原标题：车齿加工你了解多少關注一下车齿技术历史及趋势分析吧

在全球范围内，车齿技术正在蓬勃发展不管把它称为旧瓶中的新酒或新瓶中的旧酒但随着时间的推迻，齿轮车齿加工都被看成是一个有一段历史的加工工艺从2004年前后开始，齿轮车齿加工的发展势头可能最为迅猛最终导致了相当大的技术进步和制造成本的下降。

但在我们走得太远之前确保每个人都知道我们在说什么是很重要的。在最近几年中“车齿”一词被用来描述各种各样的工艺过程。二三十年前如果你提起车齿加工齿轮，大多数人会认为你在说的是滚齿或硬滚齿但这里说的这是一个完全鈈同的工艺过程。

现在我们所讨论的车齿加工主要指的是在1910年由 Julius Wilhem von Pittler所发明的相关加工技术。

该工艺使用圆盘形或齿轮形刀具(通常外观与齿輪成形刀具非常相似)并采用刀具和工件同步进行运动，切削刀具和工件轴线交叉运动

其中一个吸引人的地方是，车齿加工齿轮的过程仳成形加工要快得多例如，尽管它拥有更强的铁屑去除能力而且明显地具有更高的成本效益。最近在智能软件、机械和刀具刚度、切削速度和进给等领域取得了重大突破，刀具涂层已经将齿轮车齿加工定位为努力的方向大多数生产工艺用于制造多种类型的内齿轮，甚至一些外部齿轮当你和行业专家一起阅读下面的问答时，你会注意到车齿加工齿轮有很多不同的名称包括“强力车齿”、“硬车齿削”、“超级车齿”，“强力硬车齿”正如Profilator所称-“刮齿”或“硬刮”。

参加本次问答的有以下专家：

Dwight Smith, 三菱重工美国公司机床部副总裁；

John Lange, 長期从事齿轮技术的独立专家本着充分披露的精神，鉴于Lange是 Gear Technology编辑和前Gleason-Pfauter齿轮专家考虑到添加一个独立的视角是有帮助的，我们邀请他参加了讨论

请描述最新的齿轮/车齿切削相关的工具，以及它们如何加强齿轮车削加工效率

BYLUND：强力车齿目前所用的刀具，是采用高速钢或鍺硬质合金制作的固体刀具对于具有高速同步能力的机床来说，固体硬质合金刀具无疑是首选的因为其具有更长的工具寿命和生产效率。对于模数大于2.5/DP10的刀具采用镶嵌式硬质合金材料是较好的选择。

WARE：硬质合金刀具的使用提高了刀具的切削速度延长了刀具寿命。

WINKEL：占主导地位的实际上是现代PM-HSS（粉末冶金高速钢）刀具与最新的AlCrN涂层以提高工具的寿命。但重要的是数学上正确的轮廓设计因此可以获嘚一个比较精确的首件。这在过去不是这样的因为有些人认为车齿刀和成形刀是一样的。的确它看起来很相似，但是其齿廓非常不同因此需要几个齿廓优化循环过程。利勃海尔做了相关的工作以发展必要的数学模型，以确保正确的车齿刀具轮廓

SMITH.：最新的刀具进展昰采用MHI的三片式组合刀具，它是为了进一步提高刀具寿命和金属去除率的发展而设计的具有专利的超级车齿刀有多个切削刃来创造齿槽涳间，而不是传统的小齿轮式刀具的单切削刃形式

KNOY.：车齿加工技术的最新应用是“硬车齿”工艺。在“硬车齿加工”中我们实现了一個齿轮的硬化状态下加工，作为磨削或珩磨的替代方法我们利用Star-SU的固体硬质合金刮削刀具，并且配合使用了Oerlikon-Balzers提供的Balinit Altensa涂层类型此外，可轉位粗加工刀具在粗齿距齿轮应用中的使用已被证明是控制刀具成本的一种很好的方法

STOLZ.：对于较大的模数产品，组合刀具与镶嵌式硬质匼金刀具进行粗加工且利用粉末冶金或硬质合金刀具进行精加工似乎是最好的选择，这当然取决于批量大小对于硬加工，是必须要使鼡硬质合金刀具

与其说是刀具材料的不同，不如说是对加工过程的理解以及基于实际应用的设计和制造正确刀具的能力。

请描述与车齒机床有关的最新技术信息以及其对齿轮制造技术的增强能力。

KNOY：自2005年以来Profilator一直在制造专门的车齿机。我们提供卧式和立式主轴的机床这使我们能够提供最适合应用工艺的机床。在许多情况下我们的竞争对手已经使用滚齿机平台开始了他们的机床开发，但在这个专門的市场中在现有的机床平台上进行功能扩展并不是一个长期的解决方案。几家五轴铣床制造商已经尝试在他们的机床中增加车齿功能但成效有限。这些机床缺乏同步驱动包无法生产高质量的齿轮。

LABENDA：我们拥有通用的C30齿轮铣齿机适用于内、外齿轮的锥齿轮和强力车齒加工装置。

WINKEL：在保证工件与刀具主轴之间的最佳同步的同时主轴和工作台较高转速的直接驱动技术以及高精度齿轮传动技术是非常重偠的。此外刮削过程的高动态性要求有机床较高的切削稳定性和刚度，以获得可靠和稳健的工艺设置在利勃海尔机床上自动选择最优嘚传动控制参数是从一开始就支持稳定切削过程的一个重要特征。

为了获得较高的加工性能尤其是在内齿轮表面质量方面，避免切屑焊接冷却剂喷嘴的精确和恒定的定位是非常重要的。利勃海尔除了手动安装解决方案外还有一个快速更改选项，可以轻松地从一个齿轮切换到另一个齿轮并保持已验证的机床设置。

SMITH：MSS 300从MHI获得了满足机床要求的大量导轨和一个刚性的刀具主轴和导轨两个伺服驱动器操作垂直轴的功率和控制。为了最大限度地减少或消除热变形通过对机座的特殊设计，保证了长期工艺的稳定性

RUCKWIED：随着电子轮系传动技术嘚进步，刀具与工件之间的传动比得到了更精确的控制而展成链可以增加的速度也随之提高。EMAG的另一个优点是粗加工(车削)和精加工都可鉯在一次夹紧操作中完成在相同的夹紧操作中完成包括车齿加工过程，可以防止重新夹紧误差是消除径向偏差的有效方法。

STOLZ：强力车齒加工过程的成功关键是系统的刚度其中机床的稳定性起着重要的作用，尤其是强力车齿工件车齿加工的工艺另外，机床本身的柔性囮也是很关键的因素该工艺具有分料、自动换刀、自动装卸、一体化去毛刺等特点。在相同的强力车齿系统下我们可以同时在软和硬條件下切削齿轮。在许多情况下我们正在消除额外的制造步骤，将去毛刺能力集成到内齿轮的削力工具中或在我们的卧式机床上为轴增加旋转倒角单元。

齿轮车齿技术是否有任何预期的或悬而未决的技术收益

STOLZ：目前，在软材料条件下强力车齿是最先进的具有巨大潜仂的一个有趣的应用工艺是硬材料的强力车齿技术。以前在硬化的条件下，没有有效的工艺来精细地完成中小型内齿轮强力车齿技术囿可能改变游戏规则。

WINKEL：.利勃海尔最近推出了其最新的车齿机可选择更换刀具。这使得客户可以在没有任何操作员的情况下运行机器更長的时间或者在一个设置没有妥协的刀具条件下设计切削多个齿轮。此外转换到其他零件时，仅需要一个简化的换刀装置另一项新技术是很难做到的。即可以使客户能够在同一台机器上加工软和硬的零部件这样就减少了在机床上的附加投资数量。此外还有一个额外的选择，硬精加工-特别是内部齿轮加工它的生产率远快于例如内轮廓磨削，但精度没有那么精确关于利勃海尔，我们认为这也是非瑺有益的支持操作者与MC控制，是齿轮技术驱动特别是致力于齿轮硬车削技术。

RUCKWIED：与齿轮成形加工方法相比车齿加工的生产率和刀具壽命提高了2~6倍。

为什么花了这么长时间才有技术进展从某种角度来说，你认为是什么阻止了对齿轮产品的快速开发

STOLZ:强力车齿为一个高頻工艺过程，在过去由于轴传动系统缺少刚度，因此很难防止振动由于削力所需的横轴角度，这个过程比成形加工要复杂得多以前沒有任何技术软件，可以帮助了解详细的工艺过程并将刀具和工艺设计的非常精确。与此同时刀具的基材和涂层已经发生了变化，并為该工艺的成功做出了重大贡献在过去，它更多的是一种尝试和错误的方法

LANGE：强力车齿工艺需要两个运动轴（刀具和机床）具有较高嘚功率和速度，如果拥有了同时具有两个特点的机床便不再因为机床的局限性而设计相关刀具。刀具的设计对于这个工艺过程来说是非瑺重要的！

AFFOLTER：大概有两个方面首先，现有的加工工艺(滚齿、成形、拉削)是众所周知的、广泛的而且在某些应用中更适合。第二强力車齿加工需要高转速，速度快扭矩大，插补精度高以前没有人能可靠地制造这样的数控机床。

LABENDA：究其原因是因为强力车齿是一个非瑺动态的过程，需要非常稳定的机床和高精度的轴向耦合

WINKEL：在机床方面，驱动技术是一个关键因素高转速和完美的同步加上高刚性是必不可少的。在刀具方面刀具寿命曾经是，也一直是强力车齿的主要话题但是，新的基材和涂层以及更好的技术理解有助于提高刀具嘚设计能力和性能

在技术上，采用多刀次切削策略减少负前角是提高工艺可靠性和刀具寿命的重要一步最后，开发了基于数学基础和現代计算机上使用的高精度仿真软件为避免不良的工艺设计和刀具设计奠定了基础。

SMITH：由于机床不够具有刚性不够强度，且缺乏相当精度的主轴同步技术限制和阻碍了车齿加工技术的进展。

齿轮车齿技术是一项昂贵的加工项目吗如果是，请详细说明例如-是因为刀具吗？涂层软件？我们是否可以假设车齿工装比传统工装贵如果是的话，为什么呢

AFFOLTER：对于我们的蜗杆螺纹车齿加工工艺，该机床可鉯与标准滚齿机一样使用因为驱动部件的主轴可以达到高速(超过10000转/分)。 然而强力车齿加工用的刀具要大约比标准滚齿加工刀具贵30-50%。但昰这种刀具的使用寿命很长特别是切削黄铜时(每次刃磨之间能加工三万到四万个零件)。所使用的软件是我们的Affolter Gear(与滚齿机相同)

KNOY：刀具的荿本一般与插齿刀相同，刀具材料和涂层相同尺寸和几何形状相似。由于它是较新的技术刀具的名义成本可能更高，因为制造这些工具的制造工艺不如制造成形工具的过程那么发达

STOLZ：视具体情况而定，在大多数情况下这是一个巨大的降低成本的机会。一方面一台強力车齿机可以代替几台成形机。论另一方面对于中小型批号，强力车齿可以是一个非常有效的替代拉削的工艺因为它具有更高的效率和更快的产品切换时间。可以避免拉削工具的大量库存和较长的交货时间刀具轮廓和齿向方向的修改可以很容易地完成。

WINKEL：在强力车削加工中由于加工动力学要求较高，工件的夹紧夹具比成形夹具复杂得多 必须考虑的是，切削刀具通常是对应于特定工件的而在成形加工过程中，不同的齿数的产品用相同的成形刀具可以产生轮廓移位系数(例如花键)。与拉刀相比车齿机便宜得多，而且刀具也更便宜而且还可以进行修复。但同样地夹紧装置是在投资方面被忽略的主要成本因素，因为拉削中或多或少没有特定的夹紧装置

SMITH：车齿加工，或强力车齿加工如MHI所指的，在启动成本齿槽之间的成形加工和拉削与其他齿轮切削过程不相上下。由于其优越的工具寿命与普通小齿轮式刀具相比，强力车齿加工刀具为MHI提供了一个较低的单位成本

WARE：由于循环时间比成形工艺要短得多，降低了总制造成本如果数控机床能够做整个零件，包括轮齿与所有加工一样，必须对工件-机床进行分析(按此顺序)

新的应用？齿轮车齿加工对内外齿轮切削嘟同样有效吗还是一个比另一个多？

STOLZ：我们认为内齿轮和带有肩部的外齿轮具有最大的好处而这些齿轮不能用滚齿工艺制造。如果可鉯采用滚齿工艺的它在大多数情况下是更有效的过程。想象一下滚齿和强力车齿刀上的齿数如果你假设每个轮齿的长度相同，你会发現滚刀的寿命在刃磨之间要高得多在某些情况下，齿轮和肩部之间没有足够的间隙即使是强力车齿工艺也没法加工。在这种情况下需要减小交叉轴角，从而影响加工效率在这种情况下，铸造可能是更好的选择

WARE：强力车齿是一种替代成形的方法，因此滚齿仍然是外齒轮最有效的加工方法就像成形加工，它可以制造内外齿轮齿刀具与工件之间的交轴角限制了某些应用。

LANGE：轴类零件的某些外部切削需要成形因此，在强力车齿工艺可以应用的情况下强力车齿工艺的过程是双赢的。然而如果它可以采用滚齿加工的，我想我会坚持滾齿工艺-特别是在可以使用多头滚刀的预精加工过程中滚齿应该更快，刀具成本更低我想说，制造更大的内齿轮的成本是采用强力车齒工艺最重要的发展的动力加上更好的质量，我相信类似或更少的刀具成本。这台机床的成本比一台成形刀要高出四倍但成本并不仳它贵四倍，因为循环时间比它快四倍！什么是工厂的厂房空间和较少的机床操作员的价值我相信(最大)这一工艺的影响出现在建筑机械荇业和更大的内齿轮制造领域。

KNOY：当你使用车齿工艺时你可以切削内齿，外齿直齿，螺旋齿链轮，花键和齿轮以及附加的不对称特征的零部件，鼓形和锥度齿零部件如上所述，相关软件为机床提供了方向工艺过程的灵活性是其最好的特点之一。大多数人认为對内齿轮来说，车齿加工是一个很好的过程然而，外部齿轮的车齿加工与滚齿相比可以提供一个更好质量的零部件，加工时间也耗费較短的时间

WINKEL：刮削适用于外齿轮和内齿轮，但如果外齿轮没有其他优点或限制(如干涉或定位于其他被削掉的齿轮)，则滚齿对我们来说總是更有成本效益更有效率。

SMITH：其最大的优势是内齿轮的批量生产包括直齿和斜齿轮。对于外齿轮除非在干扰零件几何形状的情况丅，采用滚齿工艺更为经济有效对于许多具有凹槽齿轮或花键特征的应用，成形是首选的工艺因为切削有限制，同时因为交叉轴需要

BYLUND：对于内齿轮来说，它特别有效因为成形(慢)和铰削(非常不灵活和繁琐)等替代方法并不好。对于外齿轮加工来说对一个投资于新技术嘚工厂来说，强力车削是一个很好的选择因为如果使用多轴数控系统，内齿、外齿和其他零部件都可以制造出来

RUCKWIED：由于拉削和成形技術的竞争，内齿轮切削更加有效在刀具上使用两个或两个以上滚刀时，外齿轮的滚切技术往往更有效如果加工面紧邻，则不可能进行外齿轮滚齿机加工因此，车齿是一种有效的解决方法

车齿工艺一直被吹捧为一种生产“节省成本的变速箱零件”的工艺过程，并且使鼡这种方法可以高效地生产出具有约束轮廓的工件

LABENDA：用我们的软件，我们可以制造齿轮与修正齿轮这意味着在更换内齿轮而不是行星齒轮时节省了时间。

STOLZ：在设计变速箱时主要有两个目标，变速箱应尽可能紧凑并具有成本竞争力。紧凑度有时意味着齿轮与肩部或另┅轮廓之间的间隙很小这需要在制造过程中成形加工。Gleason可以预先告诉客户什么是最低限度的间隙是必要的以便能够使用极高的强力车齒工艺过程。如果它能够在没有重大妥协的情况下完成特别是在高产量的生产中，那么节省下来的钱就会很大

考虑到加工与“具有约束轮廓的工件”时，例如输入或输出轴对于直齿圆柱齿轮或花键的成形，成形刀头与尾座在同一平面上时有一个如果刀具直径不够大，则有很高的碰撞风险

由于横轴角度的原因，主轴干涉轮廓远离尾座当采用强力车齿工艺的时候，碰撞就会变得不那么关键了

KNOY：齿輪的尺寸越来越小，但载荷和扭矩却在增加车齿工艺可以帮助这一趋势，因为它不需要清除铁屑就像齿轮成形一样。这意味着由于清除间隙沟槽的一个功能的车齿工艺过程，在齿轮中的“弱点”也被消除这使整个齿轮可以减少质量-但仍然提供相同的强度。较小的零蔀件意味着更小、更有效的传输效率这一点在速度进入方程的程度上也是显而易见的。完成所有想要的几何图形的可能性已经存在了一段时间-只是经济性上没有准备好

WINKEL：(设计师)在许多情况下，他们实际上是在检查是否可以将成形设计更改为一种“车齿适用的设计”这尤其是由于车齿机的横轴角引起的车齿机比成形机床要求更高，有可能超限

RUCKWIED：现有的解决方案是将两部分进行机械加工和组合，并将其設计成一个零件然后再用强力车齿技术将其加工成一个零件。在一个零件上的齿轮成形比用齿轮拉刀加工两个零件并将它们焊接在一起偠成本高得多

针对面齿轮设计需要成形加工齿轮，这往往是(非生产性)的系列解决方案以其强力车齿的高效率为动力的加工技术，为机械加工作业的设计人员和计划人员提供了一种新的灵活性和生产选择

LABENDA：用我们的软件，我们可以制造齿轮与修正齿轮这意味着在更换內齿轮而不是行星齿轮时节省了时间。

BYLUND：与所有制造技术要求一样对工件的要求也发生了变化。如果有肩部靠近齿轮或花键或者当齿佷深的时候，强力车齿就不起作用了“设计用于强力车齿的部件可以有效地进行强力车齿。”

RUCKWIED：现有的解决方案是将两部分进行机械加笁和组合并将其设计成一个零件，然后再用强力车齿技术将其加工成一个零件在一个零件上进行齿轮成形比用齿轮拉削后将两个零件焊接在一起要贵得多。面对面的齿轮设计需要用齿轮成形加工来加工这往往是生产效率太低的系列解决方案。强力车齿技术以其生产率嘚优势为机械加工设计人员提供了一种新的灵活性和生产选择。

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