齿轮加工方法全解：工序、设备与刮削技术
2025.10.30
齿轮加工是通过切削、磨削等方法切削金属，将其加工成齿轮形状的加工技术。齿轮是机械动力传递的重要零部件，对精度要求较高。因此，在齿轮加工中，选择并设定合适的加工方法及切削条件十分重要。
为此，本文将汇总解析齿轮的加工方法及齿轮加工所用的机械设备。此外，还会介绍较新的技术“刮削加工”的特点，敬请您阅读至最后。
齿轮的加工工序
齿轮需经过多道工序加工而成，通常先使用机床对工件进行切削，然后再进行切齿加工。此外，后续还会进行热处理，这也是齿轮加工的一大特点。
●齿轮加工的主要工序
- 毛坯成型：通过车床加工或铣床加工，切削出工件的大致形状。
- 切齿：使用专用机床（如切齿机、复合加工机）加工形成齿形。
- 热处理：通过加热处理提升齿轮的机械强度。
- 精加工：通过磨削、珩磨等工艺，进一步提高齿轮的精度。
齿轮的加工方法（切齿加工）及使用的机床
接下来，为大家介绍齿轮加工中使用的机床种类。齿轮加工方法大致分为以下3类：展成法、成形法和刮削加工，下面来看各自的特点及所使用的机床。
齿轮展成法
齿轮展成法是一种通过将刀具压在工件上，逐步切削出齿轮齿形的加工方法。由于这种方法能将工件整体逐渐加工成齿轮形状，因此可高效制造高精度齿轮。
●齿轮展成法中使用的代表性机床
- 数控滚齿机：
- 通过旋转外周带有刀刃和沟槽的 “滚刀”，对工件整体的齿形进行同步加工。
- 数控锥齿轮切齿机：
- 用于加工锥齿轮的机床，通过使圆盘状刀具与工件同步旋转进行切削。
- 数控插齿机：
- 也称为“齿轮插床”，通过刀具的上下运动对工件进行加工。
- 数控齿轮磨床：
- 通过高速旋转砂轮对工件进行切削。在齿轮展成法中，会使用宽幅砂轮对齿轮整体进行磨削。
滚齿机是其中的较具代表性机床。滚齿机使用带有螺旋状刀刃的“滚刀”，在让滚刀与待加工齿轮保持同步旋转的同时，将滚刀从上至下进给，逐步切削出齿形。
齿轮展成法的优点是，一次设定可同时加工多个齿轮，生产效率高，且齿轮的精度容易保持均匀。但缺点是需要滚齿机、滚刀等专用设备和刀具，初期投资成本较高。
齿轮成形法
齿轮成形法是一种使用与齿形匹配的刀具，逐个切削出齿形的加工方法。这种方法使用铣刀、拉刀等刀具，依次加工齿槽。与齿轮展成法主要使用专用机床不同，齿轮成形法可通过车床、加工中心等通用机床进行加工。
● 齿轮成形法中使用的代表性机床
- 数控铣床：
- 可加工多种齿轮形状，尤其适合小批量生产及试制品制作。
- 数控拉床：
- 配备从粗加工刀刃到精加工刀刃的拉刀，可一次性加工出齿形的机床。
- 数控立式铣床：
- 对安装在水平工作台上的工件，通过刀具的垂直运动进行沟槽切削加工。
- 数控车床：
- 主要用于圆柱形齿轮及齿轮的前序加工（素材成型）。
- 数控磨床：
- 多用于热处理后的精加工，在齿轮成形法中，使用薄砂轮磨削齿形。
- 加工中心：
- 在数控铣床基础上增加了自动换刀装置（ATC）的机床，可单机完成齿轮从粗加工到精加工的全过程。
成形法的特点是可通过通用性较高的机床进行加工。由于不需要专用切齿机，适合小批量生产及特殊齿轮的制造。此外，也用于制造大型齿轮、内齿轮等展成法难以加工的齿轮。
不过，由于成形法需对每个齿进行单独加工，与展成法相比更耗时，因此在某些情况下不适合大批量生产。
齿轮展成法之一的“齿轮刮削加工”是什么？
齿轮刮削加工是一种相对较新的齿轮加工方法，属于齿轮展成法的一种。该方法使用名为“刮削刀具”的刀具，使刀具与工件的轴线交叉并同步旋转，同时进行切削。
此外，刮削加工的英文“Skive”一词为“薄薄地剥离”之意，其特点是像切削出齿槽一样进行加工。
●齿轮刮削加工中使用的代表性机床
- 加工中心：
- 通过搭载齿轮刮削刀具，可实现高效的齿轮生产。
- 车削中心：
- 加工中心以铣床为基础，而车削中心则以车床为基础。
- 5轴加工机：
- 适用于复杂形状齿轮、锥齿轮等特殊齿轮的刮削加工，能够满足多样化的齿轮加工需求。
齿轮刮削加工能够高效制造内齿轮、小模数齿轮等传统方法难以加工的齿轮。此外，若使用复合加工机，可结合车削、铣削等加工，在一台设备上完成多个工序。
刮削加工的特点
刮削加工通过使刀具主轴的旋转与工件的旋转保持同步来进行加工。与传统齿轮加工方法相比，它是一种具有诸多优势的革新性技术。下面逐一介绍刮削加工的特点。
可在一个工序中加工外齿和内齿
复合加工机搭载了自动换刀装置（ATC），因此无需更换工件，就能连续加工外齿和内齿。传统加工中，外齿需用滚齿加工、内齿需用齿轮剃齿加工的情况，使用复合加工机即可实现加工流程的统一。这不仅能缩短加工时间，还能降低因更换工件导致的位置偏移风险。
一台设备可兼顾粗加工和精加工
采用复合加工机进行刮削加工时，可在一台设备上连贯完成从粗加工到精加工的全过程。此外，刮削加工的特点还包括能缩小不完全齿形部分。由于刀具与工件的贴合度比滚齿加工更高，因此有助于实现齿轮的轻量化与小型化。
另外，采用往复运动加工的插齿机（齿轮插床）必须设置退刀槽，而齿轮刮削加工因刀具呈倾斜角度接触工件，无需设置退刀槽。
有助于提高生产效率、降低成本
刮削加工可将传统由多台专用设备承担的齿轮加工工序整合到一台设备上，大幅提高生产效率并降低成本。引入该技术后，有望带来缩短生产周期、减少工序间搬运时间等诸多优势。尤其在中小批量生产及复杂形状齿轮加工中，刮削加工的优势更为显著。
刀具寿命较短
刮削加工存在刀具寿命较短的缺点。由于加工时需设置轴交角，切削过程中刀具的有效前角会变为负值，这会增大对刀具的负荷，因此与传统加工方法相比，刀具寿命会缩短。刀具的磨损会直接影响齿轮的加工精度，因此在齿轮刮削加工中，选择合适的刀具并管理好更换时机至关重要。
齿轮加工中专用机床与通用机床的优缺点
最后，我们来整体回顾一下专用机床与通用机床的特点。
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优点 |
缺点 |
专用机床
（滚齿机、齿轮磨床等） |
- ・可实现高精度加工
- ・适合大批量生产
- ・具备针对特定齿轮加工优化的功能
- ・易于保证质量稳定
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- ・初期投资成本高
- ・灵活性低（仅能对应特定加工）
- ・工序转换（换产调整）可能耗时较长
- ・设备利用率可能较低
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通用机床
（加工中心、5轴加工机等） |
- ・可对应多种加工需求
- ・初期投资成本相对较低
- ・单台设备可完成多个加工工序
- ・有望提高设备利用率
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- ・大批量生产时的生产效率可能低于专用机床
- ・复杂加工时对技术和经验水平要求高
- ・刀具磨损较快
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专用机床与通用机床各有优缺点。因此，根据工件材质、齿轮形状及所需生产能力，选择合适的加工方法和机床至关重要。
此外，正如齿轮刮削加工所代表的那样，近年来齿轮加工技术也取得了显著进步。结合客户需求和市场环境来考虑设备投资同样十分重要。
