螺纹及丝杆加工工艺

螺纹及丝杆加工工艺四川工程职业技术学院机电工程系一、螺纹的结构分析1.定义螺纹是指在圆柱表面或圆锥表面上，沿着螺旋线形成的、具有相同断面的连续凸起和沟槽。一、螺纹的结构分析2.螺纹的分类名称普通螺纹管螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹矩形螺纹特征代码MGTrB无图样一、螺纹的结构分析3.大径、中径、小径名称代号注释图样大径小径中径d、Dd1、D1d2、D2与外螺纹的牙顶或内螺纹的牙底相重的假想圆柱直径（即螺纹的最大直径）与外螺纹的牙底或内螺纹的牙顶相重合的假想圆柱直径（即螺纹的最小直径）在大径和小径之间假想有一圆柱，其母线通过牙型上沟槽宽度和凸起宽度相等的地方，此假想圆柱称为中径圆柱，其母线称为中径线，其直径称为螺纹的中径一、螺纹的结构分析4.线数：圆柱端面上螺纹的数目，用n表示沿一条螺旋线形成的螺纹为单线螺纹；沿两条或两条以上，在轴向等距离分布的螺旋线所形成的螺纹，为多线螺纹单线螺纹双线螺纹一、螺纹的结构分析5.螺距和导程•螺距（代号：P）：相邻两牙中径线上对应两点间的轴向距离。•导程（代号：Ph）：螺旋线形成的螺纹上的相邻两牙，在中径线上对应两点间的轴向距离。•对于单线螺纹，螺距=导程，•对于多线螺纹，螺距=导程/线数。一、螺纹的结构分析6.旋向•顺时针旋转时旋入的螺纹，称为右旋螺纹•逆时针旋转时旋入的螺纹，称为左旋螺纹。(a)左旋(b)右旋一、螺纹的结构分析小结牙型、大径、螺距、线数和旋向是确定螺纹几何尺寸的五要素。只有五要素完全相同的外螺纹和内螺纹才能相互旋合在一起。二、螺纹的种类1.按标准分类类型标准螺纹特殊螺纹非标准螺纹定义牙型、大径、螺距均符合国家标准牙型符合国标、大径或螺距不符合国标牙型不符合国标二、螺纹的种类2.按用途分类类型联接螺纹传动螺纹牙型普通螺纹（M）、管螺纹（G）梯形螺纹（Tr）、锯齿形螺纹（B）、矩形螺纹二、螺纹的种类3.按螺距分类类型粗牙螺纹细牙螺纹定义普通螺纹大径相同时，螺距最大的一种螺纹除了螺距最大的一种螺纹以外的其余螺纹三、螺纹的加工方法（一）加工螺纹底孔应注意的事项1.严格按照《机械工人切削手册》进行查表和计算，选择所需加工螺纹底孔的钻头或扩孔钻头。钻头的切削刃要锋利，刃带要光滑，不得有毛刺和磨损等，避免底孔刮伤或产生锥度等缺陷。三、螺纹的加工方法2.钻孔时要选择适当的转速和进刀量，根据材料不同，选择合理的冷却润滑液，以防止产生过高的切削热能，而加厚冷硬层，给以后攻丝造成困难。3.底径大于10mm时，最好先钻孔再扩孔，使底径达到所要的直径和粗糙度，底孔粗糙度应不小于3.2。可以避免造成弯曲和倾斜，而致使螺纹牙型不完整和歪斜。三、螺纹的加工方法（二）螺纹切削加工一般指用成形刀具或磨具在工件上加工螺纹的方法，主要有车削、铣削、攻丝、套丝、磨削、研磨和旋风切削等。车削、铣削和磨削螺纹时，工件每转一转，机床的传动链保证车刀、铣刀或砂轮沿工件轴向准确而均匀地移动一个导程。在攻丝或套丝时，刀具(丝锥或板牙)与工件作相对旋转运动，并由先形成的螺纹沟槽引导着刀具(或工件)作轴向移动。三、螺纹的加工方法1.各种加工方法能达到的精度三、螺纹的加工方法2.攻丝加工对M8以下的小直径螺纹进行攻丝，一般都在排钻上加工，用一般的弹性夹头夹持住机用丝攻，在排床下面装置脚踏开关，攻削时手扶工件，钻床转速一般采用480—860转/分，适当地加些菜油。在攻丝过程中，钻床主轴保持不动，丝攻进刀和退刀完全靠手控制，靠手感感觉，如果丝攻负荷增加，可立即踏下反转开关，就可以方便而迅速。三、螺纹的加工方法对不锈钢材料的加工。在实践中，遇不锈钢材料的攻丝是件比较困难的事。如何提高工作效率呢？这就要将丝攻进行修磨，使切削锥度延长，一般为4°，使校准部分留4T，这样可以减小切削厚度和切削变形；同时，切切屑也容易卷曲和排除。加大前角和后角，使γ=15°，α=25°，以提高切削能力，减少摩擦。这样，虽然刀齿的强度有所降低，但因切削锥角较小，切削部分加长了，使每个刀齿的切削负荷减轻了，所以对刀齿的强度影响不大。用这种头锥攻完后，再用二锥和末锥加工，可以提高螺纹的质量和粗糙度。三、螺纹的加工方法3.螺纹车削加工三、螺纹的加工方法三、螺纹的加工方法4.螺纹铣削加工三、螺纹的加工方法5.螺纹磨削四、丝杠加工工艺（一）概论丝杠加工工艺丝杠是一种精度很高的零件，它能精确地确定工作台坐标位置，将旋转运动转换成直线运动，面且还要传递一定的动力，所以在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。所以，丝杠的加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑，以提高其加工精度。四、丝杠加工工艺（二）丝杠的分类•机床丝杠按其摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。•由于滑动丝杠结构简朴，制造方便，所以在机床上应用比较广泛。•滑动丝杠的牙型多为梯形。这种牙型比三角形牙酬具有效果高，传动性能好，精度高，加工方便等长处。•滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言，摩擦力小，传动效率高，精度也高，因而比较常用，但是其制造工艺比较复杂。•静压丝杠有许多的优点，常被用于精密机床和数控机床的进给机构中。其螺纹牙形与标准梯形螺纹牙形相同。但牙形高于同规格标准螺纹1.5～2倍，目的在于获得良好油封及提高承载能力。但是调整比较麻烦，而且需要一套液压系统，工艺复杂，成本较高。四、丝杠加工工艺（三）丝杠的结构特点及技术要求1.丝杠结构的工艺特点丝杠是细长柔性轴，它的长度L与直径d的比值很大，一般为20～50，刚性较差。结构外形复杂，有很高的螺纹表面要求，还有阶梯、沟槽等，所以，在加工过程中易出现变形。四、丝杠加工工艺2.精度等级在国家标准GB785－65中，对普通梯形螺纹精度是按中径公差划分的。共有五项基本参数：即外径d、内径d1、中径d2、螺距T及牙形半角α/2。由于丝杠要传递正确运动，因此，按JB2886－81规定，丝杠及螺距的精度，根据使用要求分为6个等级：4、5、6、7、8、9（精度依次降低)。四、丝杠加工工艺各级精度丝杠应用范围如下：4级为目前最高级，一般很少应用；5级用于精密仪器及机密机床，如坐标镗床、螺纹磨床等；6级用于精密仪器、精密机床和数控机床；7级用于精密螺纹车床、齿轮加工机床及数控机床；8级用于一般机床，如卧式车床、铣床；9级用于刨床、钻床及一般机床的进给机构。四、丝杠加工工艺•一般所说的精密丝杠是指5、6、7级丝杠。精密丝杠有淬硬丝杠和不淬硬丝杠两种。前者的耐磨性较好，能较长时间保持加工精度，但加工工艺复杂，必须有高精度的螺纹磨床和专门的热处理设备，而后者只需要精密丝杠车床。•滚珠丝杠副和滚珠丝杠的精度等级也分为六个等级。四、丝杠加工工艺3.技术要求对于丝杠的技术要求可分为如下几项：①精度等级；②表面粗糙度；③单个螺距允差和定长上的累积允差；④中径圆度允差；⑤外径相等性允差；⑥外径圆跳动允差；⑦牙形半角允差；⑧中、外、内径允差等项。四、丝杠加工工艺（四）材料的选择丝杠材料的选择是保证丝杠质量的要害，一般要求是：(1)具有优良的加工性能，磨削时不易产生裂纹，能得到良好的表面光洁度和较小的残余内应力，对刀具磨损作用较小。(2)抗拉极限强度一般不低于588MPa。(3)有良好的热处理工艺性，淬透性好，不易淬裂，组织均匀，热处理变形小，能获得较高的硬度，从而保证丝杠的耐磨性和尺寸的稳定性。(4)材料硬度均匀，金相组织符合标准。常用的材料有：不淬硬丝杠常用T10AT12A及45等；淬硬丝杠常选用9Mn2V，CrWMn等。其中9Mn2V有较好的工艺性和稳定性，但淬透性差，常用于直径≤50mm的精密丝杠；CrWMn钢的优点是热处理后变形小，适用于制作高精度零件，但其轻易开裂，磨削工艺性差。四、丝杠加工工艺（五）丝杠加工工艺路线1.加工路线的选择淬硬长丝杠和滚珠丝杠的螺纹通常要经过2～4次机械加工，才能达到精度、齿形和表面质量的要求。避免“欠磨”和“过磨”及“过磨”引起的局部烧伤和齿形畸变。四、丝杠加工工艺粗车螺纹(校正螺纹)——淬硬(滚珠丝杠用中频淬火)——粗磨螺纹(单线砂轮)——半精磨螺纹——精磨螺纹CNC旋风铣(校正螺纹)——中频淬火——粗磨螺纹(单线或多线砂轮)——半精磨螺纹——精磨螺纹淬硬(滚珠丝杠用中频淬火)——螺纹粗磨开槽(单、多线砂轮)——半精磨螺纹——精磨螺纹光杆淬硬(滚珠丝杠用中频淬火)——高速车螺纹(硬质合金刀)——粗磨螺纹——精磨螺纹粗车或旋风铣螺纹(校正螺纹)——沿滚道螺纹槽中频淬火——粗磨螺纹——半精磨螺纹——精磨螺纹四、丝杠加工工艺2．螺纹磨削中影响导程(螺距)的因素(1)产生周期误差的原因所谓周期误差，对梯形螺纹丝杠是指任意2丌弧度内的螺旋线轴向误差△L2。；对滚珠丝杠是指2兀弧度内的行程变动量V2。产生的原因如下：①螺纹磨床从工件主轴到螺母丝杠的传动链的运动精度，包括头架主轴和顶尖的径向圆跳动和轴向窜动，齿轮副、蜗轮副的安装误差和运动误差等。②工件的安装误差、中心孔和螺纹外圆的圆柱度及丝杠的弯曲振摆。③螺纹磨床螺母丝杠副的轴向窜动以及螺母丝杠副自身周期误差对工件的影响。④进口轴承机床一夹具一砂轮部件一工件系统的动态刚度。四、丝杠加工工艺（2）产生非渐近性局部误差的原因这类误差对梯形螺纹丝杠是指△P、△L25、△L100、△L300，对滚珠丝杠是指V300、V。(△L25、△L100、△L300为在螺纹长度25mm、100mm、300mm内的螺旋线轴向公差、V㈣、V。为在螺纹长度300mm和有效长度内的行程变动量)。产生原因如下：①螺纹磨床的机械校正机构失灵，螺距校正尺调整不当或校正尺变形。②螺纹磨床螺母丝杠局部误差的影响，螺母丝杠的局部磨损。③螺纹磨床工作台沿床身运动的直线性误差、运行平稳性和爬行。④工件丝杠材质不均匀、热处理后硬度不均匀，有“软带”和“硬点”。⑤恒温室内温控不准确，在最后精磨过程中温度波动超出允许的范围。⑥进口轴承工艺过程中前道工序的误差复映。⑦螺纹磨削传动链系统的局部阻尼。⑧外界的干扰。四、丝杠加工工艺(3)产生渐近性全长累积误差的原因这类误差对滚珠丝杠是指e；对梯形螺纹丝杠是指△L，△PL。(L为有效行程)。产生的原因如下：①螺纹磨床传动链误差，螺纹交换挂轮计算的理论螺距与实际螺距的误差。②床身与工作台的热变形、机床螺母丝杠与工件丝杠热变形不同步。，．③进口轴承机床螺母丝杠副累积误差对工件的影响。④在磨削螺纹一次进给走刀过程中，砂轮磨损太快。⑤工艺过程中前道工序的累积误差复映。