第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，在螺旋傘齒輪技術(shù)方面引領(lǐng)創(chuàng)新方向并占據(jù)主流高端市場的是美國的格利森公司。進入本世紀，格利森公司推出了最新的CNC Free-form型機床——鳳凰II型數(shù)控齒輪加工機床以及與之配套的軟件—格利森螺旋傘齒輪制造專家系統(tǒng)（GEMS系統(tǒng)），這種最新系列的鳳凰II型機床，利用全新的整體式床身設(shè)計，從而減少了占地面積，提高了機床剛性，主軸由數(shù)字直接驅(qū)動電機驅(qū)動，省掉了機械傳動元件，提高了驅(qū)動速率，從而大大地降低了生產(chǎn)周期和提高了機床精度。機床的其他運動軸由數(shù)字伺服電機直接驅(qū)動，以實現(xiàn)給定的齒面產(chǎn)形運動，鳳凰機床采用自容式電器和液壓裝置設(shè)計，從而使安裝和調(diào)整便捷。GEMS系統(tǒng)是基于計算機網(wǎng)絡(luò)的一體化制造系統(tǒng)，它將格里森公司現(xiàn)有軟件模塊（如GAGETM4WIN，G—AGETM4WIN，Summary Manager，F(xiàn)EA及UMCTM）集成，實現(xiàn)工程工作站和格利森數(shù)控機床之間的信息互換和享用。GEMS提供了一個高效、無縫和協(xié)同的圓錐齒輪生產(chǎn)制造系統(tǒng)。GEMS系統(tǒng)由以下模塊組成：（1）應(yīng)用軟件，GAGETM4WIN程序，它是由多項功能模塊組成的，為用戶提供設(shè)計和 分析 圓錐齒輪的全套工具。用戶通過輸入圓錐齒輪的基本參數(shù)，就可以利用該軟件得到設(shè)計齒輪尺寸參數(shù)、TCA計算結(jié)果、LTCA計算結(jié)果、根切計算檢查、齒面失配圖形、機床調(diào)整數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)以及刀具數(shù)據(jù)。（2）格利森自動齒輪修正軟件，該軟件基于齒面誤差測量數(shù)據(jù)和誤差修正矩陣，對切齒或磨齒齒面進行修正，使齒面誤差控制在誤差范圍內(nèi)。該軟件可用于聯(lián)機和脫機操作兩種模式，用于脫機操作時，可在工程工作站上進行，用于聯(lián)機操作時，可直接在測量機上運行。（3）高階運動曲線設(shè)計模式UMCTM模塊，提供齒面優(yōu)化功能，利用鳳凰機的萬能運動特性進行高階運動曲線設(shè)計以達到優(yōu)化接觸痕跡，降低噪聲的設(shè)計目的。（4）有限元（FEA）T900程序，是一個綜合的圓錐齒輪強度 分析 軟件包，可應(yīng)用于輪齒載荷和分配計算、接觸和彎曲強度計算及加載下的運動誤差 分析 等功能。（5）格利森機床調(diào)整管理軟件模塊，用于脫機和聯(lián)機方式的調(diào)整卡數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)絡(luò)管理。這是一個從螺旋傘齒輪的設(shè)計、加工、檢測到誤差補償以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的閉環(huán)系統(tǒng)，它幾乎吸收了螺旋傘齒輪技術(shù) 研究 的全部最新成果。據(jù)報道，使用這一專家系統(tǒng)，一般只須一次誤差補償就能得到優(yōu)化的齒面。最近，瑞士的奧利康公司（OerlikonBuhrle）和德國的克林根貝格公司（KlingelnbergSons）已經(jīng)合并，它們也共同推出了萬能型的CNC弧齒錐齒輪切齒機床——KNC/S35及其制造系統(tǒng)。但是，這些壟斷企業(yè)從不公開其技術(shù)內(nèi)幕，僅在其 研究 報告和產(chǎn)品介紹中透露其技術(shù) 研究 的大致方向和 研究 結(jié)果。

國內(nèi) 研究 人員在繼續(xù)跟蹤格利森技術(shù)的過程中有所突破。孫殿柱（2001）用B樣條曲線將真實齒面的測量數(shù)據(jù)進行擬合來 分析 齒面加工的誤差。吳訓(xùn)成（2004）提出了點嚙合齒面的主動設(shè)計思想，突破了格利森以傳統(tǒng)機床加工參數(shù)定義齒面的限制，但他提出的設(shè)計約束條件顯然過于簡單。蘇智劍（2007）提出基于數(shù)控機床萬能運動的主動設(shè)計齒面的展成方法。在工程實踐方面，湖南中大創(chuàng)遠數(shù)控技術(shù)公司（2006）制造出全球最大的螺旋傘齒輪磨削數(shù)控機床YK20100，其加工最大直徑達1米。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點或流程

齒輪制造工藝的發(fā)展很大程度上表現(xiàn)在精度等級與生產(chǎn)效率的提高。自七十年代以來各種齒輪的制造精度，普遍提高一級左右。有的甚至2～3級。一般低速齒輪精度由過去的8～9級提高到7～8級。機床齒輪由6～8級提高到4～6級，軋機齒輪由7～8級提高到5～6級。對于模數(shù)不大的中小規(guī)格齒輪，由于高性能滾齒機的開發(fā)，加上刀具材料的改善，滾齒效率有了顯著提高。采用多頭滾刀，在大進給且條件下，可達到的切削速度為90m/s。如用超硬滾刀加工模數(shù)3左右的調(diào)質(zhì)鋼齒輪，切削過度可達200m/s。提高插齒效率，要受到插齒機刀具往復(fù)運動機構(gòu)的限制。最近在開發(fā)采用刀具卸載，使用靜壓軸承，增強刀架與立柱剛性等新結(jié)構(gòu)后，效率有明顯提高。

螺傘齒輪用傳統(tǒng)的切削工藝加工，大量金屬被切成廢屑，生產(chǎn)效率低，材料利用率低，生產(chǎn)成本高。差速器直傘齒輪精鍛早已得到廣泛應(yīng)用，目前，人們在此基礎(chǔ)上積極開發(fā)螺傘齒輪精鍛，以取代現(xiàn)行的螺傘齒輪粗銑工藝。但是后橋螺傘齒輪比差速器中的直傘齒輪大得多，齒槽深得多，而且有螺旋角的影響，因此，螺傘齒輪的精鍛會比直傘齒輪精鍛難度大得多。

由于傘齒輪形狀結(jié)構(gòu)特殊，精鍛時無法采用通常的閉式模鍛，早期的螺傘齒輪精鍛與直傘齒輪一樣，都是采用開式模鍛。其工藝流程為：坯料加熱→制坯→粗鍛→切飛邊和沖連皮→去氧化皮→加熱→精壓→切飛邊→表面清理→車削內(nèi)孔、背錐及后端面→精銑齒面→熱處理→磨內(nèi)孔。

螺傘齒輪無飛邊一火兩鍛工藝流程為：坯料少無氧化加熱→制坯（徽粗、沖孔、擴孔） →粗鍛→精壓→表面清理→車削除齒面以外其他部分→精銑齒面→熱處理→磨內(nèi)孔。該工藝僅需一次加熱，即可完成粗鍛和精壓。與開式精鍛相比，省去了粗鍛后的切邊、沖連皮、去氧化皮、精壓前加熱和精壓后切邊等5道工序。從而達到了節(jié)材、節(jié)能，減少設(shè)備投資和人力消耗的目的。

螺旋傘齒輪雖然是一種質(zhì)量要求高，加工難度大的零件，但只要緊緊抓住切削機床、刀具、夾具和工件這四個要素， 分析 和 研究 各種有關(guān)問題，在特定的生產(chǎn)條件下，適應(yīng)環(huán)境的要求，在保證機械加工工序質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，采用合理的工藝過程，盡量降低加工成本，就一定有可能實現(xiàn)螺旋傘齒輪加工工藝最佳方案，從而產(chǎn)生出質(zhì)量可靠、用戶滿意的螺旋傘齒輪。

第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 分析

當前，螺旋傘齒輪技術(shù)盡管在工程應(yīng)用方面已經(jīng)顯得非常成熟，但隨著計算機數(shù)控技術(shù)在這一領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在齒面設(shè)計、加工及檢測等多個方面出現(xiàn)了一些尚需進一步 研究 的新問題：

1）大型能源設(shè)備上用于大功率傳遞的巨型螺旋傘齒輪的齒面設(shè)計和加工技術(shù)。這類齒輪一般直徑超過2米，對于單件生產(chǎn)，若依然用滾刀或刀盤展成，不但不經(jīng)濟，而且巨大的刀具對機床本身的剛度和運動的穩(wěn)定性是很大的挑戰(zhàn)。這類齒輪應(yīng)該在通用多軸聯(lián)動數(shù)控銑床上用指頭銑刀加工。在這種新式加工方式下，齒面的設(shè)計和加工是必須 研究 的課題。

2）螺旋傘齒輪的齒面結(jié)構(gòu)一般先用傳統(tǒng)搖臺型齒輪加工機床的調(diào)整參數(shù)來描述，再按齒面接觸 分析 結(jié)果來修形。即使在CNC Free-form型機床上格利森依然按傳統(tǒng)搖臺型齒輪加工機床的加工原理來調(diào)整機床，這是沒有必要的，也不夠科學(xué)?；陬A(yù)定傳動功能要求的點嚙合齒面主動設(shè)計及其CNC加工方法在CNC Free-form型機床出現(xiàn)后將成為螺旋傘齒輪技術(shù)發(fā)展的新領(lǐng)域。

3）齒面加載接觸 分析 （LTCA）是齒面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要依據(jù)，但是現(xiàn)有LTCA中齒面幾何模型和接觸力學(xué)模型的精確性和實用性還有待進一步改善和明確。

4）機床加工出的真實齒面對理論齒面的誤差的精確測量對進行機床精度補償具有重要意義，因此齒面坐標測量點的擬合精度的 研究 和齒面誤差的評定方法必將成為 研究 的熱點。

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