ARCHIVE 04齿轮加工机床的谱系

用进口机床切齿，实现滚齿机国产化（1897–1926 年）

据说日本最早用机床切削齿轮轮齿，是在 1897 年用美国 Cincinnati 公司的 2 号万能铣床和成形铣刀（齿槽形状的刀具）逐槽铣削铸造齿轮^[1][2]。1901 年购入了美国 G&E 公司、1903 年购入了美国 Cincinnati 公司的自动切齿机，切齿的效率和精度随之提高^[1]。

最早的滚齿机

用滚刀连续切齿的滚齿机，据说最早是 1906 年前后德国 Pfauter 公司的机床进口到石川岛和吴海军工厂^[1][2]。进入大正年间后扩展到民间：1914 年，大阪市西区九条一家专门切齿的工厂（丸三制作所）安装了英国制滚齿机，据说这是切齿业者最早引进外国制滚齿机。同年，大阪府立西野田职工学校也引进了 Pfauter 公司的滚齿机；次年 1915 年，大阪的植田铁工所引进了美国制 600mm 滚齿机^[5][1]。锥齿轮方面，美国 Gleason 公司的展成式锥齿轮切齿机于 1915–16 年进入汽车制造会社（机车厂商）和池贝铁工所^[1]。

40 英寸滚齿机：国产化

第一次世界大战中进口减少，滚齿机的国产化迅速推进。据会田俊夫《齿轮的技术史》记载，1917 年园池制作所制造了 40 英寸（可切削约 1m 以下的齿轮）滚齿机。该机带有差动齿轮机构，便于切削斜齿圆柱齿轮，据说因优于当时广泛使用的不带差动机构的进口机床而广受好评。1918 年池贝铁工所制造了 24 英寸滚齿机；1920 年，京都的樫藤铁工所（今天的樫藤（Kashifuji））以德国 Pfauter 公司的滚齿机为样板，完成了 40 英寸滚齿机^[1]。而樫藤（Kashifuji）自己的沿革称，创始人樫藤留三郎于 1918 年试制了 40 英寸滚齿机的 1 号机，开始制造京都市电维修用的齿轮（该公司称之为“国内第一台滚齿机”），两者相差 2 年^[6]。这可能是试制与完成的区别，但尚未得到证实。

大型滚齿机方面，佐贺县的唐津铁工所于 1921 年制造了切削蒸汽轮机用小齿轮的滚齿机，1923 年制造了 6 英尺蜗轮滚齿机，1924 年制造了 7 英尺滚齿机。会田总结说：“到大正末期，各种滚齿机的国产化已基本完成。”不过，切削军舰和商船主机涡轮齿轮的大型齿轮加工机床，仍是英国 William Muir 公司、美国西屋（Westinghouse）公司等的外国产品^[1]。

1921 年在大阪举办的国产机械展览会上，调查参展车床的齿轮制法，结果是用专门的齿轮加工机床切削的有 15 台，用铣床切削的有 6 台，齿形经过磨削的有 1 台^[1]。可见齿轮加工机床正逐渐普及到车床厂家。

“40 英寸”“7 英尺”是什么意思？滚齿机的大小以能切削的齿轮最大直径来称呼。40 英寸约为 1,000mm，7 英尺约为 2,100mm。差动齿轮机构是在切削斜齿圆柱齿轮时，配合滚刀的进给让齿轮略微多转一点的装置；有了它，就更容易用交换齿轮（挂轮）设定斜齿圆柱齿轮的螺旋角。

昭和初期与战时：插齿机与磨齿机（1926–1945 年）

进入昭和年间，滚齿机扩充了通用机型的产品线。樫藤铁工所于 1928 年推出 14 英寸的 K0，1930 年推出 24 英寸的 K1，1931 年推出 40 英寸的 K2^[6]。滚齿机以外的齿轮加工机床，以及磨削淬火齿轮的磨齿机也开始制造；1930 年，冈本工作机械制作所接受吴海军工厂的订单，完成了国产第一台直齿圆柱齿轮磨床 ASG-2 型（第 3 章）^[7][1]。尽管如此，汽车和飞机的精密齿轮仍是用进口机床切削的^[1]。

战时的试制命令

根据 1938 年的《工作机械制造事业法》，国家指定机床的试制可获得奖励金。其品目中包括齿轮磨床和齿轮加工机床（含蜗轮切齿机，但不含滚齿机）^[8]。1940 年美国禁止对日出口机床后，商工省列出应实现国产化的机床清单，命令各公司试制，于是出现了直接以外国一流厂家的机床为样板的齿轮加工机床。为配合“航空第一”的方针，重点是切削航空发动机齿轮的机床^[1]。唐津铁工所于 1940 年奉政府特命开发了插齿机，该公司称之为国产第一号机^[3]。

关于战时国产滚齿机的精度，留有大阪一位齿轮业者的回忆。用樫藤的 14 英寸滚齿机切削模数 2.5、20 齿的齿轮，公法线长度的误差约为 0.03–0.04mm，据说在当时属于最好的一类^[5]。

汽车齿轮的量产与技术合作（1945–1978 年）

战后，齿轮加工机床成为最依赖进口的机床之一。从统制价格时代到 1949 年的市场价格，滚齿机的价格上涨了 39 倍^[8]。汽车变速箱齿轮的量产模式是先滚齿、再剃齿（把齿面薄薄削去一层的精加工），但剃齿刀依赖进口，能重磨剃齿刀的公司也很有限。不二越钢材工业（今天的不二越）应汽车厂家的国产化要求，于 1953 年 11 月与美国 Michigan Tool 公司在剃齿刀制造技术方面开展合作^[2]。

生产型滚齿机的时代

面向量产的“生产型滚齿机”也出现了国产机。樫藤铁工所于 1954 年推出 KS20，1956 年推出 KS14^[6]，1963 年的《国产机床综合目录》中刊载了其精密生产型滚齿机 KS-14、KS-20 型和万能滚齿机 KR 型。同一目录的滚齿机一栏中，列有唐津铁工所、冈本工作机械制作所、新三菱重工业（三菱 Lorenz）、东芝机械（大型）、浜井产业、丰和产业（小型自动）、岩佐铁工、清和铁工等，另外还有插齿机、锥齿轮切齿机、磨齿机、齿轮精加工机床的栏目^[10]。刀具厂家不二越为发挥自家齿轮刀具的优势，于 1961 年开发生产型滚齿机，1962 年开始销售，1966 年又推出了高速插齿机^[2]。

三菱 Lorenz 与技术合作

三菱重工业于 1961 年与西德 Lorenz 公司在齿轮加工机床方面开展技术合作，在京都制作所开始生产立式滚齿机“三菱 Lorenz”（尼得科机床的“产品的历史”记为 1962 年）。1964 年开发了花键滚齿机，1966 年以瑞士 Reishauer 公司的技术开始生产 NZA 型磨齿机，并于 1968 年 3 月成功实现国产化^[9][11]。在汽车产量增长的 1960 年代后半期，三菱的滚齿机产量虽然达到 1963 年度前后的近两倍，但 1967 年度仍积压了交货期超过 1 年的订单^[9]。

尽管如此，1968 年机械振兴协会的调查总结称“国内机床需求中，最依赖外国机床的是齿轮加工机床和齿轮精加工机床”，并写道弧齿锥齿轮切齿机国内市售产品很少，美国 Gleason 公司举世闻名^[12]。在同年日本工作机械工业会汇编的数控机床目录中，用“滚齿机”“切齿”查找，也找不到齿轮加工机床^[23]。

走向自主技术

1970 年代初，各公司从合作方的技术转向自有技术。三菱重工业于 1971 年解除与 Lorenz 公司的合作，转为用自有技术生产，1972 年推出高性能滚齿机 GH 系列（GH200、GH300），随后又推出高速插齿机 SH 系列和 SV 型剃齿机^[9]。不二越于 1971 年与西德一家滚齿机专业厂家，在内齿轮刮齿机和生产型滚齿机（SH-180 型等）方面开展技术合作^[14][2]。

用硬质合金滚刀高速切削的“硬质合金滚齿”，也在这一时期从机床方面实现了实用化。不二越于 1974 年用直接驱动滚刀轴、大幅减少振动的滚齿机，证明了硬质合金滚齿可以实用^[2]。樫藤铁工所于 1976 年完成了硬质合金滚齿的实用机 KS300HD^[6]。大型齿轮方面，唐津铁工所于 1975 年制造了可切削直径 13,000mm 齿轮的超大型滚齿机（该公司称为世界最大级）^[3]。

数控滚齿机（1979–1993 年）

滚齿机必须让滚刀和齿轮的旋转严格同步地持续转动，长期以来靠分度蜗轮（母蜗轮）和交换齿轮以机械方式实现同步。其数控化比始于 1950 年代的车床和铣床晚了约 20 年。樫藤铁工所于 1979 年将滚齿机 CNC 化（该公司称为“业界首创”），1982 年推出 CNC 滚齿机 KB200^[6]。三菱重工业于 1980 年开发了数控滚齿机 GH400NC。国立科学博物馆的数据库称其为国产第一台数控滚齿机，可进行模数 12 以下的重切削，滚刀轴转速为每分钟 60–350 转无级变速，用数控控制 5 个轴^[15][11]。

1985 年的《三菱重工技报》介绍了采用 FANUC 6MB 数控装置的数控滚齿机 GA 系列^[16]。三菱的齿轮加工机床于 1986 年 11 月达到自 1961 年以来累计 3,000 台^[9]。插齿机方面，唐津铁工所于 1980 年制造了面向汽车、摩托车的 250mm 高速插齿机，1989 年开始销售成形磨齿机^[3]。

★干切、刮齿、磨齿（1994 年起）

1990 年代以来，齿轮制造朝着让“滚齿 → 淬火 → 磨削精加工”流程更快、更清洁的方向发展。三菱重工业于 1994 年推出使用电镀 CBN 砂轮的 CNC 磨齿机 ZG400（第 3 章）^[17]，2009 年又推出量产用内齿轮磨齿机 ZI20A（该公司称为世界首创）^[11]。

干切

1997 年，三菱重工业完成了完全不使用切削油的齿轮干切系统（该公司称为世界首创）。2002 年将其产品化为干切滚齿机 GE 系列^[11]。

刮齿

刮齿是高速切削内齿轮的方法（使齿轮形刀具倾斜并与齿轮同步旋转，以刮削的方式切削），其构想由来已久：1969 年行业杂志就刊登了西德 Pfauter 公司的刮齿机^[13]，1971 年不二越引进了内齿轮刮齿机的技术^[14]。日本国内各公司的机床和刀具到 2014 年才齐备：樫藤（Kashifuji）的刮齿机 KPS20、唐津铁工所的刮齿机 GSV-25N、三菱重工业的超级刮齿刀相继推出^[6][3][11]，三菱重工工作机械 2016 年推出的超级刮齿机 MSS300 于 2017 年获得日本机械学会奖（技术）^[11]。刮齿和干切的技术内容，在文章《解决齿轮刮齿两大弱点的新技术》（干式气冷刮齿与淬火后内齿轮的精加工）中有详细介绍。

现在的阵容

三菱重工业的机床业务于 2015 年分拆为三菱重工工作机械，2021 年通过业务转让归入尼得科旗下（即今天的尼得科机床）^[18]。唐津铁工所于 2016 年更名为唐津精密，2024 年完成了国内最大级别的插齿机 GS-4N 型^[3]。齿轮精加工机床方面，洋马集团的神崎高级工机制作所以剃齿机为主，还生产插齿机、磨齿机、珩齿机，并称其用户 9 成与汽车相关^[22]。目前的齿轮加工机床、磨齿机厂家，整理在齿轮刀具与齿轮加工机床厂家中。

在现场有什么用？阅读二手齿轮加工机床或旧图纸时，看看“有没有差动机构（能否切斜齿圆柱齿轮）”“是靠分度蜗轮副同步，还是靠数控电子齿轮箱”“转速能否达到硬质合金滚刀的要求”“是否需要切削油”，就能知道这台机床的年代和擅长的工作。