汽车驱动桥弧齿锥齿轮加工质量的高低，直接影响到汽车的使用性能，影响汽车质量品质，因此，弧齿锥齿轮的制造工艺在汽车制造业占有重要地位。图1所示零件是齐齐哈尔二机床有限责任公司为某汽车厂生产的一种弧齿锥齿轮，材料为40Cr。
图1 螺旋伞齿轮
零件技术要求
该件属于回转体类零件，模数6mm，齿数为24，齿形角20°，螺旋角35°，精度等级五级。工件包括φ80js6外圆两处、φ75h6外圆主要尺寸，要求φ80js6外圆两处、φ75h6外圆相互同轴度0.008mm，并且要求齿的前锥面与φ80js6外圆基准A跳动公差在0.02 mm，弧齿锥齿轮齿部热处理淬火。其齿部为硬齿面，不易达到其精度要求。
零件加工方案
弧齿锥齿轮硬齿面精加工的主要方法有研齿和磨齿两种。研齿是传统的工艺方法，生产效率高，在热处理变形不大的情况下，研齿能改变有效齿形表面的粗糙度和接触位置，并稍微修正齿形和齿向误差。但对于消除径向圆跳动、周节误差、齿形误差和其他由于热处理变形引起的误差，研齿则无能为力。磨齿工艺可以获得很高的加工精度，过去仅用于精密传动和航空齿轮等特殊场合。按该零件的技术要求，制定了两种工件的加工方案。方案一是弧齿锥齿轮的热处理后硬齿面进行研齿，具体方法是通过数控车CKA6150按数控程序半精、精加工弧齿锥齿轮的前锥和背锥，并加工出两端面中心孔为工艺基准。万能磨床以中心孔为基准，磨削出φ80js6外圆两处、φ75h6外圆主要尺寸，保证其同轴度的要求;数控弧齿铣YKD2280采用五刀法加工齿部，可以使得齿部的接触区和表面质量较好。齿部热处理后，研磨齿部。方案二是弧齿锥齿轮热处理后硬齿面磨齿。具体方法是通过数控车CKA6150按数控程序半精、精加工弧齿锥齿轮的前锥和背锥以及φ110mm外圆做为找正基准，并加工出两端面中心孔为工艺基准;万能磨床以中心孔为基准，磨削出φ80js6外圆两处、φ75h6外圆主要尺寸，并且磨削φ110mm外圆做为找正基准，保证其与上述各外圆同轴度要求0.008mm，φ110mm外圆圆度在0.008mm;数控弧齿铣YKD2280采用单号单面法加工齿部，齿面两面各留磨量0.3mm。齿部热处理后，磨齿机磨削齿部。
综上所述，随着数控弧齿锥磨齿机的推广和磨头功率的加大，磨齿效率已经和切齿效率相当，在机械、汽车和航天等行业获得了广泛的应用，适于大批量生产的高效、低成本、高质量的加工技术。故该零件的加工方案采用方案二执行。
零件关键工序
1)按工件的现状和材料，毛坯选择锻件，工件锻造后进行正火热处理，以细化内部晶粒组织，改善工件的切削性能。
2)工件粗加工，粗加工后进行调质处理，提高工件的强度和韧性，使其具有较好的综合力学性能，并消除工件的内应力。
3)工艺基准、安装基准和找正基准的确定。数控车在两端面上打出中心孔做为工艺基准，万能磨用顶尖顶起两端中心孔，磨削φ80js6外圆两处、φ75h6外圆、φ110mm外圆保证其同轴度，靠磨图1中61.97mm尺寸右端面保证其跳动在0.005mm内。将其中的φ110mm外圆做为找正基准，φ80js6外圆及61.97mm尺寸右端面作为安装基准。克林贝格磨齿机磨削齿部前，将工件以φ80js6外圆及61.97mm尺寸右端面作为安装基准，并与磨齿夹具安装，找正φ110mm外圆后磨削齿部。磨齿夹具结构如图2所示，其组成由件号1定位套与件号2工件配合安装;件号3为克林贝格磨齿机自带中间套，与件号1定位套配合组装后，利用件号2工件后端M10螺纹孔，与磨齿机M10螺杆连接后夹紧。
4)数控车工序。在工件全长两端面上打中心孔，顶起按数控程序精车出前锥和背锥，其余外圆留出热处理后精加工磨量。
5)数控弧齿铣工序：数控弧齿铣机床调整卡的计算，确定加工所需的项目参数，本件是以格里森单面切削法为基础计算各项目参数，计算公式可以参阅齿轮手册等工具书。主要项目参数见表1。数控弧齿铣加工各齿，上弧齿夹具，以φ80js6外圆及61.97mm尺寸右端面为安装，铣各齿齿厚留磨量0.3mm。
6)万能磨工序。在齿部热处理前、后各有一道万能磨工序，磨削φ80js6外圆两处、φ75h6外圆、φ110mm外圆保证其同轴度，靠磨61.97mm尺寸右端面保证其跳动在0.005mm内。
7)克林贝格磨齿机工序：利用KIMoS 5软件采用五刀法2–Trace磨削方式，经过优化可以得到最合理的数值，从而计算弧齿锥齿轮加工程序。根据计算出的弧齿锥齿轮加工程序，磨削各齿。机床在线检测后，经过komet反调，消除与计算程序之间误差，从而得出较为理想的接触区。
精加工刀具的选择
1.外圆、锥面加工
选用山特维克刀具，刀体型号DCLNR 3225P 12，刀片型号CNMG12 04 08–WF。切削参数见表2。
2.齿面磨削用刀具
选择诺顿NORTON砂轮，型号5SG60–JVS，规格13.8×3.5×12″。切削参数见表3。
结语
采用上述加工方法加工后，该弧齿锥齿轮达到DIN2级，齿轮的啮合、接触区完全满足用户的要求。为用户提供了大批量制造高质量、低噪声的弧齿锥齿轮。(作者刘大鹏)
