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摘 要：插齿是一种应用广泛的齿形加工方法，常与滚齿并提。它相当于一对圆柱齿轮啮合，插齿刀相当于一个变位齿轮，是利用插齿刀在插齿机上加工内、外齿轮、花键或齿条等的齿面加工方法。插齿的加工过程，从原理上讲，相当于一对直齿圆柱齿轮的啮合。本文就对插齿加工中存在的问题及对策进行了研究，这有助于深入了解插齿的工作状况，对提高插齿工艺有重要意义。
关键词：插齿;加工;技术;方法
从插齿过程的原理上分析，插齿刀相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合。插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。插齿既可以加工直齿，也可以加工斜齿。在加工小模数、多齿数并且齿宽较窄的齿轮时，插齿的生产率才比滚齿高，从加工精度上看，插齿加工比滚齿加工要高一个精度等级，常用于零件产品的最终精加工，形成最终加工表面。
一、插齿加工存在的问题
（一）齿面缺陷。齿胚在插齿加工过程中，由于刀具与齿胚间出现了相对运动，导致齿被啃烂、齿数不对或者齿面缺陷等现象。插齿时，所有刀齿都参加切削，因此插齿刀的齿距累积误差将直接影响工件的齿距累积误差。这是因为插齿机的传动链比滚齿机多了一个刀具蜗轮副，即多了一部分传动误差。另外，插齿刀的一个刀齿相应切削工件的一个齿槽，因此，插齿刀本身的周节累积误差必然会反映到工件上。所以，为了提高圆周进给量可减少机动时间，但圆周进给量和空行程时的让刀量成正比，因此，必须解决好刀具的让刀问题，一方面可以提高刀具结构的刚性，还可以通过选用硬质合金等高硬基体材料提高刀具的硬度，另一方面，插齿时零件的结构也对让刀有一定的影响，可以在工序间结构设计上避免出现让刀的部位，从而提升插齿时的可加工性。
（二）齿面磨损。插齿时，形成齿形包络线的切线数量由圆周进给量的大小决定，并可以选择。此外，制造齿轮滚刀时是近似造型的蜗杆来替代渐开线基本蜗杆，这就有造形误差。切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受插齿刀主轴往复运动惯性和刚性的制约，切削过程又有空程时间损失，故生产率比滚齿加工要低。但在加工小模数、联齿、齿宽窄的齿轮时，插齿生产率会比滚齿高。没有专用磨刀机，使用的是未改造的外圆磨床刃磨刀具前刃。由于采用未改造的外圆磨床刃磨刀具，就不能使用高精度的固定顶尖装夹工艺来磨削前刃，只能利用头架主轴锥孔来装夹接刀杆、插齿刀。一般是指整个齿圈部分齿出现缺陷而其他齿完好，该问题一般因刀具损伤或刀具轴与工件轴分度机构缺陷导致。
（三）几何精度有误差。传统的插齿机靠齿轮传动系统实现刀具与工件的展成加工，而如今随着数控技术的快速发展，现代插齿机实现了电子齿轮箱控制展成运动。在加工斜齿轮时，插齿刀的铲齿轮是螺旋角相同、旋转方向相反的斜齿轮。在插齿机中，当插齿刀上下移动时，机床的螺旋导轨使插齿刀形成附加的螺旋运动。机床转动误差中，工作台分度蜗轮的齿距累积误差会影响工件的齿距累积误差，这与滚齿相同，即运动偏心的影响。插齿刀在加工齿轮时，由于两者啮合运动，插齿刀的整体误差、插齿刀刀齿上可能出现的误差或变形（如裂纹、刀齿磨损及刀齿的损坏），会传递到加工齿轮上。工件自身精度产生的影响，如工件装夹定位面误差大，零件加工部位行位误差大，装夹不牢固，加工時产生振颤变形等，加工基准与设计基准不重合，造成找正误差大等因素，都会对最终加工后的齿面精度产生影响，一旦齿轮的轮齿被破坏，误差较大时是不能使用的。
二、插齿加工中存在的问题应对策略
（一）插齿工艺是在齿轮不能用滚刀加工的情况下采用的齿轮加工方法，这种加工方法费用高、加工效率低。事实上，插齿是为带台肩的齿轮和内齿进行齿形加工而采用的。因此，要了解插齿机的加工原理。和滚齿机一样，插齿机加工也采用展成原理，即齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系做展成运动，工件齿面由刀具的切削刃包络而成。而不同于滚齿加工的是，插齿刀除了按啮合关系传动外，还需同时做上下运动。从插齿过程的原理上分析，插齿刀相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合。插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。所以就加工精度来说，对运动精度要求不高的齿轮，可直接用插齿来进行齿形精加工，而对于运动精度要求较高的齿轮和剃前齿轮（剃齿不能提高运动精度），则用滚齿和磨齿的加工组合方法较为有利。
（二）插齿既可以加工直齿，也可以加工斜齿。切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受到插齿刀主轴往复运动惯性和机床刚性的制约;切削过程又有空程的时间损失，故生产率不如滚齿高。切削过程又有空程的时间损失，故生产率不如滚齿高。只有在加工小模数、多齿数并且齿宽较窄的齿轮时，插齿的生产率才比滚齿高。插齿机结构以及生成展成切削的电子齿轮箱控制方式理论基础之后，针对乱齿的加工问题，我们能够更容易地从问题根源出发，找出问题所在。出现乱齿现象的主要原因就是工件与刀具啮合时出现偏差，工件转速与刀具转速不同步，即不成比例。目前一般插齿机的插齿刀往复运动的速度为每分钟几百次，高速插齿机可提高到每分钟1200-1600次。滚齿时，由于刀槽数量有限，齿形的多边棱角形较大，插齿时，插齿刀的上下往复运动次数可随工件周向进给速度的减小而相对增加，因而可以减小多边棱角，降低表面粗糙度Rz值。插齿的表面粗糙度值和波度值比滚齿的小。因为插齿相当于刨齿，滚齿相当于铣齿。对齿面来说，插齿时切削是连续的。但由于是往复运动，会受到惯性和振动的限制。可提高周向进给量。这和齿形精度有矛盾。另外随着周向进给量的增加，让刀量也要增加。插齿刀用于按展成法加工内、外啮合的直齿和斜齿圆柱齿轮。插齿刀的特点是可以加工带台肩齿轮、多联齿轮和无空刀槽人字齿轮等。特形插齿刀还可加工各种其他廓形的工件，如凸轮和内花键等。
（三）提高圆周进给量可减少机动时间，但圆周进给量和空行程时的让刀量成正比，因此，必须解决好刀具的让刀问题。为了避免插齿刀刮伤已加工的工件表面，在插齿刀空回行程时，插齿刀相对于工件还必须有一个让刀运动，而在工作行程开始时插齿刀（或工件）必须回复到原来的位置。加工内齿斜齿轮的刀具与齿轮的旋向相同。斜齿插齿刀由于刀齿倾斜，两侧刃的前角相差很大，一侧为正前角，另一侧为负前角，为了改善插齿刀的工作条件，需要采用特殊的刃磨。如此处理问题，既低效又不可靠，耽误了大量的精力和设备的可利用率，为此在梳理乱齿处理原因的同时，根据故障率的高低，将检查的先后顺序和相关的处理措施。科学选择合适的加工参数，确定一次刃磨后的零件加工量，不仅有利于保证批量零件的加工质量，还可保证以额定的刀齿前刃修磨量来获得完整的切削刃。为了避免插齿刀在回程时擦伤已加工表面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应让开一段间隔，而在插齿刀重新开始向下工作行程时，应立即恢复到原位，以便刀具向下切削工件。
三、结束语
随着新材料的不断出现，齿轮加工的材料也在不断的升级变化。用户对齿轮加工的节拍、工序能力指数的要求也在不断的提高。随着技术的发展，高精度、高效率的现代插齿机与插齿刀目前可以达到几年前难以想像的切削速度和效率。通过对插齿加工原理及乱齿原因的总结进行分析，梳理乱齿问题处理流程，能够提高处理故障的效率，做好预防性维护，减少故障发生。所以，只有生产环节的各个人员充分做好本职工作，插齿刀生产厂，努力协同设备维护保养、质量控制及操作规范等工作，选择合理的插齿刀具，适合的工艺流程，才能从根本上预防问题的发生。
参考文献：
[1]姬存强，正交面齿轮的设计与插齿加工试验[J];机械传动;2010年02期
[2]王志，面齿轮传动的特点及研究进展[J];工具技术;2009年10期
[3]贺鹏，直齿面齿轮齿面生成方法与啮合仿真[D];西北工业大学;2007年
[4]张俐，面齿轮滚刀基本蜗杆的设计方法[J];北京航空航天大学学报;2009年02期
（中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 哈尔滨 150066）
关键词：插齿;加工;技术;方法
从插齿过程的原理上分析，插齿刀相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合。插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。插齿既可以加工直齿，也可以加工斜齿。在加工小模数、多齿数并且齿宽较窄的齿轮时，插齿的生产率才比滚齿高，从加工精度上看，插齿加工比滚齿加工要高一个精度等级，常用于零件产品的最终精加工，形成最终加工表面。
一、插齿加工存在的问题
（一）齿面缺陷。齿胚在插齿加工过程中，由于刀具与齿胚间出现了相对运动，导致齿被啃烂、齿数不对或者齿面缺陷等现象。插齿时，所有刀齿都参加切削，因此插齿刀的齿距累积误差将直接影响工件的齿距累积误差。这是因为插齿机的传动链比滚齿机多了一个刀具蜗轮副，即多了一部分传动误差。另外，插齿刀的一个刀齿相应切削工件的一个齿槽，因此，插齿刀本身的周节累积误差必然会反映到工件上。所以，为了提高圆周进给量可减少机动时间，但圆周进给量和空行程时的让刀量成正比，因此，必须解决好刀具的让刀问题，一方面可以提高刀具结构的刚性，还可以通过选用硬质合金等高硬基体材料提高刀具的硬度，另一方面，插齿时零件的结构也对让刀有一定的影响，可以在工序间结构设计上避免出现让刀的部位，从而提升插齿时的可加工性。
（二）齿面磨损。插齿时，形成齿形包络线的切线数量由圆周进给量的大小决定，并可以选择。此外，制造齿轮滚刀时是近似造型的蜗杆来替代渐开线基本蜗杆，这就有造形误差。切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受插齿刀主轴往复运动惯性和刚性的制约，切削过程又有空程时间损失，故生产率比滚齿加工要低。但在加工小模数、联齿、齿宽窄的齿轮时，插齿生产率会比滚齿高。没有专用磨刀机，使用的是未改造的外圆磨床刃磨刀具前刃。由于采用未改造的外圆磨床刃磨刀具，就不能使用高精度的固定顶尖装夹工艺来磨削前刃，只能利用头架主轴锥孔来装夹接刀杆、插齿刀。一般是指整个齿圈部分齿出现缺陷而其他齿完好，该问题一般因刀具损伤或刀具轴与工件轴分度机构缺陷导致。
（三）几何精度有误差。传统的插齿机靠齿轮传动系统实现刀具与工件的展成加工，而如今随着数控技术的快速发展，现代插齿机实现了电子齿轮箱控制展成运动。在加工斜齿轮时，插齿刀的铲齿轮是螺旋角相同、旋转方向相反的斜齿轮。在插齿机中，当插齿刀上下移动时，机床的螺旋导轨使插齿刀形成附加的螺旋运动。机床转动误差中，工作台分度蜗轮的齿距累积误差会影响工件的齿距累积误差，这与滚齿相同，即运动偏心的影响。插齿刀在加工齿轮时，由于两者啮合运动，插齿刀的整体误差、插齿刀刀齿上可能出现的误差或变形（如裂纹、刀齿磨损及刀齿的损坏），会传递到加工齿轮上。工件自身精度产生的影响，如工件装夹定位面误差大，零件加工部位行位误差大，装夹不牢固，加工時产生振颤变形等，加工基准与设计基准不重合，造成找正误差大等因素，都会对最终加工后的齿面精度产生影响，一旦齿轮的轮齿被破坏，误差较大时是不能使用的。
二、插齿加工中存在的问题应对策略
（一）插齿工艺是在齿轮不能用滚刀加工的情况下采用的齿轮加工方法，这种加工方法费用高、加工效率低。事实上，插齿是为带台肩的齿轮和内齿进行齿形加工而采用的。因此，要了解插齿机的加工原理。和滚齿机一样，插齿机加工也采用展成原理，即齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系做展成运动，工件齿面由刀具的切削刃包络而成。而不同于滚齿加工的是，插齿刀除了按啮合关系传动外，还需同时做上下运动。从插齿过程的原理上分析，插齿刀相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合。插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。所以就加工精度来说，对运动精度要求不高的齿轮，可直接用插齿来进行齿形精加工，而对于运动精度要求较高的齿轮和剃前齿轮（剃齿不能提高运动精度），则用滚齿和磨齿的加工组合方法较为有利。
（二）插齿既可以加工直齿，也可以加工斜齿。切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受到插齿刀主轴往复运动惯性和机床刚性的制约;切削过程又有空程的时间损失，故生产率不如滚齿高。切削过程又有空程的时间损失，故生产率不如滚齿高。只有在加工小模数、多齿数并且齿宽较窄的齿轮时，插齿的生产率才比滚齿高。插齿机结构以及生成展成切削的电子齿轮箱控制方式理论基础之后，针对乱齿的加工问题，我们能够更容易地从问题根源出发，找出问题所在。出现乱齿现象的主要原因就是工件与刀具啮合时出现偏差，工件转速与刀具转速不同步，即不成比例。目前一般插齿机的插齿刀往复运动的速度为每分钟几百次，高速插齿机可提高到每分钟1200-1600次。滚齿时，由于刀槽数量有限，齿形的多边棱角形较大，插齿时，插齿刀的上下往复运动次数可随工件周向进给速度的减小而相对增加，因而可以减小多边棱角，降低表面粗糙度Rz值。插齿的表面粗糙度值和波度值比滚齿的小。因为插齿相当于刨齿，滚齿相当于铣齿。对齿面来说，插齿时切削是连续的。但由于是往复运动，会受到惯性和振动的限制。可提高周向进给量。这和齿形精度有矛盾。另外随着周向进给量的增加，让刀量也要增加。插齿刀用于按展成法加工内、外啮合的直齿和斜齿圆柱齿轮。插齿刀的特点是可以加工带台肩齿轮、多联齿轮和无空刀槽人字齿轮等。特形插齿刀还可加工各种其他廓形的工件，如凸轮和内花键等。
（三）提高圆周进给量可减少机动时间，但圆周进给量和空行程时的让刀量成正比，因此，必须解决好刀具的让刀问题。为了避免插齿刀刮伤已加工的工件表面，在插齿刀空回行程时，插齿刀相对于工件还必须有一个让刀运动，而在工作行程开始时插齿刀（或工件）必须回复到原来的位置。加工内齿斜齿轮的刀具与齿轮的旋向相同。斜齿插齿刀由于刀齿倾斜，两侧刃的前角相差很大，一侧为正前角，另一侧为负前角，为了改善插齿刀的工作条件，需要采用特殊的刃磨。如此处理问题，既低效又不可靠，耽误了大量的精力和设备的可利用率，为此在梳理乱齿处理原因的同时，根据故障率的高低，将检查的先后顺序和相关的处理措施。科学选择合适的加工参数，确定一次刃磨后的零件加工量，不仅有利于保证批量零件的加工质量，还可保证以额定的刀齿前刃修磨量来获得完整的切削刃。为了避免插齿刀在回程时擦伤已加工表面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应让开一段间隔，而在插齿刀重新开始向下工作行程时，应立即恢复到原位，以便刀具向下切削工件。
三、结束语
随着新材料的不断出现，齿轮加工的材料也在不断的升级变化。用户对齿轮加工的节拍、工序能力指数的要求也在不断的提高。随着技术的发展，高精度、高效率的现代插齿机与插齿刀目前可以达到几年前难以想像的切削速度和效率。通过对插齿加工原理及乱齿原因的总结进行分析，梳理乱齿问题处理流程，能够提高处理故障的效率，做好预防性维护，减少故障发生。所以，只有生产环节的各个人员充分做好本职工作，插齿刀生产厂，努力协同设备维护保养、质量控制及操作规范等工作，选择合理的插齿刀具，适合的工艺流程，才能从根本上预防问题的发生。
参考文献：
[1]姬存强，正交面齿轮的设计与插齿加工试验[J];机械传动;2010年02期
[2]王志，面齿轮传动的特点及研究进展[J];工具技术;2009年10期
[3]贺鹏，直齿面齿轮齿面生成方法与啮合仿真[D];西北工业大学;2007年
[4]张俐，面齿轮滚刀基本蜗杆的设计方法[J];北京航空航天大学学报;2009年02期
（中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 哈尔滨 150066）