螺紋的種類很多,幾種常見螺紋的代號、牙型、螺距及主要用途見表5.2.2。
表5.2.2 幾種常見螺紋的代號、牙型、螺距及主要用途
注:*公制三角螺紋又稱普通螺紋。
螺紋的基本要素有牙型角α、螺距P和中徑d2(D2)。螺紋按旋向可分為右旋螺紋和左旋螺紋,按螺旋線數目可分為單線螺紋和多線螺紋。圖5.2.13中,ψ為螺旋升角,是螺旋線的切線與垂直于圓柱體軸線截面的夾角;β為螺旋角,是螺旋線的切線與圓柱體軸線方向的夾角,L為導程,是螺旋線繞圓柱體一周在軸線方向所間隔的距離。在圖5.2.14中,當多線螺紋的線數為n時,導程L與螺距P的關系為:
螺紋的加工方法很多,車削螺紋是常用的方法之一。不同種類的螺紋,車削方法略有不同。其中,單線右旋螺紋的車削方法是最基本的。
圖5.2.13 螺旋線的參數
圖5.2.14 單線螺紋和多線螺紋
1)單線右旋螺紋的車削
圖5.2.15為單線右旋三角螺紋的車削示意圖。為了獲得正確的牙型,首先要正確刃磨車刀,使切削部分的形狀與被切螺紋軸向截面的牙槽形狀一致;其次要正確安裝車刀,使車刀刀尖與螺紋軸線等高,且刀尖角的平分線垂直于螺紋軸線。
圖5.2.15 車削單線右旋三角螺紋
圖5.2.16 前角對牙型的影響
刃磨車刀時,必須使兩側切削刃的夾角等于螺紋牙型角α,前角γo= 0°。如圖5.2.16所示,若前角γo≠0°,正確的牙型只能反映在AM截面內,而在過軸線的OA截面內的牙型并不正確。應當指出,當前角為γo= 0°時,切削條件較差。故對精度要求較高的螺紋,通常應先用具有正前角的車刀粗車,再用零前角的車刀精車。對精度要求不高的三角螺紋,可采用較小前角的車刀一次車削完成。
為了獲得所需要的準確螺距,必須保證工件每轉一轉,刀具準確而均勻地移動一個螺距值。也就是說,車床主軸和絲杠必須保證一定的傳動比。該傳動比由主軸與絲杠之間的傳動齒輪和掛輪予以保證。車削各種螺距所需要的掛輪和傳動齒輪的齒數,在設計車床時已計算確定。加工時,只要根據工件螺距值按進給箱標牌指示的掛輪齒數及進給箱有關手柄位置調整即可。對于特殊螺距的螺紋,則要自行計算掛輪的齒數。掛輪在其他機床上也常使用?,F(xiàn)在以無進給箱車床車螺紋為例介紹配換齒輪齒數的計算。
圖5.2.17是無進給箱車床從主軸到絲杠的傳動系統(tǒng)圖。車螺紋時,主軸的旋轉運動通過其尾端齒輪m、三星輪a,b,c和掛輪Z1,Z2,Z3,Z4傳給絲杠。由于齒輪m,c的齒數相同,所以三星齒輪只改變絲杠轉向,不改變系統(tǒng)的傳動比。那么,主軸與絲杠之間傳動比的調整,只需要更換不同齒數的掛輪即可。設車床絲杠的轉數為n絲,絲杠的螺距為P絲,工件的轉數為n工,工件的螺距為P工。當工件隨主軸旋轉一圈時,車刀移動的距離必須正好等于工件的螺距P工。即
圖5.2.17 無進給箱螺紋車床傳動系統(tǒng)圖
式(5.2.4)為無進給箱螺紋車床計算掛輪齒數的基本公式,其中,P絲,P工是已知的。請注意,P絲,P工的單位要求一致。目前國產車床絕大多數是公制的,其P絲的單位為mm。在公制車床上車英制螺紋和模數螺紋時,要將單位化成mm,即
英制螺紋:
模數螺紋:
在計算掛輪齒數時,通常25.4用近似代替;π用近似代替。
從式(5.2.4)可以看出,掛輪齒數的解不是唯一的。要確定合適的齒數,還應注意兩個問題:一個是盡量選用車床自備的掛輪。無進給箱螺紋車床一般備有23個掛輪,最小齒數為20,齒數間距為5,一直到120;還有兩個齒數為127和97(或113)的特殊齒數的齒輪,分別用于車削英制螺紋和模數螺紋。二是使所選的4個掛輪裝在齒輪架上不能與支承軸發(fā)生干涉,其齒數一般還應滿足:
在車削螺紋的過程中,除了保證牙型和螺距外,還要保證螺紋的中徑d2(D2)。通常采用按螺紋牙高通過橫向進給刻度盤大致控制,再由螺紋量具檢驗保證。
2)車左旋螺紋的特點
與車右旋螺紋不同,車左旋螺紋時,車刀應自左向右移動,如圖5.2.18所示。因此,車左旋螺紋的關鍵問題是在主軸正轉的情況下,如何使絲杠改變轉向,致使車刀從左向右移動。解決的方法是在主軸和絲杠之間加反向機構。
圖5.2.18 左螺旋的車削運動
3)車多線螺紋的特點
由圖5.2.14可知,多線螺紋在結構上有兩個特點:一是在軸向截面內,各條螺旋線相隔的距離等于螺距值;二是在橫向截面內,各條螺旋線與橫截面的交點相隔360°/n,其中n為線數。車多線螺紋的關鍵問題是按導程L車出第一條螺紋槽之后,如何準確地改變車刀與工件的相對位置關系,車出以后各條螺紋槽,即如何準確地進行分線。分線的方法很多,下面介紹常用的兩種。
①移動小刀架法 移動小刀架法如圖5.2.19所示。首先校正小刀架導軌,使之與工件軸線平行。按螺紋導程L調整車床,車出第一條螺紋槽,然后讓車刀沿工件軸向移動一個螺距值,即可車削第二條螺紋槽,類推。若多線螺紋的螺距要求不高,可直接利用小刀架手柄刻度盤控制移動量;若螺距要求較高,可用百分表控制小刀架的移動量。應當指出,移動小刀架時與當時小刀架所處的軸向位置無關。
圖5.2.19 用移動小刀架法分線
②旋轉工件法 旋轉工件法適宜加工雙頂塵裝夾的工件,需使用圖5.2.20所示的分度槽撥盤。以車四線螺紋為例,現(xiàn)將卡箍尾部放入槽1,車出第一條螺紋槽,再依次將卡箍尾部放入槽2,4,6中(此時工件則依次相對于主軸轉動90°),車出其余3條螺紋槽。這種分度撥盤可供車削雙線、三線和四線螺紋用。
4)車大螺旋升角螺紋的特點
由于方牙螺紋、梯形螺紋,模數螺紋的螺距和多線螺紋的導程一般較大,因此它們的螺旋升角ψ也較大。在車削過程中,大螺旋升角對車刀工作角度有很大影響。以車削右旋方牙螺紋為例(圖5.2.21),大螺旋升角使左側刀刃的工作副后角α′oe變小,右側刀刃的工作副后角α″oe變大。如果方牙螺紋車刀兩側刃的副后角相等,則在車削過程中由于車刀左側副后刀面與牙槽摩擦增大,影響螺紋質量。為此,一般要把左側副后角磨得大些,其角度為(3°~5°)+ψ,而把右側副后角磨得小些,其角度為(3°~5°)-ψ,有的甚至為0°。這樣,在切削時左右兩側的工作副后角的大小才較為合適。
圖5.2.20 加工多線螺紋用的撥盤
圖5.2.21 螺旋升角對車刀側刃副后角的影響