提到齿轮加工，很多人会想到滚齿、插齿、磨齿等这些传统工艺。但今天，我们要介绍一种新的齿轮加工方法—车齿加工。它并非横空出世的新技术，但其凭借独特的加工原理和卓越的效率，正越来越多地应用于现代精密制造业中。

一、车齿加工原理

车齿，英文称为Power Skiving或Skiving，是一种连续分度展成加工方法。其核心原理可以理解为“一个斜齿轮与一个内齿轮（或另一个斜齿轮）在紧密啮合时，通过附加的切削运动和高速旋转，进行连续刮削”。这样，刀具的每一个齿就像一把刨刀，在连续的“啮合”过程中，将工件毛坯上多余的材料一层层地“刮”掉，最终形成精确的齿轮齿形。其加工精度可达国标5~6级、DIN7级，加工效率是滚齿的2倍、插齿的4倍以上。

关键运动要素

1）展成运动： 工件和刀具之间保持严格的转速比，这个比例由它们的齿数决定（Ww / Wc = Z刀具 / Z工件）。这个运动确保了正确齿形的生成。

2）切削运动：刀具自身高速旋转，这是金属去除的主要动力来源。

3）轴向进给运动：刀具沿着工件的轴线方向移动，以加工出完整的齿宽。

4）径向进给运动：用于控制切削深度，通常在一次装夹中完成从粗加工到精加工的余量切除。

5）轴交角Σ：刀具轴线与工件轴线之间的夹角Σ是车齿加工的关键参数。它通常等于工件螺旋角β₂与刀具螺旋角β₁之和，即Σ = β₁ ± β₂。加工外齿时，刀具和工件螺旋方向相同时，取“+”，方向相反时，取“-”，加工内齿轮时符号选取规则与加工外齿轮相反。

二、车齿加工刀具

车齿刀的设计：车齿刀外观与插齿刀一样，但是设计原理和齿形完全不同，需要根据其加工原理进行设计。

制造：车齿刀的精度要求较高，根据DIN1829、DIN AA级对于齿形的要求最高达到2um。而DIN AAA（齿轮刀具行业内标准，非DIN1829文件定义）齿形精度要求更高，需要达到1.6um。

材料：1）高速钢：是目前最主流的选择，具有良好的韧性、耐磨性和可重磨性，性价比高。2）硬质合金：用于高速、高效加工，特别是在加工铸铁、粉末冶金材料或进行硬齿面车齿时，刀具寿命长，但成本和制造难度也更高。

涂层：通常涂覆有TiAlN、AlCrN等耐磨、耐高温的PVD涂层，以显著提高刀具寿命和切削速度。

结构：整体式：刚性好，精度高，常见于中小规格刀具。

三、加工设备

车齿加工需要在专用的车齿机床上进行。这类机床实质上是高精度、高动态响应的数控滚齿机或专用加工中心。

设备核心要求：

1）高同步性： 机床的各个运动轴（工件主轴C轴、刀具主轴B轴、进给轴X/Y/Z轴）必须实现极其精确的电子同步，以确保展成运动的准确性。

2）高刚性： 由于是连续切削，且切削力变化较快，机床结构必须具有很高的刚性，以抑制振动，保证加工精度和表面质量。

3）高转速： 车齿刀需要很高的切削速度（通常可达数百至数千米/分钟），因此刀具主轴必须具备高转速能力。

现代先进的车齿机床往往集成了车齿、滚齿、刮齿、测量等多种功能于一体，成为复合加工机床。

四、车齿工艺特点

1）优点：

极高的加工效率：是车齿最突出的优点。由于其连续切削的特性，材料去除率远高于插齿和滚齿。

高精度：能够稳定达到国标GB/T 10095的5-6级精度，甚至更高。齿形、齿向精度优良。

卓越的柔性：通过更换刀具和调整NC程序，可以快速适应不同规格齿轮的加工，非常适合多品种、小批量的生产模式。

一次装夹完成多工序：在复合机床上，可以在一台设备上完成车削外圆、端面、钻孔以及车齿加工，减少了装夹次数，提高了定位精度和整体效率。

优异的表面质量：连续的刮削式切削可以获得更好的表面粗糙度。

擅长加工特殊结构齿轮：特别适合加工双联/多联齿轮、带台肩齿轮以及内齿轮。在这些场合，插齿刀可能因空间干涉而无法加工，而车齿刀凭借其紧凑的结构可以轻松胜任。

2）缺点与挑战：

设备投资高：专用的数控车齿机床价格昂贵。

刀具成本高且设计复杂：车齿刀的设计和制造难度大，成本高于标准滚刀和插齿刀。

工艺调试复杂：需要精确计算和设置轴交角、转速比、进给量等大量参数，对编程和操作人员要求高。

对机床稳定性要求极高：任何微小的振动或同步误差都会直接影响齿形精度和刀具寿命。

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五、应用场景

车齿技术凭借其高效、精密和柔性的特点，在以下场景中具有不可替代的优势：

变速箱内齿轮： 如行星齿轮机构的齿圈，是车齿最经典的应用。

新能源车减速器齿轮： 对效率和轻量化要求高，车齿是生产其中内齿轮和双联齿轮的首选工艺。

多联齿轮和带台肩齿轮：当齿轮之间的轴向空间非常狭小，其他刀具无法介入时，车齿是唯一的（或最佳的）高效加工方案。

高精度内齿轮加工：在需要高精度和高表面质量的内齿轮领域，如高端液压泵、航空航天传动系统，车齿正在逐步取代插齿和拉齿。