1 引言
    眾所周知，剃齒加工和磨削加工是兩種不同的齒輪精加工方法。剃齒是在熱處理前進(jìn)行的（這也是剃齒加工受限的原因），而磨齒是在熱處理之后進(jìn)行的。近幾年來，隨著機(jī)械加工精度的不斷提高、數(shù)控機(jī)床的不斷完善以及加工軟件的迅速發(fā)展，齒輪精加工技術(shù)得以不斷發(fā)展，齒輪磨削精度、效率和各種功能已達(dá)到了極高的水平。由于新型陶瓷和CBN砂輪的使用，無論成形磨削還是展成磨削都獲得了很大的進(jìn)步，因此曾經(jīng)有人認(rèn)為，幾年以后剃齒加工幾乎會(huì)完全被磨齒加工取代，因?yàn)榇_實(shí)有很多過去用剃齒加工的齒輪現(xiàn)在改用了磨齒加工。但出乎人們的預(yù)料，目前在全球的齒輪生產(chǎn)中，剃齒加工還是最主要的齒輪精加工手段。
    2 剃齒工藝與磨齒工藝的對(duì)比
    齒輪剃齒工藝與齒輪磨削工藝并存的原因有很多，限于文章篇幅，僅作以下簡(jiǎn)單分析對(duì)比：
    （1）傳動(dòng)噪音的降低
    造成傳動(dòng)裝置噪音的原因主要有：①齒輪的精度（包括齒形、齒向、齒距等）；②裝置的精度（箱體孔系精度、中心距及其變動(dòng)量）；③變速箱的結(jié)構(gòu)（傳動(dòng)的剛性及變形）等。
    一直以來，齒輪生產(chǎn)商完全依賴齒輪磨削加工以改善整個(gè)齒輪的質(zhì)量。但盡管磨削加工工藝在保證齒輪加工精度方面幾乎完美無缺，可惜的是其加工費(fèi)用及投資成本很高，難以用較低的成本獲得高質(zhì)量的齒輪。另一方面，高精度的齒輪并不一定會(huì)保證傳動(dòng)噪音的降低。
    隨著數(shù)控剃齒技術(shù)的發(fā)展，借助于先進(jìn)的數(shù)控剃齒刀磨床，如今我們可以在幾十分鐘內(nèi)完成各種修形剃齒刀的磨削。與此同時(shí)，現(xiàn)在的剃齒機(jī)床通過程序可以控制所有的動(dòng)作。也就是說，目前我們已有能力實(shí)現(xiàn)幾年以前還無法實(shí)現(xiàn)的剃齒加工。雖然一些齒輪熱處理后的質(zhì)量還無法全面控制（淬火會(huì)造成某些齒輪、特別是結(jié)構(gòu)不勻稱的齒輪的變形，常見于車輛及拖拉機(jī)的變速裝置），但我們通過將剃齒精度控制在5級(jí)并設(shè)置剃齒的反變形措施，可以將汽車齒輪、尤其是那些用于自動(dòng)變速器中的行星齒輪的熱處理變形降到最低，從而穩(wěn)定齒輪的成品尺寸。
    采用先進(jìn)的剃齒加工工藝可將齒向精度提高2～3個(gè)等級(jí)（DIN標(biāo)準(zhǔn)），把齒形精度提高2～3個(gè)等級(jí)（DIN標(biāo)準(zhǔn)），把齒距的精度提高1～2等級(jí)（DIN標(biāo)準(zhǔn)），使剃齒表面粗糙度接近磨削加工表面粗糙度（Ra0.4～0.6μm），通過細(xì)致的剃前及剃齒加工得到5級(jí)精度（DIN3962）的齒輪（齒輪的內(nèi)在特點(diǎn)應(yīng)該符合剃齒加工的使用情況）。
    為了降低齒輪的嚙合噪音，我們通常要考慮到齒形和齒向的理論標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際情況。在剃齒生產(chǎn)時(shí)，必須檢查嚙合齒輪的嚙合狀況，有時(shí)還需進(jìn)行齒形的特殊修形，以降低傳動(dòng)噪音�，F(xiàn)在有了全數(shù)控剃齒刀磨床，這樣的修形是很容易實(shí)現(xiàn)的。
    （2）熱處理變形的消除或減小
    在中、大規(guī)模的生產(chǎn)中，通過分析研究因熱處理造成的齒輪齒形及齒向的變形，可以在剃齒加工期間加以補(bǔ)償量（反變形），以達(dá)到消除或減小熱處理變形的目的。
    由于理論齒向會(huì)與實(shí)際測(cè)量的齒向有差別，因此通過對(duì)剃齒加工工藝剃齒參數(shù)及特殊剃齒刀的各方面控制，達(dá)到理想的齒輪齒向精度，同時(shí)降低傳動(dòng)噪音，實(shí)現(xiàn)用低成本的剃齒工藝加工出與高成本磨齒工藝加工的相同質(zhì)量的齒輪，滿足各種變速齒輪的質(zhì)量要求。    （3）數(shù)控機(jī)床剃齒加工工藝的優(yōu)勢(shì)
    ①可完成各種齒形、齒向修形，獲得具有高精加工表面、良好齒形的齒輪；
    ②剃齒作為一種被廣泛采用的齒輪加工工藝，具有加工過程靈活而迅速、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)�？梢詫⑻挲X機(jī)床插入自動(dòng)生產(chǎn)線；對(duì)刀具可實(shí)現(xiàn)物盡其用；
    ③加工費(fèi)用低（包含機(jī)器折舊與工具費(fèi)用），維修費(fèi)用低，可降低成本。
    （4）齒輪剃齒工藝的適用范圍
    根據(jù)齒輪標(biāo)準(zhǔn)DIN3962，剃齒工藝的主要適用范圍為：
    ①DIN7～8等級(jí)：使用范圍：質(zhì)量要求不高的工業(yè)車輛、農(nóng)業(yè)機(jī)械、拖拉機(jī)和機(jī)床齒輪；汽車變速箱、低速的減速器等；
    ②DIN6等級(jí)：首先通過剃齒加工達(dá)到5級(jí)精度，則熱處理后達(dá)到6級(jí)是很容易實(shí)現(xiàn)的。使用范圍：各種汽車（包括質(zhì)量要求較高的汽車）的變速箱，工業(yè)車輛、機(jī)床、減速器用齒輪。這是應(yīng)用最廣泛的精度等級(jí)；
    ③DIN5等級(jí)：在剃齒加工后，通過對(duì)熱處理變形的控制，保證經(jīng)過熱處理后的齒輪成品精度不會(huì)改變。使用范圍：飛機(jī)的齒輪系，高品質(zhì)汽車，公共汽車，卡車，量?jī)x等。
    除此以外，有一些齒輪因不能磨削，也需要采用剃齒工藝來加工，如與大齒輪相連的小齒數(shù)齒輪或帶臺(tái)肩的齒輪、同步器等零部件。例如變速箱二軸的剃齒加工，被剃齒輪主要是用于車輛的傳動(dòng)裝置。由于二速齒輪不能磨削，因此必需剃齒（一般來說用插齒刀加工的齒輪都不能采用磨削加工）。
    當(dāng)然，對(duì)一些傳動(dòng)極大力矩的齒輪系（如重型卡車等）而言，盡管采用剃齒工藝同樣可以得到最終要求的精度，但目前多是經(jīng)過成形磨削加工的。這是因?yàn)槌尚文ハ魇过X輪的根部圓滑過渡，使齒輪變得更堅(jiān)固，傳動(dòng)中打齒的風(fēng)險(xiǎn)也大大減少，因此較大模數(shù)（4～8mm）的齒輪通常采用磨削加工。此外，DIN4等級(jí)以上的齒輪必須要采用磨削工藝。
    近年來一項(xiàng)快速發(fā)展的新工藝———內(nèi)珩磨工藝推動(dòng)了齒輪剃齒工藝的大量采用。由于CBN砂輪珩磨加工去除的金屬材料不多，珩磨齒輪的珩前誤差也不能很大，同時(shí)CBN砂輪的價(jià)格非常昂貴，如果熱處理造成的齒輪變形很大，為了便于切除材料，應(yīng)在熱處理前用具有變形補(bǔ)償?shù)奶挲X工藝切除較多的余量，并有效減少熱處理變形，這將有助于熱處理后的珩磨加工。
    （5）對(duì)比實(shí)例
    同樣加工自動(dòng)變速用的行星齒輪，采用磨削工藝可以在大約一分鐘內(nèi)獲得5級(jí)（DIN標(biāo)準(zhǔn)）齒輪；而采用剃齒加工獲得同樣等級(jí)的齒輪所需加工時(shí)間比一般磨削的減少13～15s。此外，剃齒加工僅僅需要一臺(tái)機(jī)床，而磨削加工卻至少需要三臺(tái)機(jī)床，所以選擇磨削加工的成本也是剃齒加工的兩倍。
    鑒于上述情況，在選擇齒輪加工工藝之前，首先應(yīng)估算所有費(fèi)用和利潤(rùn)。
    3 剃齒工藝的進(jìn)步
    （1）剃齒刀的改進(jìn)
    目前剃齒刀不像齒輪加工業(yè)使用的其它刀具那樣有很大的進(jìn)展（比如滾刀首先通過引進(jìn)TiN、TiAlN、TiCN涂層，并允許采用切削速度近200m/min的新型高速鋼材料，達(dá)到了很好的效果）。剃齒加工時(shí)，切除的材料不多，切削速度也不高，因此加工中刀具刃口的壓力不大。盡管如此，有關(guān)專家仍覺得有必要使剃齒刀刃口更加鋒利以便能降低損耗。剃齒刀的制造工藝沒有變化，涂層工藝對(duì)剃齒刀也沒有很大的作用（因?yàn)樘挲X刀容屑槽的側(cè)表面熱處理后不再加工，表面較粗糙，TiN涂層難以貼附在該槽側(cè)面上），因此專家們把注意力轉(zhuǎn)到了改善剃齒槽的側(cè)面粗糙度上�，F(xiàn)在開發(fā)的數(shù)控梳槽機(jī)已使剃齒刀容屑槽側(cè)面的加工表面粗糙度有了很大改變。此外，日本已有研究人員在有關(guān)刀具材料熱處理后的液化氮深冷處理方面進(jìn)行了試驗(yàn)。通過這種方法使剃齒刀材料的特性予以改變，平均使用壽命延長(zhǎng)，剃齒刀的性能也有所改善。
    另一方面值得強(qiáng)調(diào)的是現(xiàn)代數(shù)控剃齒刀磨床實(shí)現(xiàn)了靈活性、高精度及快速。這三個(gè)主要特點(diǎn)使采用剃齒工藝加工的齒輪精度得到了顯著的改進(jìn)。這也是剃齒工藝沒有被磨削工藝代替的另一個(gè)原因。
    （2）剃齒機(jī)床及工藝的發(fā)展
    近50年來，剃齒機(jī)床不斷地發(fā)展，剃齒技術(shù)日益完善。最新的數(shù)控剃齒機(jī)床可以執(zhí)行各種各樣的剃齒加工程序（包括軸向剃齒、對(duì)角剃齒、切向剃齒和徑向剃齒等），而且在對(duì)同一齒輪的剃齒過程中，可以從一種剃齒方法轉(zhuǎn)到另一種剃齒方法。這些特殊的工藝過程都是在數(shù)控（NC）的直接監(jiān)督和控制下實(shí)現(xiàn)的。數(shù)控剃齒的好處在于在剃齒過程中可實(shí)現(xiàn)切削速度、徑向進(jìn)給、行程等各種參數(shù)的控制，在剃齒過程中，進(jìn)給量、切削速度和行程長(zhǎng)度等參數(shù)都能進(jìn)行改變，更便于我們選擇不同的加工條件。在具體的剃齒加工過程中，除了上述標(biāo)準(zhǔn)剃齒方法以外，也可以選擇“漸進(jìn)對(duì)角剃齒（Progressive Diagonal Cycle）”、“不連續(xù)對(duì)角剃齒（Disjointed Diagonal Cycle）”、“混合剃齒（Mixed Cycle）”和“雙聯(lián)剃齒（Twin Linked Cycle）”等特定工藝。
    ①漸進(jìn)對(duì)角剃齒
    對(duì)角剃齒時(shí)，在齒向上可能發(fā)生的鼓形由工作臺(tái)圍著中心的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。這種動(dòng)作是繞x軸線擺動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的，是在計(jì)算機(jī)控制下完成的。x、y、w三軸線的協(xié)同運(yùn)動(dòng)可造成鼓形或者在齒輪的雙側(cè)面形成錐角。如果鼓形相當(dāng)大、擬切除的材料過量、要對(duì)齒輪進(jìn)行多次擺動(dòng)剃齒，可以設(shè)定x軸線的擺動(dòng)次數(shù)以便兩端的材料漸進(jìn)地切除。
    ②混合剃齒
    眾所周知，徑向剃齒比切向剃齒所用的時(shí)間短，但加工表面比較粗糙。解決辦法是通過徑向切削切除大量余量，然后進(jìn)行軸向或?qū)�角剃齒實(shí)現(xiàn)精加工。采用這種混合剃齒方法，可實(shí)現(xiàn)縮短剃齒時(shí)間和獲得良好剃齒表面質(zhì)量的統(tǒng)一。
    ③不連續(xù)對(duì)角剃齒循環(huán)、雙聯(lián)剃齒
    采用不連續(xù)對(duì)角剃齒循環(huán)和雙聯(lián)剃齒兩種特殊工藝可得到不同的齒向修正。例如：用不連續(xù)對(duì)角剃齒把加工程序分成三段，并根據(jù)每段的具體加工標(biāo)準(zhǔn)擬訂不同的鼓形和錐度要求。由此我們比較容易獲得特殊及不對(duì)稱凸形的齒向修正，從而能加工出與淬火后可能發(fā)生的變形相對(duì)應(yīng)的反變形齒形，改變齒輪的嚙合狀況，降低齒輪嚙合的噪音。