插齿加工是应用最广泛的齿轮加工方式之一,随着机床工业和数控技术的发展,插齿机床已经取得了长足的进步,目前正朝着高效、全自动,以及高精度稳定性的方向发展,已经具备了精加工的特性。然而另一方面,现行插齿刀设计方法设计的插齿刀具,加工精度较低,明显不适应插齿机床的发展,尤其是加工内斜齿,左右齿面加工精度不一致,且表面质量差。如果通过改变插齿刀具设计方法和制造技术,配合高精度插齿机床,使插齿加工精度提高一个等级,将对齿轮制造业的技术进步产生积极影响。因此,有必要研究新的插齿刀设计方法。本文首先根据曲线共轭原理,阐述插齿加工的齿面成形原理,据此提出等切削前角插齿刀设计原理;通过离散共轭面和齿顶圆柱面,在其上构造无理论刃形误差主切削刃和顶刃;依据主切削刃上各处切削前角相等和刃磨后加工精度保持一致的要求,提出等切削前角插齿刀的前刀面和后刀面构造方法。在切削刃设计方面,基于极径和转角的空间曲面网格划分方法,将共轭面和齿顶圆柱面划分为规则网格。提出曲面网格角点寻迹原理,在共轭面和齿顶圆柱面上选取并光滑连接网格角点,主动设计主切削刃和顶刃,并推导它们的数学方程。基于有限元仿真,综合考虑切削运动、切削力、切屑流动和切屑变形,分析比较不同切削刃的切削性能,得到优选切削刃刃形。在前刀面设计方面,依据切削刃上各点的切削速度,构造能使切削刃上各点切削前角相等的前刀面;提出刃点切线等效前刀面构造原理,通过设计前角构造线和前刀面构造线,改善前刀面的可制造性。在后刀面设计方面,以刀具重新刃磨后,加工精度不变为设计目标,将多层切削刃拟合成的自由曲面作为后刀面。以具有代表性的渐开线螺旋齿内齿圈为实例,设计一款等切削前角插齿刀,通过VERICUT仿真软件平台进行加工仿真,检测左右齿面的加工精度,得出左右齿面加工精度一致的结论。最后,通过对等切削前角插齿刀和非等切削前角插齿刀的切削力对比分析,验证等前角切削可以改善零件表面质量,相较非等前角具有一定的优越性。