淺析插齒刀前角對(duì)刀具加工質(zhì)量的影響

趙曉濱

（哈爾濱第一工具制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

加工齒輪的刀具無(wú)論從設(shè)計(jì)計(jì)算還是從加工制造上來(lái)看都是所有刀具中最復(fù)雜的一種。雖然齒輪刀具的種類繁多，各有特點(diǎn)。但由于漸開(kāi)線齒輪的優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在機(jī)器制造業(yè)中應(yīng)用的齒輪大多數(shù)是漸開(kāi)線齒輪，這樣的齒輪刀具的外形復(fù)雜，設(shè)計(jì)也較為復(fù)雜，為了提高切削加工效率，提高齒輪加工質(zhì)量以及延長(zhǎng)刀具的壽命，研究齒輪刀具的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，改進(jìn)刀具的幾何角度有著很重要的意義。

插齒刀目前是齒輪刀具中應(yīng)用比較普遍的一種。它是利用一對(duì)齒輪嚙合或齒輪與齒條嚙合的原理加工的。加工時(shí)，刀具與被切齒輪的瞬心線彼此作無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)，被加工齒輪的齒形是刀具切削刃連續(xù)位置的包絡(luò)，也就是展成法。利用展成法加工有很多優(yōu)點(diǎn)，如被加工件的精度較高，加工生產(chǎn)率高，而且模數(shù)相同、齒形角相同而齒數(shù)不同的齒輪可以同一把刀具加工。插齒刀是通過(guò)展成法在插齒機(jī)上加工圓柱形工件的刀具。插齒刀可用來(lái)加工各種形式的圓柱齒輪如：直齒、斜齒、人字齒輪及內(nèi)齒輪。加工齒輪的精度較高，但加工生產(chǎn)率不及滾齒加工。它是加工塔齒輪及內(nèi)齒輪的主要刀具。

其它利用展成原理生產(chǎn)加工齒輪的刀具有齒輪滾刀、呈蝸桿狀。生產(chǎn)率很高，是現(xiàn)在生產(chǎn)中使用得最多的齒輪刀具?？捎脕?lái)加工直齒斜齒圓柱齒輪。梳齒刀：刀具呈齒條狀。可用來(lái)加工直齒、斜齒、人字齒輪。刀具外形簡(jiǎn)單，加工的齒輪業(yè)度高，但機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此用得不多。剃齒刀：刀具呈齒條、齒輪、蝸桿狀。齒面上開(kāi)有小槽以形成切削刃。這種刀具用于精加工未淬火的齒輪。加工的齒輪精度較高，而加工生產(chǎn)率比磨齒高許多倍，因此在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。

插齒刀雖整體形狀像齒輪，但插齒刀和齒輪不同的是有前角和后角，前角和后角形成了切削刃，減少了插齒時(shí)的齒面摩擦。由于前角和后角的存在，使得插齒刀外形就像錐形一樣，其頂圓直徑尺寸自前端面向后逐漸減小。插齒刀的每個(gè)刀齒有3個(gè)切削刃，一個(gè)頂刃和兩個(gè)側(cè)刃。當(dāng)插齒刀設(shè)計(jì)成0°前角時(shí)，它的前刀面是垂直于軸線的平面，此時(shí)，頂刃是插齒刀的頂圓柱與前刀面的交線，是一段圓弧，兩側(cè)刃是齒輪的兩側(cè)面與前刀面的交線，是兩條漸開(kāi)線。由于漸開(kāi)線在生產(chǎn)加工中有很多優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用在齒輪刀具的齒形設(shè)計(jì)中。在插齒刀的切削加工中，刀具主切削刃磨損后，磨損值的大小將直接影響切削力、切削熱以及切削溫度的增加，并使工件的加工精度和光潔度降低，這時(shí)可通過(guò)修磨前刃面，將磨損的部分磨掉，這樣刀具的齒厚，外圓等相應(yīng)更改，這樣可以不改變切削出的齒形，但是刀具整體變薄了，它的頂刃向中心方向移入。當(dāng)?shù)毒叩揭欢ê穸葧r(shí)，就不可以再修磨了，刀具報(bào)廢，所以刀具主切削刃磨損程度決定著刀具的壽命。影響刀具磨損的因素較多，主要有工件材料、刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)與幾何形狀、切削條件和用量等。對(duì)于插齒加工，插齒刀的前角對(duì)刀具的加工質(zhì)量以及磨損有著直接的影響。

在實(shí)際生產(chǎn)中所使用的插齒刀都有一定的前角。為了方便制造，插齒刀的前刀面通常做成圓錐面，此圓錐面的軸線與插齒刀的軸線重合。我們已將頂刃前角為5°的插齒刀定為標(biāo)準(zhǔn)插齒刀前角，插齒刀前刀面為向內(nèi)凹進(jìn)的圓錐面，因此在刀齒的側(cè)刃形成了側(cè)刃前角。插齒刀的側(cè)刃前角是在與在基面上的投影相垂直的截面上測(cè)量得到的。側(cè)刃上任意點(diǎn)處的前角值不相等，在接近頂圓處側(cè)刃前角較大，接近根圓處側(cè)刃前角較小。由于插齒前刀面為圓錐面，故側(cè)刃形成了一定的刃傾角。切削刃上各點(diǎn)的刃傾角不同。對(duì)于兩側(cè)切削刃，在頂圓處側(cè)刃前角最大而刃傾角可起到增大工作前角的作用。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)插齒刀，由于側(cè)刃前角很不均勻，對(duì)刀具切削性能有一定影響。

插齒刀在加工齒輪時(shí)，適當(dāng)增大插齒刀前角不僅有利于提高被加工齒輪的齒面光潔度，同時(shí)還可提高插齒刀耐用度。如果將插齒前角由5°增大到15°。標(biāo)準(zhǔn)刀具參數(shù)情況下，刀具耐用度可由130分鐘提高到240分鐘，耐用度顯著提高。將前角增大到15°后可使側(cè)刃前角增大，從實(shí)踐中可以看到被加工齒輪的齒面光潔度顯著提高了。

增大插齒前角后，雖然提高了刀具的耐用度，被加工件光潔度也顯著提高了，但也對(duì)插齒刀的切削質(zhì)量有著負(fù)面的影響。因?yàn)樵龃蟛妪X刀的前角后，插齒刀的齒形誤差也同時(shí)增大。當(dāng)插齒刀前角增大到15°時(shí)，齒形誤差已相當(dāng)大，齒形誤差是反映刀具設(shè)計(jì)及加工質(zhì)量的關(guān)鍵項(xiàng)目，因此插齒刀前角的增大值的確定需要考慮可行性。在實(shí)際生產(chǎn)中我們應(yīng)如何確定前角？首先我們應(yīng)該考慮被加工齒輪的精度要求，通過(guò)被加工齒輪的精度要求決定增大插齒刀前角的可行性。實(shí)踐中得出的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于大模數(shù)、少齒數(shù)的插齒刀，產(chǎn)生的齒形誤差將更大。因此，大前角插齒刀主要適用于加工低精度齒輪或進(jìn)行粗加工。

在齒輪加工中，有時(shí)會(huì)遇到工件材料塑性較大，采用標(biāo)準(zhǔn)前、后角的插齒刀加工不容易達(dá)到要求的齒面光潔度的情況，此時(shí)可采用增大插齒刀前角的方法。采用增大插齒刀前角加工時(shí)齒面產(chǎn)生較深劃痕，這時(shí)如果采用同時(shí)增大前、后角的插齒刀進(jìn)行加工，齒面光潔度可穩(wěn)定達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。標(biāo)準(zhǔn)插齒刀的頂刃后角通常為6°，增大插齒刀后角可到9°，加工一般精度的齒輪的誤差還是可以的，只是不適于加工齒數(shù)過(guò)少的齒輪，這時(shí)不但可以獲得較好的表面光潔度，而且還可以增加刀具的耐用度。但頂刃后角也不能增加的太多，否則會(huì)使插齒刀的重磨厚度減少，減少了重磨次數(shù)，而且還會(huì)使插齒刀的齒形誤差增大。

當(dāng)被加工的齒輪精度較高時(shí)，如何解決因加大插齒刀前、后角引起齒形誤差超差，經(jīng)過(guò)實(shí)踐總結(jié)可采用以下解決措施：（1）對(duì)插齒刀的齒形角重新修正。減小總的齒形誤差，此方法可以通過(guò)將插齒刀根圓處的齒形誤差減小的方法，以減小總的齒形誤差。采用該方法需要進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，以使齒形誤差達(dá)到最小。（2）如使用修正齒形角的方法仍達(dá)不到要求的齒形時(shí)，可將插齒刀的實(shí)際齒形誤差計(jì)算出來(lái)。然后通過(guò)對(duì)磨削插齒刀齒形的砂輪進(jìn)行專門修整，以使得磨削出的插齒刀齒形誤差最小。但這種磨削砂輪的方法有一定局限性，這種方法一般應(yīng)用在對(duì)齒形精度有特殊要求時(shí)采用。

綜上所述，適當(dāng)增加插齒刀前角在一定程度上會(huì)提高刀具的加工質(zhì)量，尤其是在粗加工工序或?qū)庸ぞ纫蟛桓叨冶患庸X輪的齒數(shù)過(guò)少時(shí)適用。

目前對(duì)于齒輪刀具的設(shè)計(jì)與制造，許多問(wèn)題有待深入研究解決。而要想真正掌握各種齒輪刀具的設(shè)計(jì)與制造，必須要深入的研究各種齒輪刀具的嚙合原理，對(duì)刀具的各項(xiàng)參數(shù)以及其中的關(guān)系了解透徹，這就需要我們不斷學(xué)習(xí)和探索，在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在刀具的設(shè)計(jì)及加工生產(chǎn)中做到精益求精。

[1]李良才.插齒刀前角對(duì)刀具耐用度及齒形誤差的影響[J].工具技術(shù)，2002.