螺纹车削加工原理及常见问题解决办法(1.02)

螺纹车削加工原理及常见问题解决办法

摘要

螺纹在机械制造业中应用得十分广泛。用车削的方法加工螺纹，是目前常用的加工方法。此文就螺纹的车削工艺做出总结，对螺纹车削中出现的问题，提出了相应的解决办法。相信在以后的工作中，我能够更多的发现并解决此类问题。

[关键字]螺纹车削原理故障排除

螺纹原理的应用可追溯到公元前220年希腊学者阿基米德创造的螺旋提水工具。公元4世纪，地中海沿岸国家在酿酒用的压力机上开始应用螺栓和螺母的原理。当时的外螺纹都是用一条绳子缠绕到一根圆柱形棒料上，然后按此标记刻制而成的。而内螺纹则往往是用较软材料围裹在外螺纹上经锤打成形的。1500年左右，意大利人列奥纳多.达芬奇绘制的螺纹加工装臵草图中，已有应用母丝杠和交换齿轮加工不同螺距螺纹的设想。此后，机

械切削螺纹的方法在欧洲钟表制造业中有所发展。1760年，英国人J.怀亚特和W.怀亚特兄弟获得了用专门装臵切制木螺钉的专利。1778年，英国人J.拉姆斯登曾制造一台用蜗轮副传动的螺纹切削装臵，能加工出精度很高的长螺纹。1797年，英国人莫兹利，H.在由他改进的车床上，利用母丝杠和交换齿轮车削出不同螺距的金属螺纹，奠定了车削螺纹的基本方法。19世纪20年代，莫兹利制造出第一批加工螺纹用丝锥和板牙。20世纪初，汽车工业的发展进一步促进了螺纹的标准化和各种精密、高效螺纹加工方法的发展，各种自动张开板牙头和自动收缩丝锥相继发明，螺纹铣削开始应用。30年代初，出现了螺纹磨削。螺纹滚压技术虽在19世纪初期就有专利，但因模具制造困难，发展很慢，直到第二次世界大战时期（1942~1945），由于军火生产的需要和螺纹磨削技术的发展解决了模具制造的精度问题，才获得迅速发展。

螺纹在机械制造业中应用得十分广泛。用车削的方法加工螺纹，是目前常用的加工方法。在卧式车床(如CA6140)上能车削米制、英寸制、模数和径节制四种标准螺纹，无论车削哪一种螺纹，车床主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系：即主轴每转一转(即工件转一转)，刀具应均匀地移动一个(工件的)导程的距离。它们的运动关系是这样保证的：主轴带着工件一起转动，主轴的运动经挂轮传到进给箱；由进给箱经变速后(主要是为了获得各种螺距)再传给丝杠；由丝杠和溜板箱上的开合螺母配合带

动刀架作直线移动，这样工件的转动和刀具的移动都是通过主轴的带动来实现的，从而保证了工件和刀具之间严格的运动关系。

一．螺纹的加工原理

螺纹加工可分为车削，铣削，磨削，研磨，攻丝，套丝，滚压，滚丝等。我们这里就车削做个简单的介绍。

螺纹车削是机械加工中非常普遍而且又比较复杂的问题。螺纹车削的要求要高于普通车削操作，切削力一般较高，与普通车削应用相比，螺纹车削的进给速度要高出10倍，螺纹加工刀片刀尖处的作用力可能要高100-1000倍

切削圆柱螺纹需要注意的几何参数有：

①外径（大径）（d=D），与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径。

②内径（小径）（d1=D1），与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径。

③中径(d2=D2)，母线通过牙型上凸起和沟槽两者宽度相等的假想圆柱体直径。

④螺距（p），相邻牙在半径线上对应两点间的轴向距离。

⑤导程（s），同一螺旋线上相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

⑥牙型角（α），螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角。

牙型斜角（β），螺纹牙的侧边与螺纹轴线垂直平面的夹角。

⑦螺纹升角（ψ），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。

⑧工作高度，两相配合螺纹牙型上相互重合部分在垂直于螺纹轴线方向上的距离等。

⑨线数（n），螺纹螺旋线数目。

在车床上车削螺纹（图

1-1）一般采用成形车刀。用

成形车刀车削螺纹，由于刀具

结构简单，是单件和小批生产

螺纹工件的常用方法。普通车床车削梯形螺纹的螺距精度一般能达到8~9级；在专门化的螺纹车床上加工螺纹，生产率或精度可显著提高。

普通车床车削螺纹的方式：

1.看车床自带的螺纹加工表，懂得怎样选挂轮、档位。

2.学会磨车刀。

3.学会同时操纵中拖板和离合手柄。

4.先用较慢的转速加工，熟练后可以使用合适的速度。

关于进给深度的计算：

1.对于普通三角螺纹：

公式：d1=d-1.0825t，其中：d1：螺纹内经，d：螺纹外径，t：螺距。

例：若t=1.5，d=20，可得：

d1=20-1.0825×1.5=18.37625mm，

所以需要的螺纹切削深度就是：

(d-d1)/2=(20-18.37625)/2=0.811875mm。

螺纹深度的数值就是：1.0825t/2。

2、对于梯形螺纹：

d1=d-2(0.5t+Z)

螺纹深度就是：0.5t+Z

其中Z是指螺纹配合时，内外螺纹间的间隙，该数值可直接查询国家标准GB784。

3、对于普通锯齿形螺纹：

h1=0.86777t

其中h1：螺纹高度

另外还有轧钢机锯齿螺纹、压力机锯齿螺纹、英制螺纹、圆柱管螺纹、55度圆锥管螺纹、60度圆锥管螺纹等等，因为使用频率不大，这里不再赘述。

关于单次进给量的计算：

下表所示是ISO时公制螺纹加工时的切深量标准。刀具

使用金属陶瓷刀具材料以及切削不锈钢时，切入次数比下表所示的次数增加2-3次。

注1 第一次切入是用刀片尖r切削，所以切削力集中在刀尖上，

为防止刀尖的损伤，规定最大的切深量为半径r的1.5～2倍(最大为0.4～0.5mm)。

二．常见问题解决办法

在实际车削螺纹时，由于各种原因，造成由主轴到刀具之间的运动，在某一环节出现问题，引起车削螺纹时产生故障，影响正常生产，这时应及时加以解决。车削螺纹时常见故障及解决方法如下：

一、啃刀

故障分析及解决方法：原因是车刀安装得过高或过低，工件装夹不牢或车刀磨损过大。

1. 车刀安装得过高或过低

过高，则吃刀到一定深度时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦力，甚至把工件顶弯，造成啃刀现象；过低，则切屑不易排出，车刀径向力的方向是工件中心，加上横进丝杠与螺母间隙过大，致使吃刀深度不断自动趋向加深，从而把工件抬起，出现啃刀。此时，应及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高(可利用尾座顶尖对刀)。在粗车和半精车时，刀尖位臵比工件的中心高出1％D左右。

2. 工件装夹不牢

工件本身的刚性不能承受车削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的中心高度(工件被抬高了)，形成切削深度突增，出现啃刀，此时应把工件装夹牢固，可使用尾座顶尖

等，以增加工件刚性。

3.车刀磨损过大

引起切削力增大，顶弯工件，出现啃刀。此时应对车刀加以修磨。

二、乱扣

故障分析及解决方法：原因是当丝杠转一转时，工件未转过整数转而造成的。

1. 当车床丝杠螺距与工件螺距比值不成整倍数时

如果在退刀时，采用打开开合螺母，将床鞍摇至起始位臵，那么，再次闭合开合螺母时，就会发生车刀刀尖不在前一刀所车出的螺旋槽内，以致出现乱扣。

解决方法：采用正反车法来退刀，即在第一次行程结束时，不提起开合螺母，把刀沿径向退出后，将主轴反转，使车刀沿纵向退回，再进行第二次行程，这样往复过程中，因主轴、丝杠和刀架之间的传动没有分离过，车刀始终在原来的螺旋槽中，就不会出现乱扣。

2. 对于车削车床丝杠螺距与工件妇距比值成整倍数的螺纹

工件和丝杠都在旋转，提起开合螺母后，至少要等丝杠转过一转，才能重新合上开合螺母，这样当丝杠转过一转时，工件转了整数倍，车刀就能进入前一刀车出的螺旋槽内，就不会出现乱扣，这样就可以采用打开开合螺母，手动退刀。这样退刀快，有利于提高生产率和保持丝杠精度，同时丝杠也较安全。

三、螺距不正确

故障分析及解决方法：

1. 螺纹全长上不正确

原因是挂轮搭配不当或进给箱手柄位臵不对，可重新检查进给箱手柄位臵或验算挂轮。

2. 局部不正确

原因是由于车床丝杠本身的螺距局部误差(一般由磨损引起)，可更换丝杠或局部修复。

3 螺纹全长上螺距不均匀

原因可能是：

o 丝杠的轴向窜动。

o 主轴的轴向窜动。

o 溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良。

o 溜板箱燕尾导轨磨损而造成开合螺母闭合时不稳定。

o 挂轮间隙过大等。

通过检测：

o如果是丝杠轴向窜动造成的，可对车床丝杠与进给箱连接处的调整圆螺母进行调整，以消除连接处推力球轴承轴向间隙。

o 如果是主轴轴向窜动引起的，可调整主轴后调整螺母，以消除后推力球轴承的轴向间隙。

o 如果是溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良引起的，可修整开合螺母并调整开合螺母间隙。

o 如果是燕尾导轨磨损，可配制燕尾导轨及镶条，以达到正确的配合要求。

o 如果是挂轮间隙过大，可采用重新调整挂轮间隙。

4. 出现竹节纹

原因是从主轴到丝杠之间的齿轮传动有周期性误差引起的，如挂轮箱内的齿轮，进给箱内齿轮由于本身，制造误差、或局部磨损、或齿轮在轴上安装偏心等造成旋转中心低，从而引起丝杠旋转周期性不均匀，带动刀具移动的周期性不均匀，导致竹节纹的出现，可以修换有误差或磨损的齿轮。

四、中径不正确

故障分析及解决方法：原因是吃刀太大，刻度盘不准，而又未及时测量所造成。解决方法是精车时要详细检查刻度盘是否松动，精车余量要适当，车刀刃口要锋利，要及时测量。

五、螺纹表面粗糙

故障分析及解决方法：原因是车刀刃口磨得不光洁，切削液不适当，切削速度和工件材料不适合以及切削过程产生振动等造成功。

解决方法是：正确修整砂轮或用油石精研刀具；选择适当切削速度和切削液；调整车床床鞍压板及中、小滑板燕尾导轨的镶条等，保证各导轨间隙的准确性，防止切削时产生振动。

总之，车削螺纹时产生的故障形式多种多样，既有设备的原因，也有刀具、操作者等的原因，在排除故障时要具体情况具体分析，

通过各种检测和诊断手段，找出具体的影响因素，采取有效的解决方法

结束语

我们这次课程设计是在学完了机械类大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用所学习的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，为未来从事的工作打下良好的基础。

参考文献：

郭烨,郭守坤螺纹M值的精简计算《上海计量测试》1995年06

期

车工工艺学螺纹车削机械工业出版社扬智鲍浅谈车床螺纹的加

工

中国数控教育网

孔博浅谈螺纹车削的技

巧机械工人：冷加工 2007年9期