浅谈车削螺纹

2022.10.25

郭建军

摘要：在各种机械产品中，带有螺纹的零件应用很广泛。它主要用作联接零件、传动零件、紧固零件和测量零件等等。目前常用的螺纹加工方法之一是利用机床设备，采用轨迹法加工出螺纹。

关键词：在车床上车削螺纹考虑：机床、刀具、工件材料等

一、机床方面

螺纹的加工，特别是一些特殊、非标准的螺纹，一般采用的是轨迹法，也就是利用机床上的传动链来保证刀具在工件上按一定的轨迹作相对进给运动，完成具有螺纹零件的加工。因此，机床本身的精度对螺纹的加工精度有着举足轻重的作用。

1.机床车削螺纹传动链的精度

机床加工螺纹是从工件旋转运动开始，经过多级齿轮传动传至刀具。中间的齿轮精度以及齿轮啮合的平稳性，都会造成误差的积累，通过工件反映出来。比如说，在螺纹传动链上有一对齿轮由于频繁使用，造成严重的磨损、老化。就会增大齿轮间的啮合间隙，改变齿轮原有的平衡状态，甚至会削弱传递的扭矩。造成刀具在切削力作用下产生振动，增大工件误差，降低精度。

2.机床主轴，丝杠的精度

工件的旋转是通过机床主轴带动下作旋转运动，而刀具的进给是通过机床丝杠的旋转带动溜板箱（拖板箱）作直线进给运动。在工件与刀具做相对运动时会产生一定的切削力，特别是螺距较大时，切削力会很大。这时在切削力轴向分力的作用下，会使机床主轴及丝杠轴向窜动，影响螺旋线的轴向分布的均匀性，造成局部螺纹螺距的不正确，降低精度。那么在切削力径向分力的作用下，会使机床主轴径向跳动，导致螺纹深度不均，影响螺纹的旋转精度，降低使用寿命。

3.刀具进给的平稳性

刀具的轴向进给是由溜板箱带动作均匀的进给运动，刀具的平稳性是由溜板箱移动精度决定的。如果溜板箱与导轨间隙过大，容易在切削力的作用下，刀具产生窜动，特别是单独的车削螺纹背离进给方向的牙侧时，比较明显。并且此时的手轮转动的不平衡，也会明显的反映出来。如果溜板箱与导轨间隙过小，就会增大传动链的传递动力，加快开合螺母的磨损，加速机床导轨的磨损程度。

二、刀具角度方面

1.高速钢螺纹车刀

由于刀具材料本身耐热性较差，一般采用低速切削螺纹，因为是低速切削，材料的挤压变形小。如果为螺纹的精车刀，它的纵向前角要求很小，甚至达到忽略不计的程度，而此时的刀具刀尖角应等于螺纹的牙型角。但是对于初学者来讲，刀尖角是比牙型角略大些还是略小些更容易控制螺纹的车削呢？比如说，切削普通螺纹，螺纹的牙型角为60度，螺距为2毫米的螺纹，中径处的槽宽为1毫米。如果是刀尖角为60度的车刀车削，应吃刀深度是0.866毫米，而采用刀尖角是60度10分的车刀车削时，吃刀深度在0.8631毫米时就达到了的中径处槽宽;而采用刀尖角是59度50分的车刀车削时，吃刀深度在0.869毫米时才达到中径处的槽宽。掌握好刀尖角对螺纹尺寸影响变化，对解决一些大螺距，特殊材料的螺纹加工是有帮助的。

2.硬质合金螺纹车刀

由于硬质合金本身硬度高、耐磨性好的特点，故适用于高速切削螺纹。在高速切削时，挤压，变形较大，加工出来的螺纹牙型角会比刀具的刀尖角略大一些，当刀具的纵向前角为零度时，经验值一般选择比螺纹牙型角小30分左右的车刀。但是在加工特殊材料、特殊条件下的螺纹时，就要求刀具的纵向前角不等于零度，例如在加工材料较软时，为了便于排屑，应取较大的纵向前角;在加工材料较硬，尤其断续加工时应取较小的纵向前角，甚至为负值。那么当刀具具有了纵向前角，由于切削刃不通过工件轴心线，刀尖角对牙型角的影响较大，其车刀刀尖角必须进行修正。

三、工件材料

常用的材料大致可分为塑性材料，脆性材料，高强度、高硬度的特殊材料及有色金属等。但用于机械零件上最多的螺纹材料是塑性材料和脆性材料。

1.塑性材料

由于塑性材料本身具有塑性，切屑一般为有规律的排出，通过刀具角度来控制。现以碳素钢为代表材料来分析一下它的切削性能。当含碳量小于0.25%时，称为低碳钢，硬度在140HBS左右，塑性好，性能为软而韧，在切削加工时，切屑呈带状并粘结在刀具前刀面上，故低碳钢的切削性能较差。因此在加工这种材料时，刀具要保持锋利，最好让刀尖略高于工件中心，便于增大实际工件角度，易于形成积屑瘤，增大刀具的锋利程度。当含碳量在0.3%-0.6%的碳素钢，称为中碳钢，它的硬度在180HBS左右，塑性一般，综合性能好，切削性能也较好，因此，在加工时，往往通过排屑及加工表面质量来判断刀具角度是否正确，合适。当含碳量高于0.6%的碳素钢，称为高碳钢，它的硬度在220HBS左右，由于含碳量较多硬度高，塑性小，切屑呈挤裂状，切削力与切削热集中在刀头上，切削刃容易磨损，刀具寿命下降，所以高碳钢的切削加工性较差，故在加工高碳钢时，对刀具切削刃要求不是特别锋利，要有足够的强度和韧性。

2.脆性材料

由于材料的塑性很小，抗拉強度很低，刀具切入后，靠近切削刃和刀具前刀面的局部金属末经塑性变形，就被挤裂或脆断，形成不规则的崩碎切屑，切削力集中在刀刃附近，造成局部压力很大，并有一定的冲击性，所以宜选用抗弯强度和韧性较好的车刀，但是在加工脆性材料时，由于切屑碎末容易堵塞冷却系统，加速机床的磨损，一般不加冷却液，故在加工脆性材料时，多数采用钨钴类硬质合金，角度选择以增加抗冲击为主。

影响加工螺纹精度的方面很多，分析问题要综合考虑，解决问题首先从影响最大，最宜解决的方面着手。总之，具体问题具体解决，时刻使理论知识服务于实践工件中去，并通过实践工件来证实理论的可行性。