插齒加工技術(shù)實(shí)踐探討

丁明亮

摘 要：插齒是一種應(yīng)用廣泛的齒形加工方法，常與滾齒并提。它相當(dāng)于一對圓柱齒輪嚙合，插齒刀相當(dāng)于一個(gè)變位齒輪，是利用插齒刀在插齒機(jī)上加工內(nèi)、外齒輪、花鍵或齒條等的齒面加工方法。插齒的加工過程，從原理上講，相當(dāng)于一對直齒圓柱齒輪的嚙合。本文就對插齒加工中存在的問題及對策進(jìn)行了研究，這有助于深入了解插齒的工作狀況，對提高插齒工藝有重要意義。

關(guān)鍵詞：插齒;加工;技術(shù);方法

從插齒過程的原理上分析，插齒刀相當(dāng)于一對軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合。插齒刀實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)磨有前后角并具有切削刃的齒輪。插齒既可以加工直齒，也可以加工斜齒。在加工小模數(shù)、多齒數(shù)并且齒寬較窄的齒輪時(shí)，插齒的生產(chǎn)率才比滾齒高，從加工精度上看，插齒加工比滾齒加工要高一個(gè)精度等級，常用于零件產(chǎn)品的最終精加工，形成最終加工表面。

一、插齒加工存在的問題

（一）齒面缺陷。齒胚在插齒加工過程中，由于刀具與齒胚間出現(xiàn)了相對運(yùn)動，導(dǎo)致齒被啃爛、齒數(shù)不對或者齒面缺陷等現(xiàn)象。插齒時(shí)，所有刀齒都參加切削，因此插齒刀的齒距累積誤差將直接影響工件的齒距累積誤差。這是因?yàn)椴妪X機(jī)的傳動鏈比滾齒機(jī)多了一個(gè)刀具蝸輪副，即多了一部分傳動誤差。另外，插齒刀的一個(gè)刀齒相應(yīng)切削工件的一個(gè)齒槽，因此，插齒刀本身的周節(jié)累積誤差必然會反映到工件上。所以，為了提高圓周進(jìn)給量可減少機(jī)動時(shí)間，但圓周進(jìn)給量和空行程時(shí)的讓刀量成正比，因此，必須解決好刀具的讓刀問題，一方面可以提高刀具結(jié)構(gòu)的剛性，還可以通過選用硬質(zhì)合金等高硬基體材料提高刀具的硬度，另一方面，插齒時(shí)零件的結(jié)構(gòu)也對讓刀有一定的影響，可以在工序間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上避免出現(xiàn)讓刀的部位，從而提升插齒時(shí)的可加工性。

（二）齒面磨損。插齒時(shí)，形成齒形包絡(luò)線的切線數(shù)量由圓周進(jìn)給量的大小決定，并可以選擇。此外，制造齒輪滾刀時(shí)是近似造型的蝸桿來替代漸開線基本蝸桿，這就有造形誤差。切制模數(shù)較大的齒輪時(shí)，插齒速度要受插齒刀主軸往復(fù)運(yùn)動慣性和剛性的制約，切削過程又有空程時(shí)間損失，故生產(chǎn)率比滾齒加工要低。但在加工小模數(shù)、聯(lián)齒、齒寬窄的齒輪時(shí)，插齒生產(chǎn)率會比滾齒高。沒有專用磨刀機(jī)，使用的是未改造的外圓磨床刃磨刀具前刃。由于采用未改造的外圓磨床刃磨刀具，就不能使用高精度的固定頂尖裝夾工藝來磨削前刃，只能利用頭架主軸錐孔來裝夾接刀桿、插齒刀。一般是指整個(gè)齒圈部分齒出現(xiàn)缺陷而其他齒完好，該問題一般因刀具損傷或刀具軸與工件軸分度機(jī)構(gòu)缺陷導(dǎo)致。

（三）幾何精度有誤差。傳統(tǒng)的插齒機(jī)靠齒輪傳動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刀具與工件的展成加工，而如今隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代插齒機(jī)實(shí)現(xiàn)了電子齒輪箱控制展成運(yùn)動。在加工斜齒輪時(shí)，插齒刀的鏟齒輪是螺旋角相同、旋轉(zhuǎn)方向相反的斜齒輪。在插齒機(jī)中，當(dāng)插齒刀上下移動時(shí)，機(jī)床的螺旋導(dǎo)軌使插齒刀形成附加的螺旋運(yùn)動。機(jī)床轉(zhuǎn)動誤差中，工作臺分度蝸輪的齒距累積誤差會影響工件的齒距累積誤差，這與滾齒相同，即運(yùn)動偏心的影響。插齒刀在加工齒輪時(shí)，由于兩者嚙合運(yùn)動，插齒刀的整體誤差、插齒刀刀齒上可能出現(xiàn)的誤差或變形（如裂紋、刀齒磨損及刀齒的損壞），會傳遞到加工齒輪上。工件自身精度產(chǎn)生的影響，如工件裝夾定位面誤差大，零件加工部位行位誤差大，裝夾不牢固，加工時(shí)產(chǎn)生振顫變形等，加工基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，造成找正誤差大等因素，都會對最終加工后的齒面精度產(chǎn)生影響，一旦齒輪的輪齒被破壞，誤差較大時(shí)是不能使用的。

二、插齒加工中存在的問題應(yīng)對策略

（一）插齒工藝是在齒輪不能用滾刀加工的情況下采用的齒輪加工方法，這種加工方法費(fèi)用高、加工效率低。事實(shí)上，插齒是為帶臺肩的齒輪和內(nèi)齒進(jìn)行齒形加工而采用的。因此，要了解插齒機(jī)的加工原理。和滾齒機(jī)一樣，插齒機(jī)加工也采用展成原理，即齒輪刀具與工件按齒輪副的嚙合關(guān)系做展成運(yùn)動，工件齒面由刀具的切削刃包絡(luò)而成。而不同于滾齒加工的是，插齒刀除了按嚙合關(guān)系傳動外，還需同時(shí)做上下運(yùn)動。從插齒過程的原理上分析，插齒刀相當(dāng)于一對軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合。插齒刀實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)磨有前后角并具有切削刃的齒輪。所以就加工精度來說，對運(yùn)動精度要求不高的齒輪，可直接用插齒來進(jìn)行齒形精加工，而對于運(yùn)動精度要求較高的齒輪和剃前齒輪（剃齒不能提高運(yùn)動精度），則用滾齒和磨齒的加工組合方法較為有利。

（二）插齒既可以加工直齒，也可以加工斜齒。切制模數(shù)較大的齒輪時(shí)，插齒速度要受到插齒刀主軸往復(fù)運(yùn)動慣性和機(jī)床剛性的制約;切削過程又有空程的時(shí)間損失，故生產(chǎn)率不如滾齒高。切削過程又有空程的時(shí)間損失，故生產(chǎn)率不如滾齒高。只有在加工小模數(shù)、多齒數(shù)并且齒寬較窄的齒輪時(shí)，插齒的生產(chǎn)率才比滾齒高。插齒機(jī)結(jié)構(gòu)以及生成展成切削的電子齒輪箱控制方式理論基礎(chǔ)之后，針對亂齒的加工問題，我們能夠更容易地從問題根源出發(fā)，找出問題所在。出現(xiàn)亂齒現(xiàn)象的主要原因就是工件與刀具嚙合時(shí)出現(xiàn)偏差，工件轉(zhuǎn)速與刀具轉(zhuǎn)速不同步，即不成比例。目前一般插齒機(jī)的插齒刀往復(fù)運(yùn)動的速度為每分鐘幾百次，高速插齒機(jī)可提高到每分鐘1200-1600次。滾齒時(shí)，由于刀槽數(shù)量有限，齒形的多邊棱角形較大，插齒時(shí)，插齒刀的上下往復(fù)運(yùn)動次數(shù)可隨工件周向進(jìn)給速度的減小而相對增加，因而可以減小多邊棱角，降低表面粗糙度Rz值。插齒的表面粗糙度值和波度值比滾齒的小。因?yàn)椴妪X相當(dāng)于刨齒，滾齒相當(dāng)于銑齒。對齒面來說，插齒時(shí)切削是連續(xù)的。但由于是往復(fù)運(yùn)動，會受到慣性和振動的限制。可提高周向進(jìn)給量。這和齒形精度有矛盾。另外隨著周向進(jìn)給量的增加，讓刀量也要增加。插齒刀用于按展成法加工內(nèi)、外嚙合的直齒和斜齒圓柱齒輪。插齒刀的特點(diǎn)是可以加工帶臺肩齒輪、多聯(lián)齒輪和無空刀槽人字齒輪等。特形插齒刀還可加工各種其他廓形的工件，如凸輪和內(nèi)花鍵等。

（三）提高圓周進(jìn)給量可減少機(jī)動時(shí)間，但圓周進(jìn)給量和空行程時(shí)的讓刀量成正比，因此，必須解決好刀具的讓刀問題。為了避免插齒刀刮傷已加工的工件表面，在插齒刀空回行程時(shí)，插齒刀相對于工件還必須有一個(gè)讓刀運(yùn)動，而在工作行程開始時(shí)插齒刀（或工件）必須回復(fù)到原來的位置。加工內(nèi)齒斜齒輪的刀具與齒輪的旋向相同。斜齒插齒刀由于刀齒傾斜，兩側(cè)刃的前角相差很大，一側(cè)為正前角，另一側(cè)為負(fù)前角，為了改善插齒刀的工作條件，需要采用特殊的刃磨。如此處理問題，既低效又不可靠，耽誤了大量的精力和設(shè)備的可利用率，為此在梳理亂齒處理原因的同時(shí)，根據(jù)故障率的高低，將檢查的先后順序和相關(guān)的處理措施。科學(xué)選擇合適的加工參數(shù)，確定一次刃磨后的零件加工量，不僅有利于保證批量零件的加工質(zhì)量，還可保證以額定的刀齒前刃修磨量來獲得完整的切削刃。為了避免插齒刀在回程時(shí)擦傷已加工表面和減少刀具磨損，刀具和工件之間應(yīng)讓開一段間隔，而在插齒刀重新開始向下工作行程時(shí)，應(yīng)立即恢復(fù)到原位，以便刀具向下切削工件。

三、結(jié)束語

隨著新材料的不斷出現(xiàn)，齒輪加工的材料也在不斷的升級變化。用戶對齒輪加工的節(jié)拍、工序能力指數(shù)的要求也在不斷的提高。隨著技術(shù)的發(fā)展，高精度、高效率的現(xiàn)代插齒機(jī)與插齒刀目前可以達(dá)到幾年前難以想像的切削速度和效率。通過對插齒加工原理及亂齒原因的總結(jié)進(jìn)行分析，梳理亂齒問題處理流程，能夠提高處理故障的效率，做好預(yù)防性維護(hù)，減少故障發(fā)生。所以，只有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各個(gè)人員充分做好本職工作，插齒刀生產(chǎn)廠，努力協(xié)同設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、質(zhì)量控制及操作規(guī)范等工作，選擇合理的插齒刀具，適合的工藝流程，才能從根本上預(yù)防問題的發(fā)生。

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