螺纹配合误差分析及解决方法

顾宏杰

摘要：通过对影响螺纹配合误差分析，提出相应的解决方法。

关键词：配合；误差；分析；解决方法

引言

螺纹的加工方法很多，通常的机械制造采用车削的方法较为普遍。螺纹的车削是较为复杂的成形加工。因此螺纹的一些主要几何参数，即大径、小径、中径、螺距和牙侧角，都不可避免地会出现误差。这些误差将直接影响螺纹的配合。本文拟从以下几个方面对这些误差产生的原因做些分析，并对相应的解决方法做些介绍。

1.螺纹大、小径误差对配合的影响

（1）内螺纹大径的实际尺寸减小，内螺纹的大径是公称直径，按国标GB/T197-2003要求内螺纹大径的实际尺寸必须不小于其公称直径，否则会影响螺纹的配合。

造成内螺纹大径的实际尺寸小于公称直径的原因有两点：

一是进刀深度不够。因为加工内螺纹时，操作工是按横走刀的刻度来判定进刀深度的，进而判断螺纹大径的实际尺寸。例如横丝杠与螺母间隙大、刻度盘空行程大等，都会造成进刀深度不准确而引起内螺纹大径的实际尺寸减小。解决方法是：在车螺纹之前检查并排除横走刀系统的异常情况。

二是螺纹车刀的刀杆刚性不足引起的“让刀”。加工内螺纹时，由于受到底孔直径大小和螺纹长度的限制，不可能将刀杆做得太粗太短，所以刚性较差。在车削时出现“让刀”现象，内螺纹有锥度误差。这时，必须采取“光刀”的方法，也就是使刀具在原来吃刀深度的位置，反复车削几次，逐步消除螺纹的锥度误差，使内螺纹大径的实际尺寸达到要求。

（2）内螺纹小径的实际尺寸小，GB/T197-2003中规定螺纹底孔直径的实际尺寸应控制在其基本尺寸以上。在加工过程中，常有一些异常情况也会引起内螺纹小径的实际尺寸减小。例如，加工底孔的车刀刀杆刚性差而出现的“让刀”现象、机床导轨的几何精度超差引起底孔的圆度和圆柱度误差、车螺纹时的“挤峰”现象等，都应注意解决，以避免小径实际尺寸减小而影响螺纹的配合。同样可见外螺纹的大、小径误差对配合的影响与内螺纹有相近之处。

2.中径误差对螺纹配合的影响

螺纹结合时，其接触面主要在螺纹中径的尺寸上，我们把通过牙型上沟槽宽度等于1/2基本螺距地方的假想圆柱直径称为螺纹的单一中径。由于螺纹结合时，大、小径处不接触，牙侧角误差和螺距误差又可用中径来补偿，所以螺纹中径是影响螺纹配合的主要参数。

产生中径误差的主要原因主要有以下几个方面：

（1）进刀深度不准确引起的中径尺寸误差。机床重复定位精度不好、横进给丝杠与丝母间隙太大、加工中出现的“让刀”等，都会引起进刀不准确而使中径产生尺寸误差。

（2）机床几何精度误差引起的中径形位误差。例如：机床主轴的径向圆跳动超差会引起中径上产生圆度误差、机床纵向导轨与主轴中心线的平行度超差会引起中径上产生锥度等。

（3）机床、刀具、工艺等工艺系统的径向变形，也会引起中径产生误差。这种原因产生的误差，可以用多次走刀的方法来减小。

（4）牙侧角误差和螺距误差都是直接反映到中径上，使中径产生误差。

3.牙侧角误差对配合的影响

牙侧角是指在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。牙侧角误差是由于牙型角存在误差或牙型角的位置误差而造成左、右牙侧角不相等形成的。也可能是由于上述两个因素共同形成的。牙侧角误差的存在使内外螺纹结合时发生干涉，影响配合。

在实际生产中，产生牙侧角误差的原因有：

（1）刀具形状不正确。螺纹刀具属成形刀具，它的形状应该符合于螺纹要求的形状。例如：螺纹车刀的刀尖角直接决定螺纹的牙型角，必须刃磨正确。如果刀尖角有误差，其误差将全部带给螺纹的牙型角，进而影响螺纹的牙侧角。

（2）刀具相对工件的安装位置不正确。若车刀偏转，则刀尖角与工件轴线的垂线不对称，车出的螺纹的牙型会不正，就是通常说的“倒牙”现象，使牙侧角产生误差。为了避免产生“倒牙”现象，在加工螺纹时，人们常常采用角度样板来对刀，保证刀具相对工件的准确位置。

4.螺距误差对配合的影响

螺纹加工是个比较复杂的成形运动，螺旋面的成形是靠刀具与工件之间按照一定规律做相对运动来实现的。当工件随主轴均匀地转一周，刀具应移动一个螺纹导程，而且移动量也应是准确而均匀的，这种有规律的相对运动是由机床的运动链来保证的。由于组成机床传动链的各个环节都有一定误差，所以刀具与工件之间的瞬时相对位置，也不会完全准确均匀，反映到工件上就是产生误差。所以螺距结合时发生干涉，影响螺纹的配合。

在螺纹加工过程中，产生螺距误差的具体原因有很多，而螺距误差显现的形态也不尽相同，我们可以把螺纹分三种情况分别加以说明。

（1）累计误差。即螺纹在规定的长度内、各螺距的局部误差、周期误差的总和。从互换性的角度看，它是影响配合的主要因素。

（2）局部误差。即在整个螺纹上的某一部分螺距或个别部位出现误差，一般没有规律。

（3）周期误差。即螺纹误差的出现呈周期性的，有一定的规律性。

其中丝杠的轴向及径向圆跳动会引起螺距的周期误差，丝杠安装不准确会引起螺距的累计误差，所以一定要提高机床丝杠的制造和安装精度。机床、刀具、工件等工艺系统的随机跳动、窜动、振动以及机床导轨的局部磨损、磕碰都会引起工件螺距的局部误差。

5.结论

通过误差分析可以充分认识螺纹制造过程中，影响螺纹配合的因素，从而更好地指导生产。

参考文献：

[1]濮良贵.《机械设计》 北京：高等教育出版社，2006

[2]王伯平.《互换性与测量技术基础》.北京：机械工业出版社，2008

[3]GB/T197-2003普通螺纹公差

[4]技工学校教材编写委员会.《车工工艺学》.北京：机械工业出版社