解决强力刮齿两个弱点的新技术：图解不二越“空气刮齿系统（Air Skiving System）”与 Liebherr 的“SkiveFinishing”

强力刮齿回顾

强力刮齿是让小齿轮形刀具与工件的轴线斜向交叉，二者按固定速比同步旋转并沿轴向进给来切齿的方法。轴线交叉使刀刃与齿面之间产生滑移速度，它就成为切削速度^[6]。与滚刀不同，它也能加工内齿轮；又不像插齿机那样往复运动，所以速度快。换用刮齿代替插齿机后，加工时间约为 1/3（据不二越称）^[2][3]。车削、钻孔与刮齿集于一台的复合机也多了起来^[3]。

不过，这对刀刃来说是很苛刻的加工。从刀刃切入齿槽到切出，刀刃的方向（工作前角）变化很大，在仿真示例中从 −1.2° 一路偏向负值，直至 −47°。切入初期后角也很小，容易造成磨损和崩刃^[6]。刀具的形状会改变切削力，在佐贺大学的测量中，圆锥形刀具的切削力比圆柱形的小^[7]。JTEKT 开发了一个程序，可计算加工中的切削状态来选择刀具和条件，并确认了它与实际刀具磨损的表现相符^[8]。

弱点 1：刀具容易损坏——热冲击与切屑

刮齿是刀刃不断切入、切出齿槽的断续切削。切削时刃口升温，空转时冷却。此时若浇切削油，刃口每次都被急速冷却，巨大的温差拉扯表面，产生梳状裂纹，最终崩刃。不二越也说明，使用切削液的断续切削因热冲击使刀具寿命短，运行成本一直是个难题^[2]。

从研究看“干切更耐用”

德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究小组，用涂有 AlCrN 涂层的硬质合金单刃刀具对调质处理的 31CrMoV9 内齿轮进行刮齿，比较了干切和浇油的情况（以后刀面磨损宽度 60µm 为寿命）^[5]。

• 抗拉强度 1,200MPa 的材料：干切时磨损均匀缓慢地发展，没有崩刃和裂纹，寿命是浇油时的 1.5～3 倍^[5]
• 1,400MPa 的硬材料：容易崩刃，会从前刀面的凹坑突然损坏，而干切推迟了损坏的到来，寿命 延长 50～150%（与浇油相比）^[5]
• 切削速度从 100 提高到 140m/min，寿命也没有大幅下降^[5]
• 不过磨损加剧后，干切的加工表面会变粗糙^[5]

那么全部改成干切就行了吗？内齿轮会出现另一个问题。切削油不再冲走切屑，所以切屑会粘在齿轮内侧，被刀刃卡入，反而使刀具更快损坏^[1][4]。

不二越的“空气刮齿系统（Air Skiving System）”

不二越于 2025 年 8 月上市的空气刮齿系统，是在保留干切优点的同时，用吹气解决切屑问题的方案。据称它可装在该公司的刮齿复合加工机 GMS 系列上，也能用于外齿轮、内齿轮、台阶齿轮和盲孔形状^[1]。

• 吹气单元：由外部喷嘴和气帽两部分形成气流^[1]
• 干式刮齿刀具：在高耐磨刀具材料（FAXG1）上，加上提高耐热性的新涂层 Hyper DS1（AlCrXN 系多层膜，带表面平滑处理）^[2][4]

刀具寿命从使用水溶性切削油刮齿的 50 件，提高到干切的 330 件，达到 5 倍以上，与油性插齿（120 件）相比也有 2.5 倍以上。即使加上吹气所用的电力，由于不再需要泵、油温控制器和废油处理，整套设备的 CO2 也从每年 6.0t 降到 3.5t，减少 41%（据称）^[2]。销售目标为每年 15 台^[1]。数字均为厂商试验得出的值。

弱点 2：淬火后的内齿轮

内齿轮会因淬火而变形，所以要提高精度，必须在淬火之后再精加工。用切削刃切削 60HRC 左右硬齿的方法就是硬刮齿，它能在短时间内消除变形，但一直被认为刀刃磨损快，精度和表面细腻度有极限^[11][9]。

硬刮齿的最新实例

• 不良率大幅下降的试制：据 Liebherr 的客户杂志报道，在某内齿轮的试制中，淬火后进行硬刮齿，原先最高 30% 的不良率几乎降到 0（与 Eaton 的试制）^[10]
• PCBN 刀具的量产实例：2026 年 Gear Solutions 的文章称，在电动汽车用内齿轮（模数 1～2、直径 120～250mm）上，每件 81 秒，Ra 低于 0.1µm、Rz 低于 0.6µm，把淬火后 80～160µm 的跳动降到 20µm 以下，达到 ISO 5 级；用于插电式混合动力车时，平均加工余量 55µm，每件 36 秒，重磨 1 次平均加工 2,700 件，刀具成本每件 1.5 美元^[9]

Liebherr 的“SkiveFinishing”

Liebherr 把淬火后内齿轮的精加工归结为二选一：“速度快但精度有限的硬刮齿”，或“精度最高但耗时费钱的成形磨齿”。填补两者之间空白的方法，就是 SkiveFinishing。它保持与刮齿相同的运动，只是把刀具换成了无需修整的电镀 CBN 刀具。它于 2025 年 9 月在德国汉诺威的 EMO 展会上首次公开^[11]。

• 刀具）：呈球状，有多个可用的窜刀位置。沿接触线轴向进给，某个位置磨损后就窜到下一个位置。可通过 CBN 磨粒的大小调整粗糙度^[11]
• 齿面修形：齿顶修缘、鼓形修整、齿向修形，也能直接加在内齿轮上（以前需要费事的成形磨齿或特殊的修整）^[11]
• 强度：齿面留有较高的残余应力，据称可提高齿面强度^[11]
• 刀具再生：完全磨损的刀具，在德国埃特林根工厂再生^[11]
• 精度：在该公司刮齿机 LK 280、LK 500 上的首次试验中，达到 ISO 1328 的 5 级、Ra 低于 0.4µm^[13]

2026 年的客户杂志称，确认可行性的工作已经完成，正与大型客户一起在量产条件下进行优化^[12]。主要用途包括飞机、电动汽车的静音变速器，以及卡车和拖拉机的行星齿轮^[11]。

两项技术的比较

出处：不二越的资料^[1][2]、Liebherr 的资料^[11][12][13]。数字均来自厂商的发布。

在现场有什么用

常见问题

刮齿是不是全部改成干切更好？

在刀具寿命方面，已经得出了有利的结果^[5][2]。但内齿轮的切屑容易粘附，磨损加剧后表面也有变粗糙的倾向，所以必须同时确定切屑的处理方法和换刀的标准^[5][4]。

空气刮齿能装到现有的刮齿机上吗？

据发布信息，它可搭载于不二越的刮齿复合加工机 GMS 系列^[1]。能否装到其他机床，资料中没有写，请向厂商确认。

SkiveFinishing 与磨齿有什么不同？

用磨粒切削这一点与磨齿相同，但它不像成形磨齿那样逐齿加工，而是通过刮齿的运动连续精加工齿面。刀具不修整，磨损后窜到下一个位置，最后在工厂再生^[11]。

硬刮齿和 SkiveFinishing 该如何区分使用？

硬刮齿用切削刃（硬质合金或 PCBN）切削，速度快、经济。SkiveFinishing 则被认为是以更高精度和更细腻表面为目标的方法^[11][9]。

用展成磨齿把淬火后的内齿轮磨得像镜面一样的方法，请见 内齿轮抛光加工的文章；包括刮齿在内的齿轮加工方法，请见 齿轮的加工方法；刀具寿命的思路，请见 刀具寿命的文章一文中。