趙曉濱

（哈爾濱第一工具制造有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

加工齒輪的刀具無論從設計計算還是從加工制造上來看都是所有刀具中最復雜的一種。雖然齒輪刀具的種類繁多，各有特點。但由于漸開線齒輪的優(yōu)點，所以現(xiàn)在機器制造業(yè)中應用的齒輪大多數(shù)是漸開線齒輪，這樣的齒輪刀具的外形復雜，設計也較為復雜，為了提高切削加工效率，提高齒輪加工質(zhì)量以及延長刀具的壽命，研究齒輪刀具的設計理論和設計方法，改進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用比較普遍的一種。它是利用一對齒輪嚙合或齒輪與齒條嚙合的原理加工的。加工時，刀具與被切齒輪的瞬心線彼此作無滑動的純滾動，被加工齒輪的齒形是刀具切削刃連續(xù)位置的包絡，也就是展成法。利用展成法加工有很多優(yōu)點，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。插齒刀是通過展成法在插齒機上加工圓柱形工件的刀具。插齒刀可用來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?？捎脕砑庸ぶ饼X斜齒圓柱齒輪。梳齒刀：刀具呈齒條狀?？捎脕砑庸ぶ饼X、斜齒、人字齒輪。刀具外形簡單，加工的齒輪業(yè)度高，但機床結(jié)構(gòu)復雜，因此用得不多。剃齒刀：刀具呈齒條、齒輪、蝸桿狀。齒面上開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。插齒刀的每個刀齒有3個切削刃，一個頂刃和兩個側(cè)刃。當插齒刀設計成0°前角時，它的前刀面是垂直于軸線的平面，此時，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，是兩條漸開線。由于漸開線在生產(chǎn)加工中有很多優(yōu)點，所以廣泛應用在齒輪刀具的齒形設計中。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，這時可通過修磨前刃面，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?shù)毒叩揭欢ê穸葧r，就不可以再修磨了，刀具報廢，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。對于插齒加工，插齒刀的前角對刀具的加工質(zhì)量以及磨損有著直接的影響。

在實際生產(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°的插齒刀定為標準插齒刀前角，插齒刀前刀面為向內(nèi)凹進的圓錐面，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量得到的。側(cè)刃上任意點處的前角值不相等，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。切削刃上各點的刃傾角不同。對于兩側(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。對于標準插齒刀，由于側(cè)刃前角很不均勻，對刀具切削性能有一定影響。

插齒刀在加工齒輪時，適當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，同時還可提高插齒刀耐用度。如果將插齒前角由5°增大到15°。標準刀具參數(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，但也對插齒刀的切削質(zhì)量有著負面的影響。因為增大插齒刀的前角后，插齒刀的齒形誤差也同時增大。當插齒刀前角增大到15°時，齒形誤差已相當大，齒形誤差是反映刀具設計及加工質(zhì)量的關鍵項目，因此插齒刀前角的增大值的確定需要考慮可行性。在實際生產(chǎn)中我們應如何確定前角？首先我們應該考慮被加工齒輪的精度要求，通過被加工齒輪的精度要求決定增大插齒刀前角的可行性。實踐中得出的經(jīng)驗，對于大模數(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行粗加工。

在齒輪加工中，有時會遇到工件材料塑性較大，采用標準前、后角的插齒刀加工不容易達到要求的齒面光潔度的情況，此時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齒面產(chǎn)生較深劃痕，這時如果采用同時增大前、后角的插齒刀進行加工，齒面光潔度可穩(wěn)定達到標準要求。標準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)過少的齒輪，這時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，否則會使插齒刀的重磨厚度減少，減少了重磨次數(shù)，而且還會使插齒刀的齒形誤差增大。

當被加工的齒輪精度較高時，如何解決因加大插齒刀前、后角引起齒形誤差超差，經(jīng)過實踐總結(jié)可采用以下解決措施：（1）對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。采用該方法需要進行反復計算，以使齒形誤差達到最小。（2）如使用修正齒形角的方法仍達不到要求的齒形時，可將插齒刀的實際齒形誤差計算出來。然后通過對磨削插齒刀齒形的砂輪進行專門修整，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，這種方法一般應用在對齒形精度有特殊要求時采用。

綜上所述，適當增加插齒刀前角在一定程度上會提高刀具的加工質(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)過少時適用。

目前對于齒輪刀具的設計與制造，許多問題有待深入研究解決。而要想真正掌握各種齒輪刀具的設計與制造，必須要深入的研究各種齒輪刀具的嚙合原理，對刀具的各項參數(shù)以及其中的關系了解透徹，這就需要我們不斷學習和探索，在實踐中總結(jié)經(jīng)驗，在刀具的設計及加工生產(chǎn)中做到精益求精。

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