插齿刀前角对刀具耐用度及齿形误差影响

　　在切削加工中，刀具的有效寿命受到主切削刃磨损的限制。影响刀具磨损的因素较多，包括工件材料和刀具材料的机械物理性能、刀具的结构与几何形状参数、切削条件与用量等。对于插齿加工，插齿刀的前角对刀具的耐用度和齿形误差具有直接影响。

　　1、插齿刀的几何角度

　　标准插齿刀的顶刃前角g=5°。插齿刀前刀面为内凹圆锥面，因此形成了侧刃前角。插齿刀的侧刃前角应在与切削刃在基面上的投影相垂直的截面上测量。侧刃上任意点A的前角gyc计算公式为 tangyc=tangsinay

　　式中：ay——切削刃上任意点A 处的渐开线压力角，cosay=rb0/ry 

　　由此可知，在侧刃上各点处的前角值gyc不等，在接近顶圆处侧刃前角较大，接近根圆处侧刃前角较小。由于插齿刀前刀面为圆锥面，故侧刃形成了一定的刃倾角。切削刃上各点的刃倾角不同，在任意点A 处的刃倾角ly为tanly=tangcosay

　　对于两侧切削刃，在顶圆处侧刃前角最大而刃倾角最小，在根圆处侧刃前角最小而刃倾角最大。刃倾角可起到增大工作前角的作用。 

　　对于标准插齿刀(如m=2.5mm，a=20°，z0=30，g=5°的插齿刀)，顶圆处的侧刃前角gac=2°36'，根圆处的侧刃前角gfc=0°13'。由于侧刃前角均很小，对切削性能有一定影响。

　　2、增大插齿刀前角对刀具耐用度的影响

　　在加工钢制齿轮时，适当增大插齿刀前角不仅有利于提高加工齿面光洁度，还可提高插齿刀的耐用度。如将插齿刀前角由5°增大到15°，在m=2.5mm，a=20°，z0=30，z1=42，ae=9°的加工条件下，刀具耐用度可由134.8分钟提高到252分钟(提高88%)，为标准插齿刀(ae=6°，g=5°)耐用度(62.3分钟)的4倍(提高404.7%)。将前角增大到15°后，可使侧刃前角显著增大(顶圆处侧刃前角gac=10°39'，根圆处侧刃前角gfe=7°06')，从而显著提高加工齿面光洁度。

　　3、增大插齿刀前角对齿形误差的影响

　　增大插齿刀前角后，将增大插齿刀的齿形误差，因此应根据被加工齿轮的精度要求来分析增大插齿刀前角的可行性。如对于m=2.5mm，a=20°，z0=30 的插齿刀，当齿顶后角ae=6°时，采用不同前角时的齿形误差见表(表中数值为插齿刀齿形角经修正后的齿形误差)。可知，当插齿刀前角增大到15°时，齿形误差已相当大，不容忽视。对于大模数、少齿数的插齿刀，产生的齿形误差将更大。因此，大前角插齿刀主要适用于加工低精度齿轮或进行粗加工。

　　在齿轮加工中，有时会遇到工件材料塑性较大、采用标准前、后角的插齿刀加工不易达到要求齿面光洁度的情况，此时可采用增大插齿刀前角的方法。如加工 38CrNiMo ALA和40CrNiMo A齿轮时，采用标准前、后角的插齿刀加工时齿面产生较深划痕，经研齿、珩齿等工序后划痕也不易消除。此时采用增大前、后角(ae=9°，g=15°) 的插齿刀进行加工，齿面光洁度可稳定达到5～6 级。当齿轮精度要求较高时，为避免因加大插齿刀前、后角引起齿形误差超差，可采取以下解决措施：①重新修正插齿刀的齿形角。表1中插齿刀根圆处的齿形误差大于顶圆处的齿形误差，如适当减小插齿刀的齿形角，可使根圆处齿形误差减小，从而减小总的齿形误差。采用该方法需要进行重复试算，以使齿形误差达到最小。 ②如使用修正齿形角的方法仍达不到要求的齿形精度时，可将插齿刀的实际齿形误差计算出来，然后对磨削插齿刀齿形的砂轮进行专门修整，使磨削出的插齿刀齿形误差最小。该方法一般在对齿形精度有特殊要求时才采用。

　　4、插齿刀前刀面的特殊刃磨

　　为增大插齿刀的侧刃前角，还可采用特殊刃磨方法磨削插齿刀的前刀面。对于普通模数的插齿刀，可采用刃磨方法，使插齿刀的顶刃前角和侧刃前角同时增大。磨削用的砂轮由两侧的圆锥面和中间的圆柱面组成，圆柱面宽度等于插齿刀的齿顶厚度，两侧圆锥面与插齿刀前刀面的交线为双曲线，该双曲线与插齿刀的渐开线理论齿形很接近，因此磨出的插齿刀齿形误差极小。对于模数较大的插齿刀，可采用图2b所示的刃磨方法，分别磨削出插齿刀的顶刃前角和侧刃前角。由于特殊刃磨方法操作复杂，因此仅在个别特殊场合使用。

　　综上所述，在粗加工工序或对加工精度要求不高时，适当增大插齿刀前角不仅可提高刀具耐用度和加工齿面光洁度，而且在一定程度上还可降低机床的切削力，因此不失为一种经济实用的齿轮加工方法。

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