齿轮的加工可以采用从磨齿到滚齿的多种工艺技术。由于滚齿加工通常具有更高的生产率，因此滚齿在生产中的应用比任何其他齿轮加工方法都更为广泛。

　　目前，促使齿轮切削加工的效率和精度得以提高的技术发展趋势包括：

　　（1）齿轮刀具技术（尤其是涂层和基体技术）的进步。

　　（2）对齿轮刀具优化设计的探索。

　　（3）齿轮切削机床柔性程度更高，或可在一次装夹中完成更多的加工操作。

　　当齿轮制造商努力满足对生产能力和加工精度的严苛要求时，问题已经变为：“未来的齿轮切削机床能达到多高的精度和重复性？”

　　随着刀具涂层和基体的进步，干切削作为一种趋势在齿轮加工行业继续蓬勃发展，在不使用冷却润滑液的条件下，提高了切削速度，延长了刀具寿命。目前，干切削已成为锥齿轮加工的标准工艺；同时，平行轴圆柱齿轮的加工也正在逐步转向干切削。

　　锥齿轮刀具使用的硬质合金刀片通过涂覆薄的硬涂层，大幅度提高了刀具使用寿命。据格里森公司（Gleason Corp.）的应用工程经理T. J. Maiuri介绍，TiAlN涂层的使用仍然相当普遍。同时，不含Ti元素的AlCrN涂层目前已成为一种可选涂层。由欧瑞康巴尔查斯公司（Oerlikon Balzers AG）开发、商品名为“Balinit Alcrona”的AlCrN涂层硬度高达HV0.053200，摩擦系数为0.35，最重要的是，其最高工作温度可达1100℃。

　　对刀具的更多表面进行涂层也可以提高刀具寿命。格里森公司的Maiuri解释说，用于加工锥齿轮的条状刀片通常只在前刀面上进行涂层。如果在刀片的其它表面（顶面和侧面）也采用涂层，就可在不对刀片或工艺条件作任何其他改变的情况下使刀具寿命提高50％。

　　用于切削平行轴齿轮的滚刀的成形方法与用于切削锥齿轮的滚刀不同，它们通常为其上有多排刀齿的圆柱体，其形状与涡杆类似。这种滚刀通常采用高速钢（而非硬质合金）作为基体材料，并采用了先进的涂层。许多滚刀制造商采用粉末冶金高速钢作为刀具材料，而另一些制造商则坚持使用更传统的基体材料。

作为平行轴齿轮切削刀具技术进步的一个实例，三菱重工的机床分公司推出了其Superdry齿轮滚刀的一种新版产品。据三菱重工副总裁Ian Shearing介绍，该滚刀采用了称为“三菱Mach 7”的高速钢基体和“三菱Superdry”专用涂层。Mach 7基体是一种简单的高速钢合金（不是粉末冶金高速钢）。“Mach 7具有延展性，能够承受很高的切屑载荷，”Shearing说，“在进行干式滚削时，这是十分必要的，因为较大的切屑可将切削热从工作区带走。此外，用Mach 7作为基体材料可以避免刀具崩刃问题，而合金含量高的粉末冶金高速钢基体有时会发生刀具崩刃的情况。Mach 7会在崩刃前先出现月牙洼磨损，而这种情况具有较好的可预测性。”

Superdry涂层有两种版本。Superdry 1涂层用于切削速度200m/min以下的滚削加工；Superdry 2涂层用于Mach 7基体时，加工相同齿轮的切削速度可高达250m/min。

Superdry 2涂层基本上是一种AlCrN涂层，三菱已为其附加成分申请了专利。

通过优化齿轮刀具的几何形状也能提高刀具寿命和齿轮加工效率。与通过增加刀具涂层或改用更强韧的刀具基体来提高刀具寿命和加工效率相比，优化刀具几何形状是一种成本更低廉的方式。德国亚琛大学的Alexander Klein的思路不是如何使刀具本身变得更强硬，而是如何使切屑对用于锥齿轮面铣加工的条状刀片损坏更小。在研究了切屑的形成机理后，Klein设计了一种可使切屑从刀具均匀流出的切削形状。他开发了一种可以模拟锥齿轮表面滚削过程的实验，可以对不同的刀具设计方案进行研究，并观察刀具形成无害切屑的能力。他的研究证明，采用新的条状刀片设计方案，与老的和新的K10F硬质合金刀具（采用TiAlN涂层）设计方案相比，刀具寿命可提高115％。Klein表示，格里森公司拥有该项研究成果的专利权，并可能很快会对他的刀具设计方案进行商业化产品开发。“虽然更好的刀具磨损性能并不完全取决于更好的切屑流，”Klein解释说，“但切屑流的改善至少可以减小刀尖圆弧处（刀尖与平面切削刃之间的部位）的热负荷和机械负荷。”　　

齿轮切削机床也变得更加多功能化，通过一次安装可以完成多种加工操作。例如，德国Liebherr和LMT-Fette公司合作，对精滚工艺进行了改进，在一次安装中，只用一把滚刀即可先后完成对齿轮工件的粗切、精切和倒角加工。

　　由于目前的滚齿机不允许自动换刀，因此通常采用同一把高质量滚刀在精滚工序中完成粗切和精切，刀具很容易过早磨损。为了延长刀具寿命，在刀具设计中，可将粗切区与精切区分开，并分别对每个区的磨损性能进行优化。据LMT-Fette公司齿轮切削集团的业务部经理Darryl Witte介绍，由于现在的精滚刀不再从粗切加工即开始磨损，因此可加工工件的数量提高了几倍。Liebherr和LMT-Fette公司合作开发了这种滚齿加工概念，由Liebherr公司提供能够使用多区滚刀的滚齿机技术。

　　这两个公司的同一开发团队还发明了一种已获得专利的精滚刀齿形，它可以消除带齿向修形的螺旋线齿轮的中凸误差（称为“变形”）。通常，为了消除这种变形，还需要额外进行如剃齿或珩齿等后序精加工。采用无变形（twist-free）精滚则意味着有可能取消这些后序精加工。

　　“twist-free技术使滚刀能够克服在典型精滚加工中的缺陷，但它却无法实现所要求的齿侧修形。”Liebherr公司的Oliver Winkel说。在这种刀具系统中增加一把倒角刀，就可以为同一次安装加工提供更多的价值，并在将工件从滚齿机上卸下之前去除毛刺。

　　“在过去几年里，我们在提高齿轮刀具的加工性能方面取得了重大进步，刀具的耐用度不断提高，一把滚刀在需要重磨前通常可以加工8000个工件，而以前的滚刀每加工100～200个工件就需要重磨。”Star SU（代表齿轮切削制造商Samputensili和Star Cutter的一家公司）的齿轮刀具产品经理Tom Ware说，“如今的滚齿机床可以达到450m/min的加工速度，而现在的滚齿加工精度可以达到5～10年前的磨齿加工精度。”

　　Ware介绍说，桑普坦斯利（Samputensili）公司现在提供的滚齿机可在一次安装中完成多种加工，例如，除了切齿加工外，还可以完成对槽去毛刺的简单车削加工。这种附加功能可以添加到桑普坦斯利公司的任何一款CNC滚齿机上。Star SU公司还提供一种已获得专利的复合刀具，用同一把刀具即可完成滚齿和倒角加工。

随着齿轮刀具技术的持续进步，使用这些刀具的齿轮切削机床也在不断发生变革。德国克林根贝格公司（Klingelnberg GmbH）的首席技术官Hartmuth Müller指出，设计锥齿轮干式切削机床的挑战比设计刀具的挑战更为艰巨。

他提出了开发新型齿轮机床的四个战略设计要点：

　　（1）当快速切除大而厚的切屑时，对切屑流进行优化；

　　（2）取消液压单元，以简化维修保养问题；

　　（3）创建更小的机床步长，以便与工件自动装卸装置更好地集成；

　　（4）包括自动去毛刺功能（无需单独的安装和工位来实现去毛刺加工）。

　　Müller提倡采用立式主轴（而不是卧式主轴）的机床布局设计。立式主轴设计可使切屑自然向下流动，离开切削头，通过一个专门设计的斜面进入切屑输送装置。克林根贝格的新型C29和C50滚齿机床就采用了立式主轴设计。C29型可切削加工的最大齿轮直径为290mm，C50型则为500mm。
　　据Müller介绍，立式主轴设计可实现较小的步长，并利用重力保持工件夹持状态。较小的步长比较容易实现与工件自动装卸装置的匹配；利用重力则意味着在装夹工件时装载装置无需将工件推入夹具中。此外，采用机电式夹具替代了液压式夹具。C50型滚齿机的步长大小约为克林根贝格C60型滚齿机的一半左右。气动机械手带动可重达100公斤的工件进出切削头所在的位置，为工件提供经过切削头的清晰运动路线。
　　克林根贝格公司声称，在C50型滚齿机上，工件装夹与高速去毛刺功能的集成应用可将每一工件的名义装夹时间从3～5分钟缩短到大约15～18秒钟。C29型滚齿机的工件装夹时间则为8秒钟。

　　格里森公司也开发了它们自己的新款齿轮切削机床。该机床具有更高的加工柔性，可在同一台机床上切削加工不同型式的齿轮工件。格里森公司主管锥齿轮技术的副总裁Hermann J. Stadtfeld在2007年1月发表的一篇文章中评述道：“对于直齿锥齿轮仍然有相当高的加工要求。然而，过去一直没有开发出一台能满足当今加工要求的全CNC型齿轮切削机床。直齿锥齿轮制造商主要依赖于经过改制的机械式机床进行加工。”据Stadtfeld介绍，直齿锥齿轮通常是在经常调整产品种类的车间中用不同型式的机床进行小批量加工。如果这些车间除加工直齿锥齿轮外还需要加工螺旋锥齿轮，就可以投资购买一台新型机床，用一台机床完成尽可能多的潜在加工任务。

格里森公司开发了一种新工艺，可在其CNC控制的Phoenix系列自由成形机床上使用直锥齿Coniflex刀具进行加工，从而除可加工螺旋锥齿轮或准双曲面齿轮外，也能加工直齿锥齿轮。据Stadtfeld介绍，在Phoenix机床上加工直齿轮可以大幅度缩短加工循环时间，与机械式机床相比，加工效率可提高100％～120％。

　　齿轮切削机床属于多轴加工机床，通常由直驱式电机驱动（可取代分别位于工作台和滚削头上的两套驱动齿轮副）。

　　专门研究和开发平行轴齿轮加工机床的Liebherr公司也提供CNC控制的滚齿机，这些滚齿机采用了直接驱动、齿轮驱动或蜗轮驱动系统。据Liebherr公司齿轮切削机床开发与设计经理Christoph Bunsen介绍，虽然许多人认为在滚齿机上采用直驱式电机已成为潮流，但考虑在滚齿机上采用齿轮或蜗轮驱动系统仍然有其充分的理由。直接驱动方式可提供更好的灵活性，并且通常无需太多的维修保养，同时与齿轮驱动相比速度更快、精度更高。但另一方面，齿轮或蜗轮驱动可在低速下提供更大的扭矩，而直接驱动则不易做到这一点。

　　例如，比较Liebherr公司生产的类似滚齿机：额定功率为23kW的直接驱动式滚齿机在7000r/min的主轴转速下，滚削头可产生130N·m的扭矩。而额定功率为20kW的齿轮驱动式滚齿机在500r/min的主轴转速下，滚削头可产生高达270N·m的扭矩。

　　Bunsen解释说，“有时这是一个赶潮流的问题。有些用户坚持要采用直接驱动方式，而我们并不清楚他们为何要如此。对于加工而言，有时采用齿轮驱动可能是更好的选择。”

　　现在，用户对机床精度的要求越来越高，并要求其具有更高的加工能力指数（用Cp或Cpk表示）。为此，齿轮机床供货商对于提出恰当的机床精度要求深表关切。

　　格里森公司的Maiuri表示，“采用6西格马分析，对加工能力指数Cp和Cpk的要求通常为1.66，尽管有些用户要求达到Cpk=2。在某些情况下，用户要求采用8西格马或10西格马分析，虽然目前6西格马分析正日益成为标准方法。”他说，用户提出的精度要求越来越高，并要求在验收机床前对更多的齿轮参数进行检测。例如，一只典型的汽车行星小齿轮的三针测量尺寸公差为50μm左右。此外，在验收机床前，必须对更多的工件设计（即更多的工件数量）进行评估。他指出，用于加工能力研究的工件数量通常为25～30个，尽管有些用户要求的工件数量已高达150个。

　　Liebherr公司的Oliver Winkel解释了对于特定的CmK=1.67（CmK是指仅应用于机床本身，而不是在实际生产条件下进行加工的Cpk），如何才能将零件图上标注的一个60μm的公差缩小为一个25μm的有效滚削公差。根据经验可知，CmK的提高通常会引起公差呈线性比例地减小。“要求尺寸位于给定公差的100％以内与要求对于相同公差达到CmK=1.0是不一样的。”Winkel解释说，要求CmK=1.0导致有效公差减小了30％～40％。有效公差是由位于一个平均值－极差控制图（X-bar–R chart）公差带之间趋于中心的所有数据点来确定，该公差比上限和下限控制公差更为严格，只有零件图标注公差的一半大小。有效公差的公差带由6西格马分析确定，比零件图标注公差带更紧。虽然根据不同的加工条件，结果可能有一些变化，但图4显示的趋势具有普遍性。　　

“在德国，我们有一个说法：零件只应该制造到所需要的那么好，而不应该制造得尽可能的好。”Winkel说，“不必要地收紧公差带会导致加工时间延长，并会提高加工成本。”