螺旋錐齒輪和傘齒輪是機械傳動中的重要零件，其在機械制造業中占有重要的地位，特別是在航空航天、汽車、船舶、工程機械等領域中更占有相當大的比重。由于螺旋錐齒輪和傘齒輪具有傳動平穩、承載能力高、重合度大、使用壽命長、在高速傳動時的噪音和振動都比較小的特點，其應用領域正在不斷擴大，在制造行業中有逐漸取代其他類型錐齒輪傳動的趨勢，因此對螺旋錐齒輪和傘齒輪的設計和研究具有十分重要的意義。但螺旋錐齒輪和傘齒輪的幾何特性與嚙合過程及其機床結構和加工調整都非常復雜，同時加工刀具、機床參數設置、加載變形和裝配誤差等各種因素都會引起其嚙合、承載及振動性能的改變，使得在設計和制造中控制其質量和性能十分困難。

目前國外也只有美國格里森(GLEASON)，瑞士奧利康(OERLIKON)和德國克林貝格(KLINGELNBERG)三家擁有該方面技術，各自保密互不公開，同時也形成了三種齒制：格里森齒制，奧利康齒制和克林貝格齒制，格墨森齒制主要為雙曲面圓弧收縮齒，采用單齒分度法加工，后二者為延伸外擺線等高齒，采用連續分度法加工，所以也把這三大齒制合并為準雙曲面齒制和延伸外擺線齒制兩大齒制。

格里森(GLEASON)加工技術是以局部共軛原理為基礎的。首先切出大輪齒面，然后選取一計算參考點求出與大輪齒面做線接觸的小輪齒面在參考點處的位置、法向量以及法曲率等一階、二階接觸參數，然后根據要求修正小輪齒面在參考點處的法曲率，并以此為基礎來確定小輪切齒調整參數。格里森(GLEASON)公司這種早期設計方法的明顯不足是沒有直接控制弧齒錐齒輪這種局部共軛齒輪齒面的二階接觸參數，使得選擇齒面曲率修正量十分困難，可能要經過多次試切才能獲得理想的嚙合質量，對操作人員經驗的依賴性較大。

克林貝格( KLINGELNBERG)公司生產的錐齒輪采用等高齒，連續分度加工，生產效率高，機床調整相對簡單，可以實現鼓形齒接觸，它的硬齒面刮削工藝，即用硬質合金刀具從淬火硬度達HRC58-62的齒面上切除很薄的一層金屬，以獲得消除熱處理變形誤差的方法，相對經濟、高效。而且機床的齒輪傳動鏈短而剛性好，分度機構為雙蝸桿驅動，分度元件精度和輸入功率都高。但該項技術僅限于加工擺線齒錐齒輪。

隨著計算機技術和數字控制技術的發展，高精度電子傳動的實現，為高精、高效和柔性化的齒輪加工開辟了新的途徑。目前國外齒輪機床迅速走向NC化，如日本在上世紀80年代用三年時間把機床數控化從7%提高到70%。齒輪機床數控化后，既可以簡化機床機構，提高機床的剛性，又可以增加機床的柔性，擴大加工范圍，還相應地提高了齒輪機床的加工精度，簡化了操作。國內的螺旋錐齒輪和傘齒輪加工主要采用機械式，由于螺旋錐齒輪和傘齒輪齒面形狀與加工原理比較復雜，使得對應的機床結構也非常復雜，除了含傳動鏈，展成鏈，分齒機構之外，還有變性機構或刀傾機構等，在加工過程中要想保證精確的齒面特性，還要調整機床的滾比掛輪，分齒掛輪，擺角掛輪，切削速度掛輪和進刀掛輪。而且這兩種齒輪在傳動過程中，只是在齒輪中部的螺旋角為標準螺旋角，而在其它部位均為近似值，從原理上都無法保證最合理的嚙合。

因此，在實際加工中，必須經過復雜的調整和修正來彌補設計原理的不足，目前，齒輪的修形量和精度通常是憑經驗確定，具有一定的盲目性。導致其制造工藝復雜、裝備要求高、加工精度低等問題的存在。

雖然國內外許多學者和專家都對螺旋錐齒輪和傘齒輪機構在接觸和制造技術、加工技術與設備改進、齒輪傳動動力學與噪聲研究等方面進行了大量的研究工作，但大多都集中在現有的準雙曲面齒輪和延伸外擺線錐齒輪上，雖然有些學者提出了其它一些曲線作為螺旋錐齒輪和傘齒輪的齒廓曲線，但都沒從根本上解決現有齒輪存在的問題。綜合以上這些因素給加工帶來了一定的誤差，從而增加了齒輪的加工周期和加工成本。而螺旋錐齒輪和傘齒輪的數控加工機床主要依賴進口，對于螺旋錐齒輪和傘齒輪數控銑床每臺價格為80到120萬美元，而磨床則高達200萬美元，并且在引進后往往還需廠家帶若零件去定貨和委托編程，加工技術受制于人。由于技術權益的原因，其原理和控制方法均未公開。而且，全數控系統的技術研究在國內剛剛起步。當要求齒輪副在高速重載且低噪的情況下運行時，若考慮力變形與熱變形的影響，齒面形狀將是一種非標準的齒形，常規的機械式加工方式難以勝任，一般需要使用特殊刀具來加工。由于數控加工對機床運動的任意可控性，則能實現使用一般刀具對任意齒面形狀的加工。特別是理論上可以實現齒面加工的任何運動的FreeForm型錐齒輪加工機床的出現為齒面的設計、制造提供了更大的自由空間，為實現各種復雜的齒面修形、進行齒面誤差補償提供了可能性，這樣就使得對新型螺旋錐齒輪的研究更加深入。

 通過對以上情況的分析，本文將對一種新型的螺旋錐齒輪和傘齒輪——對數螺旋錐齒輪和傘齒輪的數控加工方法進行了深入研究。對數螺旋錐齒輪和傘齒輪的齒面節線是對數螺旋線的一部分，由對數螺旋線的性質可知，用對數螺旋線作為齒輪的齒向線，可以使齒輪在齒長方向上各點的螺旋角處處相等，均等于名義螺旋角，完全符合齒輪嚙合的條件。因此，一對相互嚙合的對數螺旋錐齒輪和傘齒輪的傳動更加平穩、承載能力更大、使用壽命更長、噪音更小。加工精度完全可以由現在的五軸聯動數控加工機床來保證。該齒輪的齒制屬于格里森齒制，所以我們是利用格里森齒輪的加工原理，在五軸聯動數控機床上完成了對數螺旋錐齒輪和傘齒輪的加工。