齒輪加工方法全解:工序、設(shè)備與刮削技術(shù)
2025.10.30
齒輪加工是通過切削、磨削等方法切削金屬,將其加工成齒輪形狀的加工技術(shù)。齒輪是機(jī)械動(dòng)力傳遞的重要零部件,對精度要求較高。因此,在齒輪加工中,選擇并設(shè)定合適的加工方法及切削條件十分重要。
為此,本文將匯總解析齒輪的加工方法及齒輪加工所用的機(jī)械設(shè)備。此外,還會(huì)介紹較新的技術(shù)“刮削加工”的特點(diǎn),敬請您閱讀至最后。
齒輪的加工工序
齒輪需經(jīng)過多道工序加工而成,通常先使用機(jī)床對工件進(jìn)行切削,然后再進(jìn)行切齒加工。此外,后續(xù)還會(huì)進(jìn)行熱處理,這也是齒輪加工的一大特點(diǎn)。
●齒輪加工的主要工序
- 毛坯成型:通過車床加工或銑床加工,切削出工件的大致形狀。
- 切齒:使用專用機(jī)床(如切齒機(jī)、復(fù)合加工機(jī))加工形成齒形。
- 熱處理:通過加熱處理提升齒輪的機(jī)械強(qiáng)度。
- 精加工:通過磨削、珩磨等工藝,進(jìn)一步提高齒輪的精度。
齒輪的加工方法(切齒加工)及使用的機(jī)床
接下來,為大家介紹齒輪加工中使用的機(jī)床種類。齒輪加工方法大致分為以下3類:展成法、成形法和刮削加工,下面來看各自的特點(diǎn)及所使用的機(jī)床。
齒輪展成法
齒輪展成法是一種通過將刀具壓在工件上,逐步切削出齒輪齒形的加工方法。由于這種方法能將工件整體逐漸加工成齒輪形狀,因此可高效制造高精度齒輪。
●齒輪展成法中使用的代表性機(jī)床
- 數(shù)控滾齒機(jī):
- 通過旋轉(zhuǎn)外周帶有刀刃和溝槽的 “滾刀”,對工件整體的齒形進(jìn)行同步加工。
- 數(shù)控錐齒輪切齒機(jī):
- 用于加工錐齒輪的機(jī)床,通過使圓盤狀刀具與工件同步旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削。
- 數(shù)控插齒機(jī):
- 也稱為“齒輪插床”,通過刀具的上下運(yùn)動(dòng)對工件進(jìn)行加工。
- 數(shù)控齒輪磨床:
- 通過高速旋轉(zhuǎn)砂輪對工件進(jìn)行切削。在齒輪展成法中,會(huì)使用寬幅砂輪對齒輪整體進(jìn)行磨削。
滾齒機(jī)是其中的較具代表性機(jī)床。滾齒機(jī)使用帶有螺旋狀刀刃的“滾刀”,在讓滾刀與待加工齒輪保持同步旋轉(zhuǎn)的同時(shí),將滾刀從上至下進(jìn)給,逐步切削出齒形。
齒輪展成法的優(yōu)點(diǎn)是,一次設(shè)定可同時(shí)加工多個(gè)齒輪,生產(chǎn)效率高,且齒輪的精度容易保持均勻。但缺點(diǎn)是需要滾齒機(jī)、滾刀等專用設(shè)備和刀具,初期投資成本較高。
齒輪成形法
齒輪成形法是一種使用與齒形匹配的刀具,逐個(gè)切削出齒形的加工方法。這種方法使用銑刀、拉刀等刀具,依次加工齒槽。與齒輪展成法主要使用專用機(jī)床不同,齒輪成形法可通過車床、加工中心等通用機(jī)床進(jìn)行加工。
● 齒輪成形法中使用的代表性機(jī)床
- 數(shù)控銑床:
- 可加工多種齒輪形狀,尤其適合小批量生產(chǎn)及試制品制作。
- 數(shù)控拉床:
- 配備從粗加工刀刃到精加工刀刃的拉刀,可一次性加工出齒形的機(jī)床。
- 數(shù)控立式銑床:
- 對安裝在水平工作臺(tái)上的工件,通過刀具的垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)行溝槽切削加工。
- 數(shù)控車床:
- 主要用于圓柱形齒輪及齒輪的前序加工(素材成型)。
- 數(shù)控磨床:
- 多用于熱處理后的精加工,在齒輪成形法中,使用薄砂輪磨削齒形。
- 加工中心:
- 在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)換刀裝置(ATC)的機(jī)床,可單機(jī)完成齒輪從粗加工到精加工的全過程。
成形法的特點(diǎn)是可通過通用性較高的機(jī)床進(jìn)行加工。由于不需要專用切齒機(jī),適合小批量生產(chǎn)及特殊齒輪的制造。此外,也用于制造大型齒輪、內(nèi)齒輪等展成法難以加工的齒輪。
不過,由于成形法需對每個(gè)齒進(jìn)行單獨(dú)加工,與展成法相比更耗時(shí),因此在某些情況下不適合大批量生產(chǎn)。
齒輪展成法之一的“齒輪刮削加工”是什么?
齒輪刮削加工是一種相對較新的齒輪加工方法,屬于齒輪展成法的一種。該方法使用名為“刮削刀具”的刀具,使刀具與工件的軸線交叉并同步旋轉(zhuǎn),同時(shí)進(jìn)行切削。
此外,刮削加工的英文“Skive”一詞為“薄薄地剝離”之意,其特點(diǎn)是像切削出齒槽一樣進(jìn)行加工。
●齒輪刮削加工中使用的代表性機(jī)床
- 加工中心:
- 通過搭載齒輪刮削刀具,可實(shí)現(xiàn)高效的齒輪生產(chǎn)。
- 車削中心:
- 加工中心以銑床為基礎(chǔ),而車削中心則以車床為基礎(chǔ)。
- 5軸加工機(jī):
- 適用于復(fù)雜形狀齒輪、錐齒輪等特殊齒輪的刮削加工,能夠滿足多樣化的齒輪加工需求。
齒輪刮削加工能夠高效制造內(nèi)齒輪、小模數(shù)齒輪等傳統(tǒng)方法難以加工的齒輪。此外,若使用復(fù)合加工機(jī),可結(jié)合車削、銑削等加工,在一臺(tái)設(shè)備上完成多個(gè)工序。
刮削加工的特點(diǎn)
刮削加工通過使刀具主軸的旋轉(zhuǎn)與工件的旋轉(zhuǎn)保持同步來進(jìn)行加工。與傳統(tǒng)齒輪加工方法相比,它是一種具有諸多優(yōu)勢的革新性技術(shù)。下面逐一介紹刮削加工的特點(diǎn)。
可在一個(gè)工序中加工外齒和內(nèi)齒
復(fù)合加工機(jī)搭載了自動(dòng)換刀裝置(ATC),因此無需更換工件,就能連續(xù)加工外齒和內(nèi)齒。傳統(tǒng)加工中,外齒需用滾齒加工、內(nèi)齒需用齒輪剃齒加工的情況,使用復(fù)合加工機(jī)即可實(shí)現(xiàn)加工流程的統(tǒng)一。這不僅能縮短加工時(shí)間,還能降低因更換工件導(dǎo)致的位置偏移風(fēng)險(xiǎn)。
一臺(tái)設(shè)備可兼顧粗加工和精加工
采用復(fù)合加工機(jī)進(jìn)行刮削加工時(shí),可在一臺(tái)設(shè)備上連貫完成從粗加工到精加工的全過程。此外,刮削加工的特點(diǎn)還包括能縮小不完全齒形部分。由于刀具與工件的貼合度比滾齒加工更高,因此有助于實(shí)現(xiàn)齒輪的輕量化與小型化。
另外,采用往復(fù)運(yùn)動(dòng)加工的插齒機(jī)(齒輪插床)必須設(shè)置退刀槽,而齒輪刮削加工因刀具呈傾斜角度接觸工件,無需設(shè)置退刀槽。
有助于提高生產(chǎn)效率、降低成本
刮削加工可將傳統(tǒng)由多臺(tái)專用設(shè)備承擔(dān)的齒輪加工工序整合到一臺(tái)設(shè)備上,大幅提高生產(chǎn)效率并降低成本。引入該技術(shù)后,有望帶來縮短生產(chǎn)周期、減少工序間搬運(yùn)時(shí)間等諸多優(yōu)勢。尤其在中小批量生產(chǎn)及復(fù)雜形狀齒輪加工中,刮削加工的優(yōu)勢更為顯著。
刀具壽命較短
刮削加工存在刀具壽命較短的缺點(diǎn)。由于加工時(shí)需設(shè)置軸交角,切削過程中刀具的有效前角會(huì)變?yōu)樨?fù)值,這會(huì)增大對刀具的負(fù)荷,因此與傳統(tǒng)加工方法相比,刀具壽命會(huì)縮短。刀具的磨損會(huì)直接影響齒輪的加工精度,因此在齒輪刮削加工中,選擇合適的刀具并管理好更換時(shí)機(jī)至關(guān)重要。
齒輪加工中專用機(jī)床與通用機(jī)床的優(yōu)缺點(diǎn)
最后,我們來整體回顧一下專用機(jī)床與通用機(jī)床的特點(diǎn)。
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優(yōu)點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
專用機(jī)床 (滾齒機(jī)、齒輪磨床等) |
- ?可實(shí)現(xiàn)高精度加工
- ?適合大批量生產(chǎn)
- ?具備針對特定齒輪加工優(yōu)化的功能
- ?易于保證質(zhì)量穩(wěn)定
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- ?初期投資成本高
- ?靈活性低(僅能對應(yīng)特定加工)
- ?工序轉(zhuǎn)換(換產(chǎn)調(diào)整)可能耗時(shí)較長
- ?設(shè)備利用率可能較低
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通用機(jī)床 (加工中心、5軸加工機(jī)等) |
- ?可對應(yīng)多種加工需求
- ?初期投資成本相對較低
- ?單臺(tái)設(shè)備可完成多個(gè)加工工序
- ?有望提高設(shè)備利用率
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- ?大批量生產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)效率可能低于專用機(jī)床
- ?復(fù)雜加工時(shí)對技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)水平要求高
- ?刀具磨損較快
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專用機(jī)床與通用機(jī)床各有優(yōu)缺點(diǎn)。因此,根據(jù)工件材質(zhì)、齒輪形狀及所需生產(chǎn)能力,選擇合適的加工方法和機(jī)床至關(guān)重要。
此外,正如齒輪刮削加工所代表的那樣,近年來齒輪加工技術(shù)也取得了顯著進(jìn)步。結(jié)合客戶需求和市場環(huán)境來考慮設(shè)備投資同樣十分重要。