第9章 螺紋與圓柱齒輪加工

第9章

螺紋與圓柱齒輪加工

螺紋的車削加工9.1使用絲錐和板牙加工螺紋9.2銑齒工藝9.3插齒工藝9.4滾齒工藝9.59.1.1三角螺紋的車削1．三角形螺紋車刀

螺紋車刀屬于成形車刀，它的幾何角度、形狀和螺紋牙形的軸向剖面形狀相同，即車刀的刀尖角與螺紋的牙型角相同。①高速鋼外螺紋車刀。高速鋼外螺紋車刀刃磨方便，切削刃鋒利，韌性好，車削時刀尖不易崩裂，車出螺紋的表面粗糙度值小。但其熱穩(wěn)定性差，不宜高速車削，常用在低速切削加工塑性材料的螺紋或作為螺紋的精車刀。②硬質合金外螺紋車刀。硬質合金外螺紋車刀硬度高，耐磨性好，耐高溫，熱穩(wěn)定性好，常用在高速切削，加工脆性材料螺紋。其缺點是抗沖擊能力差。9.1螺紋的車削加工車刀的裝夾要點如下：（1）裝夾車刀時，刀尖位置一般應對準工件軸線中心。（2）螺紋車刀的兩刀尖角半角的對稱中心線應與工件軸線垂直，裝刀時可用樣板對刀，如果刀裝歪，會使車出的螺紋兩牙型半角不相等，產(chǎn)生歪斜牙型（俗稱倒牙）。（3）螺紋車刀不宜伸出刀架過長，一般伸出長度為刀柄厚度的1.5倍。2．螺紋車刀的裝夾

根據(jù)三角形螺紋的尺寸規(guī)格、精度與表面粗糙度以及刀具材料等要求，選擇一種或幾種進刀方式組合，并結合刀具輪廓形狀的改變，組成不同的車削方法：（1）車有退刀槽螺紋。車有退刀槽螺紋常采用提開合螺母法和開倒順車法。

①提開合螺母法車螺紋。

②開倒順車法車螺紋。3．三角螺紋的車削方法（2）車無退刀槽螺紋。車削無退刀槽螺紋時，先在螺紋的有效長度處用車刀刻劃一道刻線。當螺紋車刀移動到螺紋終止線刻線處時，橫向迅速退刀并提起開合螺母或壓下操縱桿開倒車，使螺紋收尾在2/3圈之內(nèi)。（3）切削用量的選擇。低速車削螺紋時，要選擇粗、精車用量，并在一定進給次數(shù)內(nèi)完成車削。

切削速度：粗車時vc=10～15m/min，精車時vc<6m/min。

背吃刀量：車螺紋時，總背吃刀量ap與螺距的關系是ap≈0.65P。

進給次數(shù)：第一次進刀ap/4，第二次進刀ap/5，逐次遞減，最后留0.2

mm的精車余量。9.1.2梯形螺紋的車削1．梯形螺紋車刀

車梯形螺紋時，徑向切削較大，為減小切削力，螺紋車刀分粗車刀和精車刀兩種。（1）高速鋼梯形螺紋粗車刀。（2）高速鋼螺紋精車刀。（3）硬質合金梯形螺紋車刀。

螺紋車刀的刀尖應與工件軸線等高。切削刃夾角的平分線應垂直于工件軸線，裝刀時用對刀樣板校正（見圖9-11），以免產(chǎn)生螺紋半角誤差。2．螺紋車刀的裝夾梯形螺紋對刀樣板梯形螺紋車刀的裝夾

梯形螺紋的軸向剖面形狀是一等腰梯形，用作傳動，精度要求高，表面粗糙度值小，車削梯形螺紋比車削三角形螺紋困難。（1）低速切削法。①螺距P<4mm和精度要求不高的梯形螺紋，可用一把梯形螺紋車刀粗、精車至尺寸要求。粗車時可采用少量的左右切削法或斜進法，精車時采用直進法。②粗車螺距P=4～8mm或精度要求較高的梯形螺紋，常用左右車削法或車直槽法車削。③粗車螺距P＞8mm的梯形螺紋，一般采用切階梯槽的方法車削。3．梯形螺紋的車削方法（2）高速切削法。車削P＜8mm的梯形螺紋時，可用直進法車削，如圖9-15（a）所示。車削P＞8mm的梯形螺紋時，為減少切削力和牙型變形，可用3把車刀依次車削，先用車刀把螺紋粗車成形，再用切槽法將螺紋小徑車至尺寸，最后用精車刀把螺紋車至規(guī)定要求，如圖9-15（b）所示。圖9-15高速車梯形螺紋的方法

內(nèi)螺紋有通孔內(nèi)螺紋、臺階孔內(nèi)螺紋和不通孔內(nèi)螺紋3種形式，如圖9-16所示。車三角形內(nèi)螺紋的方法與車三角形外螺紋的方法基本相同，但進刀與退刀的方向正好相反。梯形內(nèi)螺紋的車削方法與三角形內(nèi)螺紋的車削方法基本相同。9.1.3內(nèi)螺紋的加工圖9-16內(nèi)螺紋的形式（1）內(nèi)螺紋車刀的選擇。內(nèi)螺紋車刀刀柄受螺紋孔徑尺寸的限制，刀柄應在保證順利車削的前提下盡量選擇截面積大些，一般選用車刀切削部分的徑向尺寸比孔徑小3～5

mm的螺紋車刀。刀柄太細，車削時容易振動；刀柄太粗，退刀時會碰傷內(nèi)螺紋牙頂，甚至不能車削。

常見的內(nèi)螺紋車刀如圖9-17所示。其中圖9-17（a）和圖9-17（b）所示為通孔內(nèi)螺紋車刀，圖9-17（c）和圖9-17（d）所示為不通孔和臺階孔內(nèi)螺紋車刀。1．內(nèi)螺紋車刀的選擇及裝夾圖9-17內(nèi)螺紋車刀（2）內(nèi)螺紋車刀的裝夾。①刀柄伸出的長度應大于內(nèi)螺紋的長度10～20

mm。②調(diào)整車刀的高低位置，使刀尖對準工件回轉中心，并輕輕壓住。③將螺紋的對刀樣板側面靠平工件端平面，刀尖部分進入樣板的槽內(nèi)進行對刀，調(diào)整并夾緊車刀，如圖9-18所示。④裝夾好的螺紋車刀在底孔內(nèi)試走一次（手動），防止刀柄與內(nèi)孔相碰影響車削，如圖9-19所示。圖9-18內(nèi)螺紋車刀的對刀法圖9-19檢查刀柄是否與底孔相碰

三角形內(nèi)螺紋的車削方法類似于三角形外螺紋的，其主要區(qū)別在于它們的進刀和退刀方向正好相反。（1）車內(nèi)螺紋前，先把工件的端平面、螺紋底孔及倒角等車好。（2）選擇合理的切削速度，并根據(jù)螺紋的螺距調(diào)整進給箱各手柄的位置。（3）內(nèi)螺紋車刀裝夾好后，開車對刀，記住中滑板刻度或將中滑板刻度盤調(diào)零。（4）在車刀刀柄上做標記或用溜板手輪刻度控制螺紋車刀在孔內(nèi)車削的長度。（5）用中滑板進刀，控制每次車削的切削深度（即背吃刀量），進刀方向與車削外螺紋時的進刀方向相反。（6）壓下開合螺母手柄，車削內(nèi)螺紋。當車刀移動到標記位置或溜板箱手輪刻度顯示到達螺紋的長度位置時，快速退刀，同時提起開合螺母或壓下操縱桿使主軸反轉，將車刀退到起始位置。（7）經(jīng)數(shù)次進刀、車削后，使總切削深度等于螺紋牙型深度。2．三角形內(nèi)螺紋的車削方法9.2使用絲錐和板牙加工螺紋9.2.1攻螺紋1．絲錐的結構和形狀

絲錐是用高速鋼制成的一種多刃刀具，可以加工車刀無法車削的小直徑內(nèi)螺紋，操作方便，生產(chǎn)效率高。絲錐的結構形狀如圖9-21所示。圖9-21絲錐

攻螺紋前，螺紋孔徑應稍大于螺紋小徑，孔深要大于規(guī)定的螺紋深度并且車孔口倒角。（1）攻螺紋前，孔徑應比螺紋小徑稍大，以減小攻螺紋時的切削抗力和防止絲錐折斷。（2）攻制不通孔螺紋時，由于絲錐前端的切削刃不能攻制出完整的牙型，鉆孔時的孔深要大于規(guī)定的螺紋深度，鉆孔深度應大于或等于螺紋有效長度加上螺紋公稱直徑的0.7倍。（3）孔口倒角30°，可用60°的锪鉆加工，也可用車刀倒角，倒角后的直徑應大于螺紋大徑。2．攻螺紋的工藝要求攻螺紋時應注意以下幾點。（1）攻螺紋的孔口需倒角，且倒角處的直徑應該略大于螺紋的大徑，這樣可以使絲錐開始切削時容易切入材料，并可防止孔口被擠壓出凸邊。（2）起攻時，要把絲錐放正，然后用手壓住絲錐轉動鉸杠，如圖9-23（a）所示。當絲錐切入1～2圈后，應及時檢查并校正絲錐的位置，如圖9-23（b）所示。檢查應在絲錐前后和左右方向進行。（3）為了使絲錐起攻時保持正確位置，可在絲錐上旋上同樣直徑的螺母，如圖9-24（a）所示，或將絲錐插入導向套中，如圖9-24（b）所示，這樣就使得絲錐按正確的位置切入工件孔中了。（4）當絲錐切入3～4圈螺紋時，只需要轉動鉸杠便可完成，此時不能對絲錐施加壓力，不然，螺紋牙型會被損壞。攻螺紋的時候，每旋轉鉸杠1/2～1圈，就要倒轉鉸杠1/4～1/2圈，這樣就使得切屑容易排除，以免因切屑堵塞而使得絲錐卡死。（5）絲錐退出時，先用鉸杠平穩(wěn)反方向旋轉，當能用手旋動絲錐時，便停止使用鉸杠，避免鉸杠帶動絲錐退出，以防產(chǎn)生晃動、搖擺、振動和損壞螺紋表面粗糙度。3．注意事項（6）攻不通孔螺紋時，要經(jīng)常退出絲錐，以清除孔內(nèi)的切屑，避免絲錐折斷或卡住。當工件不便倒向時，可用磁性物體吸出切屑。（7）攻韌性材料的螺孔時，需要加注切削液，以減小切削時的阻力，減小螺孔表面的粗糙度，也可延長絲錐的壽命，攻鋼件時需要加機油；攻鑄件時需要加煤油；螺紋質量要求比較高時就需要加工業(yè)植物油。圖9-23攻螺紋的方法圖9-24保證絲錐正確位置的工具1．板牙的結構和形狀

板牙是一種標準的多刃螺紋加工工具，其結構形狀如圖9-25所示。它像一個圓螺母，其兩端的錐角是切削部分，因此正、反都可以使用，中間有完整齒深的一段是校正部分。使用板牙切制螺紋，操作方便，生產(chǎn)效率高。9.2.2套螺紋圖9-25板牙要使用板牙套螺紋，待加工工件必須滿足下面條件。（1）用板牙套螺紋，通常適用于公稱直徑小于16mm或螺距小于2mm的外螺紋。（2）由于套螺紋時工件材料受板牙的擠壓而產(chǎn)生變形，牙頂將被擠高，所以套螺紋前工件外圓應車削至略小于螺紋大徑。（3）外圓車好后，端面必須倒角，倒角后端面直徑應小于螺紋小徑，以便于板牙切入工件。（4）板牙端面應與主軸軸線垂直。2．套螺紋的工藝結構套螺紋時需注意以下幾點。（1）為了使得板牙容易切入材料，套螺紋前圓桿端部要倒成錐角，如圖9-26所示。（2）套螺紋時切削力矩比較大，圓桿類工件要用V形鉗口或用厚銅板作襯墊，才能牢固地夾持，如圖9-27所示。（3）起套的時候，須使板牙的端面與圓桿垂直。要在轉動板牙時施加軸向壓力，轉動時要慢，壓力要大。當板牙切入材料2～3圈時，要及時檢查和校正螺牙端面和圓桿是否垂直，否則切出的螺紋牙型一面深一面淺，不均勻，甚至出現(xiàn)亂牙。（4）在鋼件上套螺紋與攻螺紋類似，要加切削液，以提高螺紋表面的質量和延長板牙的壽命。切削液一般選用較濃的乳化液或機械油。3．注意事項9.3.1銑齒加工綜述1．銑齒原理

銑齒是按成形法原理加工齒輪，齒輪的齒形主要由銑刀輪廓形狀保證，齒輪的齒距精度由齒坯安裝精度和分度頭精度來保證。根據(jù)刀具形狀的不同，銑刀又可分為盤狀銑刀加工和指狀銑刀加工兩種。

如圖9-29所示，無論是盤狀銑刀還是指狀銑刀，銑齒加工運動都由銑刀回轉主運動n和銑刀垂直運動f組成。9.3銑齒工藝圖9-29銑齒加工

加工直齒圓柱齒輪是按成形法加工，加工斜齒圓柱齒輪是按無瞬心包絡法加工。銑齒加工時銑刀銑完一個齒槽后，分度機構將工件轉過一個齒再銑另一個齒槽。

銑齒加工的加工精度：9級。

銑齒加工的表面粗糙度Ra（μm）：2.5～10。2．銑齒加工特點根據(jù)漸開線性質可知，漸開線的形狀與基圓直徑有關，同一模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪，其基圓直徑不同，漸開線形狀也不同。因此，從理論上講，相同模數(shù)、不同齒數(shù)的齒輪都應當設計專用成形齒輪銑刀，但這樣既不經(jīng)濟，也無必要。在實際生產(chǎn)中，將齒輪的常用齒數(shù)進行分組，當模數(shù)m

=1～8mm時，每種模數(shù)分成8組（即8把刀）；模數(shù)m

=9～16mm時，每種模數(shù)分成15組（即15把刀）。每把銑刀的齒形是根據(jù)該銑刀所加工最小齒數(shù)的齒輪齒槽形狀設計的，所以，加工該范圍內(nèi)的其他齒數(shù)的齒輪時，會有一定的齒形誤差。9.3.2成形齒輪銑刀銑齒原理9.4.1插齒加工綜述插齒加工如同兩個齒輪做無間隙的嚙合運動，一個是插齒刀，另一個是被加工齒輪。插齒刀是由高速鋼等刀具材料制成，在齒輪上刃磨出前角和后角，形成切削刃。插齒時，插齒刀做上下往復的切削運動，同時要求插齒刀和齒坯之間嚴格保持一對漸開線齒輪嚙合關系。由于一個漸開線齒輪可以和模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪嚙合，所以一把插齒刀可以加工模數(shù)相同而齒數(shù)不同的齒輪。9.4插齒工藝1．切削主運動刀具主軸做快速往復運動v1，以完成切削任務。它以每分鐘往復次數(shù)n來表示。由電動機M帶動變速交換齒輪或變速箱1來實現(xiàn)變速。這一運動與其他運動無關，可以單獨進行調(diào)整。插削刀每分鐘雙行程數(shù)n可按下式確定

式中：v1—平均切削速度，m/min；l—插齒刀行程長度，mm。

插齒刀行程長度等于齒坯寬度與切出、切入長度之和，行程位置可由偏心機構7來調(diào)整。9.4.2插削直齒圓柱齒輪

插齒刀主軸2繞自己的軸線做慢速回轉運動n0，同時與被加工齒輪做無間隙嚙合，其轉速為n，插齒刀轉速的快慢影響加工齒輪的快慢，它是以每一往復行程在插齒刀與齒輪嚙合時的節(jié)圓上轉過的弧長來計算的，通常稱為圓周進給量fc，由圓周進給箱或交換齒輪5來調(diào)整。2．圓周進給運動圖9-33插齒機原理

工作臺3的主軸帶動齒坯繞自身軸線轉動，同時與刀具主軸保持著一對齒輪的嚙合關系，以實現(xiàn)展成運動，它們之間必須遵守以下關系式中：n、n0

—齒坯與插齒刀轉速。

z、z0—齒坯與插齒刀齒數(shù)。這一關系是依靠分度交換齒輪4來保證的。3．滾切分度運動為了切至全齒深，插齒刀在圓周進給的同時，必須向齒坯做徑向進給，或齒坯向插齒刀做徑向進給v3，當進刀到一定深度時停止，而圓周進給繼續(xù)進行，直至齒坯轉一周時，齒輪加工完畢。徑向進給量fr是指插齒刀每往復一次進程，徑向移動多少毫米，它是靠凸輪、液壓或徑向進給交換齒輪8來實現(xiàn)的。4．徑向靜給運動

插齒刀在工作行程時插削齒坯，在返回行程時，應和齒坯脫離接觸，以免擦傷已加工齒和刀齒磨損，這種運動叫做讓刀運動。有些機床是由工作臺讓刀，小型和大型機床是由插齒刀讓刀v2。這一運動是靠讓刀機構6來完成的。5．讓刀運動1．插齒刀的安裝調(diào)整插齒刀在安裝調(diào)整前，要把插齒刀和插齒機主軸軸頸清洗擦拭干凈，然后將插齒刀安裝在主軸上，安裝時需保證插齒刀的軸線與機床主軸軸線重合，插齒刀切削刃平面應與機床主軸軸線垂直。螺母壓緊用的端面應垂直于螺紋軸線。墊圈的兩端面平行度應小于0.005mm，墊圈直徑應盡可能接近插齒刀的根圓直徑或與插齒刀的支撐端面的最大直徑相等。插齒刀安裝夾緊后，應轉動插齒機主軸，檢驗插齒刀外圓跳動量和前刀面跳動量錐柄插齒刀是以柄部椎體為基準，安裝在插齒機主軸的錐孔中，然后用拉桿在主軸頂端拉緊。錐孔與插齒刀錐柄配合接觸區(qū)不小于80%。9.4.3插齒工藝設計

首先應將心軸或夾具擦凈，安裝于機床工作臺上，如圖9-36所示，然后用千分表檢驗。2．夾具、心軸及工件的安裝調(diào)整圖9-36心軸的安裝與檢驗9.5.1滾齒原理滾齒加工原理相當于交錯軸斜齒輪副的嚙合過程。滾齒加工過程中，滾刀相當于一個螺旋角很大的斜齒圓柱齒輪和被切齒輪做空間嚙合。滾刀頭數(shù)即相當于斜齒輪的齒數(shù)。這種齒數(shù)極少、螺旋角很大、輪齒能繞軸線很多圈的特殊斜齒圓柱齒輪，其實質就是一個蝸桿，滾刀切削刃位于該蝸桿的螺紋表面上。滾刀與工件在一定速比的關系下進行展成運動，完成漸開線﹑擺線等各種齒形加工。在滾切漸開線齒輪時，可改變兩軸間的中心距及軸交角。其相對共軛運動仍將獲得同樣性質的漸開線齒形曲面，只是齒厚和齒根圓相應地改變了，所以可加工變位齒輪、斜齒輪和短齒輪等。滾齒加工的加工精度為6～9級，滾齒加工的表面粗糙度Ra（μm）為1.25～5。9.5滾齒工藝

滾齒過程如圖9-37所示。從機床運動的角度