螺纹车刀车削螺纹的方法和步骤

时间：2023-10-11 百科知识版权反馈

【摘要】：与安装外圆车刀相类似，在安装螺纹车刀时，要使刀尖与工件回转中心等高或稍低一点，如果刀尖高于工件回转中心，会产生“扎刀”现象。在圆柱表面上车削螺纹的过程，除了上述准备工作外，由于三角形螺纹车刀刀尖强度较差，工作条件恶劣，加之两侧切削刃同时参加切削，会产生较大切削抗力、引起工件振动，从而影响加工精度和表面质量。

任务二　车削螺纹轴

一、工作任务

车削如图7．12所示的螺纹轴。

图7．12　螺纹轴零件图

二、相关知识

螺纹的种类很多，按形成螺旋线的形状（母体）可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按用途可分为连接螺纹和传动螺纹；按牙型特征可分为三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹；按旋向可分为左旋螺纹和右旋螺纹；按螺旋线的条数可分为单线螺纹和多线螺纹。

1．螺纹基础知识

1）螺旋线与螺纹

（1）螺旋线：沿着圆柱或圆锥表面运动点的轨迹，如图7．13所示。如图7．14所示的螺旋线，展开后为一直角三角形ABC，其底边AB等于圆柱周长πd，螺旋线绕圆柱面旋转一周，斜边AC即为所形成的曲线。

图7．13　螺旋线

（a）圆柱表面；（b）圆锥表面

（2）螺纹：在圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的、具有特定截面的连续凸起和沟槽部分，如图7．15所示。

①圆柱螺纹：在圆柱表面上所形成的螺纹（见图7．15（a））。

②圆锥螺纹：在圆锥表面上所形成的螺纹（见图7．15（b））。

③单线螺纹：沿一条螺旋线所形成的螺纹（见图7．16（a））。

图7．14　螺旋线的形成原理

图7．15　螺纹

（a）圆柱螺纹；（b）圆锥螺纹

④多线螺纹：沿两条或两条以上的螺旋线所形成的螺纹，该螺旋线在轴向等距分布（见图7．16（b）和（c））。

⑤右旋螺纹：顺时针旋转时旋入的螺纹（见图7．16（a）和（c））。

⑥左旋螺纹：逆时针旋转时旋入的螺纹（见图7．16（b））。

图7．16　螺纹的旋向和线数

（a）单线右旋；（b）双线左旋；（c）三线右旋

⑦内螺纹：在内圆柱或内圆锥表面上所形成的螺纹（见图7．17（a））。

图7．17　三角螺纹各部分名称

（a）内螺纹；（b）外螺纹

⑧外螺纹：在圆柱或圆锥外表面上所形成的螺纹（见图7．17（b））。

2）三角形螺纹的种类和用途

三角形螺纹按其规格及用途不同，可分为普通螺纹、英制螺纹、管螺纹三种。三角形螺纹常用于固定、连接、调节或测量等处。

三角形螺纹的种类、代号、牙型和标注见表7．2。

表7．2　三角螺纹的种类、代号、牙型和标注

注：管螺纹的大、中、小径都是基面上的基本直径，各基本尺寸和参数可在管螺纹附表中查出。

3）普通螺纹要素及各部分名称

螺纹要素由牙型、公称直径、螺距（或导程）、线数、旋向和精度等组成。螺纹的形成、尺寸和配合性能取决于螺纹要素，只有当内、外螺纹的各要素相同时，才能互相配合。

三角形螺纹的各部分名称如图7．17所示。

（1）牙型角（α）：是在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角。

（2）螺距（P）：是相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

（3）导程（L）：是在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。当螺纹为单线螺纹时，导程与螺距相等（L＝P）；螺纹为多线时，导程等于螺旋线数（n）与螺距（P）的乘积，即L＝nP（见图7．16）。

（4）螺纹大径（d、D）：是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径，外螺纹大径用d表示，内螺纹大径用D表示。国家标准规定，螺纹大径的基本尺寸称为螺纹的公称直径，它代表螺纹尺寸的直径。

（5）中径（d₂、D₂）：是一个假想圆柱或圆锥的直径，该圆柱或圆锥的素线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方，该假想圆柱或圆锥称为中径圆柱或中径圆锥，外螺纹中径用d₂表示，内螺纹中径用D₂表示。外螺纹的中径和内螺纹的中径相等，即d₂＝D₂（见图7．17）。

（6）螺纹小径（d₁、D₁）：是与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径，外螺纹小径用d₁表示，内螺纹小径用D₁表示。

（7）顶径：与外螺纹或内螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径，即外螺纹的大径或内螺纹的小径。

（8）底径：与外螺纹或内螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径，即外螺纹的小径或内螺纹的大径。

（9）原始三角形高度（H）：指由原始三角形顶点沿垂直于螺纹轴线方向到其底边的距离（见图7．18）。

图7．18　普通三角形螺纹的牙型

（10）螺旋升角（ψ）：在中径圆柱或中径圆锥上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角（见图7．14）。螺纹升角可按下式计算：

tanψ＝nP／（πd₂）＝L／（πd₂）

式中　n——螺旋线数；

　　　P——螺距，mm；

　　　d₂——中径，mm；

　　　L——导程，mm。

4）三角形螺纹尺寸计算（普通螺纹）

普通三角形螺纹牙型如图7．18所示，尺寸计算公式见表7．3，常用普通螺纹直径与螺距系列见表7．4。

表7．3　普通三角形螺纹的尺寸计算

表7．4　粗牙普通螺纹与螺距系列简表　mm

5）普通螺纹公差

（1）螺纹互换性的基本概念：为了保证螺纹具有互换性，普通螺纹按内、外螺纹的中径、大径和小径公差的大小分为不同的公差等级。但实际上，内、外螺纹在配合时，是在中径附近的螺纹面上接触，而在牙顶和牙底处都留有间隙（见图7．19）。所以，对于外螺纹的大径和内螺纹的小径规定有较大的公差。因此，影响配合性质的主要是螺纹中径的实际尺寸。另外螺纹的螺距和牙型误差都可以通过改变中径尺寸得到补偿，对于精度要求不高的配合螺纹，不会影响其旋入性。

图7．19　螺纹的配合状态

（a）正确；（b）外螺纹大径偏小；（c）内螺纹小径偏大

（2）普通螺纹公差位置和基本偏差：国家标准规定，内、外螺纹公差带的位置由基本偏差确定，外螺纹的上偏差（es）和内螺纹的下偏差（EI）为基本偏差。对内螺纹公差带规定了G和H两种位置，对外螺纹规定了e、f、g、h四种位置（见图7．20）。H和h的基本偏差为零，即螺纹配合最小间隙为零；G的基本偏差为正值，e、f、g的基本偏差为负值，即保证具有配合间隙的螺纹。螺纹的基本牙型是计算螺纹偏差的基准。内螺纹公差带相对于基本牙型的位置与圆柱体公差带一样，由基本偏差带和公差来确定。

图7．20　螺纹公差带的位置

对于外螺纹：上偏差　es＝基本偏差

　　　　　　下偏差　ei＝es—T

对于内螺纹：下偏差　EI＝基本偏差

　　　　　　上偏差　ES＝EI＋T

式中　T——螺纹公差。

（3）普通螺纹公差带的大小和公差带等级：螺纹公差带的大小由公差值T确定，并按其大小分若干等级，公差等级用阿拉伯数字表示。对外螺纹的小径和内螺纹的大径不规定具体公差数值。内、外螺纹公差等级和数值可参见GB 197—2003。

（4）螺纹的标注方法：螺纹的完整标记由螺纹特征代号、螺纹公差代号和旋合长度代号组成。按国家标准规定，普通三角形螺纹的特征代号为M。

①螺纹公称直径和螺距用数字表示。细牙普通螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹必须加注螺距（其他螺纹不标注）。

②多线螺纹在公称直径后面需要标出“导程／线数”（单线螺纹不标注）。

③左旋螺纹必须注出“LH”字样（右旋螺纹不标注）。

④螺纹公差带代号包括中径公差带代号与顶径公差带代号。公差带代号由表示其大小的公差等级数字和表示其位置的字母组成。

⑤必要时，在螺纹公差带代号之后加注旋合长度代号，特殊需要时可注明旋合长度的数值。如：M12—5g6g—S，表示短旋合长度；M16×1．5—5g6g—30，表示旋合长度为30mm。标准螺纹的规定代号及示例：M24×2LH—5g6g—S；M20×2LH—6H。

2．车削螺纹

车削三角形螺纹可用高速钢螺纹车刀低速切削或硬质合金螺纹车刀高速切削。

要车好螺纹，除了掌握加工方法以外，还应正确选择车刀的安装、车床的调整、切削用量、冷却润滑和测量方法等。

CA6140型车床车削螺纹进给系统传动示意图如图7．21所示。

1）螺纹车刀的安装

与安装外圆车刀相类似，在安装螺纹车刀时，要使刀尖与工件回转中心等高或稍低一点，如果刀尖高于工件回转中心，会产生“扎刀”现象。除此之外，还要求螺纹车刀刀尖角（两条切削刃的夹角）的对称中心线与工件轴线垂直，装刀时可用样板来正确对刀（见图7．22（a））。否则，就会出现如图7．22（b）所示牙型歪斜现象。

图7．21　CA6140型车床车削螺纹进给系统传动示意图

a，b，c—三星轮

图7．22　外螺纹车刀的位置

（a）正确对刀；（b）牙型歪斜

2）车床的调整

（1）走刀箱手柄的位置。车削常用螺距或导程时，可在进给箱的铭牌（见图7．23）上找到相对应的手柄位置参数，把手柄拨到所需的位置即可。

例如：车削螺距P＝2．5mm的米制螺纹时，按以下步骤交换。进给手柄的位置，首先根据铭牌表（见图7．23）找到手柄应处的位置，然后在图7．24所示的进给箱上将手柄1置于B上，将手柄2置于Ⅱ处，将手轮3拉出转动到6与“▽”相对的位置后，便可以车削。此时，交换齿轮箱中齿轮分别是：z_A＝63齿，z_B＝100齿，z_C＝75齿。

在CA6140型车床车削精密和特殊螺距的螺纹时，可用直接丝杠机构。即将手柄1置于D上，手柄2置于V处（见图7．24），使由交换齿轮箱输入进给箱的运动直接与丝杠连接。

（2）调整滑板间隙。车削螺纹时，床鞍和中、小滑板镶条的配合间隙既不能太松，又不能太紧。太紧时，摇动滑板费力；太松时，容易产生“扎刀”现象。

（3）检查。检查丝杠与开合螺母啮合是否到位，以防车削时产生乱牙（见图7．25）。

3）切削液的选用

根据螺纹技术要求、工件材料、刀具材料和工艺要求等具体情况合理选用切削液。

4）车削三角形螺纹的方法

在圆柱表面上车削螺纹的过程，除了上述准备工作外，由于三角形螺纹车刀刀尖强度较差，工作条件恶劣，加之两侧切削刃同时参加切削，会产生较大切削抗力、引起工件振动，从而影响加工精度和表面质量。所以，在加工方法上应根据零件的材质和螺距大小来选择合适的进刀方法。

图7．24　CA6140型车床进给手柄位置

图7．25　开合螺母示意图

（a）开；（b）合

（1）低速车削三角形外螺纹。可以采用直进刀法、左右切削法和斜进法。

①直进刀法。车削时只用中滑板横向进给，在几次行程后，把螺纹车至符合要求（见图7．26（a）），适于P＜3mm三角形螺纹。

②左右切削法。车螺纹时，除中滑板作横向进给外，同时用小滑板将车刀向左或向右作微量移动（俗称借刀或赶刀），经几次行程把螺纹车至符合要求（见图7．26（b））。

采用左右切削法车螺纹时，车刀只有一个面进行切削，这样刀尖受力小，受热情况均有改善，不易引起“扎刀”，可相对提高切削用量。但操作较复杂，牙型两侧的切削余量应合理分配。在精车时，车刀左右进给量一定要小，否则容易造成牙底过宽或不平。此方法适于各种较大螺距螺纹的粗、精车。

③斜进法。当螺距较大时，为尽快去除余量，粗车时除中滑板直进外，小滑板只向一个方向移动（见图7．26（c）），此法一般用于粗车。精车时，则应采用左右切削法车削。具体方法是先将牙型一侧精车出，然后移动小滑板精车出另一侧，再将车刀移至中间位置，用直进法把牙底车到位，并保证牙底清晰。

图7．26　低速车削三角形螺纹的进刀方法

（a）直进法；（b）左右切削法；（c）斜进法；（d）双面切削；（e）单面切削

用左右切削法和斜进法车螺纹，因车刀是单刃切削，不易产生“扎刀”，还可获得较小的表面结构值；但进刀量不能太大，否则会因测量不及时将螺纹牙顶车尖。

（2）高速车削三角形外螺纹。高速车削三角形外螺纹只能采用直进刀法，而不能采用左右切削法，否则会拉毛牙型的侧面，影响螺纹精度。高速切削时，一般采用硬质合金螺纹车刀，车刀两侧刃同时参加切削，切削力较大，为防止工件振动及发生“扎刀”现象，每次分配的进刀量要适当，以避免“扎刀”现象。高速车削三角形螺纹时，由于车刀对工件的挤压力容易使工件胀大，所以车削外螺纹前工件大径一般比公称尺寸小（约0．13P）。

（3）车削三角形内螺纹。车削三角形内螺纹的方法与车削三角形外螺纹的方法基本相同，但进刀、退刀方向正好与外螺纹相反。车内螺纹时（尤其是直径较小的螺纹），由于刀柄细长、刚性差、切屑不易排出、切削液不易注入及不便于观察等原因，比车削外螺纹要困难得多。内螺纹工件形状常见有三种，即通孔、不通孔（盲孔）和阶台孔（见图7．27）。由于工件形状不同，因此车削方法及所用的螺纹车刀也不同，这里主要介绍通孔内螺纹的车削方法。

图7．27　内螺纹工件形状

（a）通孔；（b）不通孔；（c）阶台孔

①车刀的选择。根据所加工的内螺纹面形状来选择内螺纹车刀。车削通孔内螺纹时，可选择如图7．28（a）、（b）所示形状的车刀；车削盲孔或阶台孔螺纹时，可选择如图7．28（c）、（d）所示形状的车刀（其左侧刀刃短些）。

图7．28　螺纹车刀

②车刀的安装。安装内螺纹车刀时，应使刀尖对准工件中心，同时使两刃夹角中线垂直于工件轴线。装刀后，还应摇动床鞍，使车刀在孔中试车一遍，检查刀杆是否与孔口相碰。

③车螺纹前孔径的计算。在车内螺纹时，一般先钻孔和扩孔，由于切削时的挤压作用，内孔直径会缩小（塑性金属比较明显），所以车螺纹前孔径略大于小径的基本尺寸，一般可以按下式计算：

车削塑性金属时　　　　　　　　　　D_孔＝D－P

车削脆性金属时　　　　　　　　　　D_孔≈D－1．05P

式中　D_孔——车螺纹前孔径，mm；

　　　D——螺纹大径，mm；

　　　P——螺距，mm。

5）加工M24—5g6g三角形外螺纹具体操作步骤

（1）安装毛坯，伸出50mm夹紧，将螺纹大径和长度车好。

（2）根据螺距P＝3mm，按车床进给箱铭牌上的数据，将进给箱的手柄拨到相应的位置。

（3）选择主轴转速为200r／min左右，开动车床，然后合上开合螺母，将主轴分别正转和反转，检查丝杠与开合螺母啮合是否正常，若有丝杠跳动、开合螺母自动脱离现象，必须消除。

（4）空行程试车，作进、退刀和正、反车练习。要求退刀、开合螺母抬起（瞬时）动作要协调。

（5）试切螺纹。用刀尖在工件表面车出一条很浅的螺旋线，停车后用游标卡尺检查螺距是否正确（见图7．29）。

图7．29　用游标卡尺检查螺距

（6）车螺纹。螺纹一般需要分几次进给才能完成。为了防止“乱牙”，常采用倒顺车切削方式，即在第一次刀具进入切削时按下（合上）开合螺母后，返回不提起开合螺母，开倒车使车刀返回原来初始位置（为消除丝杠间隙，返回的距离应大于初始位置），继续进行第二行程的切削，直至螺纹车好，才可提起（断开）开合螺母。

在螺纹车削过程中，若中途更换螺纹车刀或进行精车，装刀后必须进行“动态对刀”。对刀时，车刀离开加工表面，按下开合螺母，待刀具移至加工区域时，立即停车，移动中、小滑板，使螺纹车刀的刀尖对准已加工的螺旋槽，然后开车进行车削。

6）车削三角形螺纹的注意事项

（1）车削螺纹前，首先调整好床鞍和中、小滑板镶条的配合间隙。

（2）检查或调整交换齿轮时，必须切断电源后再进行调整，调整结束装好防护罩。

（3）车螺纹前检查床头箱和进给箱各手柄是否正确，检查卡盘与主轴连接处是否安装保险装置。

（4）确保刀尖对准工件旋转中心，两刃夹角的中线垂直工件轴线。

（5）应始终保持刀刃锋利，中途换刀必须重新对刀，并重新调整中滑板进刀量。

（6）车螺纹时的每次进刀必须注意中滑板手柄所摇过圈数，避免因多摇整数圈数而使工件车废。

（7）当工件旋转时，不准用棉纱擦螺纹，以免伤手。

（8）脆性材料车螺纹，进给量不宜过大，否则会因牙尖碎裂造成废品。

（9）退刀要及时、准确，尤其是注意退刀方向，先使刀尖退出工件后，再纵向退刀（车内螺纹与车外螺纹刀尖退出方向相反）。

3．螺纹的测量检验

标准螺纹应具有互换性，否则螺纹副无法配合。根据不同要求的螺纹，可选不同测量方法。

1）单项测量法

选择合适的量具测量螺纹某一项参数的精度。

（1）顶径测量：由于螺纹顶径公差较大，用游标卡尺即可。

（2）螺距测量：可用卡尺和螺距规（见图7．30）直接测量。

（3）中径测量：用螺纹千分尺测量（见图7．31），螺距大的精密螺纹也可用单针、三针测量（此处不做介绍）。

图7．30　用螺距规测量螺距

图7．31　三角形螺纹中径的测量（a）螺纹千分尺；（b）测量方法

1—尺架；2—砧座；3—下测量头；4—上测量头；5—测微螺杆

2）综合测量法

综合测量法是采用螺纹量规对螺纹各部分主要尺寸进行综合检验的一种方法。螺纹量规分测量外螺纹的螺纹环规和测量内螺纹的螺纹塞规两种，而每一种又有通规和止规之分（见图7．32）。这种方法效率高、方便，常用于对批量生产螺纹的测量。

图7．32　螺纹量规

（a）螺纹塞规；（b）螺纹环规

车外螺纹形成废品的原因及预防方法见表7．5。

表7．5　车外螺纹形成废品的原因及预防方法

三、工艺准备

1．图样分析

（1）工件的几何形状（见图7．12）：该零件由外圆、阶台、螺纹及退刀槽组成。

（2）分析各部分尺寸要求：该螺纹轴有3个外圆尺寸、3个长度尺寸、3个螺纹直径要求，其精度等级要求不高。

（3）工件的表面质量：φ30mm外圆、M24mm螺纹牙侧R_a1．6μm，其余R_a3．2μm。

（4）其他技术要求：锐角倒钝。

2．夹具选择

该零件可用三爪卡盘装夹。

3．刀具准备

一把硬质合金90°车刀、一把硬质合金45°车刀、一把高速钢切槽刀、两把高速钢螺纹车刀（低速粗、精车刀）。

4．量具准备

选用0～150mm游标卡尺、25～50mm千分尺、0～200mm深度尺、M24－5g6g螺纹量规。

5．安排加工顺序、确定切削用量

车削螺纹时的切削用量应根据工件材质、螺纹牙型角和螺距的大小及所处的加工阶段（粗车还是精车）等因素来决定。低速车削时进给次数可参考表7．6，高速车削时可参考表7．7。粗车第一、二刀时，因车刀刚切入工件，总的切削面积并不大，所以切削深度可以大些；以后每次进给切削深度应逐步减小。精车时，切削深度更小，排出的切屑很薄（像锡箔一样）。因车刀两刃夹角小，散热条件差，故切削速度应比车外圆时小。

表7．6　低速车削三角形螺纹进给次数