内齿轮加工缺陷原因及对策

内齿轮加工主要是由机床、刀具和工件间的相对运动切削形成的。所以，机床的精度和机床工作精度误差、机床运动误差、刀具和刀具的安装误差、工件与工件的安装误差，以及切削过程中切削力造成的弹性变形引起的切齿误差，都是影响切齿加工的误差源。内齿轮加工精度有时受其中一种误差源的影响，有时也受其中几种误差源的影响。分析出产生误差的原因，从而可采取有效的措施。

1.机床因素产生加工误差的原因及其对策

机床精度和机床工作精度的依据是机床的合格证。应当指出，国外进口机床合格证填写的实测误差，是允许差的同一数值，但实际上复验一下误差，比允差小得多。因为，一方面表明它具有足够的储备量，另一方面唯恐验收时，由于时间、地点与条件和出厂交验时不同，而得到不同的实测结果，避免发生争执。

插齿机的刀轴实现直线运动，刀架与工作台的传动件实现回转运动，这些展成运动的精度误差会导致齿面形状误差和分度误差。为此，插齿机装配后最好使用转动差测量仪器检查传动链的动态精度。通过检查并用两个精度悬殊不同的分齿交换齿轮作对比测试，可知传动链中的交换齿轮精度对加工精度影响并不十分明显，而刀架与工作台分度蜗轮的精度则直接影响工件的精度。

传动链的精度对工作展成误差的影响，可由下式计算：

式中 δ_d——分度圆直径为d的工件展成回转误差（μm）；

ΔF_r′——交换齿轮的径向跳动量（mm）；

z₁——分度蜗杆头数；

z₂——分度蜗轮齿数；

d——工件分度圆直径（mm）；

d′——分齿交换齿轮直径（mm）。

机床运动误差对切齿精度的影响如下：

1）齿距偏差f_pt。主要是工作台或刀架的分度蜗杆轴向窜动过大；分度蜗杆副啮合间隙过大停刀相邻误差。消除方法：调整分度蜗杆的轴向窜动和分度蜗杆副的啮合间隙；选用与工件齿数互为质数的插齿刀。

2）齿距累积偏差F_p。主要是工作台或者刀架分度蜗杆副有磨损，啮合间隙过大；工作台有较大的径向跳动；刀轴轴向（装插齿刀的部分）跳动过大。消除办法：调整分度蜗杆副的啮合间隙必要时修复蜗杆副；修刮工作台与其底座接触面。使定心部分比上平面接触“硬”一些；刀轴端面修磨，或重新安装插齿刀，使误差相互抵消。

3）齿廓偏差F_α。主要是分度蜗杆轴向窜动过大；传动链精度过低；工作台端面有较大的径向跳动；刀轴轴向跳动过大。消除方法：检查与调整分度蜗杆的轴向窜动，更换传动链精度过低的零件。

4）齿向偏差F_β。主要影响是机床的主轴中心线对工作台中心线的平行度，其误差源有可能来自直的固定导轨和活动导轨。消除方法：重新检查这项机床精度，必要时拆卸刀架，检查导轨滑动面对母圆的平行度，如超差要修刮，并配刮镶条，以形成良好导向精度条件。

2.刀具误差和刀具安装误差

刀具误差和刀具安装误差，以及刀具与工件齿数比不适当的情况，都会影响切齿精度。

1）齿距偏差f_pt。在刀具与工件齿数比不适当的情况下，插齿刀的径向跳动误差或偏心装夹刀具，都会导致齿距误差，这种误差最大值几乎等于刀具最大径向跳动，严重时还会出现齿面带台阶现象，造成最后停刀的那个齿距偏差较大。消除方法：在条件允许下，选用与工件齿数互为质数的插齿刀。此外，注意插齿刀配合轴颈尺寸，过紧过松均不可取，要求正确安装插齿刀。

2）齿距累积偏差F_p。插齿刀的齿距累积偏差和装夹误差完全传到工件，直接影响工件的齿距累积误差。通常在工件齿距累积误差图解中可以发现，周期性误差变动常常与刀具齿数巧合，这样可以判定误差源来自插齿刀。消除方法：重新安装插齿刀，必要时更换精度高的新插齿刀。(www.xing528.com)

3）齿廓偏差F_α。插齿刀本身的齿廓偏差对工件的齿廓偏差影响很大。此外插齿刀刃磨不良，插齿刀安装后有径向跳动与轴向跳动，对工件齿廓偏差也有影响。消除方法：除了正确安装插齿刀以外，重新检查插齿刀的齿廓偏差，必要时重磨刃口。

4）基节偏差f_pb。插齿刀的基节误差和装夹偏心误差直接影响工件的基节误差，其消除方法与齿廓偏差相同。

3.工件误差和工件安装误差

齿轮加工精度在很大程度上取决于工件夹紧面的预加压力和工件的安装精度。夹具不好，端面跳动过大，无凝将增加工件的轴向跳动和径向跳动量。因此，在切齿之前，仔细地用千分表找正工件，检查轮坯的径向跳动和轴向跳动是必不可少的工序。

1）齿距偏差f_pt。主要是由于工件的径向跳动过大，其误差源来自工件加工偏差和工件安装误差。消除方法：自工作台、夹具到工件安装后，层层检查其定心安装基准的径向跳动量，并加以修正。

2）齿向偏差F_β。工件和夹具的轴向跳动都直接影响齿向偏差，其接触线误差关系可用下式表示：

式中 ΔF_T——在直径D处的轴向跳动量；

b——齿宽。

如果说，支承面积的直径D跟齿宽b一样，则工件的齿向偏差就是工件的轴向跳动误差。

加工窄而薄的内齿轮时，要特别注意安装误差，若夹紧压力过大，则会引起工件变形。切完齿，已变形的工件恢复原状，测量该齿轮圆周上互呈90°的四个齿的齿向，发现齿向有交替的锥形与斜形。消除方法：夹紧点分布多一些，夹紧力适度，夹紧后检查齿圈的轴向跳动。

工件误差和工件安装误差对齿距偏差、齿廓偏差和基节误差的影响较小，不在此叙。

4.机床、刀具和工件的综合误差

在加工过程中，由于机床、刀具和工件系统刚性不足，切削力所引起的弹性变形，又称静态不稳定性，导致齿廓偏差。

由于工件安装不当，同时插齿的切削力总是周期性频繁起变化，因此引起自激振动，又称为动态不稳定性，结果导致齿面出现波纹度。消除方法：可以改变切削速度，或改变工件安装方式来解决。

机床、工具、工件的静态和动态以及热态不稳定性，影响切齿精度显著的是工件的齿廓偏差、齿向偏差和齿距累积偏差。至于齿距偏差和基节误差，则影响较小。此外，由于机床动态的不稳定性，在切齿过程中出现振动或冲击，会影响齿面粗糙度。

5.加工过程中引起的工件误差

有一些材料在切齿加工中容易出现齿面拉毛，原因在于材料不能被刀具切削刃正确切去。一旦刀具切削刃面上出现刀瘤，即使切削刃的位置很准确，但由于被刀瘤挤去齿面上一些材料，结果也会引起工件的齿廓偏差和齿向偏差，并增加了工件的表面粗糙度。

刀具的刀瘤形状与被加工工件的材质有关。例如插削灰铸铁和易切削钢的工件，不会出现刀瘤，而插削调质钢和渗碳钢工件，情况则不佳。通常在热处理上采取一定的措施。例如，将40Cr钢由调质处理改为正火处理，情况就大为好转。用一般常用的高速钢插齿刀，至今还没有好的办法来防止刀瘤的产生，除非采用粉末冶金高速钢插齿刀或研究制成硬质合金插齿刀，在高效插齿机上，提高切削速度至130m/min，加大圆周进给量，增大切削厚度，才有可能抑制刀瘤的产生。

总之，影响内齿轮加工误差因素很多，上述分析尚不能概括全部。遇到具体问题还需要结合实际，逐一排除非主要因素，弄清问题的根源所在，并采取针对性的卓有成效的措施，尽可能彻底消除齿轮的加工缺陷，将加工质量提高到新的层次上来。