ITALY 07意大利齿轮机床的谱系

进口的齿轮加工机床与 Torino 的汽车工厂（1877—1930 年代）

意大利与齿轮机床有关的最早记录，见于美国 Gleason 的公司史。Rochester 的 Gleason 制造的锥齿轮加工机床在 1877 年首次卖到海外，意大利就是它的顾客^[1]。当时的锥齿轮加工机床使用描摹齿形的样板（template），让刀具沿着样板切削齿面（Gleason 的发展见美国齿轮机床一章）。

1908 年，Milano 技术杂志图解的“不用样板”的齿轮加工机床

汽车开始行驶后，变速器和后桥需要大量的锥齿轮。Milano 的技术杂志《Il Politecnico》在 1907—08 年刊载了 Alfredo Galassini 的长篇连载“Dentatrici coniche senza sagoma（不用样板的锥齿轮加工机床）”。1908 年卷介绍的，是 Gleason 在完成使用 3 块样板的机床之后制造的新型无样板机床。插图是根据 Torino 一家大型汽车工厂里实际运转的机床绘制的^[2]。

这种机床把锥齿轮的啮合对象设想为一个平的假想冠轮。2 把刀具相当于该冠轮 1 个齿两侧的齿面，让坯料齿轮和刀架按冠轮与齿轮啮合时的速比一起转动，随着刀具往复运动，齿面形状便作为“包络线”一点点切出来。1 个齿的两侧切完后刀具退回，分度装置把齿轮转到下一个齿。其优点是无需重做样板，就能按齿数和齿的大小加工出正确的齿形^[2]。这种“与假想冠轮一起滚动”的思路，至今仍体现在锥齿轮的展成加工机床上。

1909 年的考察报告：Itala 与 Rome 的工厂

1909 年 5 月，美国商务劳工部的 Godfrey Carden 访问了 Torino 的汽车公司 Itala（约 800 人）。工厂里排列着美国 Springfield 的 Fellows 插齿机、Brown & Sharpe 的 26 英寸齿轮加工机床 3 台、德国 Reinecker 的齿轮加工机床和 Biernatzki 的滚齿机。意大利制造的机床则有 Torino 的 Dubosc（报告中拼作 Dubose）的齿轮加工机床^[3]。Fellows 插齿机让齿轮形的刀具（插齿刀）上下运动，同时与坯料一起转动来展成齿形，能加工变速器的阶梯齿轮和内齿轮。Brown & Sharpe 的齿轮加工机床则是用齿槽形状的刀具逐槽切削的成形法自动机。展成法与成形法、美国制与德国制并列在同一个工厂里，这就是这个时代意大利的样貌。

Rome 的陆军精密工厂 Laboratorio di Precisione（约 150 人，制造测距仪和瞄准器）有美国 Bilgram 的锥齿轮刨齿机。Bilgram 是用 1 把刀具往复运动来展成锥齿轮的机床。Carden 写道，他听说这台机床是直接从美国购买的，铭牌上却标着意大利公司的名字。同一工厂里还有英国 Greenwood & Batley 的老式万能斜齿轮加工机床^[3]。

Lancia 的切齿部门（1911 年）

1911 年，Torino 的 Lancia 在 Borgo San Paolo 的新工厂里设立了切齿部门。从旧工厂集中了 Bilgram 2 台、Fellows 1 台、Brown & Sharpe 2 台、Savant 1 台，从合并的 Fides 集中了 Gleason、Brown & Sharpe、Reinecker，战前又添置了 Brown & Sharpe 和英国 Sunderland 的机床，再加上 Gleason 和 Fellows。齿轮加工机床从 1907 年的 2 台增加到 1914 年底的 17 台^[4]。调查了设备台账的 Bigazzi 和 Subbrero 认为，这种几乎集齐所有类别厂家与机型的阵容，体现了该厂勇于试用新机床的姿态。英国的 Sunderland 是用齿条形刀具展成齿形的刨齿式齿轮加工机床。1924 年 6 月美国行业杂志《American Machinist》的文章认为，在使用美国制齿轮加工机床方面，Lancia 居欧洲之首^[4]。

这个时代的变化。汽车齿轮既要转得安静，又要能大量生产。从描摹样板的机床，转向与配对齿轮“一起滚动”来形成齿形的展成机床（Bilgram、Gleason、Fellows、Sunderland、滚齿机）之后，齿形精度就由机床和刀具决定，即使没有手艺高超的工匠，也能做出同样的齿轮。意大利的工厂往往在这些机床于美国刚上市不久就买了下来。

战后复兴与 Samputensili、Sicmat（1948—1974 年）

被运走的齿轮加工机床

第二次世界大战结束时，意大利北部工厂的机床被德军运走。战后的官报多次刊登从德国和奥地利追回的机床清单，请求所有者申请归还。1949 年 7 月的第 11 次清单中有 Torino 的 Sicmat 的摇臂钻床 2 台，10 月的第 12 次清单中有加工蜗杆和齿轮的小型齿轮加工机床 Italmikron D-55 8 台（最大模数 3，附交换齿轮箱）^[8][9]。无法追回财产的补偿清单一直持续到 1968 年，其中也有 Bologna 的 Minganti 的齿轮加工机床 2 台^[17]。这些都证明，意大利在战前就已经在制造齿轮加工机床和其他机床。

Marshall 计划的齿轮加工机床

大型汽车公司用美国的贷款购买新机床。Lancia 在 1948—50 年获得美国贷款（IMI-Eximbank 和 ERP＝Marshall 计划），向美国订购的设备中有包括新型 Gleason 在内的齿轮加工机床 6 台。1951 年 1 月的追加申请（因援助未能持续而未实现）中，列有美国 Barber-Colman 的自动滚齿机 6 台，理由写着“1 人可看管 3～4 台，因此能廉价地批量生产齿轮”。计划中还有用于精加工锥齿轮副的 Gleason 研齿机^[4]。1959—63 年，Lancia 的齿轮加工机床从 52 台增加到 97 台，并用上下料装置自动更换工件，发展到 1 人看管 9 台一组的程度^[4]。自动滚齿机的目的，与其说是让单台机床更快，不如说是增加 1 个人能看管的台数。

在冷战中，齿轮加工机床也是战略物资。1950 年 9 月，美国杂志《U.S. News & World Report》把“意大利的切齿机械”列为被认为流向共产主义阵营的物资之一^[10]。

Samputensili 的诞生（1949 年）

1949 年，Bologna 的精密机械公司 SAMP（Società per Azioni Meccanica di Precisione）分出了一个制造齿轮刀具的独立部门 Samputensili（意为“SAMP 的刀具”）。SAMP 是 Gaetano Maccaferri 于 1936 年作为线材机械小工厂创办的公司，因买不到好的齿轮而自己制造齿轮，战争期间向空军供应精密齿轮^[5]。最初的客户是意大利空军，员工 20 人。由于当时市售的机床达不到刀具所要求的品质，他们连制造刀具的机床也自己做^[6][7]。飞机发动机和变速器的齿轮必须轻、强，而且精度高，加工这些齿轮的刀具要求的精度格外严格。1952 年，该公司在德国设立了销售办事处^[6]。

同在 1952 年 9 月，美国商务部的周报刊登了 Bologna 的 Samputensili 的提议：希望以美国的许可制造齿轮刀具、插齿机、滚齿机、圆盘剃齿刀，希望出口这些刀具，并希望购买工具钢^[11]。可见这家刀具公司已经把目光投向了使用刀具的机床。

进口自由化，以及依赖进口的大型齿轮机床

1957 年 6 月，意大利政府在放宽从美元区（美国等）进口的商品清单中，加入了直径 800mm、模数 8 以上的插齿机，超过 40 t 的单轴滚齿机，人字齿轮加工机床，齿轮滚轧机和磨齿机^[13]。用于大齿轮和淬火后齿轮精加工的机床，国内还造不出来，必须从美国购买。英国的行业杂志在 1960 年也写道，意大利机床工业在战后迅速成长，但国内市场小的机种仍依赖进口^[14]。

Sicmat 的剃齿机（1961 年）

在这种情况下，Torino 的 Sicmat（Stabilimento Industriale Costruzione Macchinario Attrezzature Torino）制造了用于汽车齿轮精加工的剃齿机。1961 年英国行业杂志介绍的万能剃齿机 SSU 310，可加工直径 1～12 英寸（约 25～305mm）的齿轮，刀头可左右摆动最多 25°。放上工件按下按钮，主轴箱和尾座就由气动夹紧，防护罩关闭，工作台升起与剃齿刀啮合，按设定的往复次数运动后结束 1 个循环^[15]。

剃齿是让带细槽刃的齿轮形刀具与齿轮轴线略微交叉地啮合旋转，把齿面薄薄削去（0.1mm 左右）的精加工。由于轴线交叉，齿面之间会横向滑动，刀刃就靠这种滑动切削齿面。SSU 310 具备的 3 种进给方式是：让工作台沿齿轮轴向往复的普通（纵向）进给、斜向进给以利用剃齿刀整个宽度的对角进给（diagonal）、用比齿宽更宽的剃齿刀沿与齿轮轴垂直方向进给的切向进给（underpass）。一般来说，斜向或垂直方向的进给，单件时间更短，剃齿刀的磨损也更均匀。“滚齿 → 剃齿 → 淬火”成为战后汽车变速器齿轮的标准工序（德国 Hurth 于 1946 年制造斜齿轮剃齿机一事，见德国齿轮加工机床一章）^[1]。

电子测量的齿轮检测仪（1967 年）

Samputensili 还制造了用于确认刀具精度的测量仪器。1967 年 3 月，该公司的 Carlo Occhialini 和 Claudio Tattini 在意大利申请了检测螺旋面（滚刀和蜗杆的螺旋）与渐开线齿形的机器，1970 年在美国也获得专利 3,534,481^[16]。这台机器用随旋转读取的读头，拾取记录在 2 个旋转鼓上的频率，以两个频率的相位差来测量旋转传递的误差（传动误差）。这是用电信号比较齿轮转动时“超前、滞后”的思路，是从用机械齿轮和指针描摹齿形的测量转向电子式测量的早期例子。英国行业杂志 1969 年的索引中，也刊有 Samputensili 的 SU 130 型滚刀、蜗杆检查仪^[18]。

1971 年，Samputensili 在南部的 Ortona（Chieti 省）开设新工厂，1974 年在法国和巴西设立子公司。巴西工厂后来成为集团主要的刀具工厂之一^[6]。

精加工的机床：倒角、刀具刃磨、磨齿（1975—1997 年）

倒角与去毛刺：修整齿端

用滚刀切齿后，齿端会留下毛刺（翻边）和锐角。如果就这样剃齿或淬火，锐角会崩掉，或淬火过度而开裂，组装后崩落的碎片还会在变速器里乱转。1975 年，Samputensili 的第一台倒角机问世^[6]。1977 年 5 月，Occhialini 在意大利申请了一种刀具：把给齿端倒角的刀具和去毛刺的圆盘装在平行的 2 根轴上，以同一尺寸基准一次完成加工（美国专利 4,290,718，1981 年授权）^[19]；1980 年 1 月又申请了让倒角、去毛刺刀具与齿轮更容易啮合的装置（美国专利 4,412,765，1983 年授权）^[20]。倒角刀具也像齿轮一样啮合旋转，所以调整时对齿的工夫一直是个问题。

修磨剃齿刀的机床

剃齿刀是昂贵的刀具，磨损后要修磨齿面反复使用。如果修磨使齿形走样，用它精加工的齿轮齿形也会走样。1977 年，Samputensili 推出第一台剃齿刀磨床，开始把修磨自家刀具的机床也卖给使用刀具的客户^[6]。1982 年，公司内部引进了给刀具镀硬膜的 PVD 涂层（在真空中镀上氮化钛等膜层）设备^[6]。这家刀具公司从制造、修磨、涂层到测量，全部自己完成。

磨齿机（1988 年）

1988 年，Samputensili 推出第一台磨齿机，并在美国成立 Samputensili America^[6]。磨齿是用砂轮磨削因淬火而变形的齿面、恢复正确形状的精加工。剃齿是淬火前的精加工，淬火变形会保留下来。在追求安静的汽车和追求强度的飞机、直升机齿轮上，淬火后再磨削的做法越来越多。磨齿机有用齿槽形状的砂轮逐槽磨削的成形磨齿，和用蜗杆砂轮连续磨削的展成磨齿两种，Samputensili 后来两种机床都制造了^[6]。

同在 1988 年，Torino 的 Sicmat 的工程师 Bossi 和 Miletto 发表论文，报告了可纳入 FMS（柔性制造系统）的剃齿中心^[22]。方向是让工件装卸和刀具更换自动化，让多种齿轮无需人手地流动生产。1980 年 3 月的意大利报纸上，东德机床的广告里并列着圆柱齿轮磨齿机和滚齿机、直齿和弧齿锥齿轮加工机床^[21]（东德的 Modul、Niles 见德国齿轮加工机床一章）。

Samputensili 在 1991 年于日本、1995 年于韩国设立子公司，1996 年在北京开设销售办事处^[6][23]。

在现场有什么用？现在的齿轮工序是“滚齿 → 倒角、去毛刺 → 剃齿 → 淬火 → 磨齿（或珩齿）”，其中从中段到后段的机床和刀具，由一家公司配齐的就是 Samputensili。忘了倒角的齿轮会崩坏剃齿刀的刃，修磨后的剃齿刀齿形走样——可以说，正是这些现场的难题促使刀具公司去制造机床。各种刀具的用法请见剃齿刀页面。

Chemnitz、Star SU 与国际化（1998—2014 年）

收购滚齿机的老字号（2000 年）

从 1998 年起，Samputensili 与德国 Chemnitz 的滚齿机厂家 Hurth Modul 在主要市场联合销售，2000 年收购了该公司。直齿轮和锥齿轮的滚齿机加入了产品阵容，Chemnitz 工厂与巴西、美国、法国、日本、韩国的工厂结成一个网络^[24][6]。Chemnitz 工厂是 1900 年 Hermann Pfauter 创办的滚齿机的正宗老厂，东德时期为 VEB Modul。其变迁见德国齿轮加工机床一章。滚齿机是一边转动螺旋状的刀具（滚刀），一边让坯料齿轮一起转动，并沿齿宽方向进给滚刀，连续切出齿的机床。这等于刀具公司得到了使用自家刀具最多的机床。

Star SU（2002 年）与 Fellows 的刀具

2002 年，Samputensili 的美国子公司 SU America 与美国 Michigan 的 Star Cutter（1927 年创立的刀具厂家）^[40]将齿轮刀具的销售合并为一，成立了双方各出资一半的 Star SU 公司^[25][6][7]。同年，Samputensili 收购了美国 Fellows 的插齿刀部门^[6]。Fellows 是自 1896 年起制造插齿机和齿轮形刀具的公司，2002 年 2 月因母公司破产而停产^[25]（美国齿轮机床一章）。1909 年 Torino 的 Itala 工厂里那些 Fellows 插齿机的刀具，约 90 年后由一家意大利公司接手了。

同在 2002 年，Samputensili 推出在一台机床上完成滚齿和倒角、去毛刺的 CDM 系列；2003 年，用蜗杆砂轮展成磨齿的 S 250 G 问世^[6]。展成磨齿是让蜗杆砂轮像滚刀那样旋转，并与齿轮同步转动，连续磨削所有齿的方法，比逐槽磨削的成形磨齿更快，适合批量生产的汽车齿轮。精确同步砂轮与齿轮的转动，靠的不是机械齿轮链，而是 CNC 的电子同步（电子齿轮箱）。2005 年开始在刀具上使用耐磨涂层 Alcrona，并在上海建立合资刀具工厂。全球员工达到 560 人^[6]。

SAMP 的 3 个部门，以及出售 Chemnitz（2010 年）

2006 年，Samputensili、Sampingranaggi（制造直齿轮和锥齿轮的工厂）、Sampsistemi（线材和电缆机械）合并，成为新的 SAMP S.p.A. 的 3 个部门。SAMP 是 Bologna 的 Maccaferri 家族企业集团旗下的一家公司^[6][26]。2007 年，Star SU 接手 Torino 的 Sicmat 剃齿机在北美的销售。Sicmat 的客户包括 Fiat、Piaggio、Renault、GM、John Deere、Caterpillar 等^[27]。

2010 年是重大转折之年。2 月，Maccaferri 集团提出关闭 Ortona 工厂的方针，反对裁员 139 人的工人爬上工厂屋顶抗议^[28]。10 月，又把 Chemnitz 的滚齿机和倒角、去毛刺业务卖给美国机床集团 MAG（成为 MAG Modul Verzahntechnik），Samputensili 把业务集中到刀具、磨齿机和多功能齿轮加工机上。在北美，Star SU 继续负责两家公司机床的销售和服务^[29]。欧洲的工厂集中到 Bologna 附近 Bentivoglio 的 Technology Centre^[23]。Star SU 的合作在 2014 年扩展到南美（Star SU do Brasil），2015 年扩展到中国（Star SU China）^[30]。

★重组：EMAG SU 与 Star SU Europe（2015 年起）

2015 年，Samputensili 收购了 Torino 的 Sicmat，并把剃齿机的生产迁到 Bentivoglio。10 月的 EMO Milano 上展出了剃齿机 RASO 200^[31]。这家战前就是机床厂家、战后成为剃齿机专业厂家的 Torino 公司，由 Bologna 的刀具公司接手了。

2016 年 1 月，SAMP 的 Samputensili 部门分成 Samputensili Machine Tools（机床）和 Samputensili Cutting Tools（刀具）2 家公司。公司的说明称，为了刀具的品质而开始制造机床已约 50 年，擅长淬火后的精加工（硬精加工）和倒角、去毛刺，许多机床标配直接驱动、直线电机、节能设计、调整与加工并行的工序、机上测量和修整装置^[30]。

2021 年 2 月，德国车床厂家 EMAG 收购了 Samputensili Machine Tools 和 Samputensili CLC，改组为 EMAG SU。剃齿、插齿、磨齿、成形磨齿等机床加入了 EMAG 的产品阵容，2022 年 6 月在 Bologna 省 Anzola dell'Emilia 建成新工厂^[32][33]（EMAG 旗下滚齿机厂家 Koepfer 见德国齿轮加工机床一章）。刀具方面，与 Star Cutter 的合作在 2022 年扩展到欧洲，以 Star SU Europe 的名义在 Bentivoglio 制造滚刀、刮齿刀、标准齿轮、倒角刀具、插齿刀和剃齿刀^[7]。1949 年以 20 人起步的 Bologna 刀具公司，机床归入德国集团，刀具则成为与美国集团合作的公司，一分为二延续至今。

使用齿轮的产业：汽车、摩托车、直升机

培育意大利齿轮机床的，首先是 Torino 的汽车工业。1908 年 Gleason 无样板锥齿轮加工机床运转的地方，就是 Torino 的一家大型汽车工厂^[2]；1909 年的 Itala、1911 年起 Lancia 的切齿部门，都汇集了美国和德国最新的齿轮加工机床^[3][4]。战后，Sicmat 的剃齿机进入以 Fiat 为首的欧美汽车工厂，客户名单中还有 Pontedera 的踏板车和摩托车厂家 Piaggio 的名字^[27]。正如 Samputensili 最初的客户是意大利空军^[6]，飞机齿轮起到了提升刀具精度的作用。

在今天的意大利，齿轮技术的汇聚地之一是直升机。源自原 Agusta 的 Leonardo 直升机部门，以 Varese 省的 Cascina Costa 为传动系统的开发和生产基地。在约 2 万 1 千 m² 的工厂里，从原材料起，车削、切齿、尺寸检测、焊接、热处理、磨削、精加工、研磨都在公司内部完成。该公司称，AW139 是首款搭载润滑油流失后仍能持续运转 60 分钟的变速器的直升机^[34][35]。研磨（lapping）是减少齿面间摩擦、降低磨损、振动和噪声的精加工，与 1951 年 Lancia 计划中的锥齿轮研齿机是同一思路。

未能完全核实的事项。农业机械（拖拉机）变速器、车桥的齿轮厂家，Ducati 等摩托车齿轮的自制，以及 Politecnico di Milano、Università di Bologna 的齿轮研究史，这次调查未能用一手资料核实其年份和内容。查明后将陆续补充。

与日本的关联

日本和意大利的齿轮制造走过了同样的道路。两国在 20 世纪前半都进口美国和德国的齿轮加工机床，战后都以“滚齿 → 剃齿 → 淬火”批量生产汽车变速器齿轮。在日本，剃齿刀依赖进口，能修磨的公司也有限，因此 1953 年国内的刀具厂家与美国刀具厂家技术合作，实现了剃齿刀的国产化（国产机床档案第 4 章《齿轮加工机床的谱系》）。在意大利，刀具公司 Samputensili 于 1952 年提出希望以美国许可制造齿轮刀具和机床^[11]，从刀具起步再走向机床的顺序也很相似。

Samputensili 于 1991 年在日本设立子公司（后改为销售、服务办事处）^[6][23]，2000 年收购 Chemnitz 工厂时，日本的据点也被算作集团生产网络的一员^[24]。日本的齿轮机床厂家从 1970 年代起也开始以自有技术制造剃齿机和磨齿机（国产机床档案第 4 章），齿轮精加工机床成了德国、瑞士、意大利、美国、日本厂家竞争的领域。

常见问题

Samputensili 是一家什么样的公司？

1949 年从 Bologna 的精密机械公司 SAMP 分出的齿轮刀具公司。最初的客户是意大利空军。后来制造了倒角机（1975 年）、剃齿刀磨床（1977 年）、磨齿机（1988 年），2000—2010 年还拥有德国 Chemnitz 的滚齿机工厂。2016 年分为机床和刀具 2 家公司，机床自 2021 年起成为德国 EMAG 旗下的 EMAG SU，刀具以 Star SU Europe 的名义延续至今。

Star SU 是什么？

2002 年，Samputensili 的美国子公司 SU America 与美国 Michigan 的刀具厂家 Star Cutter 合并齿轮刀具的销售而成立的、双方各出资一半的公司。起初负责北美的销售和服务，2014 年合作扩展到南美，2015 年扩展到亚洲，2022 年扩展到欧洲。

Samputensili 是什么时候收购 Chemnitz 的 Hurth Modul 的？

2000 年。1998 年起联合销售的两家公司合而为一，直齿轮和锥齿轮的滚齿机进入了 Samputensili 的产品阵容。2010 年滚齿机业务卖给美国的 MAG，成为 MAG Modul Verzahntechnik。这家工厂自 1900 年以来的历史，见德国齿轮机床一章。

剃齿机厂家 Sicmat 后来怎样了？

Torino 的 Sicmat 战前就制造机床，战后作为剃齿机专业厂家，把机床卖给 Fiat 和欧美的汽车工厂。2007 年把北美销售交给 Star SU，2015 年被 Samputensili 收购，生产迁到 Bologna 附近的 Bentivoglio。这一脉络如今融入了 EMAG SU。