齿轮齿条制造工艺及选型方法

摘要

中国台湾工具机的能力这几年跃升为五大，背后所代表的就是市值近兆元的产业所支撑，而在众多工具机的零组件中，传动零件属于关键零组件，传统中有众所皆知滚珠螺杆、线性滑轨等，而其中还有，齿条的应用。谈起中国台湾早期的齿条应用，高阶的工具机，多数采用德国亚特兰大、瑞士古德或日本小原KHK等，因为中国台湾工具机的设计能力强，拥有优秀及庞大的工程师群，和自行研发的能力，所以多数工具机的制造商，皆偏好自家设计的规格，以利在市场做出区隔；而国外的齿条品牌，多采用标准品，不会因为小量多样的中国台湾市场，另外开辟齿条生产线；而我司可以因应市场的需求，接受客制化的齿条，从一支数量开始接单，就此奠定中国台湾齿条制造商的品牌基础。

齿条的标准规范

在化下，各国对于齿条都有规范，例如：普遍的是DIN德国标准化协会（Deutsches Institut für Normung）、AGMA美国齿轮制造协会（American Gear Manufacturing Association）、还有ISO国际标准化组织，而中国台湾工具机深受日本产业影响，JIS日本工业标准（Japanese Industrial Standards）相较之下，在中国台湾更为常见。

齿条的等级

就产品定义为言，齿条是属于无限延伸的齿轮，所以齿条的规范，基本上，就是依照齿轮的标准，若以德国DIN为例，通常分为DIN3~DIN10，产业上的应用，主要分布在DIN6、DIN8和DIN10，等级的分别，最主要是判断齿条的总齿距误差（Total Pitch Error），每米（1000mm）都有严格的规范，以的DIN6级为例，每米齿条的总累计误差为≦0.036mm，相对应于精密型滚珠螺杆就是大约C5等级的导程精度（容许值），所以齿条的精密度，在近年来，也备受工具机厂商的信赖与赞许。

齿条等级的应用产业

在齿条应用的产业中，如果以等级和市场面分类，可以粗略的划分：但因为产业复杂，仅供参考。

DIN3精密的测量仪器

DIN5精密工具机

DIN6高精密CNC加工复合机，木工机、激光切割机、水刀机、弯管机、五轴加工机等。

DIN7中高精密级各式加工机

DIN8中低精密级各式加工机，或负载工具机

DIN9/DIN10低阶、或重负载的工具机、龙门加工机等。

齿条的材料选择

从原材料探讨的话，在工具机的使用中，较常采用中碳钢和合金钢，中碳钢早期以S45C为主，目前因应市场需要更高硬度的齿条，逐渐升级为S50C，硬度从传统的HRC45-50度，提升到HRC50-55度；而合金钢最多采用SCM440的铬钼合金钢，齿条的整体结构、刚性和韧性都更优良，相对加工制程中，难度也较高。另外塑料POM或铜等金属，则会在食品机械等不同产业中出现。

齿条的硬度选择

一般齿条钢材，如果没有做热处理，软质的齿条，经过精铣成型后，就是DIN8级的齿条，如果需要重负荷的工作条件，就要经过热处理的齿条，才能承受高负载。齿条热处理主要采用高周波（淬火回火），可以达到HRC55度，如果要达到HRC60度，则需要采用渗碳的方式，而材料也要改用SCM415，但是因为硬度高，在使用的同时也容易产生脆裂的风险；另外有新科技用激光做热处理，不仅可以达到高硬度的需求，没有脆裂的风险，齿条的变型量更小，同时也属于绿能环保新科技。如果齿条要耐磨耗、耐高负载，还要有高精密度，就是采用DIN6高精密型齿条，齿条会在热处理完成后，在进行研磨，所以精密度可以达到平行度0.02mm内，适合多数CNC中高阶工具机的选用。 直齿和斜齿齿条 工业工程师在设计机器时，都会有条件上的考察，所以齿条的齿型也在设计的范围内，普遍分为直齿与斜齿，以的标准分类，斜齿见的是德规19度31分42秒，还有美国14.5度，日本15度和21度30秒等，而齿距的尺寸标准也有模数（Module）、周节（Circular Pitch）和径节（Diametral Pitch），在中国台湾斜齿齿条以德规19度31分42秒为主，在应用上，以相同的模数做比较，斜齿齿条比直齿齿条的可容许力，大约增加20%，行走时更顺畅、低噪音，所以斜齿齿条深深获得工程师的爱用。

齿条和齿轮的搭配

传动机构的设计上，齿条必须与齿轮搭配，才能行走，直齿齿条搭配直齿齿轮，右斜齿条搭配左斜齿轮，斜齿的角度必须相同、模数必须相同等，建议因为齿轮在应用上，需要使用的行程比较多，所以在等级、硬度上，建议高于齿条一级，以耐磨耗，避免需要常常更换齿轮，以减少机台停工维修的时间。

近年来，因为齿条生产技术的提升，所以齿条的应用已经不限于X轴，目前也有将齿条用在Y轴与Z轴的传动需求上；尤其在工业4.0中，机械手臂的广泛使用，在传动的轨道上面，也出现很多需求面，齿条更进一步结合导轨的功能，成为导轨齿条，原本两个零件变成一个零件，除了降低安装时间，更消弭两个零件组装时所产生的间隙，这种新型的设计，在第七轴中常见，DIN6级的导轨齿条，我司也能够量产。

希望藉由本文，让更多工业设计者，可以有不同的参考。如果有对此产品感兴趣的，欢迎： 吕先生，我们公司将尽可能协助您提供全套的解决方案，多谢！

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