齿轮是机械链传动中的重要组成。锥齿轮传动常用于传递两相交轴间的运动和动力。根据轮齿方向和分度圆母线方向的相互关系，可分为直齿、斜齿和曲线齿锥齿轮传动。直齿锥型伞齿轮，广泛为汽车、摩托车、拖拉机、矿山机械、印刷机械、工程机械等行业使用。近两年汽车工业迅猛发展,汽车制造业和零部件生产企业在汽车工业迅猛发展的带动下，进入了前所未有的发展时期，直齿锥形伞齿轮市场潜力巨大。由于锥齿轮加工较为困难，不易获得高的精度，因此在传动中会产生较大的振动和噪声。

    我国重大装备的动力装置制造技术一直受制于人的根本原因之一就在于齿轮制造工艺落后。大规格、高精度锥齿轮主要应用于大型船舶、机车、矿山冶金、能源开采和国防军工装备，是先进动力装置核心部件，长期以来，其加工技术和加工装备一直为西方发达国家垄断。此前我国每年高精度大规格齿轮进口需花费2-3亿美元，单价超过30万元，价格昂贵，且供货周期长，制约了我国装备制造业的发展。

目前加工直齿锥齿轮主要有以下几种方式：直齿锥齿轮刨齿机；双刀盘直齿锥齿轮铣齿机；直齿锥齿轮拉铣机；一般要求的直齿锥齿轮也可以用普通铣床配合分度头按展成法加工。

直齿锥齿轮刨齿机是以成对刨齿刀按展成法粗、精加工直齿锥齿轮的机床。
   双刀盘直齿锥齿轮铣齿机使用两把刀齿交错的铣刀盘，按展成法铣削同一齿槽中的左右两齿面。由于铣刀盘与工件无齿长方向的相对运动，铣出的齿槽底部呈圆弧形，切加工模数和齿宽均受到限制。
   直齿锥齿轮拉铣机是在一把大直径的拉铣刀盘的一转中，从实体轮坯上用成形法切出一个齿槽的机床。由于刀具复杂，价格昂贵，而且每种工件都需要专用刀盘，只适用于大批大量生产。
   准渐开线齿锥齿轮铣齿机用锥度滚刀，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，锥度滚刀首先以大端切削，然后以它较小直径的一端切削，为保证整个切削过程中切削速度一致，机床靠无级变速装置控制滚刀转速，在切齿时，摇台、滚刀和工件均作连续旋转运动，加工一个工件，摇台往复一次。摇台和工件的旋转通过差动机构产生展成运动，使工件获得沿齿长为等高的齿形曲线。

以上为用机械刀具逐层去处材料达到精度要求的加工方法。因用刀具切削，加工时材料硬度不宜过大即不能加工淬硬材料；难切削材料（如不锈钢、钛合金等）也是目前生产中的难题。并且由于存在机械震动，一次加工直齿锥齿轮精度较难提高。精密直齿齿轮锥齿轮还需要粗加工后淬火再经磨齿。大型刨齿机较难制造，目前还需依赖进口。

直齿锥齿轮刨齿机精度参数

介绍一种用电火花线切割加工直齿锥齿轮的专利技术和机床

（发明专利号：200810123589.9）

数控电火花线切割加工直齿锥齿轮方法：

电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电产生瞬间高温使工件材料局部熔化或汽化蚀除金属、切割成型。它是一种非接触、宏观加工力很小的加工方式。线切割加工它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上
   根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：
   一类是高速走丝电火花线切割机床（HS-WEDM），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～12m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和换向时产生条纹，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式。目前在快走丝机床基础上，采用多次切割技术和配合变频器在相应电加工参数时改变走丝速度，有效提高高速走丝电火花线切割机床的加工表面质量和加工精度成为一种新型的中走丝机床，其加工精度可达0.006mm，表面质量可达Ra1.0μm。

另一类是低速走丝电火花线切割机床（LS-WEDM），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小，加工表面质量可达Ra0.2μm，加工精度可达0.002mm。

    电极丝运动轨迹的控制由数字程序控制，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，目前电火花线切割机床普遍采用数控化。

  下面介绍用电火花线切割加工直齿锥齿轮机床的基本结构和机床参数

  首先将机械加工齿轮毛坯安装在数控转台回转中心。倾斜调整回转中心轴（大型机床调整丝线），使丝线与数控转台轴线夹角为直齿锥齿轮锥度角。调整丝线位置，使丝线（钼丝或铜丝）一端以直齿锥齿轮的{dj1}为定点（即锥齿轮回转球心），另一端以直齿锥齿轮齿面大端上基圆为进给基点，这时丝线在两水咀间跨度为直齿锥齿轮回转球心半径，启动伺服电机将回转台和丝线进给丝杠锁定。启动数控系统，使数控转台转动角度与直齿锥齿轮齿面大端丝线进退，按直齿锥齿轮设计当量模数编制程序执行旋转与进退联动。当电极丝处在齿顶时，数控转台转动，电极丝线不动，这是加工出的轨迹是直齿锥齿轮的齿顶；转过齿顶圆心角后，大端处电极丝线随工件转动进行相应进给即加工齿型部分，当到达齿根时电极丝线停止进给，工件继续转动，此时加工的是齿根部分；当转过齿根圆心角时电极丝线回退加工同齿的另半个齿型，到达齿顶时完成一个齿的加工。下面依次加工出全部齿。在数控系统的控制下电极丝线按大端当量齿轮的标准渐开线生成齿型。丝线经高频放电产生电火花蚀除工件生成缝隙，加工出标准直齿锥齿轮。当丝线与数控转台中心线平行即夹角为零度时，电极丝线沿齿轮中心方向平行进退，数控合成加工出的齿轮为标准直齿轮。本机床均可精密加工回转类零件的齿部，如：精密分度齿盘、高速钢圆锯片的齿部等盘类零件的齿部加工。

  该机床控制部分由电脑编程软件完成绘图并生成程序代码指令，由驱动模块、高频功放和丝线控制系统组成一体化。机床由数控可倾斜精密回转台、收放丝机构、丝架进给和升降工作台、切割液供给回收过滤系统几部分组成。工作台上安装精密光栅尺，丝线定位和行程数据直观显示。上、下丝架安装在直线导轨上由电机带动升降并由光栅尺显示两丝架间距离，便于调整两水咀间跨度。

1、加工时工件无受力变形，在数控指令控制下，加工精度高，齿部为标准渐开线或函数曲线，表面粗糙度好，可微观进给（1μm）并可多次切割。加工精度可达2μm，表面粗糙度{zj0}可达0.5μm。精密机床可采用慢走丝结构；较高加工要求零件采用中走丝或快走丝结构。

2、针对高强度、高韧性、高硬度等机械方式难加工材料，电火花线切割加工（WEDM）尤显其强大优势。传统机械加工金属齿轮为了达到高精度，高寿命的要求，需先初加工出齿廓留有一定余量，经淬火再磨削方能满足要求。电火花线切割加工（WEDM）可直接加工淬火材料。遇到“不锈钢”、“钛合金”、硬质合金钢等锥齿轮，传统加工方式难度非常大。被授予21世纪金属的“钛合金”它以密度小、比强度高、耐高温、抗氧化能力强，分子结构稳定等优势在航空、航天领域应用越来越多。各种内燃机车镍钒钛合金传动系齿轮、xx各种火炮系统定位传动齿轮、航天飞行器控制传动系统齿轮都需要钛合金制造，而加工钛合金采用电火花线切割加工（WEDM）是比较理想的手段。

3、便于制造高精度和超大行程机床，满足特殊零件高精度等级加工要求。目前国内大型直齿锥齿轮加工设备尚依赖进口。采用电火花线切割加工（WEDM）技术由于没有机械震动，高精度数控系统，数控回转台与丝架进给数控合成，使加工轨迹与理论曲线一致，能加工出高精度零件。目前国内机加工直径＞800mm的直齿锥齿轮刨齿机，其较先进的{zg}达6级精度，表面粗糙度Ra（3.2μm）,一般大多在8级精度、表面粗糙度Ra（6.3μm）。采用电火花线切割数控加工（WEDM）理论上精度可超过4级（该项指标目前国家{zg}标准为4级）。

4、机械加工不同模数齿轮需用相应模数刀具，刀具复杂，价格昂贵，刀具使用中磨损严重影响加工效果。电火花线切割加工（WEDM）工具电极简单（铜丝或钼丝），加工不同模数齿轮同一规格丝线即可完成。

5、低能耗、无污染。一台小型刨齿机或铣床功率一般在3～7.5个千瓦,大型机床为几十个千瓦。而电火花线切割加工（WEDM）机床使用功率一般不超过2kw；工作液为去离子水或水基工作液，无污染，经沉淀可自然排放。

   振兴中国装备制造业，将国家需求作为创新导向，把研制国家急需的精密齿轮和大型锥齿轮加工机床作为今后的主攻方向，通过科技进步、自主创新，建设世界{yl}的大型锥齿轮机床研制基地。

   总之该项技术的推广使用将会使精密直齿锥齿轮制造简化工序，易于生产，大幅度提高直齿锥齿轮的制造精度，特别是在大型高精密机床的国产化上改变国外垄断，为中国真正成为制造业强国打下坚实基础，具有广阔的市场前景，必将带来强大的社会效益和经济效益。