插齿刀前角对刀具耐用度及齿形误差的影响www.tool-tool.com

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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(即图1 所示与基圆柱相切的N-N 截面)上测量。侧刃上任意点A的前角g_yc计算公式为

tang_yc=tangsina_y

式中：a_y——切削刃上任意点A 处的渐开线压力角，cosa_y=r_b0/r_y

图1 插齿刀的顶刃和侧刃前角

由此可知，在侧刃上各点处的前角值g_yc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l_y为

tanl_y=tangcosa_y

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g_ac=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g_ac=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1(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(a_e=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。

表1 插齿刀前角对齿形误差的影响

插齿刀前角g
顶圆处齿形误差∆_fa
µm
根圆处齿形误差∆_ff
µm

5°
+2.8
+5.9

10°
+5.0
+10.7

15°
+7.7
+15.4

20°
+10.0
+20.1

插齿刀参数m=2.5mm，a=20°，z₀=30°，a_e=6°

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，可采用图2a所示的刃磨方法，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。

图2 插齿刀前刀面的特殊刃磨

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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