项目5 三角螺纹的车削
●项目描述
本项目包含普通外螺纹加工（一）、普通外螺纹加工（二）、普通内螺纹加工、典型螺纹工件的车削、螺纹工件质量分析共5个任务，通过学生在完成项目各任务的过程中，掌握螺纹类工件车削的相关理论知识和操作技能。
●项目目标
知识目标：
●了解三角形螺纹的分类，明确普通三角形螺纹的主要参数；
●能根据工件螺距，查车床进给箱的铭牌表及调整手柄位置；
●明确螺纹加工的进给方式；
●能计算三角形内螺纹底孔直径。
技能目标：
●会计算三角形螺纹的各个相关参数；
●会根据三角形螺纹类工件要求刃磨三角形螺纹车刀角度；
●会用直进法和左右切削法车三角形内外螺纹；
●能采用低、高速车削螺纹的方法；
●会使用相应量具进行普通三角螺纹的测量。
情感目标：
●通过完成本项目学习任务的体验过程，增强学生完成对本课程学习的自信心。
●项目实施过程
概述 螺纹加工
（1）螺纹零件
螺纹零件是机器上广泛使用的零件。主要用做零件之间的联结，也能用于螺旋传动。本项目主要涉及比较简单的三角形螺纹的加工。几种联结螺纹零件如图5．1所示。
图5．1 几种联结螺纹零件
（2）螺纹工件工作图描述（见图5．2）
图5．2 典型螺纹工件工作图
如图5．2所示为车削训练（螺纹）图，车削M16的外螺纹和M16×1．5的内螺纹是本项目训练的目标，如何车削螺纹，如图5．3所示。当工件旋转时，螺纹车刀沿工件 线方向作等速移动，即可在工件表面上形成螺旋线，经多次进给后便形成螺纹。
图5．3 车削螺纹示意图
1—螺纹；2—螺纹车刀；3—三爪自定心卡盘
（3）螺纹工件工艺技术要求
①内、外螺纹大径、中径基本尺寸正确且符合公差要求。
②螺纹牙型饱满、光洁、不歪斜。
③螺距、旋向和头数符合要求。
④螺纹表面粗糙度符合要求。
（4）螺纹种类
螺纹种类如图5－4所示。
图5．4 螺纹种类
任务5．1 普通外螺纹加工（一）
如图5．5所示为车削训练（螺纹）图，M30×1．5是本任务练习训练的目标，那么如何车削螺纹，如图5．3所示。当工件旋转时，螺纹车刀沿工件 线方向作等速移动，即可在工件表面上形成螺旋线，经多次进给后便形成图样规定的螺纹。
图5．5 螺纹短轴工作图
5．1．1 普通螺纹的牙型
如图5．6所示，用底边等于圆柱周长的直角三角形ABC绕圆柱旋转一周，斜边在圆柱面上形成的曲线就是螺旋线。
图5．6 螺旋线的形成
（1）普通螺纹的牙型
在圆柱表面上，沿着螺旋线所形成的具有相同剖面的连续凸起称为螺纹（见图5．7）。凸起是指螺纹两侧面间的实体部分，又称为牙；螺纹两侧面间的非实体部分是沟槽。
图5．7 普通螺纹的牙型
（2）螺纹的旋向
顺时针旋转时旋入的螺纹为右旋螺纹，逆时针旋转时旋入的螺纹为左旋螺纹，如图5．8 （a）所示。
图5．8 螺纹旋向
右旋螺纹和左旋螺纹的螺旋线方向，可用如图5．8（b）所示的方法来判别，即把螺纹铅垂放置，右侧牙高的为右旋螺纹，左侧牙高的为左旋螺纹。
当车床主 正转时，车刀自右向左进给车削成右旋螺纹，车刀自左向右进给车削成左旋螺纹。
（3）普通螺纹参数
普通内、外螺纹的基本牙型是分布在一个个重复排列，且顶角为60°的等腰原始三角形上，如图5．9所示。普通螺纹主要参数的含义及参数计算见表5．1和表5．2。
图5．9 普通螺纹参数
表5．1 普通螺纹参数含义
续表
表5．2 普通螺纹参数的计算
5．1．2 三角形螺纹车刀（一）
（1）对螺纹车刀的要求
①车刀的刀尖角要等于螺纹的牙型角。
②精车时车刀的纵向前角应等于零度；粗车时纵向前角为5°～15°。
③受螺旋升角的影响，车刀两侧面的静止后角应刃磨得不相等，进给方向后面的后角较大，要基本保证两侧面均有3°～5°的工作后角。
（2）普通三角螺纹高速钢车刀
高速钢螺纹车刀刃磨方便、切削刃锋利、韧性好，能承受较大的切削冲击力，车出螺纹的表面粗糙度小。但它的耐热性差，不宜高速车削，一般常用来低速车削或作螺纹的精车刀。高速钢螺纹车刀的几何形状如图5．10所示。
图5．10 高速钢三角形外螺纹车刀
（3）螺纹车刀的安装要求
①车刀刀尖必须与工件 线等高（用弹性刀杆应略高于 线约0．2mm）。
②使用螺纹样板装正车刀，如图5．11（a）所示，保证车刀刀尖角平分线垂直于工件线。否则会产生螺纹牙型半角误差（俗称倒牙），如图5．11（b）所示。
图5．11 螺纹车刀安装
5．1．3 低速车削普通三角螺纹
（1）低速车削三角形螺纹的进刀方法
低速车削使用高速钢螺纹车刀，低速车削的三角形螺纹精度高，表面粗糙度值小，但效率低。低速车削三角形螺纹的进刀方法有直进法、左右车削法和斜进法3种，见表5．3。
表5．3 低速车削三角形螺纹的进刀方法
续表
（2）车普通螺纹切削用量的选择
1）车削三角形螺纹时的切削用量
车削三角形螺纹时的切削用量的推荐值，见表5．4。
表5．4 车削三角形螺纹时的切削用量
车螺纹时，首先按牙型高度h＝0．5413P确定总的螺纹深度，然后按递减的原则，从粗车起，逐刀减少背吃刀量至精车，如图5．12所示。
2）车削三角形螺纹时的切削用量的选择原则
①工件材料。加工塑性金属时，切削用量应相应增大；加工脆性金属时，切削用量应相应减小。
②刀具材料。用硬质合金车刀时，要用中、高速车削；用高速钢刀具时，用低速车削。一般用高速钢刀具车螺纹的背吃刀量可以取硬质合金背吃刀量数值的一半。
③加工性质。粗车螺纹时，切削用量可选的较大；精车时切削用量宜选小些。
④螺纹车刀的刚度。车外螺纹时，切削用量可选的较大；车内螺纹时，刀柄刚度较低，切削用量宜取小些。
⑤进刀方式。直进刀法车削时，切削用量可取小一些；斜进刀法和左右切削法车削时，切削用量可取大些。
图5．12 螺纹时每次进刀量分配
图5．13 螺纹的方法
（3）车螺纹的操作方法
1）车螺纹的走刀循环
车螺纹时需要若干次走刀才能成形螺纹牙型，每次走刀都要有“进刀—切削—快速退出—快速返回”这4个动作组成的车削循环，如图5．13所示。
2）螺纹加工前尺寸的确定
外螺纹加工前的工件尺寸应比螺纹大径略小些，内螺纹加工前的工件尺寸应比螺纹小径略大些。
3）车螺纹时的每一次进刀方式
每一次进刀都要用中滑板刻度盘来控制进刀深度，应按如图5．12所示的每次进刀量分配规则确定每一刀的吃刀深度。精车余量一般为0．05～0．1mm。
4）车螺纹时的走刀返回方式
返回方式有两种操作方法，即操作开合螺母法和开倒顺车法。前者适用于初学者，后者使用广泛。
操作开合螺母法。这种方法是，在每次走刀之前先接合开合螺母，走刀结束后立即手动分离开合螺母，再手动横向退出和手动纵向快速返回车螺纹的起点。这种操作方法操作容易，不太紧张，适用于初学者；但手动操作多，费力费时；车有的工件导程还会发生乱扣。
开倒顺车法。这种方法是，一直接合开合螺母，走刀结束后立即在手动横向快速退出的同时，另一只手迅速操纵车床正反转手柄使主 反转，这时螺纹车刀自动快速纵向返回起点。这种操作方法在操作熟练后能提高生产效率，而且还不会出现乱扣现象，因此被广泛使用。采用这种方法，应注意车床卡盘上要有防止卡盘反转退出的保险装置。
5）使用操作开合螺母法车螺纹时的乱扣现象及解决方法
车削螺纹时，当一次工作行程结束后，分离开合螺母，使之脱离丝杠，并退回滑板到原来位置，然后再合上开合螺母进行第二次车削，若在第二次车削时，车刀未能切入原来的螺旋槽内，就会把螺旋槽车乱，称为乱扣。
采用操作开合螺母法车螺纹时，当车床丝杠导程与工件导程比值不成整倍数时，即丝杠转一圈工件未转过整数圈，就肯定会出现乱扣。如果计算出要发生乱扣，解决的方法最好是换用开倒顺车法来避免。
5．1．4 技能训练——低速 普通螺纹
学生本次训练按如图5．5车削训练（螺纹）图所示，进行低速车削普通螺纹的技能训练。
（1）零件工艺分析
形状分析：本工件形状简单，采用三爪卡盘装夹。
精度分析：本工件螺纹尺寸精度要求一般。
（2）工量具准备清单（见表5．5）
表5．5 工量具准备清单
（3）工艺步骤
螺纹车削加工工艺过程见表5．6。
表5．6 螺纹车削工艺过程
（4）评分标准及记录表（见表5．7）
表5．7 评分标准及记录表
注：每个精度项目检测超差不得分。
任务5．2 普通外螺纹加工（二）
本任务如图5．14所示为在车床上车削M27的螺纹，由于螺距较大，在车削螺纹过程中车刀所受的切削力将随着切削深度的增加而大幅度增大，因此，为避免切削压力过大导致扎刀等现象，首先应对螺纹加工过程中的总切削量进行准确计算，并科学地分配每次进刀量。
图5．14 螺纹小轴工作图
5．2．1 三角形螺纹车刀（二）
（1）螺旋升角的影响
螺纹车刀的工作后角一般为3°～5°。当不存在螺纹升角时（如横向进给车槽），车刀左右切削刃的工作后角与刃磨后角相同。但在车削螺纹时，由于螺纹升角的影响，车刀左右切削刃的工作后角与刃磨后角不相同，如图5．15所示。因此，螺纹车刀左右切削刃刃磨后角的确定可查阅表5．8。
图5．15 右旋螺纹时螺纹升角对螺纹车刀工作后角的影响
1—螺旋线（工作时的切削平面）；2—切削平面；3—左侧后面；4—右侧后面
表5．8 螺纹车刀左右切削刃刃磨后角的计算公式
（2）硬质合金螺纹车刀
图5．16 硬质合金外螺纹车刀
图5．17 硬质合金外螺纹车刀
硬质合金螺纹车刀的硬度高、耐磨性好、耐高温，但抗冲击能力差。车削硬度较高的工件时，为增加刀刃强度，应在车刀两切削刃上磨出宽度为0．2～0．4mm的负倒棱。高速车削螺纹时，因挤压力较大会使牙型角增大，所以车刀的刀尖角应磨成59°30′，硬质合金车刀的几何形状如图5．16所示。
高速车削三角螺纹过程中为防止振动和扎刀，可选用弹性刀杆如图5．17所示。
5．2．2 高速车削三角螺纹
（1）进刀方式
高速车螺纹只用直进法。
（2）切削用量的选择
切削速度一般取50～100m／mJn。
高速车削三角螺纹的进给次数分配，见表5．9。
表5．9 高速车削三角螺纹的进给次数分配
中径的控制可根据总的背吃刀量（按螺纹牙型深度公式计算），逐刀递减分配背吃刀量，用n次进给来完成螺纹车削加工。
如车M24外螺纹，螺距为3mm，总背吃刀量为1．624mm。第一次进给背吃刀量为0．5mm，第二次进给背吃刀量为0．4mm，第三次进给背吃刀量为0．3mm，第四次进给背吃刀量为0．2mm；还剩0．224mm用两刀精车。
高速车三角螺纹时，车削外螺纹前工件的外径应比螺纹大径尺寸小，当车削螺距为1．5～3．5mm的工件时，工件外径尺寸可车小0．15～0．25mm。
5．2．3 螺纹的测量（一）
（1）顶径的测量
螺纹顶径是指外螺纹的大径和内螺纹的小径，一般用游标卡尺或千分尺测量。
（2）螺距的测量
钢直尺或游标卡尺测量。在用钢直尺或游标卡尺测量时，最好量5个或多个牙的螺距（或导程），然后取其平均值，如图5．18（a）所示。
图5．18 车削螺纹后螺距或导程的测量
用螺距规测量。螺距规又称螺纹样板或牙规，测量时将螺纹样板中的钢片沿着通过工件 线的方向嵌入螺旋槽中，如完全吻合，则说明被测螺距（或导程）是正确的，如图5．18 （b）所示。
（3）用螺纹千分尺测量外螺纹中径
三角形螺纹的中径可用螺纹千分尺来测量（见图5．19），使用方法与一般千分尺相似。只是它有两个可以调整的测量头（上测量头、下测量头）。在测量时，两个与螺纹牙型角相同的测量头正好卡在螺纹牙侧，从图5．20中可以看出，ABCD是一个平行四边形，因此测得的尺寸AD就是螺纹中径的实际尺寸。
图5．19 螺纹千分尺
图5．20 用螺纹千分尺测量三角螺纹中径
（4）牙型角的测量
一般螺纹的牙型角可以用螺纹样板（见图5．18（b））或牙型角样板（见图5．21）来检验。
图5．21 用牙型角样板检验
（5）综合测量法
综合检验法是用螺纹量规对螺纹各基本要素进行综合性检验。螺纹量规（见图5．22）包括螺纹塞规和螺纹环规，螺纹塞规用来检验内螺纹，螺纹环规用来检验外螺纹。它们分别有通规和止规，在使用中要注意区分，不能搞错。如果通规难以拧入，应对螺纹的各直径尺寸、牙型角、牙型半角和螺距等进行检查，经修正后再用通规检验。当通规全部拧入，止规不能拧入时，说明螺纹各基本要素符合要求。
图5．22 螺纹量规
5．2．4 技能训练——高速 普通螺纹
本次训练工件以上次技能训练工件（见图5．5）为坯件，按如图5．14所示任务进行高速车削普通螺纹的技能训练。
（1）工量具准备清单（见表5．10）
表5．10 工量具准备清单
（2）工艺步骤
螺纹车削加工工艺过程见表5．11。
表5．11 螺纹车削工艺过程
（3）评分标准及记录表（见表5．12）
表5．12 评分标准及记录表
任务5．3 普通内螺纹加工
内螺纹工作图的描述：
本任务如图5．23所示为一内螺纹加工零件，同学们需要正确选用工夹具，正确选用内螺纹车刀，正确使用游标卡尺、螺纹塞规等量具来测量工件，熟悉加工内螺纹的工艺过程，保证工件各方面精度要求，完成工件的车削加工。
图5．23 内螺纹技能训练
5．3．1 三角形螺纹车刀（三）
高速钢内螺纹车刀如图5．24所示。
图5．24 高速钢三角形内螺纹车刀
普通内螺纹车刀：
①刀头径向长度应比孔径小3～5mm，刀杆在保证排屑通畅情况下尽量粗壮些。
②刀尖角平分线必须与刀杆垂直。
③后角应适当大些，一般磨有两个后角。
④刀尖宽度一般为0．1×螺距。
5．3．2 车削三角形内螺纹
（1）车螺纹前底孔直径的确定
车内螺纹之前，首先要钻孔或扩孔，孔径尺寸的计算公式为
（2）车内螺纹时的注意事项
①内螺纹车刀的两刀刃要平直。车刀刀头不能太窄，否则影响中径尺寸。
②车刀刃磨不正确或装刀歪斜，会使车出的内螺纹一面正好用塞规扭进，另一面则扭不进或配合过松。车刀刀尖要对准工件中心。装高了引起振动，产生鱼鳞现象。装低了与工件发生摩擦，切不进去。
③内螺纹车刀刀杆不能选得过细，否则会引起振颤或变形，出现“扎刀”“啃刀”“让刀”和发出不正常声音及振纹等现象。小滑板宜调整得紧些，防止车刀移位产生扎扣。
④加工盲孔内螺纹时，可以在刀杆上作记号或薄铁皮作标记，也可用床鞍刻度盘的刻线等来控制退刀，避免车刀碰撞工件而报废。
⑤因“让刀”现象产生的螺纹锥形误差，不能盲目地加大切削深度，这时必须采用趟刀的方法，使车刀在原来的切刀深度位置，反复车削，直至全部扭进。
⑥用螺纹塞规检查，应过端全部扭进，感觉松紧适当；止端扭不进。检查不通孔螺纹，过端扭进的长度应达到图样要求的长度。
⑦车内螺纹过程中，当工件在旋转时，不可用手摸，更不可用棉纱去擦，以免造成事故。
5．3．3 技能训练—— 三角形内螺纹
本次训练工件以上次技能训练的（见图5．14）为坯件，按如图5．23所示练习工件进行低速车削普通内螺纹的技能训练。
（1）零件工艺分析
形状分析：本次加工工件形状简单，内孔里有一个退刀槽。
精度分析：工件精度要求不高。
工艺分析：采用三爪自定心卡盘装夹工件。
加工工艺路线为：钻孔→车孔→车退刀槽→车螺纹。
（2）工量具准备清单（见表5．13）
表5．13 工量具准备清单
（3）工艺步骤
三角形内纹车削加工工艺过程见表5．14。
表5．14 三角形内纹车削工艺过程
（4）评分标准及记录表（见表5．15）
表5．15 评分标准及记录表
任务5．4 典型三角螺纹工件的车削
典型三角螺纹工件的车削如图5．25所示，为本项目概述中所描述的任务（见图5．2）。请同学们自行准备工量个清单，自编工艺完成项目任务的车削加工。
图5．25 典型三角螺纹工作图
（1）零件工艺分析
形状分析：
精度分析：
工艺分析：
（2）工量具准备清单（见表5．16）
表5．16 工量具准备清单
（3）评分标准与记录表（见表5．17）
表5．17 评分标准及记录表
任务5．5 螺纹工件质量分析
车削普通螺纹的质量分析见表5．18。
表5．18 螺纹工件质量分析表
●拓展训练与思考题
1．拓展训练题
三角螺纹拓展练习工作如图5．26所示。
图5．26 三角螺纹拓展练习工件
2．思考题
（1）写出螺纹牙型角、螺距、中径、螺纹升角的定义和代号？
（2）车螺纹时，在总的背吃刀量一定下，每次走刀的背吃刀量为什么是逐渐递减的？
（3）车螺纹时左右后角会发生哪些变化？怎样确定两侧的后角？
（4）用硬质合金车刀高速切削螺纹，刀尖角是否等于牙型角？为什么？
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