生產(chǎn)工程師指南：滾齒、刮齒與強(qiáng)力車齒——三大齒輪加工技術(shù)深度解析

在現(xiàn)代制造中，齒輪加工有多種工藝。其中滾齒、刮齒和強(qiáng)力車齒是三種常被混淆的重要技術(shù)。它們各有特定的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)。了解它們之間的核心區(qū)別，并清楚在何種情況下應(yīng)選用哪種技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)至關(guān)重要。本文將解析這三種加工方法的原理，并幫助您根據(jù)生產(chǎn)需求做出最優(yōu)選擇。

資料來(lái)源：Fachbuch Zahnrad und Getriebetechnik，Carl Hanser-Verlag，作者：Fritz Klocke 和 Christian Brecher

滾齒——外齒輪加工的基礎(chǔ)工藝

滾齒是加工外齒輪最成熟、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。在這一過程中，刀具的旋轉(zhuǎn)軸與工件的旋轉(zhuǎn)軸通常呈 45° 到 135° 的交叉角。

技術(shù)原理：

滾刀類似一個(gè)帶有軸向齒槽的蝸桿，形成切削刃。這些刃口經(jīng)過鏟背處理，具有后角。其切削速度由刀具直徑和線速度共同決定。

進(jìn)給速度以工件每轉(zhuǎn)一圈 mm 為單位。

從齒輪嚙合原理上看，滾齒相當(dāng)于軸向角為 90° 的蝸輪蝸桿傳動(dòng)。

應(yīng)用領(lǐng)域：

主要用于外齒輪的軟加工；

也可用于模數(shù)小于 1 mm 的硬加工，但應(yīng)用較少；

適用于齒輪的預(yù)加工和最終的切削加工；

可加工直齒輪和斜齒輪。

只要工件沒有干涉輪廓或具備足夠的刀具退刀空間，滾齒幾乎是所有軟齒面外齒輪的首選工藝。該工藝深受制造商青睞，已成為大多數(shù)齒輪的標(biāo)準(zhǔn)加工方法。通過使用多頭刀具、現(xiàn)代刀具材料及涂層，可以實(shí)現(xiàn)很高的加工速度。

埃馬克 K 160 數(shù)控滾齒機(jī)的滾齒加工特寫

刮齒——淬硬齒輪的精密精加工

刮齒是對(duì)淬火后的齒輪零件進(jìn)行后處理的一眾精加工工藝，旨在修正淬火導(dǎo)致的精度損失，并改善表面粗糙度。

技術(shù)原理：

其基本加工原理與滾齒加工相同；

關(guān)鍵區(qū)別在于：刮齒僅從齒側(cè)面去除材料；

在預(yù)銑削過程中，會(huì)在齒根處加工出帶根切的特殊輪廓，即所謂的“突起”，以便為后續(xù)加工留出余量。

精密的傳感器技術(shù)可確保刀具精確對(duì)準(zhǔn)工件齒槽的中心位置。

應(yīng)用領(lǐng)域：

專用于外齒輪的精加工；

滾齒后的齒輪質(zhì)量通?？蛇_(dá) ISO 1328 標(biāo)準(zhǔn)的 6 到 8 級(jí)；

淬火后，因變形影響，質(zhì)量等級(jí)通常會(huì)下降 1 到 2 級(jí)；

通過刮齒，可將質(zhì)量提升至 ISO 1328 標(biāo)準(zhǔn)的 6 到 7 級(jí)；

表面質(zhì)量也得到顯著改善（Ra 約為 0.5，Rz 約為 2.5）。

當(dāng)需要獲得高質(zhì)量（6-7 級(jí)）的淬硬齒輪時(shí)，刮齒是理想的工藝選擇。與磨削工藝相比，它具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：軟硬加工可在同一臺(tái)機(jī)床上完成，刀具成本更低，加工小齒輪的節(jié)拍更短。但其精度上限仍低于磨齒。

埃馬克 K 160 數(shù)控滾齒機(jī)的轉(zhuǎn)向小齒輪刮削工藝

強(qiáng)力車齒——靈活適用于內(nèi)齒輪和外齒輪加工

強(qiáng)力車齒技術(shù)既適用于內(nèi)齒輪，也適用于外齒輪，尤其在內(nèi)齒加工方面優(yōu)勢(shì)明顯。對(duì)于外齒輪加工，其另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是能夠處理帶有干涉輪廓的工件，例如帶有相鄰軸肩的齒輪，且所需的刀具退刀行程遠(yuǎn)小于滾齒。

技術(shù)原理：

刀具與工件之間的交叉角通常為 10° 至 25°；

由于加工運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求，刀具和工件有時(shí)需要非常高的主軸轉(zhuǎn)速；

該工藝通過多次切削完成材料去除；

進(jìn)給速度以工件每轉(zhuǎn)一圈 mm 為單位；

切削速度來(lái)源于刀具與工件速度的矢量差；

從齒輪技術(shù)角度看，它相當(dāng)于一個(gè)軸線傾斜的螺旋齒輪箱。

應(yīng)用領(lǐng)域：

用于內(nèi)、外齒輪的軟加工；

在加工有干涉輪廓的齒輪時(shí)特別有利；

可在一次裝夾中完成車削和齒輪車齒加工；

直齒輪和螺旋齒輪均可加工。

強(qiáng)力車齒特別適用于小批量生產(chǎn)和柔性制造需求。它是加工內(nèi)齒輪以及因“滾齒干涉”而無(wú)法用其他工藝加工的齒輪時(shí)的首選方法。一次裝夾完成車削與切齒的能力，有助于減少生產(chǎn)工序。然而，該工藝要求裝夾穩(wěn)定、刀具質(zhì)量高且機(jī)床轉(zhuǎn)速高。在切削過程中，運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系有時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生較大的負(fù)前角。

埃馬克 VSC 400 PS 的強(qiáng)力車齒工藝

三種技術(shù)的直接對(duì)比

差異與應(yīng)用領(lǐng)域概覽：

結(jié)論

選擇正確的齒輪加工方法取決于多種因素，包括：

齒輪類型（內(nèi)齒或外齒）；

材料狀態(tài)（軟質(zhì)或硬化）；

要求的質(zhì)量等級(jí)和表面光潔度；

批量大小與生產(chǎn)柔性要求；

幾何特征（如與軸肩的相對(duì)位置）。

滾齒仍然是大多數(shù)軟齒面外齒輪的基礎(chǔ)加工技術(shù)。對(duì)于淬火后需要精加工的齒輪，刮齒是一種比磨齒更經(jīng)濟(jì)的替代方案。而對(duì)于內(nèi)齒輪和幾何形狀復(fù)雜的齒輪，強(qiáng)力車齒則展現(xiàn)出其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

隨著像埃馬克這樣的公司持續(xù)推動(dòng)這些技術(shù)的發(fā)展，齒輪加工工藝正變得更加精密、高效和經(jīng)濟(jì)，從而顯著提升了現(xiàn)代齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的性能。