梯形螺纹加工

项目10　梯形螺纹和蜗杆的车削

●项目描述

本项目包含梯形螺纹加工、米制蜗杆的加工、螺纹工件质量分析等多个任务，通过学生在完成项目各任务的过程中，熟悉梯形螺纹和蜗杆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：

●理解梯形螺纹及蜗杆的加工特点；

●懂得梯形螺纹及蜗杆的技术要求；

●懂得梯形内螺纹孔径的计算方法；

●了解梯形螺纹车刀及蜗杆的特点及安装注意事项。

技能目标：

●会梯形螺纹及蜗杆车刀的刃磨；

●会车梯形螺纹；

●了解车蜗杆的方法；

●会梯形外螺纹的三针测量法；

●了解蜗杆的测量方法。

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　梯形螺纹及蜗杆

（1）梯形螺纹及蜗杆的加工特点

梯形螺纹主要用于传动装置或测量机构中，蜗杆传动装置中的蜗杆因为与螺纹加工相似，也是在车床上加工其螺旋齿，如图10．1所示。

图10．1　梯形螺纹传动和蜗杆传动

与三角螺纹车削相比，因为梯形螺纹及蜗杆的牙型较大，精度要求也较高，因此对车刀的要求、车削难度及测量要求都较高，是典型的中级车工车削件。在本项目中将重点学习梯形螺纹车削，了解蜗杆的车削方法。

（2）梯形螺纹标记（见表10．1）

表10．1　梯形螺纹标记

一对相互配合的内外螺纹标注方法是：把内、外螺纹的公差带代号全部写出，前面表示内螺纹公差带代号，后面表示外螺纹公差带代号，中间用斜线分开，如：Tr36×12（P6）－8H／7e。

（3）梯形螺纹工件工作图描述

如图10．2所示为常见的 加工零件图，需要正确选用工夹具，正确选用梯形螺纹车刀，正确使用游标卡尺、外径千分尺及外螺纹千分尺等量具来测量工件，熟悉加工外梯形螺纹的工艺过程，保证工件各方面精度要求，完成工件的车削梯形螺纹加工。

图10．2　典型梯形螺纹

（4）梯形螺纹工件工艺技术要求

①较高的形状精度和位置精度，如圆度、同 度等。

②外螺纹大径上偏差为零，下偏差为负。内螺纹大径下偏差为零，上偏差不作规定。内螺纹小径下偏差为零，上偏差为正。外螺纹小径偏差不作规定。外螺纹中径上偏差为零，下偏差为负。内螺纹中径下偏差为零，上偏差为正值。

③牙型正确饱满、不歪斜、表面粗糙度Ra为3．2～1．6。

④螺距合格。

任务10．1　梯形螺纹加工

如图10．3所示为丝杠 工件图，需要选用一夹一项方式装夹工件，正确选用梯形螺纹车刀，正确使用游标卡尺、外径千分尺及外螺纹千分尺等量具来测量工件，熟悉加工外梯形螺纹的工艺过程，保证工件各方面精度要求，完成梯形螺纹工件的车削。

图10．3　丝杠轴工件图

10．1．1　梯形螺纹几何尺寸及公差

（1）梯形螺纹几何尺寸及计算公式

公制梯形螺纹基本牙型分布在一个顶角为30°原始三角形上，如图10．4所示，在表10．2中列出了梯形螺纹几何尺寸及计算公式。

图10．4　梯形螺纹几何参数

表10．2　梯形螺纹几何尺寸及计算公式

（2）梯形螺纹公差

梯形螺纹公差带分布如图10．5所示。

图10．5　梯形螺纹公差带
d—外螺纹大径；d2—外螺纹中径；d3—外螺纹小径；es—中径基本偏差；Td—外螺纹大径公差；Td2—外螺纹中径公差；Td1—外螺纹小径公差；D4—内螺纹大径；D2—内螺纹中径；D1—内螺纹小径；TD2—内螺纹中径公差；TD1—内螺纹小径公差；P—螺距

梯形螺纹各直径的公差等级见表10．3。

表10．3　梯形螺纹公差等级

注：梯形螺纹各直径公差数值T可查阅参考文献。

10．1．2　梯形螺纹车刀及安装

（1）梯形螺纹车刀

梯形螺纹车刀的几何形状如图10．6至图10．8所示。

图10．6高速钢梯形外螺纹车刀

图10．7　硬质合金梯形外螺纹车刀

图10．8　梯形内螺纹车刀

（2）梯形螺纹车刀的要求（见表10．4）

表10．4　梯形螺纹车刀的要求

（3）梯形螺纹车刀的安装

车刀安装的正确与否将直接影响螺纹的精度。若车刀装得过高或过低，会造成车刀纵向前角和纵向后角变化，不仅车削不顺利，更重要的是会影响螺纹牙型角的正确性，车出的螺纹牙型侧面不是直线而是曲线。如果左右偏斜，则车出的螺纹牙型半角不对称。安装梯形螺纹车刀的方法是：使车刀对准工件中心，保证车刀高低正确，然后用对刀板（最好是万能角尺）对刀，保证车刀不左右歪斜（见图10．9）。另外，还要做到车刀伸出不宜太长，压紧力要适当等。

图10．9　梯形螺纹车刀安装

10．1．3　梯形螺纹的车削方法

梯形螺纹的车削方法见表10．5。

表10．5　梯形螺纹的车削方法

梯形内螺纹与外螺纹加工上有很多不同，由于梯形内螺纹车刀刀杆刚度较低，车削时切削面积较大，因此加工出的内螺纹很难达到较高的精度，特别是当螺纹孔径较小时更难。为此，现在工厂中对孔径较小的梯形内螺纹采用梯形丝锥攻制或拉制的方法来加工。

10．1．4　多线螺纹车削方法

（1）多线螺纹

多线螺纹是由几条相同的螺旋线并列缠绕在螺纹面上，在一个螺纹导程上有多个螺距（见图10．10）。多线螺纹的导程较大，螺旋升角也较大，对螺纹车刀的两个后角的影响也较大，在磨螺纹车刀时要引起注意，否则在加工时会引起干涉。

图10．10　多线螺纹及判别

多线螺纹螺旋线数的判别方法有从 向判别和从周向判别两种，如图10．10（a）、（b）所示。在车多线螺纹时，相应的也有 向分线和周向分线方法两种。

（2）多线螺纹的分线方法（见表10．6）

表10．6　多线螺纹的分线方法

向分线方法操作比较简单，主要的两种 向分线方法如图10．11和图10．12所示。

图10．11　用小滑板刻度分线法

图10．12　百分表和量块分线法

10．1．5　螺纹的测量（二）

（1）用三针法

三针法是一种比较精密地测量螺纹中径（或蜗杆分度圆直径）的方法，如图10．13所示。在测量梯形螺纹中径时，先把3个标准的量针按图放入螺纹对面的3个螺旋槽中（下面2根、上面1根），然后用千分尺的两个测量面接触三针，读出千分尺的测量值（M值），再用表10．7中所列公式。量针直径按表中的公式范围选取。

表10．7　三针法测量梯形螺纹中径的计算

例10．1　用三针测量Tr40×7的丝杠。已知螺纹中径的基本尺寸和极限偏差为，使用φ3．5mm的量针，求千分尺的读数M值的范围。

解　根据表10．7中，30°梯形螺纹M值的计算公式，已知量针dD＝3．5mm，则

根据规定的极限偏差，M值应在39．98～40．355mm，螺纹中径才合格。

为了测量方便，可把3个量针分别装嵌在两端有塑料（或皮革）制成的可浮动的软夹板中，再用千分尺的固定测砧和测微螺杆穿过夹板，使其接触量针后读出千分尺的读数值，再用公式换算出螺纹中径，如图10．13所示。

图10．13　三针法测量螺纹中径

对于螺距或导程较大的螺纹，三针测量时，千分尺的测微螺杆不能同时跨住两根量针时，测量无法进行。这时可在千分尺和测量杆之间垫一块量块。在计算M值时，必须注意减去量块厚度的尺寸。

（2）用公法线千分尺测大螺距工件的三针M值

对于大螺距螺纹中径的三针测量，用公法线千分尺测量较为方便，这是因为公法线千分尺的测量面较宽，容易与3个量针接触，如图10．14所示。

图10．14　用公法线千分尺的三针测量

10．1．6　技能训练——梯形螺纹车削

本次训练任务如图10．3所示，丝杠 工作图的加工，毛坯为φ45×124。

（1）零件工艺分析

形状分析：本工件为一个丝杠 工件。

精度分析：梯形外螺纹左右两端较小台阶外圆要求Ra3．2μm，其余未作规定，梯形螺纹要求9h，直径精度要求一般。

工艺分析：根据工件相关尺寸及精度要求，关键是如何保证工件梯形外螺纹9h、梯形外螺纹左右两端较小台阶外圆要求Ra3．2μm。首先，工件左端采用三爪自定心卡盘夹持右端顶尖加工，然后夹持右端并用顶尖顶左端加工左端及螺纹，二次安装完成，注意在夹持右端安装时夹铜皮并要校正工件。

（2）工量具准备清单（见表10．8）

表10．8　工量具准备清单

（3）工艺步骤

螺纹车削加工工艺过程见表10．9。

表10．9　螺纹车削加工工艺过程

（4）评分标准及记录表（见表10．10）

表10．10　评分标准及记录表

任务10．2　蜗杆的车削

（1）蜗杆工作图描述

图10．15是一个蜗杆轴类零件图，在保证 的其他技术要求的情况下，着重学习了解训练有关蜗杆车削加工技术基础知识。

（2）技术要求

齿上面平整、侧面饱满光洁，齿厚、齿高及齿形角符合规定要求，双头蜗杆分头误差小，分头均匀，两齿面宽度一致。

图10．15　蜗杆零件图

10．2．1　蜗杆参数及尺寸计算

标准圆柱蜗轮蜗杆主要参数与尺寸计算。

螺杆的主要参数有： 向模数m、 向齿形角α、蜗杆分度圆直径d、蜗杆头数（或线数z）等，根据上述参数可决定蜗杆的基本尺寸。参见表10．11标准圆柱蜗杆尺寸计算公式。

表10．11　标准圆柱蜗杆尺寸计算公式

例10．2　如图10．15所示，已知 向模数m＝1．6mm； 向齿形角α＝20°、蜗杆分度圆直径d＝28mm、蜗杆头数z＝1，求蜗杆的各主要参数。

解　根据表10．11中的计算公式

齿距　P＝πm＝3．14×1．6mm＝5．024mm

导程　L＝zπm＝1mm×3．14×1．6mm＝5．024mm

全齿高　h＝2．2m＝2．2×1．6mm＝3．52mm

齿顶高　ha＝m＝1．6mm

齿根高　hf＝1．2m＝1．2×1．6mm＝1．92mm

齿顶圆直径　da＝d＋2m＝28mm＋2×1．6mm＝31．2mm

齿根圆直径　df＝d－2．4m＝28mm－2．4×1．6mm＝24．16mm

齿顶宽度（轴向）　f＝0．843m＝0．843×1．6mm＝1．349mm

齿根槽宽　W＝0．697m＝0．697×1．6mm＝1．115mm

γ＝3°16′

法向齿厚Sn＝Ss×cos3°16′＝4．7125mm×0．97＝2．508mm

10．2．2　蜗杆时的挂轮搭配

车梯形和蜗杆时，如果车床标牌上已有要车削的螺距（导程），应按照车床走刀箱铭牌规定，搭配好挂轮和各手柄位置，即可车削。如果要车削车床铭牌上没有的螺距，就要进行相应的挂轮计算，再搭配上计算出来的各个挂轮齿数，才能实现所车螺距，如图10．16所示。

图10．16　蜗杆时的挂轮搭配

车蜗杆时的挂轮计算公式

因蜗杆的导程等于蜗杆的头数、 向模数与π的乘积不为整数，为计算简便起见，π值可用等近似值代入。

例10．3　在C6140车床上车削 向模数ms＝4的单头精密蜗杆，其具体措施是由交换齿轮箱直联丝杠（经过进给箱时不变速比），车床丝杠螺距为12mm，试求挂轮齿数。

解　代入公式得

检验

40＋120＞110＋15　110＋35＞120＋15

符合搭配原则，则z1＝40，z2＝120，z3＝110，z4＝35。

10．2．3　蜗杆车削的方法

（1）蜗杆车刀的刃磨

蜗杆车刀的刃磨与梯形外螺纹车刀基本相似，所不同的是：

①米制蜗杆的齿形角α＝20°，蜗杆车刀的刀尖角按2α确定。

②蜗杆的导程大，导程角也随之增大。刃磨车刀时必须考虑导程角对车刀实际工作前角、后角的影响。

③蜗杆的齿形深，切削面积增大，比车削梯形螺纹更困难。因此车刀应有足够的强度。

④蜗杆的精度要求高，表面粗糙度值小，车刀的刀尖角须精确，两侧刀刃应平直、锋利，表面粗糙度值要比蜗杆齿面小2～3级。

（2）蜗杆车刀的安装

根据蜗杆的类型，蜗杆车刀有两种装刀方法，见表10．12，图10．17为可回转蜗杆车刀，能满足垂直装刀要求。

图10．17　可回转蜗杆车刀

表10．12　蜗杆车刀的装刀方法

续表

（3）车削蜗杆的方法

蜗杆的导程大、牙槽深、车削困难，一般都应采取低速车削的方法。粗车蜗杆和粗车梯形螺纹的方法完全相同，根据螺距的大小可选用左、右切削法、车直槽法、车阶梯槽法和分层切削法的任何一种进刀方法。粗车后用车槽刀车蜗杆牙底（小径）至尺寸，然后用带有卷屑槽的精车刀精车成形。

10．2．4　蜗杆测量方法

对于精度要求不高的蜗杆，可用齿轮游标卡尺（见图10．18）以测量蜗杆的齿厚。齿轮卡尺是由相互垂直的齿高尺和齿厚尺组成的，其刻线原理与读数方法和游标卡尺完全相同。蜗杆齿厚是检验蜗杆质量的一个重要参数，在齿形角正确的情况下，蜗杆分度圆处（即中径处）的向齿厚和蜗杆齿槽宽度相等，即等于齿距的一半。因蜗杆的导程角大， 向齿厚无法直接测量出来，通常采用测出法向齿厚再计算出 向齿厚的方法来检验 向齿厚的正确与否。

图10．18　用齿厚游标卡尺测量法向齿厚

法向齿厚与 向齿厚的关系是

蜗杆法向齿厚测量方法是先把齿高尺调整到一个齿顶高（一定要注意齿顶圆直径对齿顶高的影响），然后将齿厚尺旋转一个蜗杆的导程角，使齿厚尺两侧和蜗杆齿侧面平行，这时齿厚尺的读数就是法向齿厚的实际尺寸。

例10．4　已知双头蜗杆的 向模数ms＝5mm，大径为60mm，试求该蜗杆的法向齿厚。

解　d2＝d－2ms＝（60－2×5）mm＝50mm

nP＝2×πms＝2×3．1416×5mm＝31．416mm

所求蜗杆的法向齿厚是7．702mm。

10．2．5　技能训练——蜗杆的车削

本次训练任务按图10．15完成蜗杆 工件的车削。毛坯为φ35mm×73mm的45钢棒料，也可采用图10．3练习件作为毛坯。

（1）零件工艺分析

形状分析：本工件为一典型蜗杆 工件。

精度分析：本工件蜗杆精度要求较高，为要保证蜗杆 工件的要求，采取两顶尖装夹加工，蜗杆部分要求Ra3．2μm，其余阶台外圆Ra1．6μm。

工艺分析：根据工件形状精度要求，关键是如何保证工件的位置精度。则采用三爪自定心卡盘、一夹一顶和两顶尖装夹，三次安装完成加工，注意安装时要严格校正工件。

（2）工量具准备清单（见表10．13）

表10．13　工量具准备清单

（3）工艺步骤

根据前述零件工艺分析，加工工艺顺序为：车右端面钻中心孔→一夹一顶车外圆mm长度20mm，车φ31．2mm留余量0．6mm左右→调头车左端面钻中心孔→两顶尖装夹车外圆→车外圆φ31．2mm到尺寸→蜗杆齿加工。

螺纹车削加工工艺过程见表10．14。

表10．14　螺纹车削工艺过程

续表

（4）评分标准及记录表（见表10．15）

表10．15　评分标准及记录表

注：每个精度项目检测超差不得分。

任务10．3　典型梯形螺纹的车削

本项目典型工件训练按图10．2完成梯形螺纹和普通螺纹的车削，以图10．15训练工件为毛坯。可分组讨论加工工艺，填写下列工艺内容，完成典型螺纹工件的加工。

（1）零件工艺分析

形状分析：

精度分析：

工艺分析：

加工工艺路线：

（2）工量具准备清单（见表10．16）

表10．16　工量具准备清单

（3）评分标准及记录表（见表10．17）

表10．17　评分标准及记录表

续表

任务10．4　螺纹及蜗杆工件质量分析

螺纹及蜗杆工件质量分析见表10．18。

表10．18　螺纹及蜗杆工件不合格部位分析

续表

●拓展训练与思考题

1．拓展实训练习题

双线梯形螺纹拓展练习如图10．19所示。

图10．19　双线梯形螺纹拓展练习图

2．思考题（见表10．19）

表10．19　思考题