螺纹加工：螺纹的车削、成形与铣削方式

• 1
  要点速览
• 2
  刀具与工件接触处发生了什么
• 3
  攻丝与单点切削
• 4
  滚压成形及其失效边界
• 5
  CNC 机床上的螺纹铣削
• 6
  螺距与牙型误差的真实成因
• 7
  开机前先读图纸
• 8
  螺纹加工方法的选择

螺纹是缠绕在圆柱或孔上的螺旋线。加工螺纹意味着沿该螺旋线去除材料，或把金属挤压成形到牙型中。螺纹加工中的其他一切，都是刀具执行这两种动作之一的后果。

切削刀具将材料剪切去除。丝锥上磨有完整牙型，一次穿过孔即可加工出整个轮廓。单点刀具一次切削一个牙侧，同时主轴与溜板保持与螺纹导程同步。

成形刀具不去除材料。挤压丝锥将金属向外、向上挤压成螺纹形状。底孔要比切削丝锥钻得更大，因为被挤走的体积必须有去处。金属流线沿新轮廓走向，而不是被切断。

螺纹铣削把螺旋线分解为一系列圆弧。旋转刀具沿孔周围的螺旋路径运动。螺纹由机床运动生成，而非刀具形状决定，因此一片刀片可加工很宽的直径范围。

• 1
  切削去除材料；产生切屑；几乎适用于所有可加工金属。
• 2
  成形材料被挤压；无切屑；需要塑性毛坯和更大的底孔。
• 3
  铣削螺旋线由机床运动生成；刀具形状与直径无关。

攻丝是约 M20 或 3/4 in 以下孔的首选。切削丝锥速度快，只需钻好的孔和攻丝头或刚性攻丝循环。问题在于排屑。盲孔中切屑堆积在底部，可能卡住丝锥，这是螺纹加工中刀具折断最常见的原因。

螺旋槽丝锥把切屑向上排出，适合盲孔。螺尖丝锥把切屑推向刀具前方，适合通孔。用反了就是报废零件的可靠方式。

车床单点切削单件较慢，但可以精确调整中径。可以追刀、测量后调整切深，并直接切到台肩而无需退刀槽。对单件和必须严格通规的螺纹，这种控制值得付出加工节拍。

两种方法有一个共同弱点。刀具承载螺纹牙型，因此磨损或崩刃的丝锥会在其接触的每个零件上切出尺寸偏小的螺纹，直到有人检查发现。

滚压成形在塑性材料中产生更强的螺纹，因为金属流线绕过轮廓而非被横切。没有切屑，盲孔风险小得多。滚压螺纹抗疲劳性也更好，这对紧固件和承受循环载荷的零件很重要。

底孔是关键。被挤走的金属必须有去处，因此底孔钻到约中径减去小余量，而不是小径。钻得太小，丝锥负载过大而折断。钻得太大，牙顶不完整。

成形需要能流动的材料。6061、5052 和 6082 铝滚压良好。低碳钢和 4130 钢滚压良好。钛 TC4（Ti-6Al-4V）可滚压但刀具负载重。铸铁、大多数塑料和任何脆性材料会开裂或撕裂而非流动。

薄壁零件不适合。成形的径向力会使壁鼓胀，鼓胀表现为螺纹不圆。如果壁厚小于约一个牙高，应改用切削。

螺纹铣削使用小的单牙型或多牙型刀具绕孔公转，同时机床插补螺旋线。刀具无需匹配螺纹直径，因此一把刀具在其可达范围内覆盖多种尺寸和螺距。

这在大螺纹上很重要。Ø100 mm 内螺纹手工攻丝不现实，车床单点切削成本高。在带 Ø400 mm 转台的 5 轴或 3 轴铣床上，螺纹铣刀一次装夹即可完成，还能使螺纹与同一装夹中加工的内孔同心。

螺纹铣削还可就地修复螺纹。如果成品零件上的螺纹拉毛或尺寸偏小，螺纹铣刀可重新切削而不影响其他几何形状。对已攻丝的螺纹，通常只有报废或装钢丝螺套两种选择。

代价是加工节拍。铣削小螺纹比攻丝慢，刀具也比同尺寸丝锥更易折断。约 M6 以下，攻丝通常在成本上更划算。

螺距误差是指令导程与刀具实际产生导程之间的不匹配。在车床或刚性攻丝循环中，主轴与进给轴通过电子齿轮联动。该回路中的任何滞后都会表现为螺纹全长上的拉伸或压缩。

径向误差来自刀具、刀柄或装夹。丝锥跳动、磨损的夹头或偏位的钻孔都会使螺纹偏离中心。在量规上，这表现为一侧中径偏紧、另一侧偏松。

牙型误差通常是刀具几何问题。崩刃的丝锥会在牙顶切出平面。单点刀片刀尖圆弧半径不正确会切坏牙底。两者在简单的通止规上都不会显现，直到螺纹承受载荷。

实际答案是测量。中径量规、三针或光学投影仪各自能捕捉不同的误差。在精密工件上，我们像对待任何其他关键尺寸一样检查螺纹，检测报告可按需提供。

螺纹标注承载的不只是直径和螺距。配合等级决定配合件之间允许多少间隙。1/4-20 UNC 2B 孔比 3B 孔松，如果图纸未注明，车间只能猜测。

电镀会改变螺纹。阳极氧化在表面生成几微米，使外螺纹中径变小。如果零件在加工后阳极氧化，螺纹必须留余量或进行遮蔽。化学镀镍同理，每面可增加 10–25 μm。

材料与表面处理会与方法相互影响。6061 铝上的滚压螺纹表面光亮、经加工硬化，阳极氧化效果与切削螺纹不同。在 316L 不锈钢上，切削螺纹在装配时可能咬死，除非表面钝化或润滑。

还有一点值得在图纸上注明：螺纹是在精加工前还是精加工后测量。这一条注释能避免进料检验时的大多数争议。