“克”制与“格”制在小模数螺旋锥齿轮加工中的应用分析

摘 要：本文首先对Klingelnberg齿制（简称“克”制）和Gleason齿制（简称“格”制）的加工原理进行介绍，然后通过理论与应用对比分析，得出两种齿制在品质上并没有优劣之分的结论，最后总结出造成当前两种齿制在小模数螺旋锥齿加工应用中误解的主要原因是加工设备选用和齿轮品质控制的问题，与齿制本身无关。本文对于广大小模数螺旋锥齿轮制造商、设备制造商和使用客户都有十分重要的理论和实际指导意义。

关键词：齿制；小模数螺旋锥齿轮；加工应用

1前言

螺旋锥齿轮有Klingelnberg齿制（以下简称“克”制）、Gleason齿制（以下简称“格”制）和Oerlikon齿制（以下简称“奥”制）之分。上世纪90年代初，由于Klingelnberg公司收购Oerlikon公司的螺旋锥齿轮业务，加之“克”制和“奥”制这两种齿制的齿轮均为延伸外摆线等高齿，我们可把二者合称为“克”制齿轮。

在小模数螺旋锥齿轮实际应用中，有很多齿轮生产厂家或使用厂家误认为格制优于克制齿轮，对此，本文通过两种齿制在理论上和实际应用中进行对比分析，得出两种齿制的推广使用与齿制本身无关，并更正一些错误说法。以期为广大小模数齿轮制造商、设备制造商和使用客户提供理论和实际参考指导。

2 格制与奥制齿轮的理论比较

2.1 格制齿轮加工原理

齿线是圆弧，齿高方向从大端到小端逐步降低，因此得名为弧齿收缩齿。其加工原理如下：

GLEASON齿制采用展成法加工，例如数控铣齿机的X、Y、A轴的联动模拟一个假想的齿轮（该假想齿轮被称为产形轮），刀盘的切削面是假想齿轮的一个轮齿。当工件即被加工齿轮与假想齿轮以一定的传动比绕各自的轴线旋转时，刀盘就会在工件轮坯上切出一个圆弧齿槽，所以，GLEASON齿轮加工是一个齿一个齿加工的。齿轮的切削过程就象一对齿轮的啮合过程一样。如图1所示：

图1 格制齿轮加工原理

2.2 克制齿轮加工原理

齿线是延伸外摆线，齿高方向从大端到小端不发生变化，因此得名为延伸外摆线等高齿。其加工原理如下：

图2 奥制齿轮齿线形成原理

克制齿轮采用端面滚齿法加工，图2所示为其产形轮齿线的形成原理，当假想的动圆绕定圆作纯滚动时，与动圆固连且同心的滚刀盘上的各个刀片的运动轨迹（延伸外摆线〕就形成产形轮的各个轮齿。设产形轮的齿数为 ，滚刀盘的头数为 （即滚刀盘上有 组内刀和外刀），产形轮和滚刀的相对运动可看作一对齿轮的啮合，其节圆就是上述定圆和动圆，显然，端面滚齿法的加工是连续的。

2.3 奥制与克制的异同

奥制与克制均为延伸外摆线等高齿，两者不同点在于，后者铣齿刀盘为分体的，在加工中机床可以实现独立调整凸面或凹面接触区，而前者是整体刀盘。

2.4 几种错误叫法正解

2.4.1 “外摆线弧齿锥齿轮”的说法是错误的：在网络或某些机床厂家的广告中，可以看到“外摆线弧齿锥齿轮”的词语，通过前面的理论介绍可知，外摆线是克制齿轮，圆弧齿是格制齿轮，外摆线与弧齿不能组合在一起。

2.4.2 人们习惯把等高齿通通叫做奥利康齿轮有欠妥当：在小模数齿轮领域，国内延伸外摆线等高齿加工机床一般为FK41B或H1003机床，而这两种机床是采用的克制原理，而在使用中，人们常常统称为奥制齿轮，这实际上是对齿制在理论上没有正确理解造成的。为此，下文只就克制和格制进行对比分析。

2.5 两种齿制理论比较结论

可见，两种齿制在理论上存在很大的差异，找不到孰优孰劣的必然联系。

事实上，格制齿轮与奥制齿轮在上世纪七十年代前后，以美国GLEASON公司为首的格制齿轮和以瑞士OERLICON公司为首的奥制齿轮曾经掀起过孰优孰劣的争论，后因从理论上拿不出确切的证据证明对方比自己差而出现了两种齿制共生共存的局面。

3 格制齿轮与奥制齿轮的应用比较

3.1 国外两种齿制的发展

KLINGENBERG公司1922年第一台铣齿机问世，1997年干切削机床Oerlikon C 28问世后，KLINGELNBERG公司在干切削技术方面逐步取得重大进展，2002年，其全系列干切削机 C 27 - C 42 - C 60，由于其高效、节能、精度高等特点使其其成为锥齿轮装备的领导者。该公司1989年第一台磨齿机问世，到2003年推出了全系列磨齿机。

其小模数齿轮加工机床FK41B在上世纪60年代前后得到了较广泛的应用，中国80年代中后期引进的FK41B铣齿机就是该公司60-70年代的产品。

GLEASON公司1874年发明了第一台锥齿轮机床，它开启了螺旋锥齿轮加工的新纪元。1983年第一台数控铣齿机PE 150 问世，1995年第一台干切削机床P 100 问世，1999年，其Ludwigsburg工厂有近50%的业务与磨齿机有关。其280C数控铣齿机由于其自动化程度高、换刀快速（在几秒钟内完成）和倒角同时进行等优点代表了现在铣齿机最先进的技术。

其小模数铣齿机凤凰102铣齿机在上世纪80年代在中国得到了广泛应用。

从上述两个公司齿轮技术发展看，都是在逐步向高自动化、高效率、高精度方向发展，但对于小模数螺旋锥齿轮，两种齿制的加工技术或装备技术似乎并未有突破性的进展，还停留在上个世纪70年代的水平。

如今，"克"、"格"制相互竞争，技术上也相互渗透，如GLEASON的数控铣齿机既能加工"格制"齿轮，也能加工"克制"齿轮；KLINGENBERG 生产数控铣齿机，也生产磨齿机，磨加工圆弧联轴器及磨加工"格制"齿轮（不能加工"克制"齿轮）。

从市场发展趋势看，由于我国高性价比的数控铣齿机问世，GLEASON公司的"格"制铣齿机生产量有所下降，"格"在圆柱齿轮加工机床方面也有较大发展。

从上面两个公司的发展也可以看出，两种齿制都得到了广泛应用，而且相互渗透，其品质并不存在孰优孰劣之分。

3.2 国内小模数齿轮齿制的发展

3.2.1 两种齿制设备应用差距

国内最先引进和消化格制机床的是天津一机，主要生产的小模数锥齿轮的机床为YK2212机床，比上海第一机床厂生产的克制机床H1003要早，但由于前者机床价格明显高于后者，在90年代国内小模数螺旋锥齿轮大发展时期，出于成本等因素的考虑，选择使用H1003机床的齿轮供应商更多，因此，后者在90年代市场上出现了应用更广泛的局面。

随着客户对品质的要求提升，2002年后，天津精诚等机床厂先后推出了数控铣齿机，极大地提高了锥齿轮的整体质量水平，加上日本岗岛机、国内厂家仿岗岛机在国内小模数齿轮厂家的装备，更是奠定了格制齿轮在小模数螺旋锥齿中的广泛应用地位。而克制齿轮由于低价竞争，生产厂家为了提升效率降低成本，而忽视了加工质量，加之H1003机床没有从根本上进行改进和革新，造成了事实上的克制齿轮比格制齿轮差的局面。

3.2.2 两种齿制设备对比分析

目前，国内加工格制小模数锥齿轮的机床主要有：天津一机的YK2212弧齿锥齿轮铣齿机、天津精诚的YH603数控铣齿机、日本岗岛机、仿岗岛机YHA2210等。上海第一机床厂 一九六五年开始生产 Y 2312 型直齿锥齿轮刨齿机，一九六六年开始生产 Y 2212 型弧齿锥齿轮铣齿机等。

国内加工克制小模数锥齿轮的机床主要有：上海第一机床厂的H1003机床以及部分小厂家改造或组装的专用数控铣齿机。

从两类机床对比分析，以YH603数控铣齿机为代表的机床代表了格制国际国内较高的小模数齿轮加工水平，而H1003机械式机床还停留在上世纪90年代的水平，目前国内的FK41B机床是上世纪90年代引进的KLINGELNBERG公司上世纪六、七十年代的设备，因此无法代表克制齿轮的最高水平。

3.2.3 两种齿制实际应用场合差异分析

一般"克"制齿轮连续切削效率较"格"制高，当被加工齿轮传动比较大，大轮易发生二次切削，齿坯的小端须切除一部分，实际上，“克”制齿轮在电动工具DIY（低端客户）中的广泛使用使得很多使用客户误解为"克"制齿轮为品质较低的齿轮。

但在大批量生产方面"格"制的五台机床，五把刀，以及半滚切方法，等功率切削方法等确实效率高，因此欧美汽车齿轮行业普遍采用"格"制。

近年来小排量轿车被用户接受，小排量轿车采用 J 传动，出现了并无螺旋锥齿轮（无准双曲面齿轮）即前轮驱动的新情况。

小模数螺旋锥齿轮广泛应用于电动工具、工业缝纫机、减速机等行业。而电动工具占有量十分巨大，达到了整个小模数螺旋锥齿轮使用量的60%以上。电动工具由于其客户终端品质要求差异很大，从HPP到OPP再到DIY，都有各自的使用群体，为此，就有了齿轮制造商为了满足不同客户需求而生产各种品质齿轮的现状。

3.2.3 两种齿制应用比较结论

可见，造成当前两种齿制齿轮质量差异的原因主要是对加工设备选用和齿轮品质控制的问题，与齿制本身无关。

例如，世界顶尖电动工具制造商喜利得公司在中国上海投资后，部分齿轮必须按照原德国设计的克制齿轮加工。又比如长沙双星使用H1003机床生产的克制齿轮一直应用在精品机中。

因此只要能满足最终使用客户的要求，不论是何种齿制，都是可以实现的。

4 结论与展望

可见，格制齿轮与克制齿轮在理论上不存在孰优孰劣的情况。而在小模数螺旋锥齿轮实际应用中，存在着格制齿轮品质优于克制齿轮的实际现象，主要原因是加工设备选用和齿轮品质控制的问题，与齿制本身无关。

随着社会的发展和科技的进步，小模数螺旋锥齿轮发展的主题仍然是高质量、低成本。出于市场竞争的需要和对劳工的需求依赖度降低的需要，齿轮制造商对于铣齿机的自动化程度、可靠程度和高效率将更加迫切。因此国内两种齿制的学者、设备制造商以及齿轮制造商在以下发展方向值得关注：

（1）自动上下料、快速换刀具（夹具）应用到齿轮机床制造中，以提高加工效率；

（2）把干切削和磨削技术也应用到小模数齿轮加工中，以提高齿轮品质。

（3）高品质粉末冶金齿轮的应用。

参考文献：

[1]罗建勤.螺旋锥齿轮齿制对电动工具噪声的影响.电动工具，2009，（4）： 6～7；

[2]曾韬，吕传贵.螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮的端面滚齿法[J].机械传动.1996年S1期