【摘要】弧齿锥齿的加工方法已经很成熟了，但小模数弧锥齿有其一定的特点，受磨齿的限制，需得到较高的加工精度显得比较困难。本文就目前成熟的加工方法中，寻求一种最适合的加工工艺，使小模数弧锥齿轮在精密传动领域发挥更好的作用。

【关键词】小模数；弧锥齿；硬切

引言：随着工业自动化的发展，小模数弧锥齿运用越来越广泛，其主要用于直角90度传动，如准双曲面减速器、直角精密行星减速器、机器人手臂等。如何制造出精度高、寿命长、传动噪音小的精密小模数弧锥齿轮成了每个制造者所探寻的目标。机床、刀具、齿轮设计理论、加工调整、材料、热处理技术等关键环节都起了决定性因素。

一、切齿方法及原理

以格里森弧锥齿轮为例，有三种基本的切齿加工方法：单面法、双面法和固定安装法。

单面法即在一次调整安装下，用单面刀盘切削一个齿面，而另一个齿面在另一次调整安装下切出。双面法则是齿轮的两个面在一次调整安装下，由一把双面刀盘一次切出。适用于小模数弧锥齿轮。固定安装法是齿轮的粗切、凹面精切和凸面精切，分别由三台机床和三把刀具分别加工完成。

切齿加工方法受机床的限制，一种切齿方法只能在一种或几种机床上使用，但自从坐标式数控铣齿机床面市以来，切齿方法有了很大的突破，这种机床结构将机床坐标轴的相互联动，模拟成摇台的动作，每个轴都有伺服系统控制，调整方便，特别适用于小模数弧锥齿加工。

在精密控制传动领域，当齿面需要有足够硬度时，热处理后需要磨齿才能达到要求，但是模数小于1.25时，因砂轮过薄无法磨齿，目前只能热后对研来替代磨齿，显然这个工艺无法满足精密控制传动场合。

二、加工机床及刀具

美国格里森公司推出的凤凰弧齿铣齿机，奠定了该公司在弧齿锥齿领域的领头羊地位。1989年，格里森公司推出了六轴五联动数控铣齿机，拉开了弧锥齿轮加工装备数控化的序幕。1997年德国克里根贝格公司推出了能干切的铣齿机，弧齿行业进入了发展高潮。但是，这两家公司都着眼于汽车车桥用弧锥齿，包括其他许多机床厂家都没重视开发小模数弧锥齿专用铣齿机。

随着工业自动化的发展，小模数弧锥齿运用越来越广泛，其主要用于直角90度传动，如准双曲面减速器、直角精密行星减速器、机器人手臂等。

铣齿机床决定了齿制和铣齿方法，目前有两种主流齿制：格里森的圆弧收缩齿和克里根贝格的摆线等高齿。相对而言，摆线等高齿有独特的优势，主要体现在以下几点：

摆线等高齿加工工序少，对于小模数弧锥齿轮大轮采用两面法连续分度加工，加工效率比圆弧收缩齿的间隙分度要高。

摆线等高齿齿面接触区调整简便。圆弧收缩齿是在理论不共轭的基础上用局部共轭法加工的，接触区不好调整，得到理想的接触区很难。而摆线等高齿是在理论共轭的基础上修正的，即便是凹凸面采用一刀切出，接触区要比圆弧收缩齿好调整。

摆线等高齿比圆弧收缩齿更适合干切。能否干切取决于切削速度，通常，湿切的线速度为50～60m/min，而干切的线速度至少200m/min以上，所以摆线等高齿在连续分度切削时更容易得到高度线速度，比较适合干切。干切的优点是：效率高、齿轮精度好、齿面粗糙度好、可采用硬质合金铣刀寿命长、绿色环保。

奥利康和克里根贝格公司重组后，推出的干切技术，把摆线等高齿的优越性充分的展现出来。但是，在国内推广摆线等高齿干切技术还存在很大困难，主要制约因素是刀盘加工精度过高，难以满足要求，特别是小模数铣刀，由于刀盘直径较小，导致多组刀刃无法刃磨加工。我们大胆的设想下，如果利用基体刀盘，采用舍弃式安装刀头的方式来设计铣刀盘，可以解决无法刃磨的问题，但基体刀盘和舍弃式刀片的加工精度要求很高，目前还不清楚国内的刀具制造厂家是否能达到要求。

针对国内市场，天津第一机床厂、天津精诚机床厂都开发了小模数铣齿机。

三、加工工艺

按照弧锥齿的齿面硬度，分软齿面、中硬齿面、硬齿面。目前硬齿面应用最多，在机床和刀具条件允许的情况下，硬齿面切削或硬齿面二次刮削是提高小模数弧锥齿精度的最好方法，但国内同行很少采用此工艺，说明我们的机床和刀具都还存在瓶颈。硬齿面切削行不通，只能采用精切后热处理，所以，热处理的变形量是决定齿轮精度的关键。主要的热处理方式有两种：渗碳（碳氮共渗）和真空离子氮化。理论上，真空离子氮化的变形量较小，以下是该工艺的具体验证。

1、材料的选择

选用氮化钢，如42CrMo、38CrMoAL等。

2、毛坯的加工

需要保证的尺寸有：

齿坯锥度必须与安装孔一刀加工，确保弧锥齿轮铣齿加工时的良好基准

齿轮安装孔的内孔精度等级达到5级

齿坯理论安装距厚度公差在±0.005以内，保证弧锥齿轮铣齿加工的一致性

齿坯轴向安装厚度跳动控制在±0.005以内

3、铣齿加工

①调整数据：

需要输入的关键参数有全齿高、跳跃齿数、齿数、实际安装距、垂直轮位、水平轮位、偏心角、摇台角、滚比等等，以及根据机床夹具确定的芯轴长度、刀盘旋转方向等；

②安装刀盘

安装根据齿轮参数定制的整体小弧刀，注意刀尖旋向是否与机床设定一致并设定转速，具体需参考每种刀具材料和被切工件材料和机床刚性而定。

③调整內锥角

内锥角即切削工件的根锥角，确认内锥角后，按计算好的数据进行调整并锁紧

④安装工件芯轴

紧固工件的芯轴，采用千分表找正方式，确保芯轴圆周跳动不大于0.005mm，安装完齿坯跳动不大于0.01mm

⑤加工及调整

根据设定完的参数加工齿坯，保证有良好的接触斑点

小轮凹面-大轮凸面 接触迹线 小轮凸面-大轮凹面 接触迹线

4、真空氮化

要求氮化处理HV650±30，深度0.4±0.1氮化时为了减少变形量，将内孔进行屏蔽

屏蔽工装可以如下图

经检测氮化前氮化后内孔变形量为：

5、配对跑合

氮化完成后针对氮化后的齿轮进行配对跑合，从齿面接触斑点看，其位置与氮化前无明显变化，说明齿面氮化变形量不大。

四：结束语

精切后热处理是目前最广泛的加工工艺，但小模数弧锥齿轮硬齿面加工是发展趋势，目前尚需解决的是切削机床刚性和切削刀具寿命问题，国内的机床厂和刀具厂都在着手解决硬切带来的问题，相信该工艺很快有所突破，为齿轮制造商带来福音。