齿轮刮齿（车齿）加工技术及其机床关键结构设计--以浙江劳伦斯机床产品实践为例

　　齿轮加工工艺路线中，滚齿与插齿长期占据主导地位，但两者在内齿轮加工和复杂齿形加工方面均存在一定局限。滚齿受刀具与工件运动关系限制，难以加工内齿轮；插齿虽可加工内齿，但受刀具往复运动影响，加工效率受到制约，且需要设置退刀槽，薄壁零件加工难度较大。刮齿（又称车齿、强力刮齿）作为一种将滚齿运动与插齿运动相结合的连续切削工艺，近年来在齿轮加工领域受到持续关注。
 

　　一、刮齿加工的运动学原理

　　刮齿加工的运动学本质，是将滚齿的连续旋转运动与插齿的展成切削原理相结合。加工过程中，刀具与工件以齿数反比做高速同步旋转，同时刀具沿工件轴向进给，逐步切出完整齿面。刀具与工件轴线之间需保持一定的轴交角，通常为10°至25°，该交角是产生切削速度的基础。刀具既相当于滚刀又相当于插齿刀，工件和刀具连续旋转，将滚齿和插齿运动相结合完成切齿。

　　由于切削是连续进行的，刮齿加工在效率上具有显著优势。相关研究表明，强力刮齿加工内啮合齿轮与插齿加工相比，生产效率可达插齿的4倍以上；在相同加工精度条件下，插齿通常对应DIN 8级精度，而强力刮齿可达到DIN 7级。
 

　　二、机床结构设计的关键技术要点

　　刮齿加工对机床结构设计提出了较高要求，主要体现在以下方面：

　　1.主轴系统的刚性与精度：刮齿加工中，刀具轴和工件轴需在高速旋转状态下保持严格的同步关系，轴承配置直接影响加工精度。浙江劳伦斯机床的SJK-30数控刮齿机在刀具轴和工件轴上均采用精密角接触轴承和双列四柱滚子轴承组合，兼顾旋转精度与切削刚性。

　　2.进给系统的刚性：刮齿加工的轴向进给量直接关系切削效率和齿面质量。SJK-30机型的进给轴采用增大直径的重型精密丝杆，以提高进给刚性。X轴行程为280mm，Z轴行程为280mm（SJK-60机型X轴行程扩展至650mm），刀具旋转角度为±35°。

　　3.刀具更换的便捷性：刮齿刀具的安装精度直接影响加工质量。SJK-30采用外置辅助架设计，将安装好刀具的芯轴放置于辅助架上，通过程序界面换刀功能自动将刀具安装至刀具主轴，操作人员无需进入机床内部即可完成换刀。
 

　　三、数控系统与参数化编程

　　刮齿加工涉及刀具与工件之间的复杂空间运动关系，对数控系统的插补能力和参数化编程功能有较高要求。基于西门子840Dsl或828D数控系统的二次开发，可在机床人机界面上直接输入机床参数、齿轮参数、刀具参数和加工参数，由系统自动编制数控程序，将电子齿轮箱功能应用于刮齿加工，免去手动编制或拷贝程序的步骤。

　　这一参数化编程方式降低了刮齿加工的操作门槛，使操作人员无需深入掌握齿轮啮合数学模型，即可在机床端完成程序自动生成，有利于刮齿工艺在批量生产场景中的推广应用。
 

　　四、应用场景与技术适配

　　刮齿工艺尤其适用于内齿轮和内外花键的加工，在新能源汽车变速装置、工业机器人RV/谐波减速器、行星传动装置等领域的复杂精密齿轮加工中具有较好的工艺适配性。对于薄壁或无退刀槽的内斜齿套等零件，刮齿工艺可克服插齿加工对退刀槽的依赖，为零件结构设计提供更大的灵活性。

　　在机床选型方面，SJK-30机型工作台面直径350mm，最大工作直径300mm，最大模数4mm，主轴电机功率33kW，主轴电机转速1500r/min，刀具接口为HSK-A125；SJK-60机型工作台面直径600mm，最大工作直径600mm，最大模数8mm，主轴电机功率58kW，刀具接口为HSK-B160。两个规格覆盖了中小模数到中等模数齿轮的加工需求。
 

　　五、技术延伸：车铣复合功能

　　浙江劳伦斯机床在刮齿机功能拓展方面进行了探索。公司取得的“一种刮齿机上的车铣机构”zl（授权公告号CN 111438537 B），将车削与铣削功能集成于刮齿机平台，使机床在完成刮齿加工的同时具备车铣复合加工能力。该技术方向反映了当前齿轮加工设备向工序集约化、多功能化发展的趋势，有助于减少零件装夹次数，提升整体加工效率。