、YK2280等，哈一工、漢江刀具等也具備了刀盤、刀條設計制造能力。以一汽、哈齒、北齒、綦齒為代表的國營齒輪廠，培養了大批技術人才，成為了國內錐齒輪制造工藝開發和技術創新的骨干力量。

　　后來隨著數控技術和軟件的進步，相關齒面參數計算、設備調整參數計算以及齒面精確修型成為主要工作手段。2005年以來，格里森公司、克林貝格公司先后推出了GAGE軟件和KIMOS軟件，并搭載著各自的HC600銑齒機、C50銑齒機以及刀具磨削和安裝設備，并與M&M以及P系列齒輪檢測中心，形成了一個完整的錐齒輪工藝解決方案，且普遍實現了銑齒工序的干切工藝，減少了大量切削油的消耗，同時提升了作業環境。但其一次性設備采購成本較高，單組設備包括兩臺銑齒、一臺測量、一臺磨刀、一臺裝刀設備及相關配套的KIMOS或GAGE軟件，成本最少需要3000萬人民幣。

　　隨著2008年以后國內重卡、輕卡、輕型車、客車及工程機械行業的大規模擴張，相關進口設備源源不斷被引入到國內，形成了一波投資熱潮。截止到現在，隨著新能源電驅化在相關領域的不斷滲透，以及市場需求的萎縮，傳統的中低端錐齒輪市場供需矛盾已經日益加劇，開工率嚴重不足，唯一寄希望的是非汽車行業以及出口國際市場。

　　國內錐齒輪工藝技術方面，隨著對引進技術的消化吸收，以及多學科融合的創新思路引導，我們陸續解決了相關理論設計、加工機床、刀具修磨及安裝、齒面精確修型等多項技術難題，結合國情開展了相關攻關，已經完全解決了卡脖子的憂慮。以中大創遠為代表的國產錐齒輪工藝裝備制造商，已經將進口設備的市場進行了部分國產替代。

　　小模數錐齒輪工藝方面，隨著電動工具、園林設備的產能擴張，需求持續存在并且向高端化發展。格里森及克林貝格均具有較為成熟的解決方案，如克林貝格C15、格里森100C等，搭配自動上下料機構及倒角程序，可實現高速高效率生產，單件節拍可以控制在1分鐘以內。國產設備以天津精誠、中山邁雷特為代表，也都能拿出相關的替代方案，但其可靠性和成熟性仍待驗證。

　　用左旋刀盤加工左旋齒輪時，切削厚度由小到大，稱為逆銑，采用逆銑，刀片磨損較快;用左旋刀盤加工右旋齒輪或用右旋刀盤加工左旋齒輪時，稱為順銑。實踐證明，當夾緊力可靠時，采用順銑可提高加工工件的表面質量，提高刀片的耐用度、使用壽命。

　　加工同一對齒輪可選用不同直徑的刀盤，刀盤直徑不同，加工出齒輪的特性不同，可用作圖判定應選用合適直徑，并將其分為大直徑刀盤和小直徑刀盤。選用小直徑刀盤加工時表現的特征：接觸區敏感性低，在較大的錯位量或載荷下接觸區較穩定;齒長曲率半徑小，輪齒強度好;只有用對角方向進行研齒，對研齒有一定的局限性。

　　等高齒錐齒輪齒面接觸區空載時驅動側齒面應在齒寬中點附近，加載后接觸區同時向均勻地兩端擴展;倒車面接觸區應控制在齒寬中點稍偏大端，加載后向小端移動的趨勢比向大端移動的趨勢快 。

　　選用大刀盤加工時表現的特征：隨刀盤直徑的增加 ，接觸區對V/H的敏感性增加;刀盤中心在被加工齒輪的大端之外，V/H移動對接觸區影響相互疊加;研齒性能好，可使研齒區域達到大小端的齒頂或齒根位置，以便適當修正齒接接觸區;空載時，接觸區應控制在小端，加載后接觸區移向大端。

　　要加工一個錐齒輪，首先要確定三個方面就好了。刀具在空間有一個確定位置，第二，工件在空間有一個確定位置，第三，刀具與工件之間存在一個相對運動的關系。就刀具來說，刀具的安裝角度，刀具的旋轉方向，刀頭本身的幾何參數，都是為了確定刀具在空間的位置。

　　就工件來說，工件的齒部參數，工件頂錐背錐以及安裝面尺寸，都是為工件在空間位置服務的。再一個，刀具安裝到機床上，有一個刀傾角或者刀轉角，還有刀具在展成時，初始搖臺角，終止搖臺角，也是為了確定刀具在空間的位置。工件在機床上的安裝位置，包括水平輪位，垂直輪位，床身位置，以及工裝尺寸，安裝距，這些都是確定工件在空間位置的。

　　刀具與工件之間的相互運動關系，確定了所加工齒輪的齒形以及齒長曲線：如果刀具是平行于頂錐，所加工的為等高齒，如果刀具平面與頂錐面存在角度，所加工的為漸縮齒。切入法加工時，在整個切削過程中，刀具的位置除了齒深方向的進給，沒有別的運動。展成加工時，在切削過程中，除了刀具的齒深進給，還有一個刀具中心繞著機床搖臺中心的搖臺進給。

　　為了修正齒面接觸區，一般需要把小輪的局部進行多切削一部分，具體切掉哪一部分，是用初始設計接觸區確定的。為了達到使小輪切削掉局部一部分材料的目的，需要增加一些附加運動，一般包括螺旋運動，使工件的轉動適當快一些或者慢一些。

　　改變刀具齒形，可以改變齒面接觸區在齒高的具體位置，改變刀具鼓形量以及鼓形位置，可以改變接觸區的寬度和大小。螺旋運動可以附加在刀具上，也可以附加在工件上。鼓形與修緣不是一回事，鼓形是針對齒面，修緣一般針對齒頂。改變展成時搖臺的起始與終止位置，以及展成角度，可以改變齒面接觸區在齒長方向的大小與寬度。

　　看調整卡刀具部分，可以分為三大塊，第一，與齒形有關的部分，第二，與齒長有關的部分，第三，與刀盤安裝及調整有關的部分。

　　與齒形有關的參數主要有切削刃壓力角，切削刃鼓形，齒根圓弧，齒頂修緣、齒頂寬度，齒頂圓弧，刀錯距。與齒長有關的，包括刀盤半徑，內外刀半徑。與刀盤安裝和調整有關的，包括刀條伸出高度，刀條切削刃高度，刀條齒全高，齒頂高等。還有一部分，是與切削性能有關的，包括非切削刃相關參數，前角，后角，刃傾角，刀頂角等

　　關于刀具設計，需要避免幾個問題：保證已加工齒面不被另外一側刀刃所破壞;保證刀尖圓弧完整，不會被非切削刃所干涉;保證齒根圓弧完整，不出現齒底棱臺或者大的齒根挖根。關于磨刀，最主要的是兩個方面，保證刀條本身幾何尺寸及角度符合初始設計參數;保證同組刀條之間的一致性。

　　行業內有一個說法，即等高齒錐齒輪沒法進行磨齒。這個說法也對也不對，一般概念上說的等高齒，指的就是齒長曲線為擺線的等高齒，由于其加工原理和漸縮齒并不一樣，所以，蝶形砂輪無法進行連續分度，因而就沒法磨削。但是，對于齒長曲線為圓弧的等高齒，其原理即相當于錐度的圓柱齒輪加工出來，采用砂輪是可以磨削的，只不過其采用的極少。