任务6 螺纹的编程车削
任务内容
●螺纹的基本知识。
●车削三角形外螺纹。
●螺纹的检测。
目的和要求
▲了解三角螺纹的用途和技术要求。
▲能用螺纹样板正确装夹螺纹车刀。
▲掌握螺纹车刀的对刀方法。
▲掌握螺纹车削编程方法。
项目一 螺纹的基本知识
实训目的和要求
▲了解螺纹的用途和分类。
▲了解螺纹标记。
▲了解螺纹术语。
相关知识
在机械设备中，螺纹的用途非常广泛。它的作用按用途可分为联接螺纹与传动螺纹；比如机器中零件与零件、零件与部件、部件与部件之间的相互联接，如图6-1-1（a）所示。传动螺纹主要是为了传递动力，如图6-1-1（b）所示。螺纹的加工方法也很多，车削加工是螺纹加工中最常见的加工方法之一，所以掌握在车床上车削螺纹是一个机械工人必备的技能。
图6-1-1 螺纹的用途
一、螺纹的分类
1）按螺纹的牙形特点分
按螺纹的牙形特点可分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹、圆形螺纹等，如图6-1-2所示。
图6-1-2 螺纹牙形
2）按螺旋方向分
按螺旋方向可分为左旋螺纹和右旋螺纹。
螺旋方向的判别：将螺纹按轴线垂直水平方向放置，螺旋线左高为左旋螺纹，右高为右旋螺纹，如图6-1-3所示。
3）按螺纹线数分
按螺纹线数可分为单线螺纹和多线螺纹。多线螺纹是指具有两条或两条以上螺旋线的螺纹。
图6-1-3 左旋、右旋螺纹
螺纹详细分类如下所示：
二、常见螺纹标记
1.普通三角形螺纹
1）螺纹标记格式
2）粗牙螺纹
示例：M24×3 LH—5g6g—L
其中，M——普通三角形螺纹特征代号；
24——公称直径，mm；
3——螺距为3 mm；
LH——左旋（未标注LH的螺纹是右旋螺纹）；
5g6g——中径和顶径公差带代号；
L——长旋合长度（“S”为短旋合长度，“N”中等旋合长度，中等旋合长度一般不标注）。
提示：
①普通三角形粗牙螺纹的螺距不标注，其螺距可在相关普通螺纹尺寸表中查阅。
②中径和顶径公差带代号为小写字母时表示外螺纹，为大写字母时为内螺纹。
③中径和顶径公差带代号相同时只标注一个，如：M20—6g—L。
3）细牙螺纹
示例：M24×1.5—6H
其中，M——普通三角形螺纹特征代号；
24——公称直径，mm；
6H——中径和顶径公差带代号。其含义解读为：公称直径为24 mm，螺距为1.5 mm，中径和顶径公差带代号均为6H的中等旋合长度的右旋普通三角形细牙内螺纹。
2.管螺纹
1）55°非螺纹密封管螺纹
示例：G
B
其中，G——55°非螺纹密封管螺纹；
——尺寸代号（用英寸表示，指管子的孔径）；
B——外螺纹公差等级代号（55°非螺纹密封管螺纹外螺纹公差等级分为A，B两级，内螺纹不标注）。
2）55°螺纹密封管螺纹
①圆锥内螺纹 与圆锥内螺纹相配合的圆锥外螺纹特征代号为R2。
圆锥内螺纹示例：RC
—LH
其中，RC——55°用螺纹密封的圆锥内螺纹；
——尺寸代号，英寸；
LH——左旋螺纹。
②圆柱内螺纹 与圆柱内螺纹相配合的圆柱外螺纹特征代号为R1。
圆柱内螺纹示例：RP1
其中，RP——55°用螺纹密封的圆柱内螺纹；
1
——尺寸代号，英寸。
3）60°螺纹密封管螺纹
①圆锥管螺纹（内、外）
示例：NPT
其中，NPT——60°螺纹密封的管螺纹；
——尺寸代号，英寸。
②与圆锥外螺纹配合的圆柱内螺纹
示例：NPSC
其中，NPSC——60°螺纹密封的与圆锥外螺纹配合的圆柱内螺纹；
——尺寸代号，英寸。
③米制锥管螺纹
示例：ZM24—S
其中，ZM——米制锥管螺纹；
24——基面上螺纹的公称直径，mm；
S——短基距。
3.矩形螺纹（又叫方牙螺纹）
示例：矩形48×10
其中，矩形——螺纹特征代号；
48——公称直径，mm；
10——螺距，mm。
4.梯形螺纹（米制）
示例：Tr36×12（P6）—6g—L
其中，Tr——梯形螺纹；
36——公称直径，mm；
12——导程，mm；
P6——螺距为6，mm；
6g——中径、顶径公差带代号；
L——长旋合长度。
三、螺纹术语
1.螺旋线
螺旋线的形成如图6-1-4所示，直角三角形ABC绕圆柱d2旋转一周，斜边AC在圆柱表面上所形成的曲线即为螺旋线。
图6-1-4 螺旋线的形成
2.螺纹大径
螺纹大径又叫螺纹的公称直径，也叫顶径。外螺纹大径用“d”表示，内螺纹顶径用“D”表示，如图6-1-5所示。
3.螺纹中径
螺纹中径是一个假想的圆柱直径，该圆柱的母线通过螺纹牙形上沟槽和凸起相等的地方，相同大径与螺距的内外螺纹中径相等，即
D2 =d2
4.螺纹小径
外螺纹叫底径，用d1表示；内螺纹叫孔径，用D1表示。
5.螺距
相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为螺距，用P表示。
6.导程
同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为导程，用L表示。
导程=线数×螺距
即 L =nP
图6-1-5 三角形螺纹各部分名称
7.螺纹升角
在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角称为螺旋升角，用ψ表示，如图6-1-4所示。计算公式
式中 ψ——螺纹升角；
L——导程，mm；
P——螺距，mm；
n——线数；
d2——螺纹中径，mm。
8.原始三角形高度
用H表示原始三角形高度：
H =0.866P
9.牙形高
螺纹牙顶与牙底在垂直于螺纹轴线方向的距离称为牙形高，用h表示：
式中 h——牙形高，mm；
d——螺纹大径，mm；
d1——螺纹小径，mm。
10.牙形角
在螺纹牙形上相邻两牙侧之间的夹角称为牙形角，用α表示。
项目二 三角螺纹的车削
实训目的和要求
▲了解三角螺纹的用途和技术要求。
▲能用螺纹样板正确装夹螺纹车刀。
▲掌握螺纹车刀的对刀方法。
▲掌握螺纹车削编程方法。
▲遵守操作规程，养成文明操作、安全操作的良好习惯。
实训准备
图6-2-1 螺栓零件图
实训任务
编制如图6-2-1所示螺栓零件的加工程序，并利用数控机床进行实际零件的加工。
分析零件图，确定加工工艺
分析零件图及尺寸，备料φ30×65棒料。用三爪卡盘夹紧毛坯，手动平面端面，粗、精车螺栓头至尺寸要求，切螺纹退刀槽至尺寸要求。调头装夹螺栓头，手动平端面保证总长，用G71加工螺杆至尺寸要求，用螺纹车削指令G82加工M27×2螺纹。
相关知识
一、编程指令
1.螺纹切削指令G32
指令格式：
G32 X（U）_Z（W）_____R_____E_____P_____F_____
其中，F——螺纹导程，即主轴每转一圈，刀具相对于工件的进给值。
R，E——螺纹切削的退尾量，R表示Z向退尾量；E为X向退尾量，R，E在绝对或增量编程时都是以增量方式指定，其为正表示沿Z，X正向回退，为负表示沿Z，X负向回退。使用R，E可免去退刀槽。R，E可以省略，表示不用回退功能；根据螺纹标准R一般取2倍的螺距，E取螺纹的牙形高。
P——主轴基准脉冲处距离螺纹切削起始点的主轴转角。使用G32指令能加工圆柱螺纹、锥螺纹和端面螺纹。图6-2-2所示为锥螺纹切削时各参数的意义。
图6-2-2 G32螺纹切削示意
注意：
①螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持一常数。
②在没有停止主轴的情况下，停止螺纹的切削非常危险，因此螺纹切削时进给保持功能无效，如果按下进给保持键，刀具在加工完螺纹后才停止运动。
③在螺纹加工中不使用恒定线速度控制功能。
④在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段δ和降速退刀段δ′，以消除伺服滞后造成的螺距误差。
2.螺纹切削循环指令G82
指令格式：
G82 X（U）_Z（W）_____I_____R_____E_____C_____P_____F_____
其中，F——螺纹导程，即主轴每转一圈，刀具相对于工件的进给值。
R，E——螺纹切削的退尾量，R表示Z向退尾量；E为X向退尾量，R，E在绝对或增量编程时都是以增量方式指定，其为正表示沿Z，X正向回退，为负表示沿Z，X负向回退。使用R，E可免去退刀槽。R，E可以省略，表示不用回退功能；根据螺纹标准R一般取2倍的螺距，E取螺纹的牙形高。
I——螺纹起点B与螺纹终点C的半径差。其符号为差的符号。
C——螺纹头数，为0或1时切削单头螺纹。
P——主轴基准脉冲处距离螺纹切削起始点的主轴转角。使用G32指令能加工圆柱螺纹、锥螺纹和端面螺纹。图6-2-3所示为锥螺纹切削时各参数的意义。
图6-2-3 G82螺纹的车削
注意：
①螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持一常数。
②在没有停止主轴的情况下，停止螺纹的切削非常危险，因此螺纹切削时进给保持功能无效，如果按下进给保持键，刀具在加工完螺纹后才停止运动。
③在螺纹加工中不使用恒定线速度控制功能。
④在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段δ和降速退刀段δ′，以消除伺服滞后造成的螺距误差。
3.螺纹切削复合循环指令G76
指令格式：
G76 C（c）R（r）E（e）A（a）X（x）Z（z）I（i）K（k）U（d）Q（Δd）P（p）F（L）
其中，C，c——精整资料（1～99），为模态值。
R，r——螺纹Z向退尾长度（00～99），为模态值。
E，e——螺纹X向退尾长度（00～99），为模态值。
A，a——刀尖的角度（两位数字），为模态值，在80°，60°，55°，30°，29°和0°六个角度中选一个。
I，i——螺纹两端的半径差。
K，k——牙形高度。
U，d——精加工余量（半径值）。
Q，Δd——第一次切削深度（半径值）。
P，p——主轴基准脉冲处距离切削起始点的主轴转角。
F，L——螺纹导程。
注意：
①螺纹粗加工到精加工，主轴的转速必须保持一常数。
②在没有停止主轴的情况下，停止螺纹的切削非常危险，因此螺纹切削时进给保持功能无效，如果按下进给保持键，刀具在加工完螺纹后才停止运动。
③在螺纹加工中不使用恒定线速度控制功能。
④在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段δ和降速退刀段δ′，以消除伺服滞后造成的螺距误差。
⑤按G76段中的X（x）Z（z）指令实现循环加工，增量编程时，要注意u和ω的正负号（由刀具轨迹AB和CD段的方向决定）。
图6-2-4所示为G76螺纹的车削参数。
图6-2-4 G76螺纹的车削
二、普通三角形螺纹的尺寸计算
1.普通三角形螺纹牙形（图6-2-5）
图6-2-5 普通三角形螺纹牙形图
2.三角形螺纹各部分尺寸计算（表6-2-1）
表6-2-1 三角形螺纹各部分名称及计算公式
三、三角形螺纹车刀的几何角度与刃磨
1.刀尖角（εr）
螺纹车刀的刀尖角应等于或略小于牙形角α，普通三角形螺纹车刀刀尖角为60°，英制螺纹为55°，管螺纹为60°或55°。刃磨刀尖角时可用对刀板或万能角度尺检查，如图6-2-6所示。
图6-2-6 检查刀尖角
2.两侧后角（α0）
螺纹车刀两侧工作后角一般取3°～5°，但是由于受到螺纹升角的影响，机床主轴正转车削右旋螺纹时，车刀左侧的刃磨后角应等于工作后角加上螺纹升角ψ，即左侧后角为（3°～5°）+ψ，而右侧后角在刃磨时为了考虑车刀刀头强度的影响，因其刃磨后角应等于工作后角减去螺纹升角ψ，即右侧后角为（3°～5°）-ψ。车削左旋螺纹时，道理相同，情况相反，如图6-2-7所示。
图6-2-7 螺纹升角对车刀两侧后角的影响
3.前角（γ）
车刀的前角对螺纹车削时的影响比较大。如果前角比较大，车削出的螺纹两侧面不是直线，而是曲线，牙形角也不正确，但此时排屑比较顺利，如果切削用量选择不当还可能导致扎刀现象，比较适合粗车，粗车时前角适当选得大些（0°～15°）。而精车螺纹时前角应尽量小些或接近0°，如图6-2-8所示。
图6-2-8 螺纹车刀纵向前角
4.不同材质的螺纹车刀对车刀几何角度的要求
（1）高速钢螺纹粗、精车刀的几何角度如图6-2-9所示。
图6-2-9 高速钢普通三角形外螺纹车刀几何角度
（2）硬质合金螺纹车刀的几何角度如图6-2-10所示。
图6-2-10 硬质合金三角形螺纹车刀几何角度
项目实施
（1）指导教师讲解加工工艺；
（2）指导教师示范螺纹车刀对刀的方法；
（3）学生练习螺纹车刀对刀方法；
（4）学生编程并完成螺栓零件的车削；
（5）学生完成零件的车削，尺寸经自测、小组评测后由指导教师检测并记录；
（6）学生填写实训报告；
（7）指导教师根据学生实训情况作出评价。
实训注意事项
（1）要求学生注意切削转速、吃刀深度及进给速度的合理选择；
（2）要求学生单人操作，不允许多人操作；
（3）主轴开启时要求必须关闭防护门，要求学生养成良好的安全防范意识，主轴正反转转换时必须停转后再做转换操作。
任务评价
项目三 螺纹的检测
实训目的和要求
▲掌握螺纹的检测方法。
实训准备
实训任务
检测三角形螺纹与梯形螺纹。
相关知识
螺纹主要检测的是螺纹大径、中径、小径、牙形角、螺距等尺寸，其检测工具主要有钢直尺、游标卡尺、千分尺、螺距规、螺纹千分尺、量针（三针）、公法线千分尺等。
一、检测大径
螺纹大径公差一般比较大，通常情况只需要普通游标卡尺或表卡测量即可。当然，精度要求较高时可用外径千分尺或公法线千分尺检测。测量方法如图6-3-1所示。
图6-3-1 用游标卡尺测量螺纹大径
二、检测螺距
1.用钢直尺或游标卡尺测量
在车螺纹时，沾刀第一次进给试车后就要检测螺距。试车时中滑板横向进给量要小，在工件表面上车出一条浅浅的螺旋槽即可。用钢直尺或游标卡尺检测，检测时可选择10牙或者20牙进行测量（目的是便于计算），将所测总长除以牙数即为螺距。测量方法如图6-3-2所示。
图6-3-2 螺距的检测
2.用螺距规检测
在螺距规上找到与工件螺距相符的螺距样板，并与工件螺距进行比对，如果螺纹刻痕轴向长度与螺距样板完全一致，说明工件螺距符合要求。检测方法如图6-3-3所示。
图6-3-3 用螺距规检测螺距
三、检测中径
螺纹中径是检测螺纹时最重要的尺寸参数。当螺纹精度要求较高时，可以选择螺纹千分尺或公法线千分尺（三针配合）进行测量。
1.用螺纹千分尺测量中径
选择好不同牙形角（60°与55°）和不同螺距的测量头，测量前安装好测量头，并要求千分尺每次更换测量头时都必须对零；测量时跟螺纹牙形角相同的上下两个测量头正好卡在螺纹的牙侧上，其读数方法与外径千分尺的读法完全一样，所得读值即为该螺纹的中径尺寸，如图6-3-4所示。
2.用公法线千分尺（三针配合）测量螺纹中径
用公法线千分尺配合三针测量螺纹中径这种方法简称三针测量。三针测量多用于精度要求较高的三角形螺纹、梯形螺纹、蜗杆等的中径测量。测量螺纹中径前，要根据工件螺距与牙形角计算出所需量针的合适尺寸，量针直径计算公式为
图6-3-4 螺纹千分尺测量中径
式中 dD——量针直径，mm；
P——螺距，mm；
α——牙形角，（°）。
量针直径太大或太小都不对，但是只要量针能与螺纹牙侧相切就符合测量要求。只有量针与螺纹中径处的牙形表面相切时才是量针的最佳测量位置，此时量针直径为最佳值，如图6-3-5所示。
图6-3-5 量针直径的选择
在用三针测量时，公法线千分尺的读值可以根据理论计算尺寸M来确认该尺寸的正确性，理论计算公式为
式中 M——公法线千分尺的读数值，mm；
d2——螺纹中径，mm；
dD——量针直径，mm；
P——螺距，mm；
α——牙形角，（°）。
三针测量时，怎样确认公法线千分尺的读值是否合格：首先，在三针测量前计算出螺纹中径的极限尺寸，有的会在图纸上直接标出螺纹中径极限公差；有的只标注中径公差带代号，当只标注公差带代号时，需根据公差带代号查阅有关资料中螺纹的中径公差。然后将得到的螺纹中径极限尺寸带入上述计算公式算出M值的理论尺寸范围，最后看公法线千分尺的读值是否在这一个M值的尺寸范围内，如果在此范围内，说明该螺纹中径正确。否则，螺纹中径不合格。测量方法如图6-3-6所示。
图6-3-6 三针测量螺纹中径
三针测量时，为了计算简单、测量方便，现将上述公法线千分尺的读数值M与量针直径dD计算公式简化如表6-3-1所示。
表6-3-1 M值与量针直径简化计算公式
四、综合测量
螺纹综合测量常用的量具是螺纹塞规和螺纹环规，它能对螺纹各主要参数进行测量。测量时，不管是螺纹塞规还是螺纹环规，只有通端能通过而止端不能通过时螺纹才算合格。螺纹量规通端与止端的识别可以依据量规上的标识进行分辨，标记有“T”的为“通端”，标记为“Z”的是“止端”。用螺纹量规检测适合大批量生产的螺纹工件。检测方法如图6-3-7所示。
图6-3-7 用螺纹量规检测螺纹
五、螺纹检测时的注意事项
①测量前，一定要校正量具，保证量具的正确性。
②量具使用时要轻拿轻放，用毕擦净入盒。
③螺纹三针测量没有合适的量针时，可以自制或用小钻头柄代替。
④三针测量时，保证公法线千分尺位置正确，与三针接触良好。
⑤当没有公法线千分尺时，可以选用普通千分尺进行单针测量（计算公式查阅相关资料）。由于单针测量会受到螺纹本身大径表面上飞边、毛刺的影响，所以测量时要格外仔细，测量方法如图6-3-8所示。
⑥用螺纹量规综合检测时，分清量规的通端和止端，手持量规要端平，旋合时用力要适中。
项目实施
（1）指导教师示范三角螺纹的测量方法；
（2）学生进行三角螺纹的尺寸测量，并记录测量值；
（3）指导教师示范梯形螺纹的测量方法；
（4）学生进行梯形螺纹的尺寸测量，并记录测量值；
（5）学生分小组讨论测量值，并分组复检；
（6）学生填写实训报告；
（7）指导教师根据学生实训情况作出评价。
图6-3-8 用单针测量螺纹中径
任务评价
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