数控车工技师资格考评论文
数控梯形螺纹的分析与加工
单位名称： 南京交通技师学院
作 者： 谷 雨
20##年 9 月 18 日
数控车工技师资格考评论文
数控梯形螺纹的分析与加工
作 者： 谷 雨
职业技能鉴定等级： 二 级
单位名称： 南京交通技师学院
单位地址：中山门外马群狮子坝168号
指导老师： 赵亲云
20##年 9 月 18 日
目 录
摘要………………………………………………………………………1
关键词……………………………………………………………………1
1梯形螺纹的基本牙型….................…………………………….2
2梯形螺纹公差配合………………………………………………….3
2.1公差带的选用……...…………………………………….…………3
2.2如何减少误差………………………………………………….4
3梯形螺纹的标记……………………….…………………………….5
4梯形螺纹的测量方法……………………………………………….6
5梯形螺纹的刀具………...............………………………………8
5.1车刀的选择.................................................................8
5.2数控30度梯形螺纹刀片...............................................................…9
5.3梯形螺纹车刀的安装........................................................10
6梯形螺纹的加工...................................................10
6.1加工方法...........................................................10
6.2数控螺纹加工编程........................................................11
6.3 G76、G32、G92的区别....................................................................13
6.4加工时常见问题及解决法..................................................14
6.5加工时的几点注意事项..................................16
结论 ……………………………………………………………………16
参考文献 ………………………………………………………………17
摘 要
在机床制造业中，梯形螺纹丝杠和螺母的应用较为广泛，它不仅用来传递一般的运动和动力，而且还要精确地传递位移，如车床的尾座、各种机床的进给机构、千斤顶、压力机等等。梯形螺纹具有传动效率高、传动平稳可靠和加工方便等优点，且能够满足传动螺纹的使用要求。
梯形螺纹联接属间隙配合性质，在中径、大径、小径处都有一定的保证间隙，用以储存润滑油。
米制普通螺纹牙型是三角形，牙型角度为60度；米制梯形螺纹牙型为等腰梯形，角度为30度。普通螺纹只是起到连接紧固作用，梯形螺纹主要用于传动和位置调整装置中。
关键词： 梯形螺纹 配合 分析 加工
1. 
梯形螺纹基本牙型
梯形螺纹的特点是内、外螺纹仅中径公称尺寸相同，而小径和大径的公称尺寸不同，这与普通螺纹是不一样的。梯形螺纹的牙型与基本尺寸按GB 5796.4—2005规定，基本尺寸的名称，代号及关系式见图1所示。各直径基本尺寸系列可参阅相关国家标准。直径和螺距见表6（梯形螺纹直径与螺距系列 mm）所示。
公称直径：代表螺纹尺寸的直径。
大 径：外螺纹的顶径、内螺纹的底径。
小 径：外螺纹的底径、内螺纹的顶径。
中 径：一个假想圆柱或圆锥的直径，该圆柱或圆锥的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。
牙 型 角：在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角。
螺 距：相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
螺纹精度：由螺纹公差带和旋合长度共同组成的衡量螺纹质量的综合指标。
右旋螺纹：顺时针旋转时选入的螺纹。
左旋螺纹：逆时针旋转时选入的螺纹。
完整螺纹：牙顶和牙底具有完整形状的螺纹。
不完整螺纹：牙底完整而牙顶不完整的螺纹。
螺 尾：向光滑表面过渡的牙底不完整的螺纹。
有效螺纹：由完整螺纹和不完整螺纹组成的螺纹，不包括螺尾。
单一中径：牙型上沟槽宽度等于1/2基本螺距的地方。
作用中径：在规定的旋合长度内，恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径，这个假想螺纹具有理想的螺距、螺纹半角、及牙型高度，并在牙顶和牙底留有间隙，不与实际螺纹大、小径发生干涉。
2.梯形螺纹公差配合
2.1公差带的选用
由于国标GB 5796.4一2005《梯形螺纹公差》是一般用途的传动螺纹，其加工工艺和检测方法与普通螺纹极为相似，所以采用了与普通螺纹相同的公差原则。为此，普通螺纹中有关的牙型公差带、作用中径、判断原则、公差结构等概念和原则均适用于梯形螺纹。
梯形螺纹精度由旋合长度和公差带共同构成，据此梯形螺纹精度分有中等和粗糙两个精度级别，见表2及表3。
由于标准对内螺纹小径D1和外螺纹大径d都只规定了一种公差带（4H，4h），外螺纹小径公差带位置只有h而公差等级数与外螺纹中径组合的公差等级数相同，故梯形螺纹公差带的选择是指中径公差带的选择。选择梯形螺纹公差带时，通常选中等精度级和中等旋合长度，只有当要求不高时，才选粗糙精度级。当有强度、平稳性要求时，可选长旋合长度。一般情况下，应选表7-9及表7-10规定的选用公差带。
2.2如何减少误差
内外梯形螺纹配合是由螺纹的中径尺寸来确定的，螺纹在加工过程中，不可避免地产生加工误差，对螺纹结合的互换性造成影响。就螺纹中径而言，若外螺纹的中径比内螺纹的中径大，内、外螺纹将因干涉而无法旋合从而影响螺纹的可旋合性；若外螺纹的中径与内螺纹的中径相比太小，会使螺纹配合过松，降低螺纹连接的可靠性。
若要内外梯形螺纹达到较高的配合精度，加工时应注意以下几点：
1、梯形螺纹的中径必须与基准轴径同轴。
2、梯形螺纹的配合以中径定心，车削梯形螺纹时须保证中径尺寸公差。
3、梯形螺纹的牙型要正确。
4、梯形螺纹牙型两侧面的表面粗糙值要小。
5、外螺纹公称直径取下偏差，内螺纹公称直径取上偏差。
6、加工时要保证内外梯形螺纹的同轴度，需用百分表效正。
7、装刀具时要使用对刀样板，保证刀具的横切削刃与工件的轴线保持平行，刀尖略高于轴线。
3.梯形螺纹的标记
梯形螺纹的标记由梯形螺纹代号、公差带代号及旋合长度代号组成。梯形螺纹代号由表示梯形螺纹特征的字母“ Tr”和表示梯形螺纹直径与螺距的数字组成，当旋合长度为长旋合长度时，应将组别代号L写在公差带代号的后面，并用“－”隔开。内外螺纹及螺纹副的标记见图二。
在装配图中,梯形螺纹的公差带要分别注出内\外螺纹的公差带代号,前面是内螺纹公差带代号,后面是外螺纹公差带代号,中间用斜
线分开.标记见图三。
4.
梯形螺纹的测量方法
（1）综合测量法 用标准螺纹环规综合测量
（2）三针测量法 这种方法是测量外螺纹中经的一种比较精密的方法。适用于测量一些精度要求较高、螺纹升角小于4º的螺纹工件。测量时把三根直径相等的量针放在螺纹相对应的螺旋槽中，用千分尺量出两边量针顶点之间的距离M，如图四所示根据M值可以
计算出螺纹中径的实际尺寸。
例：车Tr32×6梯形螺纹，用三针测量螺纹中径，求量针直径和千分尺读数值M？
量针直径 dD=0.518P=3.1mm
千分尺读数值M＝d2+4.864dD-1.866P
＝29+4.864×3.1-1.866×6
=29+15.08-11.20
=32.88mm
测量时应考虑公差，则M＝32.88 –0.118mm为合格。三针测量法采用的量针一般是专门制造的。
（3）单针测量法 这种方法的特点是只需用一根量针，放置在螺旋槽中，用千分尺量
出螺纹大径与量针顶点之间的距离A。
A=（M+d）/2
5.梯形螺纹刀具
制造螺纹车刀的材料有高速钢和硬质合金两种。高速钢螺纹车刀刃磨方便、切削刃锋利、韧性好，能承受较大的切削冲击力，加工的螺纹表面粗糙度小。但它的耐热性差，不宜高速车削。
硬质合金螺纹车刀的硬度高、耐磨性好、耐高温，但抗冲击能力差。数控车床一般选用硬质合金可转位车刀。
5.1梯形螺纹车刀的选择
梯形螺纹通常采用低速车削，一般选用高速钢材料。
（1）高速钢梯形螺纹粗车刀
为了便于左右切削并留有精车余量，刀头宽度应小于槽底宽W。
（2）高速钢梯形螺纹精车刀
车刀纵向前角γp=0°,两测切削刃之间的夹角等于牙型角。为了保证两测切削刃切削顺利，都磨有较大前角（γo=10°~20°）的卷屑槽。但在使用时必须注意，车刀前端切削刃不能参加切削。高速钢梯形螺纹车刀，能车削出精度较高和表面粗糙度较小的螺纹，但生产效率较低。
5.2 数控30度梯形螺纹刀片
一般数控车床使用的为可装卸的30度梯形螺纹刀片，其经济方便利于数控车床的加工。
5.3梯形螺纹车刀的安装
① 车刀主切削刃必须与工件轴线等高或略高。
② 刀尖的角平分线应垂直于工件轴线，应用角度样板找正装夹，以免产生螺纹半角误差。
③ 螺纹刀杆伸出不能太长，以免产生震动。
6.梯形螺纹的加工
6.1加工方法
梯形螺纹的牙型不同于三角螺纹，不能采用一般的三角螺纹加工方法来加工梯形，下面我将介绍几种常见的螺纹切削方法。
① 直进法
车削时，车刀沿横向间歇进给至牙深处，种方法加工梯形螺纹时车刀三面切削，切削余量大，刀尖磨损严重，排屑困难，容易产生扎刀现象。直进法适合于小导程的三角形螺纹的加工，一般采用G32或G92编程，很显然不适合于加工梯形螺纹。
② 斜进法
车削时，车刀沿牙型角方向斜向间歇进给至牙深处，每个行程中车刀除横向进给外，纵向也要作少量进给，这种方法加工梯形螺纹时可避免车刀三面切削，切削力减少，不容易产生扎刀现象。斜进法适合于采用标准的梯形螺纹刀进行梯形螺纹加工，一般采用G76编程。
③ 左右分层切削法
车削时，车刀沿牙型角方向交错间歇进给至牙深处，左右分层切削法实际上是直进法和左右切削法的综合应用。在车削较大螺距的梯形螺纹时，左右分层切削法通常不是一次性就把梯形槽切削出来，而是把牙槽分成若干层，转化成若干个较浅的梯形槽来进行切削，从而降低了车削难度。每一层的切削都采用先直进后左右的车削方法，由于左右切削时槽深不变，刀具只须向左或向右的纵向进给即可。这种方法加工梯形螺纹时同样可避免车刀三面切削，切削效果较好，而且对刀具要求较低， 所用的螺纹粗车刀和精车刀与其它加工方式基本相同，只是粗车刀的刀头宽度( D=1.2～1.5mm ) 小于牙底宽度，刀具刀尖角略小于梯形螺纹牙型角。
6.2数控编程
（一）G76是复合螺纹切削循环指令，属于斜切法，是单侧刃切削加工，刀具负载较小，排屑容易，切深为递减式，编程简单、但螺距过大，切削抗力也很大，所以适宜加工中等螺距的螺纹。
O0001;
T0101;
M03 S400;
G00 X38 Z3;(设定循环起点)
G76 P 010030 Q50 R0.03;
(P01、01、30 .01代表的是精加工循环次数， 00 Z方向的退尾量 ,30螺纹角度)
(Q50代表最后一刀的切深数值 ,千进位50也就是0.05MM )
(R0.03精加工余量 0.03)
G76 X29 Z-28 P3500 Q300 F6;
(X29、Z-28为终点坐标, P3500是螺纹牙高 0.65*螺距 ,Q300 第一刀的切深量 同上Q算法一样，F6螺距.)
G00 X100;
Z100;
M05;
M30;
（二）单行程螺纹切削G32/螺纹切削循环指令G92
O001;
T0101;
M03 S400;
G00 X38 Z3;(同上)
#1=0;（起始切深）
N10 G00 X[36+2*#1];
G32/G92 Z-28 F6;（Z轴终点坐标，F螺距）
G00X38;
Z3;
#1=#1-0.05;（每刀切削深度0.05）
IF [#1GE-3.5] GOTO 10;（3.5螺纹牙高）
G00 X100;
Z100;
M05;
M30;
6.3 G76、G32、G92等指令的功能及其间区别
指令功能分别是：G32为单线固定螺纹，G76为螺纹复合循环，G92为螺纹固定循环。
区别：各种命令的用途不一样，G32适用于有退刀槽的等螺距切削，吃刀量较大，程序编辑比较麻烦；G92适用于直进式单一切削循环，该指令可切削椎螺纹、圆柱螺纹和平面螺纹，其循环路线与G32单一形状固定循环基本相同，只不过是G92用一段程序G32要用四段；G76是多重循环，一段程序，螺纹到位，他的进刀方式为斜进式，有时螺纹需要这种方式。
6.4加工时常见问题及解决办法
（一）闷车
原因：未变档、每刀切削深度过大也会发生闷车
解决方法：数控机床在车梯形螺纹时应注意变档，P=FV，功率一定速度越低力越大，一般为S400。虽说高档转速也可以为抵挡，但主轴箱里齿轮的互相切合力相对较大。底挡时多为大齿轮，可承受力较大。切削深度应适当。闷车会损坏工件车刀，严重的使主轴卡盘粉碎，甚至发生生产安全事故！
（二）乱牙、错牙
原因：车刀安装得过高或过，低工件装夹不牢
解决方法：及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高(可利用尾座顶尖对刀)。在粗车和半精车时，刀尖位置比工件的中心高出1％D左右(D表示被加工工件直径)。 工件本身的刚性不能承受车削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的中心高度，把工件装夹牢固，可使用尾座顶尖等，以增加工件刚性。
（三）螺纹尺寸不正确
⑴螺纹全长上不正确：挂轮搭配不当或进给箱手柄位置不对，可重新检查进给箱手柄位置或验算挂轮。
⑵中径不正确：原因是吃刀太大，刻度盘不准，而又未及时测量所造成。解决方法是精车时要详细检查刻度盘是否松动，精车余量要适当，车刀刃口要锋利，要及时测量。
⑶局部不正确：由于车床丝杠本身的螺距局部误差(一般由磨损引起)，可更换丝杠或局部修复。
⑷螺纹全长上螺距不均匀：
①如果是丝杠轴向窜动造成的，可对车床丝杠与进给箱连接处的调整圆螺母进行调整，以消除连接处推力球轴承轴向间隙；
②如果是主轴轴向窜动引起的，可调整主轴后调整螺母，以消除后推力球轴承的轴向间隙。
③如果是溜板箱的开合螺母与丝杠不同轴而造成啮合不良引起的，可修整开合螺母并调整开合螺母间隙。
④如果是燕尾导轨磨损，可配制燕尾导轨及镶条，以达到正确的配合要求。
⑤如果是挂轮间隙过大，可采用重新调整挂轮间隙。
（四）螺纹表面粗糙
原因：车刀刃口磨得不光洁，切削液不适当，切削速度和工件材料不适合以及切削过程产生振动等造成功。
解决方法：正确修整砂轮或用油石精研刀具；选择适当切削速度和切削液；调整车床床鞍压板及中、小滑板燕尾导轨的镶条等，保证各导轨间隙的准确性，防止切削时产生振动。
总之，车削螺纹时产生的故障形式多种多样，既有设备的原因，也有刀具、操作者等的原因，在排除故障时要具体情况具体分析，通过各种检测和诊断手段，找出具体的影响因素，采取有效的解决方法
6.5加工时的几点注意事项
(1) 工件要夹紧、车门关闭，以防在车削时打滑飞出伤人和扎刀；
(2) 在车削时使用适当的冷却液（如煤油），能减少受热变形，使加工表面更好地达到要求；
(3) 安全文明生产。
结论:
梯形螺纹的车削不管是在生产实践中，还是在技能训练模块中，是非常重要的。
本文阐述了数控梯形螺纹的基本牙型、公差配合、梯形螺纹的标记、梯形螺纹的测量方法、梯形螺纹的刀具、以及梯形螺纹的加工以及加工中出现的常见为题，由此从而达到使读者更加理解梯形螺纹的相关知识，熟练的掌握梯形螺纹的加工。
参考文献：
（1）北京法那科机电有限公司，Fanuc 0i mate TC 操作说明书，2007
（2）蒋增幅，《车工工艺与技能训练》，高等教育出版社，2004
（3）关亮、张向京，《数控车床操作与编程技能训练》，高等教育出版社，2005