齿轮传动作为一种高效的动力传递方式，已经广泛应用于各行各业。随着制造技术的不断进步，传统的软齿面齿轮逐渐被淘汰，取而代之的是渗碳淬火硬齿面齿轮。与前者相比，硬齿面齿轮能够在更紧凑的体积中实现更大的扭矩传递，并且在齿面弯曲强度和接触强度方面表现得更加出色。
硬齿面齿轮的定义
硬齿面齿轮指的是硬度在HRC40以上的齿轮，通常需要经过热处理、淬火或渗碳淬火等工艺。由于热处理过程中会产生一定的变形，因此在处理后，工件的精度通常会降低1到2个级别，因此需要经过整理加工以恢复精度。为了确保高精度，硬齿面齿轮的制造过程通常包括先进行滚齿加工，然后进行渗碳淬火，最后使用磨削工艺对齿面进行精修。这一工艺能够确保齿面具有均匀的和渗碳层，最终齿面的硬度可达到HRC58至HRC62之间，从而实现较高的几何精度和表面光洁度。
对于较小模数的齿轮，通常采用整体滚刀加工，常用材料为涂层高速钢或粉末冶金。而对于大模数齿轮，由于滚刀的尺寸较大且成本较高，通常采用镶齿滚刀。这类滚刀需要定期检查，及时更换磨损或破损的刀片。对于特大模数的齿轮（模数一般大于22），通常会使用齿轮铣刀来进行加工。
齿轮磨削：获得高精度的关键
磨削工艺是获得高精度齿面的最有效和最可靠的手段，通过磨削去除滚齿过程中产生的余量及变形。为了优化齿轮在载荷作用下的受力和啮合性能，磨削过程通常会对齿形和齿向进行一定的修正。数控磨齿机通过预设的加工参数，能够将齿形磨削到所需的几何精度，并通过选择合适的砂轮和修整参数，最终获得符合粗糙度要求的齿面。在行业标准中，齿面的表面粗糙度要求通常为Ra0.8，某些特殊应用，如风电齿轮箱，可能要求达到Ra0.6或更高。磨削工艺可以分为显影磨削和成形磨削两种类型。
展成磨削法
展成磨削法的原理与滚齿相似，在磨削过程中，砂轮与齿轮齿面持续接触，齿形在磨削的过程中逐渐形成。这种工艺具有较高的加工效率，尤其适合加工模数较小的齿轮（一般模数M≤12）。磨削时，通常采用氧化铝材质的砂轮，在磨削过程中，砂轮不断进行自我更新，以提高材料去除效率；在精磨阶段，砂轮则保持在同一位置进行细致的磨削，以确保齿面的质量和稳定性。对于单一类型齿轮的大批量生产，也可以采用高精度的CBN（立方氮化硼）蜗杆磨削轮，从而大幅提高磨削效率，尽管其成本较高。
展成磨削要求加工机床具有高精度和稳定性，目前国际知名的高精度机床制造商包括瑞士的赖肖尔和德国的利勃海尔等。这些机床能够提供高达4至5级精度的加工，并且能够满足复杂工件的加工需求。
成形磨削法
成形磨削法则通过金刚石砂轮修整成与齿形一致的形状，逐步将齿轮的每个齿面磨削完成。这种方法具有很大的灵活性，当更换齿轮型号时，只需要对砂轮进行相应的修整即可完成新的加工任务。整个修整和加工过程由数控轴系统进行控制，精确度高。领先的齿轮加工技术公司，如格里森和赫夫勒，提供的仿形磨床能够实现3级精度的加工，并且由于齿面的形状是通过仿形砂轮连续磨削一次性完成的，整个齿面的粗糙度可以达到Ra0.4至Ra0.8。