本人曾经长期从事锥齿轮的制造工艺技术研究，本公众号中有大量的相关文章可以了解，因此便不再详细描述相关技术细节。锥齿轮种类较多，一般可按轴交角、齿长曲线形式、加工形式以及齿高在齿长方向收缩形式等各个维度进行区分。广泛应用于车辆、工程机械、减速机、手动工具以及特殊用途的军事装备中。本文不对一些特殊结构或者特殊用途的如高减速比、轴交角非90度的锥齿轮及工艺进行讨论。
直齿锥齿轮一般应用在车辆差速器中，以及一些机电设备中，用于改变传动方向，或者起到差速作用。目前有两种制造工艺，一种是机加工方法，另外一种是锻造、粉末冶金、铸造等成型法。机加工锥齿轮热前工艺流程一般是毛坯锻造、毛坯车削、刨齿或者拉齿。刨齿工艺优点在于灵活性较高，且成本较低，适用于单件小批量修配，或者是样件试制;格里森和克林贝格开发的拉齿工艺，采用圆盘刀具，可实现单面或者双面加工，并且可以对齿面进行修型，是高精度小批量直齿锥齿轮加工的重要方法。格里森公司推出了Coniflex Pro设计和制造系统，克林贝格推出了Hypoflex直齿锥齿轮设计和制造系统，将直齿锥齿轮制造工艺更加推进一步。
汽车差速器直齿锥齿轮用于用量较大，且产品规格较为固定，齿形一般采用精锻方法。精锻工艺主要采用电火花加工的精确模具，模具的寿命管理和一致性管控非常关键。直齿锥齿轮精锻工艺一般包括精密温锻和精密冷整形，其成形精度达DIN6-8级。锻造毛坯一般为齿轮钢20CrMnTi棒料。模具材料为H13电渣重熔热锻模具钢，精加工后表面硬度为48-51HRC。
在模具材料选择方面，根据工作温度的不同，可以选择高耐热热作模具钢、 高温合金钢等高温合金材料，这些材料能够在高温下保持较高的硬度和强度。其次，在模具钢热处理过程中，可以采用多次热镦拔锻打预处理、多重回火和充分淬火来提高模具钢钢的硬度和韧性，从而提升模具的耐热、耐久性。热锻模具的表面涂层也是提高模具寿命和性能的重要手段之一。通过在模具表面涂覆一层或多层特定材料，形成具有一定硬度梯度的基体结构，可以有效改善模具的耐磨性、抗热疲劳性、抗腐蚀性以及降低摩擦系数，从而显著提高模具的使用寿命和工作效率。在设备工装方面，可以改进模具的冷却系统，确保模具在使用过程中能够均匀散热，降低边缘部分的热负荷。总的来说，提升热锻模具寿命需要综合考虑多个因素，包括材料、工艺、设备、设计以及维护等方面。通过合理的选择和优化，可以显著提高模具的耐用性，降低生产成本，提高生产效率。
关于螺旋锥齿轮的加工工艺，目前常用的有两种齿制。渐缩齿和等高齿，也分别齿高沿齿长方向从大端向小端收缩。在加工过程中刀片切削刃的轨迹相当于假想产形轮的一个齿，形成的齿长曲线为圆弧。每加工一个齿，工件进行分齿运动，直到所有轮齿加工完成。常用的方法有“五刀法”：从动轮粗、精切采用两道铣齿工序;主动轮两侧齿面需要分别粗切、精切凹面、精切凸面三道工序;“全工序法”：采用条形尖齿刀具，主、从动轮一次装夹完成齿面加工。长幅外摆线锥齿轮一般为等高齿锥齿轮，在加工过程中工件连续分度，即刀盘转动一组刀齿、工件转动一齿。
究竟在什么场合选择等高齿，什么场合选择渐缩齿，个人以为，没必要去过于纠结。需要结合实际公司的设备、产能、人员的熟练程度以及行业发展趋势等进行综合考虑。大概十五年前，等高齿应用尚未在国内全面铺开，还是以渐缩齿的五刀法和全工序法为主，等高齿的应用主要集中于部分德系合资汽车公司中。后来随着开放的不断深入，尤其是德系奔驰、曼、斯堪尼亚重型卡车合资项目的不断推进，等高齿锥齿轮应用范围开始逐渐扩大，又掀起了一股“等高齿替代”风潮。不管怎么讲，这两种工艺都可以使产品达到所需要的使用强度、寿命以及整机噪音要求，因此，我们不能随意否认某种技术是落后还是更加先进，只是两种不同的实现路径。
螺旋锥齿轮的设计、制造、检测技术，刀具和加工参数的设定，是一个完整的技术闭环过程。在计算机出来之前，一般采用多次迭代计算的方法，才能得到相关的参数。且采用机械式机床加工时，刀具调整完全靠手工，需要手动调整各类参数，且搭配分齿挂轮、进给挂轮、摇台挂轮等，计算量大、调整复杂且误差较大。当时的一个锥齿轮铣齿机调整和产品换型，绝对是需要较高技术水平的老员工才能完成。
国际上比较知名的两大锥齿轮铣齿设备制造商格里森和克林贝格，几乎垄断了锥齿轮的所有技术。其中，格里森公司开发了NO.26、NO.116、NO.609等多种型号的机械式铣齿机，克林贝格公司同时也开发了SKM2、SM3等设备，以及从前苏联引进的5C280等，精度保持性高，其二手设备在90年代被各个国内齿轮公司疯抢。国内以天津一机为代表，也先后仿制了YK2250、YK2280等，哈一工、汉江刀具等也具备了刀盘、刀条设计制造能力。以一汽、哈齿、北齿、綦齿为代表的国营齿轮厂，培养了大批技术人才，成为了国内锥齿轮制造工艺开发和技术创新的骨干力量。
后来随着数控技术和软件的进步，相关齿面参数计算、设备调整参数计算以及齿面精确修型成为主要工作手段。2005年以来，格里森公司、克林贝格公司先后推出了GAGE软件和KIMOS软件，并搭载着各自的HC600铣齿机、C50铣齿机以及刀具磨削和安装设备，并与M&M以及P系列齿轮检测中心，形成了一个完整的锥齿轮工艺解决方案，且普遍实现了铣齿工序的干切工艺，减少了大量切削油的消耗，同时提升了作业环境。但其一次性设备采购成本较高，单组设备包括两台铣齿、一台测量、一台磨刀、一台装刀设备及相关配套的KIMOS或GAGE软件，成本最少需要3000万人民币。
随着2008年以后国内重卡、轻卡、轻型车、客车及工程机械行业的大规模扩张，相关进口设备源源不断被引入到国内，形成了一波投资热潮。截止到现在，随着新能源电驱化在相关领域的不断渗透，以及市场需求的萎缩，传统的中低端锥齿轮市场供需矛盾已经日益加剧，开工率严重不足，唯一寄希望的是非汽车行业以及出口国际市场。
国内锥齿轮工艺技术方面，随着对引进技术的消化吸收，以及多学科融合的创新思路引导，我们陆续解决了相关理论设计、加工机床、刀具修磨及安装、齿面精确修型等多项技术难题，结合国情开展了相关攻关，已经完全解决了卡脖子的忧虑。以中大创远为代表的国产锥齿轮工艺装备制造商，已经将进口设备的市场进行了部分国产替代。
小模数锥齿轮工艺方面，随着电动工具、园林设备的产能扩张，需求持续存在并且向高端化发展。格里森及克林贝格均具有较为成熟的解决方案，如克林贝格C15、格里森100C等，搭配自动上下料机构及倒角程序，可实现高速高效率生产，单件节拍可以控制在1分钟以内。国产设备以天津精诚、中山迈雷特为代表，也都能拿出相关的替代方案，但其可靠性和成熟性仍待验证。
用左旋刀盘加工左旋齿轮时，切削厚度由小到大，称为逆铣，采用逆铣，刀片磨损较快;用左旋刀盘加工右旋齿轮或用右旋刀盘加工左旋齿轮时，称为顺铣。实践证明，当夹紧力可靠时，采用顺铣可提高加工工件的表面质量，提高刀片的耐用度、使用寿命。
加工同一对齿轮可选用不同直径的刀盘，刀盘直径不同，加工出齿轮的特性不同，可用作图判定应选用合适直径，并将其分为大直径刀盘和小直径刀盘。选用小直径刀盘加工时表现的特征：接触区敏感性低，在较大的错位量或载荷下接触区较稳定;齿长曲率半径小，轮齿强度好;只有用对角方向进行研齿，对研齿有一定的局限性。
等高齿锥齿轮齿面接触区空载时驱动侧齿面应在齿宽中点附近，加载后接触区同时向均匀地两端扩展;倒车面接触区应控制在齿宽中点稍偏大端，加载后向小端移动的趋势比向大端移动的趋势快 。
选用大刀盘加工时表现的特征：随刀盘直径的增加 ，接触区对V/H的敏感性增加;刀盘中心在被加工齿轮的大端之外，V/H移动对接触区影响相互叠加;研齿性能好，可使研齿区域达到大小端的齿顶或齿根位置，以便适当修正齿接接触区;空载时，接触区应控制在小端，加载后接触区移向大端。
要加工一个锥齿轮，首先要确定三个方面就好了。刀具在空间有一个确定位置，第二，工件在空间有一个确定位置，第三，刀具与工件之间存在一个相对运动的关系。就刀具来说，刀具的安装角度，刀具的旋转方向，刀头本身的几何参数，都是为了确定刀具在空间的位置。
就工件来说，工件的齿部参数，工件顶锥背锥以及安装面尺寸，都是为工件在空间位置服务的。再一个，刀具安装到机床上，有一个刀倾角或者刀转角，还有刀具在展成时，初始摇台角，终止摇台角，也是为了确定刀具在空间的位置。工件在机床上的安装位置，包括水平轮位，垂直轮位，床身位置，以及工装尺寸，安装距，这些都是确定工件在空间位置的。
刀具与工件之间的相互运动关系，确定了所加工齿轮的齿形以及齿长曲线：如果刀具是平行于顶锥，所加工的为等高齿，如果刀具平面与顶锥面存在角度，所加工的为渐缩齿。切入法加工时，在整个切削过程中，刀具的位置除了齿深方向的进给，没有别的运动。展成加工时，在切削过程中，除了刀具的齿深进给，还有一个刀具中心绕着机床摇台中心的摇台进给。
为了修正齿面接触区，一般需要把小轮的局部进行多切削一部分，具体切掉哪一部分，是用初始设计接触区确定的。为了达到使小轮切削掉局部一部分材料的目的，需要增加一些附加运动，一般包括螺旋运动，使工件的转动适当快一些或者慢一些。
改变刀具齿形，可以改变齿面接触区在齿高的具体位置，改变刀具鼓形量以及鼓形位置，可以改变接触区的宽度和大小。螺旋运动可以附加在刀具上，也可以附加在工件上。鼓形与修缘不是一回事，鼓形是针对齿面，修缘一般针对齿顶。改变展成时摇台的起始与终止位置，以及展成角度，可以改变齿面接触区在齿长方向的大小与宽度。
看调整卡刀具部分，可以分为三大块，第一，与齿形有关的部分，第二，与齿长有关的部分，第三，与刀盘安装及调整有关的部分。
与齿形有关的参数主要有切削刃压力角，切削刃鼓形，齿根圆弧，齿顶修缘、齿顶宽度，齿顶圆弧，刀错距。与齿长有关的，包括刀盘半径，内外刀半径。与刀盘安装和调整有关的，包括刀条伸出高度，刀条切削刃高度，刀条齿全高，齿顶高等。还有一部分，是与切削性能有关的，包括非切削刃相关参数，前角，后角，刃倾角，刀顶角等
关于刀具设计，需要避免几个问题：保证已加工齿面不被另外一侧刀刃所破坏;保证刀尖圆弧完整，不会被非切削刃所干涉;保证齿根圆弧完整，不出现齿底棱台或者大的齿根挖根。关于磨刀，最主要的是两个方面，保证刀条本身几何尺寸及角度符合初始设计参数;保证同组刀条之间的一致性。
行业内有一个说法，即等高齿锥齿轮没法进行磨齿。这个说法也对也不对，一般概念上说的等高齿，指的就是齿长曲线为摆线的等高齿，由于其加工原理和渐缩齿并不一样，所以，蝶形砂轮无法进行连续分度，因而就没法磨削。但是，对于齿长曲线为圆弧的等高齿，其原理即相当于锥度的圆柱齿轮加工出来，采用砂轮是可以磨削的，只不过其采用的极少。