周益鋒， 翟銀章

（鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇鹽城224051）

0 引言

梯形螺紋是應(yīng)用廣泛的傳動(dòng)螺紋，主要用來(lái)準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。梯形螺紋是車削加工的重要課題之一，也是機(jī)械制造人員必須掌握的技能。在職業(yè)學(xué)校實(shí)習(xí)教學(xué)過(guò)程中車削梯形螺紋的訓(xùn)練就非常重要。

在車削梯形螺紋時(shí)，要保證加工出合格的梯形螺紋，關(guān)鍵是檢測(cè)并控制外梯形螺紋中徑的精度。在實(shí)踐過(guò)程中對(duì)于梯形螺紋中徑尺寸是難以測(cè)量并控制的，目前通常是采用三針或單針測(cè)量的方法進(jìn)行測(cè)量。即采用三針或單針測(cè)量的方法測(cè)得測(cè)量值，并用該值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，從而達(dá)到控制梯形螺紋中徑尺寸的目的，最終使得外梯形螺紋達(dá)到加工要求。筆者在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)值之間相比較，與小滑板趕刀量之間存在一定的換算關(guān)系。利用這個(gè)換算關(guān)系，對(duì)提高外梯形螺紋加工質(zhì)量和效率有較大幫助。

1 三針測(cè)量法

在梯形螺紋加工過(guò)程中，利用三針測(cè)量法測(cè)量梯形螺紋中徑是一種比較精密的測(cè)量方法，適用于測(cè)量精度較高的梯形螺紋的中徑尺寸。測(cè)量原理如圖1所示，把3根直徑符合要求的量針?lè)旁诼菁y相應(yīng)的外梯形螺紋相對(duì)應(yīng)的螺旋槽內(nèi)，采用外公法線千分尺測(cè)量出針頂點(diǎn)之間的距離M值，千分尺的M值可用下面公式[1]進(jìn)行計(jì)算：

式中：M為千分尺的讀數(shù)值，mm；d2為螺紋的中徑，mm；dD為量針直徑，mm；α為螺紋牙形角；P為工件的螺距，mm。

生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)中最常用的量針的最佳直徑計(jì)算公式為dD=P/[2cos（α/2）]。生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)中最常用的30°梯形螺紋的量針最佳直徑取近似 值：dD=0.518P；中徑達(dá)到尺寸要求時(shí)的M讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值取近似值：M =d2+4.864dD-1.866P =0.654P。式中M和d2是一一對(duì)應(yīng)的，根據(jù)中徑的公差范圍，加工梯形螺紋過(guò)程中，不斷測(cè)量M值，使其逐漸達(dá)到M值的合理范圍，以保證中徑達(dá)到公差范圍，保證外梯形螺紋的精度[2]。

外梯形螺紋加工過(guò)程中采用三針測(cè)量的方法來(lái)保證梯形螺紋的精度，也是利用調(diào)整控制測(cè)量值M進(jìn)而達(dá)到控制保證中徑d2的目的。由于三針測(cè)量法需要將2根量針?lè)旁诠ぜ南路?，仍然擺脫不了難以操作實(shí)現(xiàn)的困擾。

圖1 三針測(cè)量原理

2 單針測(cè)量法

用單針測(cè)量螺紋中徑比用三針測(cè)量法簡(jiǎn)單，也是學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)常用的一種測(cè)量方法。測(cè)量原理如圖2所示，只需把一根符合要求的量針?lè)湃肼菁y的螺旋槽內(nèi)，另一側(cè)以外梯形螺紋頂徑外圓為基準(zhǔn)，用外公法線千分尺（或外徑千分尺）測(cè)出實(shí)際讀數(shù)A測(cè)量值，然后通過(guò)與計(jì)算方法所得的標(biāo)準(zhǔn)A值比較檢驗(yàn)螺紋中徑是否合格。梯形螺紋A值計(jì)算公式如表1所示；單針測(cè)量原理如圖2所示。

由于梯形螺紋單針測(cè)量法操作簡(jiǎn)單，由圖2和表1中公式可以推出，A值和d2也是一一對(duì)應(yīng)的。在實(shí)踐過(guò)程中單針測(cè)量法即用規(guī)格單針結(jié)合外徑千分尺測(cè)量A值。將所測(cè)的A值與通過(guò)理論計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)A值（符合精度要求的A值） 進(jìn)行對(duì)照[3]。所測(cè)A值（A測(cè)）與標(biāo)準(zhǔn)A值（A標(biāo)）之差就是A 值余量（A余）。由此可得A值余量的公式：A余=A測(cè)- A標(biāo)，可知A值余量與d2也是一一對(duì)應(yīng)的。

綜上所述，無(wú)論采用以上兩種方法的哪一種，要保證并控制外梯形螺紋的中徑尺寸精度，就要保證三針測(cè)量的M值和單針測(cè)量的A值余量。

表1 梯形螺紋A值計(jì)算公式

圖2 單針測(cè)量原理

3 A值余量與小滑板趕刀量之間的內(nèi)在聯(lián)系

常用車削梯形螺紋的方法有斜進(jìn)法、左右切削法、分層切削法、直進(jìn)法等。不管采用哪一種方法，都存在以下困擾：1）切削分幾層加工，每一層切削深度是多少；2）不同螺距的梯形螺紋如何確定加工余量；3）為了保證梯形螺紋的中徑尺寸精度，小滑板左右趕刀量如何確定。

通過(guò)多年實(shí)踐，結(jié)合加工余量與小滑板之間的內(nèi)在聯(lián)系，利用直進(jìn)法結(jié)合左右切削法的加工方法，采用便于操作的單針測(cè)量的方法，可重點(diǎn)解決上述不足。

實(shí)踐中證明，A值余量并不等于小滑板趕刀量。當(dāng)A值余量確認(rèn)后，小滑板趕刀量仍是一個(gè)未知數(shù)，只能憑經(jīng)驗(yàn)多次、少量趕刀車削，多次停車測(cè)量A值，通過(guò)小滑板不斷趕刀車削，增加螺紋槽寬度來(lái)消除A值余量，從而達(dá)到控制梯形螺紋中徑要求的目的。這樣車削費(fèi)工費(fèi)時(shí)，過(guò)程繁瑣，難以保證精度。尤其是初學(xué)者沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，車削效率很低。因而在車工實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生們經(jīng)常提及小滑板趕刀量是多少這個(gè)問(wèn)題，教師也很為難，也只能說(shuō)少少的趕刀，多次測(cè)量，慢慢接近直至符合A值，從而保證梯形螺紋中徑加工要求。

筆者經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐和理論推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值與車床的進(jìn)刀量雖沒(méi)有直接關(guān)系，但在外梯形螺紋車削過(guò)程中用單針測(cè)量法所涉及的A值余量與車床小滑板趕刀量之間存在一定的內(nèi)在的換算關(guān)系。在使用直進(jìn)法車削梯形螺紋達(dá)到小徑精度尺寸后，再采用左右（或單邊）趕小滑板的方法來(lái)保證梯形螺紋中徑尺寸精度的加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了A值余量與車床小滑板趕刀量的內(nèi)在換算關(guān)系，推導(dǎo)出其換算原理和方法。確定了一個(gè)“0.54”的常數(shù)，即小滑板趕刀量為0.54A余。

由圖3可對(duì)“小滑板趕刀量為0.54A余”進(jìn)行推導(dǎo)認(rèn)證。

圖3 30標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋單針測(cè)量原理

DD′是對(duì)稱軸線，必然垂直于螺紋軸心線。AC、A′C′是螺紋槽兩側(cè)剖面線。BC、C′B′是小滑板趕刀方向線，必然平行于軸心線，即DD′⊥BC。O1、O2分別是利用同一根單針兩次測(cè)量的圓心，與DD′重合。A、B兩點(diǎn)分別是兩次測(cè)量的切點(diǎn)，由此得出，AB//O1O2；AB=O1O2=A余。即AB⊥BC，△ABC是直角三角形，∠BAC=15°(30°梯形螺紋的半角)，BC相當(dāng)于小滑板左趕刀量，C′B′相當(dāng)于小滑板右趕刀量(實(shí)際上同一邊趕刀2BC，效果是同等的)，推出小滑板趕刀量為2BC。

證明過(guò)程如下：AB⊥BC?BC=tan 15°·AB，則2BC=2tan15°·AB，即2BC=2×0.26795×AB≈0.54AB。

即常數(shù)為0.54，小滑板趕刀量為0.54AB，即小滑板趕刀量為0.54A余。

教學(xué)過(guò)程中，將標(biāo)準(zhǔn)A值（A標(biāo)）和初次測(cè)量的A值以不同的色差在同一個(gè)梯形螺紋槽剖面圖上呈現(xiàn)出來(lái)。這樣繪圖講解，其效果在于：?jiǎn)吾樜恢谩⒂嗔枯S向厚度（即A值余量）、小滑板趕刀量直觀可見(jiàn)。與牙型邊所形成的直角三角形一目了然。確認(rèn)了A值余量（A余為三角形直角邊）,確認(rèn)了15°角（1/2梯形螺紋牙型角）。就剩下求2倍的對(duì)邊了（小滑板趕刀量），根據(jù)直角三角函數(shù)的相關(guān)知識(shí)很容易理解與記牢原理，甚至只要記住公式“小滑板趕刀量為0.54A余”就能方便操作。使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化了，可以將本來(lái)需要若干次測(cè)量的工序，簡(jiǎn)化到一次初測(cè)、一次復(fù)測(cè)就足夠了。

經(jīng)過(guò)推導(dǎo)認(rèn)證，得到精車外梯形螺紋趕刀量的換算方法。其特征在于：小滑板趕刀量等于單針初次測(cè)量千分尺讀數(shù)A值與符合要求的標(biāo)準(zhǔn)A值的絕對(duì)值差值乘以一個(gè)固定值0.54。即“小滑板趕刀量為0.54A余”。這樣便于車工實(shí)訓(xùn)時(shí)操作，極大地提高了精車梯形螺紋的效率，使保證梯形螺紋的精度與保證車削外圓精度一樣快捷。

另外，根據(jù)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)或加工生產(chǎn)中的常用螺紋的規(guī)格，可編制一不同外徑尺寸、不同中徑公差的標(biāo)準(zhǔn)A值對(duì)照（如表2），以便于直接查找對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)A值。

4 用“A值余量與小滑板趕刀量的換算內(nèi)在聯(lián)系0.54 常數(shù)”車削梯形螺紋案例

以車削Tr 40×6-7h螺紋為例，驗(yàn)證上述簡(jiǎn)化方法的應(yīng)用效果。

利用0.54常數(shù)進(jìn)行分析，實(shí)測(cè)大徑d=39.9 mm。對(duì)照表2，或由公式A標(biāo)=(d0+d2+4.866dD-1.866P )/2計(jì)算得標(biāo)準(zhǔn)A值。

表2 單針測(cè)量梯形螺紋中徑公差、A值數(shù)據(jù)對(duì)照表

A值上限值為40.63；A值下限值為40.47；可以取A值中間值40.55為標(biāo)準(zhǔn)A值，進(jìn)行計(jì)算；初次測(cè)量A值為40.98 mm；A值余量為40.98-40.55=0.43 mm，則小滑板移動(dòng)量為0.43×0.54=0.232 mm。

實(shí)踐時(shí)，可分5～6刀精車完畢，中途不需要進(jìn)行測(cè)量，就可保證中徑尺寸精度，前4～5刀，可按照50 r/min，后1～2刀采用最低轉(zhuǎn)速，精車共需約5 min左右。

在未利用0.54常數(shù)前，A值余量確認(rèn)后，初學(xué)者由于擔(dān)心中徑車小，小滑板只能以最小的趕刀量、最低的轉(zhuǎn)速車削，一般每刀趕0.03 mm左右，車削一刀就測(cè)量一次。如果以上例小滑板移動(dòng)量為0.03 mm的話，一般要低速精車10刀左右，需10次停車測(cè)量A值，約需30 min左右。

經(jīng)對(duì)比，精車效率可提高5～6倍。經(jīng)理論和實(shí)踐證明，采用直進(jìn)結(jié)合左右分層趕刀的加工方法，結(jié)合A值余量與小滑板趕刀量之間內(nèi)在的“0.54常數(shù)”的聯(lián)系，可以極大地提高加工效率。由此可見(jiàn)上述簡(jiǎn)化方法具有極大優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從理論和實(shí)踐層面上分析和探索了梯形螺紋中徑尺寸精度測(cè)量和控制的方法，把A值余量換算成小滑板趕刀量能夠有效并方便地控制梯形螺紋中徑尺寸精度。

上述兩種常用測(cè)量方法（單針測(cè)量法和三針測(cè)量法），在實(shí)踐過(guò)程中只能通過(guò)多次切削、多次測(cè)量不斷地嘗試，使得測(cè)量值逐漸接近標(biāo)準(zhǔn)值，控制梯形螺紋中徑尺寸要求。整個(gè)加工過(guò)程效率低下、過(guò)程繁瑣，精度難以控制。

采用“0.54”常數(shù)來(lái)計(jì)算小滑板趕刀量，就可使精車梯形螺紋的時(shí)間大大縮短，特別適用于職業(yè)學(xué)校車工的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，學(xué)生容易上手、便于操作，且測(cè)量精準(zhǔn)、可靠，極大地提高了學(xué)生的訓(xùn)練效果。