摘 要： 本文从螺纹的应用分类说明，对联（连）接螺纹、管螺纹、传动螺纹，以及特殊螺纹四种的加工方法进行了探讨。
关键词： 联（连）接螺纹 管螺纹 传动螺纹 特殊螺纹 加工方法
螺纹是在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起。在圆柱表面上所形成的螺纹称圆柱螺纹；在圆锥表面上形成的螺纹称圆锥螺纹。按螺纹的应用分联（连）接螺纹、管螺纹、传动螺纹，以及特殊螺纹。由于螺纹在各行各业中应用很广，为了更好地运用好螺纹零件，应对螺纹的加工方法进行充分的了解和研究，以达到加工出高质量的螺纹产品。
一、加工螺纹的历史
公元前220年希腊学者阿基米德创造的螺旋提水工具是最早的螺纹出现。公元4世纪在酿酒用的压力机上开始应用螺栓和螺母的原理，主要是在地中海沿岸的国家，当时的外螺纹都是用一条绳子缠绕到一根圆柱形棒料上，然后按此标记刻制而成的；而内螺纹则往往是用较软材料围裹在外螺纹上经锤打成形的，在此后的很长一段时间一直都没有太大的改变。到1500年以后的一段时间，对螺纹的研究开始多了起来。先是意大利人列奥纳多·达·芬奇绘制的螺纹加工装置草图中，已有应用母丝杠和交换齿轮加工不同螺距螺纹的设想。此后，机械切削螺纹的方法就在欧洲钟表制造业中有了很大发展。对螺纹研究最多的还是英国人，1760年，英国人J.怀亚特和W.怀亚特兄弟获得了用专门装置切制木螺钉的专利。1778年，英国人J.拉姆斯登曾制造一台用蜗轮副传动的螺纹切削装置，能加工出精度很高的长螺纹。真正的加工螺纹是在1797年，英国人莫兹利.H.在由他改进的车床上，利用母丝杠和交换齿轮车削出不同螺距的金属螺纹，奠定了车削螺纹的基本方法。到了19世纪20年代，莫兹利还制造出第一批加工螺纹用的丝锥和板牙，同时螺纹滚压技术也有了应用，但因模具制造困难，发展很慢。20世纪初，汽车工业的发展进一步促进了螺纹的标准化和各种精密，高效螺纹加工方法的发展，各种自动张开板牙头和自动收缩丝锥相继发明，螺纹铣削开始应用。30年代初，出现了螺纹磨削。第二次世界大战时期(1942—1945)，由于军火生产的需要螺纹滚压技术和螺纹磨削技术的发展解决了模具制造的精度问题，螺纹加工获得迅速发展。在我国古代，人们利用螺纹固定战袍的铠甲、提升物体、压榨油料和酒制品等。但是在近代特别是中华人民共和国成立之前，我国工业十分落后，我国于1944年才制定了惠氏（英国）螺纹标准，螺纹的加工生产很少。产品主要有来源于美国、日本、英国、德国、法国、俄国等许多西方发达的国家。新中国成立后1956年机械部仿用了苏联的标准，进行加工螺纹。标准就是螺纹的机51、机61标准。1987年以前，由于我国和美国及西方资本主义大国没有建立多的外交关系，因而没有美制和英制管螺纹标准。可是生产中又无法回避这两种国际普遍使用的管螺纹标准，当时根本也办法没有考虑与国外标准螺纹标准代号一致。加入世贸组织后，按照WTO要求，进一步向ISO标准靠拢，在螺纹系列、螺纹标记和优选公差带等方面对旧版标准进行了调整和完善，2006年8月1日实施新的国标。现在中国已经是世界第三贸易大国，螺纹件出口量已经位居世界第一，虽然出口量最大，但是螺纹件的质量不高，被大家称为粗糙螺纹生产大国，中国目前螺纹加工水平与二十世纪中期国外的水平差不多。这些都严重影响我国螺纹产品的质量等级和出口创汇的收入。我国螺纹产品应该逐步由数量大国向质量大国过度。为此，我们要加大对加工螺纹的方法和质量进行探讨。
二、联（连）接螺纹的加工
联（连）接螺纹是指内、外螺纹相互旋合形成的联接称为螺纹副。联（连）接螺纹的牙型多为三角形，而且多用单线螺纹。因为三角形螺纹的摩擦力大、强度高、自锁性能好。螺纹联接是利用螺纹零件构成可拆卸的固定联接。具有结构简单、紧固可靠、装拆迅速方便的特点，因此应用极为广泛。螺纹联接的基本类型有螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接和紧定螺钉联接四种。一般加工方法有如下几种：用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。螺纹滚压一般在滚丝机、搓丝机或在附装自动开合螺纹滚压头的自动车床上进行，适用于大批量生产标准紧固件和其他螺纹联接件的外螺纹。滚压螺纹的外径一般不超过25mm，长度不大于100mm，螺纹精度可达2级(GB197-63)，所有坯件的直径大致与被加工螺纹的中径相等。滚压一般不能加工内螺纹，但对材质较软的工件可用无槽挤压丝锥冷挤内螺纹(最大直径可达30mm左右)，工作原理与攻丝类似。冷挤内螺纹时所需扭矩约比攻丝大1倍，加工精度和表面质量比攻丝略高。搓丝是两块带螺纹牙形的搓丝板错开1/2螺距相对布置，静板固定不动，动板作平行于静板的往复直线运动。当工件送入两板之间时，动板前进搓压工件，使其表面塑性变形而成螺纹。滚丝有径向滚丝、切向滚丝和滚压头滚丝3种。径向滚丝由2个(或3个)带螺纹牙形的滚丝轮安装在互相平行的轴上，工件放在两轮之间的支承上，两轮同向等速旋转，其中一轮还作径向进给运动。工件在滚丝轮带动下旋转，表面受径向挤压形成螺纹。对某些精度要求不高的丝杠，也可采用类似的方法滚压成形。切向滚丝，又称行星式滚丝，滚压工具由1个旋转的中央滚丝轮和3块固定的弧形丝板组成。滚丝时，工件可以连续送进，故生产率比搓丝和径向滚丝高。滚丝头滚丝在自动车床上进行，一般用于加工工件上的短螺纹。滚压头中有3—4个均布于工件外周的滚丝轮。滚丝时，工件旋转，滚压头轴向进给，将工件滚压出螺纹。螺纹滚压的优点是：表面粗糙度小于车削、铣削和磨削（滚制螺纹外表光滑，发亮，无毛刺）；滚压后的螺纹表面因冷作硬化而能提高强度和硬度；材料利用率高（滚制过程无毛屑）；生产率比切削加工成倍增长（正常每分钟25个，8小时1万以上），且易于实现自动化；滚压模具寿命很长。但滚压螺纹要求工件材料的硬度不超过HRC40；对毛坯尺寸精度要求较高；对滚压模具的精度和硬度要求也高，制造模具比较困难；不适于滚压牙形不对称的螺纹。攻丝是用一定的扭矩将丝锥旋入工件上预钻的底孔中加工出内螺纹。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。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。套丝是用板牙在棒料（或管料）工件上切出外螺纹。攻丝或套丝的加工精度取决于丝锥或板牙的精度。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）做轴向移动。加工内、外螺纹的方法虽然很多，但小直径的内螺纹只能依靠丝锥加工。攻丝和套丝可用手工操作，也可用车床、钻床、攻丝机和套丝机。攻丝机也叫攻牙机、螺纹攻牙机、螺纹攻丝机、自动攻丝机，等等。根据驱动动力种类的不同，攻丝机可以分为手动攻丝机、气动攻丝机、电动攻丝机和液压攻丝机等；根据攻丝机主轴数目不同，可分为单轴攻丝机、二轴攻丝机、四轴攻丝机、六轴攻丝机、多轴攻丝机，等等；根据加工零件种类不同，攻丝机又可分为模内攻丝机、万能攻丝机、热打螺母攻丝机、法兰螺母攻丝机、圆螺母攻丝机、六角螺母攻丝机、盲孔螺母攻丝机、防盗螺母攻丝机，等等多种型号；根据攻丝机加工过程的自动化程度不同，攻丝机可分为全自动攻丝机、半自动攻丝机和手动攻丝机、浮动式数字攻丝机等；根据攻丝机攻牙时是否同时钻孔，攻丝机又分钻孔攻丝机、扩孔攻丝机等。全自动攻丝机自动化程度最高，工作时，只要把零件毛坯放入料斗中即可自动进料，自动定位，自动夹紧，自动攻牙、自动卸料，一个工人可以同时操作多台设备，生产效率高，可显著节约劳动力成本。优质攻丝机具有设计新颖、结构合理、简便易用、自动化程度高、使用方便、效率高、免维护、性价比极高等特点，优质的螺母攻丝机加工出的各种螺母螺纹光洁度高，成品合格率高。在螺纹铣床上用梳形铣刀进行铣削。梳形铣刀用于铣削内、外普通螺纹和锥螺纹，由于是用多刃铣刀铣削，其工作部分的长度又大于被加工螺纹的长度，故工件只需要旋转1.25—1.5转就可加工完成，生产率很高。螺纹铣削的螺距精度一般能达8—9级，表面粗糙度为R5—0.63微米。这种方法适用于成批生产一般精度的螺纹工件或磨削前的粗加工。在车床上，车削螺纹可采用成形车刀或螺纹梳刀，用成形车刀车削螺纹，由于刀具结构简单，是单件和小批生产螺纹工件的常用方法；用螺纹梳刀车削螺纹，生产效率高，但刀具结构复杂，只适于中、大批量生产中车削细牙的短螺纹工件。
装在自动扳牙头上的园螺纹梳刀（左）和插入式梳刀〔右〉
三、加工管螺纹
用于管路连接的螺纹称为管螺纹。管螺纹的牙型角为55°，根据密封方式的不同，分为非螺纹密封和用螺纹密封两类。液压三轮滚丝机专为管状螺纹加工设计；等三角支持运转，确保真圆度；采用油压驱动，操作自如，机座稳固，经久耐用，广泛应用于油管接头、汽机车自行车零件及空调管蒸发器，冷凝器铜管的加工专用设备等。
尺寸较大的管螺纹也可以进行车削。
四、传动螺纹
螺纹传动也叫螺旋传动，是利用螺旋副来传递运动和（或）动力的一种机械传动。可以回转运动和直线运动。与其他将回转运动转变为直线运动的传动装置（如曲柄滑块机构）相比，螺旋传动具有结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点，广泛应用于各种机械和仪器中。常用的螺旋传动有普通螺旋传动、差动螺旋传动和滚珠螺旋传动等。在螺纹铣床上用盘形铣刀进行铣削。盘形铣刀主要用于铣削丝杆、蜗杆等工件上的梯形外螺纹。普通车床车削梯形螺纹的螺距精度一般只能达到8—9级;在专门化的螺纹车床上加工螺纹，生产率或精度可显著提高。螺纹磨削主要用于在螺纹磨床上加工淬硬工件的精密螺纹，按砂轮截面形状不同分单线砂轮和多线砂轮磨削两种。单线砂轮磨削能达到的螺距精度为5—6级，表面粗糙度为R1.25—0.08微米，砂轮修整较方便。这种方法适于磨削精密丝杠、螺纹量规、蜗杆、小批量的螺纹工件和铲磨精密滚刀。多线砂轮磨削又分纵磨法和切入磨法两种。纵磨法的砂轮宽度小于被磨螺纹长度，砂轮纵向移动一次或数次行程即可把螺纹磨到最后尺寸。切入磨法的砂轮宽度大于被磨螺纹长度，砂轮径向切入工件表面，工件约转1.25转就可磨好，生产率较高，但精度稍低，砂轮修整比较复杂。切入磨法适于铲磨批量较大的丝锥和磨削某些紧固用的螺纹。螺纹研磨用铸铁等较软材料制成螺母型或螺杆型的螺纹研具，对工件上已加工的螺纹存在螺距误差的部位进行正反向旋转研磨，以提高螺距精度。淬硬的内螺纹通常也用研磨的方法消除变形，提高精度。
五、加工特殊螺纹
特殊螺纹是指螺纹标准中没有的或者是难以加工的螺纹。车工有时会遇到所加工螺纹的螺距在机床标牌上查不到，例如:（1）模数10，头数5，导程50π;（2）模数6，头数5，导程30π；（3）1K62车床的挂轮箱标牌上，只有模数28及32，缺模数30这一档，而且最大模数仅到48为止，所以上述工件都不能立即加工。解决特殊螺距加工的一般方法，是将手柄摆在丝杠直联位置，并配制一套专用挂轮，这样做不很经济。经过分析，发现只需要更换车头箱侧面的A、B轮的其中一个齿轮，就能在极大程度上解决这类导程问题。另外瓶口和瓶盖的螺纹大多是特殊螺纹。他们的加工多数在数控机床上，需要进行编程。
六、结语
本文从螺纹的应用这个新的角度去探讨联（连）接螺纹、管螺纹、传动螺纹、特殊螺纹的加工方法，目的是为了生产出高质量的螺纹产品。
参考文献：
［１］梅艳波.螺纹加工方法研究.长江大学学报，2009，（１）.
［２］沈芷江.螺纹加工方法的工艺概况.装备机械，1981，（03）.
