1、毕 业 论 文题 目 对螺纹的车削与常见的故障分析 专 业 数控加工与维护工程 1摘 要在机械制造业中，用车削的方法加工螺纹是目前常用的加工方法。在普通车床上车削标准螺纹，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，刀具应均匀地移动一个导程的距离。它们的运动关系是这样保证的：主轴带着工件一起转动，主轴的运动经交换齿轮传到进给箱；由进给箱变速后再传给丝杠；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，从而保证了刀具和工件之间严格的运动关系。在实际车削螺纹时，由于各种原因，造成主轴到刀具之间的运动在某一环节出现问题，引起车削螺
2、纹时产生故障，影响正常生产，这时应及时加以解决。 多线螺纹的各螺旋线是等距分布的，从他们的端面上可以看出，各螺旋线的起始点，在圆周上相距的角度是相等的，在车削过程中，解决螺旋线的等距分布问题叫分线，如果等距误差过大、会影响内、外螺纹的配合精度和蜗杆蜗轮的啮合精度，降低使用寿命.削多线螺纹在机器制造业中应用广泛，因而螺纹的车削是技工学校车工专业必修的一个实习课题，如何搞好螺纹车削这门技术的教学，笔者从螺纹车刀的准备、车削方法的选择、合理的切削用量的选择及如何处理故障等方面进行阐述刃磨车刀时刀尖角不正确，即车刀两切削刃在基面上投影之间的夹角与加工螺纹的牙型角不一致，导致加工出的螺纹角度不正确。解决
3、方法：刃磨车刀时必须使用角度尺或样板来检测，得到正确的牙型角。与普通车削相比，螺纹车削的进给速度要高出 10 倍，螺纹刀片刀尖处的作用力要高 1001000 倍，切削速度较快，切削力较大和作用力聚集范围较窄导致螺纹的加工难度高。笔者通过大量的实验认为要从刀具的几何参数、切屑液和程序的编辑 3 个方面来提高数控车削螺纹的精度。关键词：螺纹 车削 方法 故障 解决1目 录第一章 三角形螺纹的车削方法1.1 车削螺纹工件的螺纹参数和工艺要求31.2 车刀的选择、刃磨和安装41.3 检测螺纹参数5第二章 多线螺纹的分线方法和分线精度2.1 轴向分线法62.2 圆周分线法8 2.3 用卡盘卡爪分线82.
4、4 用分度盘分线9第三章 车削中出现的问题及解决方法3.1 刃磨车刀时刀尖角不正确103.2 车刀安装不正确10 3.3 刀具磨损10 3.4 螺距（或导程）不正确11 3.5 表面粗糙度值大11 3.6 解决方法123.7 乱牙123.8 中径不正确12 3.9 扎刀或顶弯工件12 第四章 故障分析及解决方法 4.1 啃刀与乱扣134.2 螺距不正确144.3 中径不正确14 4.4 螺纹表面粗糙14第五章 车削方法的比较5.1 在机械制造业中采用数控车削的方法加工螺纹是目前常用的方法195.2 造业中采用数控车削的方法加工螺纹是目前常用的方法21结束语致谢参考文献2第一章 三角形螺纹的车削
5、方法1.1 车削螺纹工件的螺纹参数和工艺要求1.1.1 确定螺纹大径、中径、小径外螺纹大径（公称直径 d ）一般应车得比基本尺寸小 0.20.4mm（约 0.13P），保证车好螺纹后牙顶处有 0.125P 的宽度（P 是螺距）。具体数值应参照基准制来选择，基轴制的值应小些，基孔制则可大些。中径 d 2=d-0.6495P，在中径处螺纹牙厚和槽宽相等。小径的计算公式为：d1=d-1.3P。则在上例中的参数分别是：d =29.629.8，d2=28.701，d1=27.4 。2、螺柱右端面要倒角至螺纹小径，左边加工退刀槽。 1.1.2 确定背吃刀量螺纹切削用量的选择应根据工件材料的螺距大小以及所处
6、的加工位置等因素来决定。前几次的进给用量可大些，以后每次进给切削用量应逐渐减小。切削速度应选低些，粗车时每次切深 0.3mm 左右，最后留余量 0.2mm ；精车时每次切深0.10.2mm 左右，粗精车的总切深为 1.3P。经过总结，本人列出下表仅供参照。1.2 车刀的选择、刃磨和安装螺纹车刀的选择主要考虑刀具、形状和几何角度等三个方面。高速钢车刀用于加工塑性（钢件）材料的螺纹工件；白钢刀刃磨螺的纹车刀，适用于加工大螺距的3螺纹和精密丝等工件；硬质合金螺纹车刀适用于加工脆性材料（铸铁）和高速切削塑性工件。车刀的几何角度有三个（1）刀尖角 应等于牙型角，车削普通三角形螺纹是60；（2）前角 一般
7、为 015，螺纹车刀的径向前角对牙形角有很大的影响，对精度高的螺纹径向前角可适当取小一些（约 05）；（3）后角 一般为 510，因螺纹升角的影响，两后角大小应该磨成不同，进刀方向一面应稍大一些。但对大直径、小螺距的三角形螺纹，这种影响可忽略不计。刃磨车刀时要根据粗、精车的要求，刃磨出合理的前、后角。粗车刀前角大，后角小，精车刀则相反。车刀的左右刀刃必须是直线，无崩刃。刀尖角的刃磨比较困难，为保证磨出准确的刀尖角，在刃磨时用螺纹角度样板测量刀尖角（见图 2）。测量时，把刀尖角与样板贴合，对准光源，仔细观察两边贴合的间隙，并以此为依据进行修磨。另外车刀磨损过大时会引起切削力增大，顶弯工件，出现啃
8、刀现象。此时应对车刀加以修磨。车削螺纹时，为了保证牙形正确，对安装螺纹车刀提出了严格的要求。安装时刀尖高度必须对准工件旋转中心（可根据尾座顶针高度检查），车刀安装得过高，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；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径向加深，从而把工件抬起，导致啃刀；车刀刀尖角的中心线必须与工件严格垂直，装刀时可用样板来对刀（见图 3）。如果车刀装歪，就会产生牙形歪斜（见图 4）；刀头伸出不能太长，一般为2025mm（约刀杆厚度的 1.5 倍）1.3 检测螺纹参数4检测螺纹主要测
9、量螺距、牙型角和螺纹中径，而且这些测量要在拆卸工件、刀具前进行，发现问题才能及时补救。1.3.1 测量螺距、牙型角螺距是由车床的运动关系来保证的，用钢尺测量即可。普通螺纹的螺距一般较小，在测量时，最好量 10 个螺距的长度，再除以 10 得到一个螺距的尺寸。牙型角是由车刀的刀尖以及正确安装来保证的，一般用样板测量。也可用螺距规同时测量螺距和牙型角（见图 7）。1.3.2 测量螺纹中径螺纹中径常用螺纹千分尺测量（见图 8）。使用方法跟一般的外径千分尺相似。它有两个可以调换的测量头，在测量时，两个跟牙形相同的触头正好卡在螺纹的牙形面，所得到的千分尺读数就是该螺纹的中径实际尺寸。1.3.3 综合测量
10、用螺纹环规检查三角形外螺纹（见图 9）。首先应对螺纹的直径、螺距、牙形和粗糙度进行检查，然后再用环规测量外螺纹的尺寸精度。如果环规通端正好拧进去，而止端拧不进去，说明螺纹精度符合要求。对于精度要求不高的也可用标准螺母检查（生产中常用），以拧上工件时是否顺利和松动的感觉来确定。检查有退刀槽的螺纹时，环规应通过退刀槽与阶台端面靠平。5第二章 多线螺纹的分线方法和分线精度2.1 轴向分线法 当车好一条螺旋槽后，把车刀沿轴线方向移动一个螺距，再车第二条螺旋槽。这种方法主要是如何解决精确移动一个螺距的问题。具体方法如下： 2.1.1 滑板刻刻度分线法这种方法是利用小滑板刻度盘的刻线值使车刀沿轴向移动一个
11、螺距，以达到分线的目的。这种方法简单，不需要其他附件和装置，利用车床固有的小滑板及刻度就能达到分线的目的。其分线精度处决于小滑板刻线移动的精确度和操作方法的正确性。 分线时必须注意的事项： a. 分线前必须保证小滑板导轨与工作轴线平行度，否则会产生误差。简单校正的方法是：在车床上车长度约 150mm 的外圆（100 以上），量其直径，得有无锥度误差，然后将百分表安装在刀架上，使百分表测头与加工的表面接触，移动小滑板，就可得工件轴线与小滑板移动轨迹的平行度。一般校正差值在 0.02 范围内。 b. 螺纹分线时应注意小滑板手柄旋转方向，否则会产生误差。每次分线小滑板手柄转动方向要相同，转动时要消除
12、空行程，以免因丝杆与螺母之间的间隙产生分线误差。 c. 车削精度较高、导程较大的多线螺纹（蜗杆）时，应把各条螺旋槽都粗车完毕后，再进行精车。精车时小滑板手柄进给方向要相同，小滑板进给数要正确，并最后反复 2-3 次以免各线（侧面）由于余量不匀而产生分线误差。 2.1.2 利用百分表（或千分表）和量块分线法方法是：车好一条螺旋线后，移动小滑板，使百分表读数等于多线螺纹的一个螺距，再车削下一个螺旋槽。当车削较大螺距的多线螺纹时，百分表移动的数值受到限制，可在百分表与挡块之间垫一量块，其厚度等于所车多线螺纹的螺距，车好第一条螺旋槽后，取掉量块，移动小滑板。把百分数表测头与挡块接触，其读数与量块接触时
13、一样，再车下一螺旋槽，依次分线。这种方法可获较高的分线精度。但操作时除上述小滑板分线必须注意的三点之外还应注意：百分表必须固定牢固可靠，并经常找正，以防工作时产生走动，而产生分线误差。 2.2 圆周分线法 6圆周分线法是根据螺旋线在圆周上等距分布的特点，即当车好第一条螺旋之后，脱开工件与丝杆之间的传动链，并把工件转过 角度（=360n），再连接工件与丝杆之间的传动链，车削另一条螺旋槽。这样依次分线，就完成了分线工作。 常见分线方法有以下三种： 2.2.1 交换齿轮分线法 分线原理：车螺纹和蜗杆时，在正常情况下，主轴和交换齿轮主动轮 Z1 传动比是 1：1，因此交换齿轮 z1 转过的角度等于工件
14、转过的角度，如果当主动轮1 的齿数是螺纹线数的整数倍时，就可利用交换齿轮分线。 a. 正常螺距计算公式： Z1 分=Z1/n 式中 Z1 分-分线时交换齿轮主动轮应转过的齿数 Z1-交换齿轮中主动轮的齿数 n-多线螺纹和蜗杆的线数 例：在 C6140 车床上车削 TR4212（P3）的螺纹时，挂轮交换齿轮齿数Z1=63，Z2=100，Z3=75，求 Z1 分线时应转过多少齿？ 解：已经 Z1=63、梯形螺纹线数 n=3， 则 Z1 分=Z1n=633=21 齿。 当车好一条螺旋槽后，只需将交换齿轮 Z1=63 与被动轮 Z2=100 脱开。拨动主动轮 Z1 转过21 个齿。重新全上，可车第二条
15、螺旋槽，同理可车第三条螺旋槽。 b. 用扩大螺距计算方式 Z1 分=Z1i 倍n 式中 Z1 分-分线时主动轮应转过的齿数 Z1-交换齿轮中主动轮的齿数 I 倍-车扩大螺距比车政党螺距时，主动轮比主轴转过扩大的倍数 n-多线螺纹的线数 7例：在 CA6140 型车床上，车削轴向模数 Mx=2.5，线数 n=8 的蜗杆，求交换齿轮应转过的齿数或转数？ 解：已经 Z1=64、i 倍=32， 则 Z1 分 Z1i 倍/n=6432/8=256 齿， Z1n=Z1 分/Z1=25664=4 转。 当车好第一条螺旋槽后，将 Z1 和 Z2 传动链脱开，将主动轮 Z1=64 转过 4 转（256 齿）。转
16、动链重新合上可车第二条螺旋槽。同理，可车削第三、四，六条螺旋槽。 交换齿轮法分线精度高，不需增加任何附件，不受车床小滑板行程的限制等优点，但操作比较麻烦，并受挂轮齿数限制，只能用于单件加工精度较高的多线螺纹时使用。 2.3 用卡盘卡爪分线 由于三爪，四爪卡盘上各爪之间的角度是相等的，三爪卡盘是 120 度，四爪卡盘 90 度，因此，我们可用三爪卡盘来分三线螺纹，用四爪卡盘来分双线或四线。用这种方法分线的条件是在二顶尖安装状态下，前顶尖安装在卡盘上，并直接在卡盘上利用自身条件车成，以保证前顶尖的正确性。鸡心夹头采用弯头鸡心夹头，并直接靠在爪上，用以带动工件旋转。车第一条螺旋槽时，鸡心夹头靠在卡爪
17、 1 上（图甲），当第一条螺旋槽车好后，停止主轴转动，摇动尾座使后顶离开工件，卸下工件，然后把工件转过一个角度再装上，使鸡心夹心靠在卡爪 2 上（图乙），顶紧就可以车第二条螺旋槽。同样，车第三条螺旋槽时，可将鸡心夹头靠在卡爪上（图丙）。同理可用四爪卡盘车四线或二线。 2.3.1 利用三爪卡盘的分头法 用这种方法分线比较方便，并能保证螺杆与其他表的位置精度，但要注意以下几点： a. 分线精度处决于鸡心夹头与爪子接触点的正确性，所以除卡盘要正确外，鸡心夹头与卡爪接触点应牢固可靠，并刚性要好。 b. 在二顶尖安装时要注意顶尖与工件中心孔松紧程度，以免反转回程时产生鸡心夹头在卡爪之间相隔空间较大，产生
18、撞击，影响接触点变化或使鸡心夹头螺钉与工件松动，从而影响分线精度。 2.4 用分度盘分线 这种分线方法利用分度盘圆周上有精确刻线，利用刻线来分线，这种方法优点是：分线较高，操作简单，用分并不受线数的限制，特别是在工件导程大于小滑板有效移动距离时，更显8得优点突出。所以适用于分线精度要求较高的批量生产，是一种理想的分线方法，现介绍一种简易分度盘的分线方法，其结构如图： 在车床法兰盘后面车一条 T 形槽，把三爪或四爪卡盘装在一个圆周刻有 360 度的分度盘上，使用 T 形螺栓紧固法兰盘和分度盘，并使法兰盘上的基准线对准分度盘上的零度线。分度时只要松开 T 表螺栓，使分度盘转过需要的角度，然后固紧，
19、即可车削。角度转动的数值由工件的线数决定（X o=360n）。比如，工件为二线时分度盘转过 180 度，工件为三线时分度盘转过 120 度，四线时为 90 度。 以上笔者介绍和分析了常见多线螺纹的分线方法。但在选用时应根据产品数量的多少，产品的精度高低，设备配备情况，合理的选择。本人从事车工教学和实践多年，尤其是近年来，对中高级工的培训和辅导工作中碰到的一些问题，谈一点体会。在等级考核中，工件加工属于单件生产，不可能也不允许选用分度盘分线，常选用的方法是：小滑板或百分表分线法。 但方法选定后并不是就能达到预计的理想效果，分线精度产生各线不均的情况比较突出。在实践中，很少用高精度、高科技的测量工具和手段来进行检测，如工具显微镜测量螺距精度，而常采用齿厚尺来测量多线蜗杆的螺距或导程误差，但发现车削时各线之间齿厚不均比较突出，是什么原因呢？本人分析如下： a. 机床精度达不到要求，车床本身存在机床精度误差，如传动链精度不够，丝杆精度不够，开合螺母与丝杆啮合时间隙不一等等。 b. 操作者本人存在缺陷。除了上述车床本身精度外，车床操作者本人工艺也是一个非常重要的关节。
