振动攻牙轴向力与螺纹牙形精度

1、内螺纹精度测量方法

1.螺纹综合测量

普通螺纹量规可以用于对内螺纹进行综合测量。用它来控制内螺纹作用中径最小值，单一中径最大值。

由上可知，螺纹量规基本上体现了中径合格性的判断原则。由于螺纹量规检验属于模拟装配式的验收方法，不但方便、可靠，而且与普通螺纹的精度要求相当，因此已成为目前实际生产中使用最普遍的验收方式。

内螺纹量规的名称、代号、功能、特征及使用规则见表 3.1。

2.螺纹单项精度检测

螺纹精度单项检验指标有五项：大径、小径、中径、螺距和牙型半角。精密螺纹对这五项指标都限定了公差范围，这五项指标相互影响，决定了配合精度，例如，内螺纹的螺距误差较大时，只要增加中径的下限偏差，还是能同标准的外螺纹旋合在一起，这五项指标相互影响的结果产生一个螺纹作用中径。内螺纹的作用中径公差带只要在规定的范围内，就能相互旋合，通常的螺纹精度检验也是检查螺纹作用中径，用止通规检查，为了提高螺纹配合质量，单项指标要在规定的公差范围内，而且螺纹的牙型要整齐。

对于小直径内螺纹，小径的尺寸由底孔尺寸决定，大径的尺寸由丝锥大径尺寸决定，中径尚不能检查，一般只检查螺距粗牙型半角误差，检查原理如图 3.10 所示。

3.螺纹配合间隙量的测量

内螺纹是一种较为复杂的几何实体，衡量其质量的指标主要有螺纹的精度和表面质量。从单项精度很难直观地看出加工螺纹质量的好坏。螺纹配合的好坏在于作用中径误差的大小，这里采用被加工螺纹与标准外螺纹配合时的间隙量间接反映被加工内螺纹的作用中径误差。采用如图 3.11 所示的配合间隙量测量法。

测量方法是：首先将攻完的螺纹孔清洗干净，并将丝锥旋入内螺纹孔中然后在丝锥的一端施加载荷，使丝锥产生偏移，根据偏移量的大小计算出螺纹的配合间隙。测量依据是，当水平载荷 P 逐渐增加时，丝锥的偏移量呈非线性急剧上升；当 P 增大到一定值时，由于丝锥与螺孔之间的间隙已经消除，此后，随着载荷 P 的增加，丝锥与螺孔结合部和丝锥本身将发生弹性变形，载荷与变形成线性关系。将线性段直线延长，并与纵轴相交，用所得交点的纵坐标值作为衡量螺纹孔精度的综合指标。其加载曲线如图 3.12 所示，图中 K 点的纵坐标即为间隙量的值。

4、轴向力对牙形精度的影响

开始攻牙时，丝锥依靠在工件上切出的 JI 螺纹侧面引导前进，如图3.13。普通攻牙属于连续切削，轴向力相对较大。因 JI 面太小，承受不了丝锥对工件的轴向力而产生接触变形，使丝锥的轴向前进量不足，各刃瓣滞后并在螺纹表面一侧切出阶台而造成“陷切”现象。攻牙继续进行时，在由 KJ、GH、GF、CD 等侧刃、顶刃切削时产生的轴向合力 Fa(-)和由 JI、EF、AB 等侧刃切削时产生的轴向合力Fa(+)未趋平衡以前，“陷切”现象将继续产生，攻牙的“陷切”现象直接影响螺纹一侧的正确成形，并使其光洁度下降。

振动攻牙时，由于属于渐进式切削，在每一个周期内的净切削量比较小，轴向进给很小，轴向力比起普通方法的连续攻牙也要小。从而减小了攻牙中的‘陷切“现象，提高了牙形精度，降低了螺纹表面粗糙度。

根据理论分析和试验验证，轴向力对攻牙的影响主要有以下三个方面：

1)轴向力的增加使摩擦扭矩增加，丝锥对工件的挤压作用增强，加上被加工材料的回弹，使得工件内部应力增加、产生缺陷，在反复的挤压过程中，使工件螺纹表面粗糙度变差，尤其是螺纹牙顶金属容易被撕裂脱落。

2）丝锥开始进入底孔时，只有少数几个齿承受轴向力，因此，每个齿分担的轴向力增加，使齿形歪向一边，造成牙型半角误差增大。在显微镜下观察螺纹全长，入口处的螺纹质量一般都较差，随着丝锥的切入，承受轴向力的齿数增加，每个齿承受的轴向力减小，因而牙型随孔深的增加而逐渐趋于整齐。

3)内螺纹的每个齿槽都由丝锥上的刀齿一层一层将其切除，后一个刀齿总是在前一个刀齿的切削痕迹上进行再切削的。在没有轴向力干扰的条件下，丝锥每转一转，在轴向进给一个螺距的距离；当存在轴向力时，后一刀齿在轴向力的作用下，偏离前一刀齿的痕迹，导致螺纹型面的阶梯状，表面粗糙度变差，刀齿的轨迹偏离正确型面，牙型半角误差增大。当后一刀齿偏离过大时，刀齿的切削厚度增加，造成切削力的突然增加，容易产生崩刃和丝锥扭断。

如图 3.13 所示，攻牙时也存在着径向力，普通攻牙时，径向力的不平衡，导致丝锥的轴线相对于孔的轴线将产生偏移，使被加工的螺纹孔扩大。振动攻牙时，只要选择合适的攻牙频率和其它工艺参数，则可以减小径向力不平衡所造成的精度降低。

5、振动攻牙径向力对螺纹孔径的影响

 作用在丝锥各切削刃瓣上的径向力示意图如图 3.14 所示。在丝锥正常工作的条件下，由于同时工作的丝锥各切削牙切削宽度不等，使前面切削牙的切削面积大于后面切削牙的切削面积（参照图 3.13），所以，作用在丝锥各刃瓣上的径向力不等，也使径向合力不等于零（FrΣ≠0）,如图 3.14 所示。因此，在攻牙时，丝锥将偏向径向力小的一边，丝锥的轴线相对于孔的轴线将产生偏移，导致被加工的螺孔扩大。当丝锥的切削锥长度较短，即导角较大时，各刃瓣上切削牙的切削宽度差别愈大，中径扩大的可能性愈大。

采用振动攻牙加工的方法属于脉动切削。虽然也会出现普通攻牙时类似的径向合力不为零的的情况，但由于振动攻牙每个周期的进给量很小，各刃瓣所受的径向力很小，所以各个刃瓣所受径向力的合力就会很小，这是丝锥轴线偏离底孔轴线量很小的原因之一。另外，同样由于振动攻牙每个周期切削金属量很小的原因，在一个切削周期的结束阶段，当径向力的合力出现不平衡的趋向，这时，丝锥就会产生与切削运动相反的后退运动。下一个周期丝锥进入切削区，由于校正齿的作用，此时的丝锥的轴线已经调整到和底孔轴线相一致，或者偏移量很小。这是振动攻牙减小扩孔量的另一个原因。