国内外齿轮加工工艺与技术

小编薇薇

随着近几年齿轮加工技术的发展，齿轮材料、齿轮刀具制造和磨齿砂轮的工艺的改进、齿轮机床在精加工齿轮的精度及加工效率方面都有了很大的提高，速度之快出乎想象。而且齿轮制造的发展方向不仅涉及成熟的欧美市场，还包括以中国为代表的快速发展市场。

传统高速钢滚刀及湿切技术还能走多远？

硬质合金滚刀和干切加工的推动作用有目共睹。对于齿轮流水线大批量生产，高速钢滚刀能否被硬质合金滚刀取替?干切是否已成为滚齿加工的必由之路，还是依然会走湿切之路?

（1）硬质合金滚刀虽然特别适用于滚削汽车用齿轮。但是，硬质合金滚刀在欧洲的应用程度仍然不高,这是由于随着新型的高速钢材料及高性能刀具涂层技术的发展，硬质合金滚刀与高速钢滚刀在滚齿时间上的差距可被控制在15%左右；硬质合金滚刀价格较高，若齿轮工件数量不足够多，使用硬质合金滚刀的成本会很高；再者，使用硬质合金滚刀时要特别小心，而且滚切参数和相应滚齿程序要编制得很细致，只有现代滚齿机才能使用硬质合金滚刀正确滚齿，而若要更新滚齿设备,则需要巨大的投资。就 Samputensili而言，每年约生产25000把滚刀，其中硬质合金类只占3%左右。这就是说，硬质合金滚刀每年的生产量最多为750把。

（2）齿轮干切加工则是另外一回事。由于环保要求及处理冷却废液的费用很高，欧洲、美国和日本的用户在选择时一般会考虑干切滚齿；而在中国、印度等发展中国家，控制污染虽然也是一个迫切的要求，但需要时间。一旦社会对污染问题的控制日益严格后，齿轮干切加工也将会迅速发展起来。

哪一种齿轮精加工更流行？

对于齿轮精加工，剃齿和磨齿之间，哪一种齿轮精加工更流行呢?

这首先要把一种行业与另一种行业区分开来。比方说，汽车工业使用的齿轮绝大多数还依靠剃齿进行加工。有些企业也会对后端传动装置齿轮进行磨削加工，这仅仅是为了消除环形圆柱齿轮上发生的任何变形。

上述提到的齿轮加工时间减少，主要归功于新型齿轮刀具、现代齿轮机床的发展及由此带来的精加工余量大幅减少和磨前齿轮质量的提高。另外，与磨齿机相比，现代数控剃齿机常是价半功倍，可获得热处理前的高精度齿轮等级(高达DIN5-6等级)；而且与齿轮螺纹磨床磨削相比，加工周期也较短。

对于汽车工业的齿轮，尤其是那些用在自动变速器的小齿轮，我们可以将剃齿加工后热处理造成的变形控制在几个微米；另外，通过齿形和齿向的修正有助于补偿变形。由于现代剃刀刃磨机的出现，如Samputensili公司所产生的S400GS，齿形、齿向两个参数可快速简单修形；批量生产的时候，剃齿加工比磨削的好处多许多，相比较而言，剃齿既能保证品质，价格又合理。

Samputensili是齿轮机械行业名列前茅的公司之一，近年来其制造的剃刀还没显示出缓慢增产的兆头。与此同时，齿轮磨削机床生产数量也在不断上升。齿轮加工工艺的飞速发展，齿轮机床所的操作高效快速，齿轮磨轮也有了迅速发展。这主要表现在陶瓷磨具、CBN砂轮、电镀磨轮等方面。用上述磨具来进行齿轮磨削加工，使加工周期缩短。

正由于加工周期逐步缩小，齿轮磨削加工的成本也随之大幅降低。需要指出的是，有些产业对齿轮质量的要求很高，有的产业需要实现特殊的齿形，所以必须经过磨削来完成。例如，重卡车工业、航空工程以及用于发电、变电的减速器工业，都依靠磨削去做齿轮精加工。在这些大功率产业中，齿轮磨削已处于绝对优势。

齿轮批量生产的新技术

齿轮的品质要求越来越高，变速噪音要求越来越低。要达到品质、噪音的双重目标，这就要求进行精度更高的齿轮加工，实现极为复杂的齿轮齿向和齿形，目的是把变速传动的误差降到最小。这意味着，在今后一个时期内，磨削仍然是齿轮成批生产的主要方法，齿轮磨削这项加工工艺可能会更加广泛应用。但要特别注意齿轮加工的单位成本。至今，成本低、收效大的剃齿带来的好处是很明显的。磨削在齿轮精加工中取得圆满成功时，剃齿才可能大规模地被它代替。总之，无论选择哪一种齿轮加工方法，都要多注意实际使用情况。

鉴于滚齿加工目前取得了相当大的发展，很有可能滚齿后所获的高精度也不再需要进行剃齿。齿轮烧结技术的进一步发展对齿轮制造也做出较大的贡献，但是此方法目前正在处于萌芽状态，很难准确预测未来发展趋势。

正如上面所说，虽然齿轮加工技术发展变化很大，但是齿轮的单位加工成本肯定不会改变。在大批量流水生产线上，齿轮加工结构调整应该以这个参数为导向。新工艺的发展对于质量、精度的提高大有裨益。随着齿轮产品技术的精细化，对这两个关键要素的要求越来越严格。尽管满足这么高的要求非常难，我们也必须要追求高标准。可是，光着眼于高指标还不够，我们更要关注的是达到价廉物美的标准，否则再好的齿轮新工艺、新功能也不会受到市场的欢迎，齿轮技术发展水平也不会进而改善。在技术含量高的行业上，应该同时并存工艺精密和价格合理的趋势。

齿轮是工业生产中的重要基础零件，其加工技师和加工能力反映一个国家的工业水平。实现齿轮加工数控倾和自动化、加工和检测的一体化是目前齿轮加工的发展趋势。并且，齿轮被广泛地应用于机械设备的传动系统中，滚齿是应用最广的切齿方法，传统的机械滚齿机床机械结构非常复杂，一台主电机不仅要驱动展成分度传动链，还要驱动差动和进给传动链，各传动链中的每一个传动元件本身的加工误差都会影响被加工齿轮的加工精度，同时为加工不同齿轮，还需要更换各种挂轮调整起来复杂费时，大大降低了劳动生产率。

以国外数控系统为主流的数控滚齿机的出现，大大提高了齿轮加工能力和加工效率。我国目前真正能够生产数控滚齿机的厂家较少，且使用的多是德国西门子数控系统，加工中模数齿轮，没有自主产权的核心技术，缺少国际竞争力。