滚齿是齿形加工中最常用、生产率较高的一种加工方法。啃齿在齿轮的滚齿加工中非常普遍，如果后道工序（如剃齿、磨齿等）无法纠正此误差，则零件只能报废，有些齿轮滚齿即是最后工序，此时若存在啃齿，则会导致齿轮承载能力降低、传动不平稳及噪声增大等。
为降低滚齿啃齿加工缺陷，保证齿轮达到使用要求，提高滚齿机啃齿故障排除效率，有必要对滚齿啃齿缺陷原因进行分析研究。
一、啃齿故障现象
滚齿切削过程中，每一个参与切削的滚刀刀齿都会对齿坯圆柱进行切除，刀齿每加工一次，就会在齿坯圆柱面上形成新的齿槽曲面，啃齿是齿面出现斑痕且多少不一的一种现象。齿面出现凹面斑痕现象是齿形成形的各运动轨迹出现突变所致，对运动轨迹造成影响的因素有切削负荷变化、传动系统机械磨损和液压及润滑状况不良等。在加工直齿轮时，滚刀螺旋线方向垂直向下，其安装角很小（一般在2°以下），使整个切削过程中切削负荷变化很小，从齿向方向看，主切削力垂直向下，圆周进给分力忽略不计。由于齿向与进给方向平行一致，使各因素在该方向上产生的速度变化都不会对成形运动轨迹产生影响，因此在加工直齿圆柱齿轮时，由于不做差动运动，使受影响因素减少，啃齿现象相对较轻。典型啃齿现象如图1所示。
滚斜齿轮时，由于滚刀安装角大，切削过程中切削负荷变化大，且机床增加了差动运动，容易发生啃齿现象，且螺旋角越大、啃齿越严重。
图1 典型啃齿现象
二、啃齿原因分析
1.切削负荷的变化与传动间隙过大造成啃齿
滚齿机床对齿轮进行切削加工时，滚齿机床的刀刃在工件中进行切出和切入，这种切削力会经历大小之间轮流变化的过程，由此就会导致需要加工的齿轮与刀刃之间形成激振力，这种激振力具有周期性的特点，长期大批量生产，使得各紧固件发生松动，这种交变载荷容易使传动件疲劳磨损。松动和磨损使传动间隙增大，当受到变化大的载荷时，会引起抖动和部件运动的速度变化，最终造成齿轮成形运动轨迹突变，出现啃齿现象。
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（1）刀架板松动和刀轴轴向间隙过大产生啃齿。刀架部件是滚齿机的主要关键部件之一，啃齿现象产生跟刀架部件有较大关系。首先，分析刀齿的磨损情况，如图2所示，中心线右侧齿刀为切出齿刀，切入齿刀磨损最严重，其切削负荷较大，而切出齿刀主要是对单面齿形包络切削光整，负荷较小，但会产生单向挤压和让刀。
图2 滚刀刀齿磨损情况分析
在加工方法上，有顺铣和逆铣。当加工左旋齿采用顺铣时，刀架自下向上进给，切入齿刀是滚刀后部，滚刀自上向下滚切，其切削反力沿滚刀轴线分力R1及滚刀主轴部件的自身质量斜向分力g1使刀杆轴向间隙消除。
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小滑板松动后靠丝杆副自锁，当加工接近终端时，切入齿刀先脱离，使大部分切削反力R1失去，使切出齿刀单面刃受挤压，但挤压方向R1及g1一致，使成形运动轨迹不受影响，同理，对于加工右旋齿轮采用顺铣，结论也是如此。目前正在广泛采用顺铣的YK3132滚齿机有相当数量的小滑板是松动的即是例证。但是，当采用逆铣时则情况就不一样了，刀架自上向下进给，接近终端时，由于切出齿轮滚刀受挤压方向与R1及g1相反，当切入齿刀脱离后，大部分R1失去，使受力状况发生突变，突变载荷不仅使刀杆产生窜动和抖动，还使丝杆副失去自锁作用，产生末端啃齿现象，当滚刀刃磨损后，切削负荷会成倍增加，其啃齿会更严重。
（2）滚刀垂直导轨间隙过大产生啃齿。刀架滑板沿立柱导轨频繁的进给和快速返回，经久使用，使滑动面磨损产生间隙。滚齿切削过程中，刀刃成排轮流从切入到切出，切削力由小逐渐变大，再逐渐变小，在工件和刀具之间产生周期性的激振力，长时间运行该激振力会使镶条松动，间隙增大。当进行顺铣时，切削合力R的水平分力P始终将工件与滚刀互相推开，使刀架滑板和立柱导轨保持紧密吻合，在滚刀加工时比较均匀平稳，不致出现振动，但当接近终端时，切入齿才开始脱离切削，切削力减少，滑板与导轨逐渐脱离吻合，刀架因自身质量而开始倾斜低头，啃齿开始，当切削完全停止时，滚刀低头至极限，此时滚刀后半圆仍部分与工件进行着空啮合，所以啃齿达到最大，属末端啃齿。
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当进行逆铣时，在加工终了发生的情况与顺铣类似。但在整个加工过程中却有与顺铣不同之处，从逆铣削的受力分析来看，由于滚刀连续不断向下走刀，每一齿刀刃实际上从比滚刀中心线略高的A处与工件接触并开始切削，实际上刀刃与轮齿表面产生一种挤刮现象，直至刀刃切至滚刀中心线上的B点时达到最大切削深度，此时才开始切下切屑。在A点开始切削时，滚刀与工件间出现大小相等、方向相反的作用力，直至刀刃切削至B点时为止。刀刃转过B点后，滚刀与工件间的作用力方向开始改变，此时滚刀的圆周切向力R分解为水平分力P和垂直分力Q，P指向滚刀中心就是说切削方向的不断变化，又是断续切削，造成了刀架出现周期性的振动，共振来自滑板与立柱导轨的配合间隙。当间隙过大时，切削不平稳加剧，齿面刀花过大，造成全面啃齿。
（3）薄弱环节的磨损产生啃齿：①托刀架轴瓦磨损。对于加工左旋齿轮，滚刀的安装角使刀架处于较高端的位置。当润滑出现不良时，得不到冷却油的适量补偿使轴瓦很快磨损，导致刀杆尾部失去支撑。随切削反力的变化而抖动，使齿面表面粗糙度增加，严重时造成全面啃齿。②刀架进给丝杆端的轴向支撑轴承磨损。由于进给丝杆频繁的驱动刀架上下运动，其轴向负荷较大使轴承磨损较快，损坏的轴承承载时会出现转动困难，造成转动速度不均（爬行），转换到直线运动使刀架进给速度不均，斜齿轮滚切要求严格的垂直进给速度，速度不均匀，使齿向成形运动轨迹发生变化则造成游离啃齿。
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2.液压系统状态不良对啃齿的影响
在整个加工过程中，液压系统的运行是否平稳，直接关系到所加工表面的质量。液压元件的损坏、油污、压力波动及节流产生振动，均会导致系统压力改变。当采用逆铣时，系统不对平衡液压缸供油，平衡及消除传动间隙靠刀架向下进给压缩液压缸内腔形成压力。但当液压缸密封出现泄漏时，压力无法形成，此时消除传动间隙全靠逆铣作用。当切削终了时，切削反力消失，整个刀架因自身质量而向下将反向间隙吃掉，导致进给速度突变，破坏了垂直进给速度的均匀性，此时滚刀后半圆仍部分与轮齿空啮合，造成末端啃齿。
当采用顺铣时，系统向平衡液压缸供压，当油压不稳定时，油压由高变低时，刀架会失衡，突变的作用力使丝杆副失去自锁能力，刀架因自身质量会突然向下抖动，使仍在与工件空啮合的齿刀刃碰伤齿面，造成末端啃齿。
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3.润滑不良造成啃齿
润滑系统被广泛应用于机床设备，滚齿机的润滑报警是通过润滑电动机是否运转来判定，但液压泵损坏，油路不畅，则无法报警，当出现润滑不良时，受影响最严重的滑动轴承面，其滑动摩擦面易发热，对润滑不良非常敏感。
工作台主轴转速相对较低，转动方向受力较小，轴承受其影响相对滚刀可忽略不计。滚刀两端的滑动支持轴承因工件齿轮旋向不同而影响不同，当加工左旋齿轮时刀杆所受的切削反力轴向分力R1趋向使主轴紧靠锥面轴瓦，无润滑时会发热抱死，不能运转。但加工左旋齿轮时刀杆受力趋向使其脱离锥面轴承，不会抱死。但润滑不良加上受径向力，使主轴转动发生爬行，转速不均，使假想齿条的移动速度出现波动，导致啃齿。当刀架进给，滚刀走至齿坯轴中部时，因切削最大使径向力也最大，爬行最严重，造成啃齿最严重，为中部啃齿。
三、结语
本文从滚齿机订单整体角度对产生典型的啃齿现象的原因作了剖析，在实际维修中可以首先针对现象找其产生的主要原因，使我们对啃齿故障点的诊断难度相对大幅减小，故障的处理节奏明显加快。
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