2.2 螺紋加工的計算
螺紋的許多基本概念是通過術語及其定義建立的，并采用統一的標準。
2.2.1 螺紋概述
用絲錐在工件孔中切削出內螺紋的加工方法稱為攻螺紋；用板牙在圓棒上切出外螺紋的加工方法稱為套螺紋。單件小批生產中采用手動攻螺紋和套螺紋，大批量生產中則多采用機動（在車床或鉆床上）攻螺紋和套螺紋。
1.螺紋的種類
螺紋的分類方法和種類很多。螺紋按牙型可分為三角形、梯形、矩形、鋸齒形和圓弧形螺紋；按螺紋旋向可分為左旋和右旋；按螺旋線數可分為單線和多線；按螺紋母體形狀可分為圓柱和圓錐等。
螺紋的一般分類如下：
2.螺紋的基本要素
螺紋的基本要素包括：牙型、公稱直徑、螺距和導程、線數、螺紋公差帶、旋向、螺紋旋合長度。
（1）牙型 牙型是通過螺紋軸線的剖面上螺紋的輪廓形狀，常見的有三角形、梯形、矩形、圓弧形和鋸齒形等牙型，如圖2-1所示。
（2）公稱直徑 螺紋的直徑包括大徑、小徑、頂徑、底徑、公稱直徑、中徑等，如圖2-2所示。
1）大徑：與外螺紋牙頂或內螺紋牙底相切的假想圓柱面的直徑稱為大徑。大徑即是螺紋的最大直徑（外螺紋的牙頂直徑、內螺紋的牙底直徑），即螺紋的公稱直徑。
2）小徑：與外螺紋牙底或內螺紋牙頂相切的假想圓柱面的直徑稱為小徑。小徑是螺紋的最小直徑（外螺紋的牙底直徑，內螺紋的牙頂直徑）。
3）頂徑：與內螺紋或外螺紋牙頂相切的假想圓柱面的直徑，即外螺紋的大徑或內螺紋的小徑。
4）底徑：與內螺紋或外螺紋牙底相切的假想圓柱面的直徑，即外螺紋的小徑或內螺紋的大徑。
5）公稱直徑：代表螺紋尺寸的直徑，指螺紋大徑的基本尺寸，即外螺紋的牙頂直徑d，內螺紋的牙底直徑D。
6）中徑：一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。該假想圓柱稱為中徑圓柱。中徑圓柱的母線稱為中徑線。螺紋的有效直徑稱為中徑，在這個直徑上牙寬與牙間相等，即牙寬（或牙間）等于螺距的一半。
圖2-1 各種螺紋的剖面形狀
a）三角形螺紋 b）矩形螺紋 c）梯形螺紋 d）圓弧形螺紋 e）鋸齒形螺紋
圖2-2 螺紋的直徑
a）外螺紋 b）內螺紋
（3）線數 一個雙圓柱面上的螺旋線的數目稱為線數，有單線、雙線和多線幾種。雙線螺紋如圖2-3所示。
（4）螺距和導程
1）螺距：相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離稱為螺距。用P表示，如圖2-3所示。
2）導程：同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離稱為導程。對于單線螺紋，螺距等于導程；對于多線螺紋，導程等于螺距乘以線數，如圖2-3所示。
圖2-3 螺紋的螺距和導程（雙線）
P—螺距 Ph—導程
導程與螺距的關系式為
Ph=ZP
式中 Ph——螺紋導程（mm）；
Z——線數；
P——螺距（mm）。
（5）旋向 旋向指螺紋在圓柱面上的繞行方向，有右旋（正扣）和左旋（反扣）兩種。按順時針方向旋入的螺紋稱為右旋螺紋，按逆時針方向旋入的螺紋稱為左旋螺紋，常用的是右旋螺紋。判斷螺紋旋向比較簡單的方法是用左手、右手各表示左旋螺紋、右旋螺紋的旋向，如圖2-4所示。螺紋從左向右升高為右旋螺紋；螺紋從右向左升高為左旋螺紋。
圖2-4 螺紋旋向判斷示意圖
（6）螺紋旋合長度 兩個相互配合的螺紋，沿螺紋軸線方向相互旋合部分的長度，稱為螺紋旋合長度。螺紋的旋合長度分為三組，分別稱為短、中、長旋合長度，相應的代號為S、N、L。
2.2.2 攻螺紋
每副模具都有大量的螺紋孔，其中大部分的螺紋孔是連接用的，一般都采用攻螺紋方法加工。
1.攻螺紋工具
（1）絲錐 絲錐是模具鉗工加工內螺紋的工具，分手用絲錐和機用絲錐兩種，有粗牙和細牙之分。手用絲錐的材料一般用合金工具鋼或軸承鋼制造，機用絲錐都用高速鋼制造。
絲錐由工作部分和柄部兩部分組成，如圖2-5所示。柄部有方榫，用來傳遞轉矩，工作部分包括切削部分和校準部分。
圖2-5 絲錐的構造
切削部分擔負主要切削工作。切削部分沿軸向方向開有幾條容屑槽，形成切削刃和前角，同時能容納切屑。在切削部分前端磨出圓錐角，使切削負荷分布在幾個刀齒上，從而使切削省力，刀齒受力均勻，不易崩刃或折斷，絲錐也容易正確切入。
校準部分有完整的齒形，用來校準已切出的螺紋，并保證絲錐沿軸向運動。校準部分有0.05～0.12mm/100mm的倒錐，以減小與螺孔的摩擦。
手用絲錐為了減小攻螺紋時的切削力和提高絲錐的使用壽命，將攻螺紋時的整個切削量分配給幾支絲錐來擔負，故M6～M24的絲錐一套有2支，M6以下及M24以上的絲錐一套有3支。因為絲錐越小越容易折斷，所以備有3支；大的絲錐切削負荷很大，需分幾支逐步切削，所以也備有3支。細牙絲錐不論大小均為2支一套。
在成套絲錐中，切削量的分配有兩種形式，即錐形分配和柱形分配，如圖2-6所示。
圖2-6 絲錐切削量分配示意圖
a）錐形分配 b）柱形分配
錐形分配如圖2-6a所示，每套中絲錐的大徑、中徑、小徑都相等，只是切削部分的長度及圓錐角不同。初錐的切削部分長度為5～7個螺距，中錐切削部分長度為2.5～4個螺距，底錐切削部分長度為1.5～2個螺距。
柱形分配如圖2-6b所示，柱形分配其初錐、中維的大徑、中徑、小徑都比底錐小。初錐、中錐的中徑一樣，大徑不一樣，初錐的大徑小，中錐的大徑大。柱形分配的絲錐，其切削量分配比較合理，從而使每支絲錐磨損均勻，使用壽命長，攻螺紋時較省力。同時因末錐的兩側刃也參加切削，所以螺紋表面粗糙度值較小。但在攻螺紋時絲錐順序不能搞錯。
大于或等于M12的手用絲錐采用柱形分配，小于M12的手用絲錐采用錐形分配。所以攻M12或M12以上的通孔螺紋時，最后一定要用末錐攻過才能得到正確的螺紋直徑。
（2）鉸杠 鉸杠是用來夾持絲錐柄部方榫，帶動絲錐旋轉切削的工具。鉸杠有普通鉸杠和丁字鉸杠兩類，各類鉸杠又分為固定式和活絡式兩種，如圖2-7所示。
圖2-7 鉸杠
a）固定鉸杠 b）活絡鉸杠 c）可調節丁字鉸杠 d）固定丁字鉸杠
固定鉸杠的方孔尺寸與導板的長度應符合一定的規格，使絲錐受力不致過大，以防折斷。固定鉸杠一般在攻M5以下螺紋時使用。
活絡鉸杠的方孔尺寸可以調節，故應用廣泛。活絡鉸杠的規格以其長度表示。
丁字鉸杠則在攻工件臺階旁邊或攻機體內部的螺孔時使用。可調節丁字鉸杠通過一個四爪的彈簧夾頭來夾持不同尺寸的絲錐，一般用于M6以下絲錐。大尺寸的絲錐一般用固定鉸杠，通常是按需要制成專用的。
（3）保險夾頭 為了提高攻螺紋的生產率，減輕工人的勞動強度，當螺紋數量很多時，可以在鉆床上攻螺紋。在鉆床上攻螺紋時，要用保險夾頭來夾持絲錐，避免絲錐負荷過大或攻不通孔螺紋到達孔底時造成絲錐折斷或損壞工件等現象。
常用的保險夾頭是錐體摩擦式保險夾頭，如圖2-8所示。保險夾頭本體1的錐柄裝在鉆床主軸孔中，在本體1的孔中裝有軸6，在本體1的中段開有四條槽，嵌入四塊L形錫鋅鋁青銅摩擦塊3，其外徑帶有的小錐度與螺套2的內錐孔相配合。螺母4的軸向位置靠螺釘5來固定，擰緊螺套2時，通過錐面作用把摩擦塊3壓緊在軸6上，本體1的動力便傳給了軸6。軸6在本體1的孔外部分和鋼珠7、滑環8、可換夾頭9組成一套快換裝置。各種不同規格的絲錐可預先裝好在可換夾頭9的方孔中（可換夾頭的方孔可制成多種不同尺寸），并用夾頭螺釘壓緊絲錐的方榫，操作滑環8就可在不停車時調換絲錐。
圖2-8 保險夾頭
1—本體 2—螺套 3—摩擦塊 4—螺母 5、10—螺釘 6—軸 7—鋼珠 8—滑環 9—可換夾頭 11—鋼絲
2.攻螺紋的方法
攻螺紋前首先應確定螺紋底孔直徑并掌握正確的操作方法。
（1）底孔直徑的確定 攻螺紋時，每個切削刃一方面在切削金屬，另一方面也在擠壓金屬，因而會產生金屬凸起并向牙尖流動的現象，被絲錐擠出的金屬會卡住絲錐甚至將其折斷，因此底孔直徑應比螺紋小徑略大，這樣擠出的金屬流向牙尖正好形成完整螺紋，又不易卡住絲錐，如圖2-9所示。
圖2-9 攻螺紋時的擠壓現象
確定底孔直徑的大小要根據工件的材料和螺紋直徑大小來考慮，其可用表2-7和表2-8經驗公式計算得出或可查表2-9、表2-10和表2-11。
表2-7 加工普通螺紋前鉆底孔鉆頭直徑的經驗計算公式
注：d0為攻螺紋前鉆頭直徑；D為螺紋公稱直徑；P為螺距。
表2-8 寸制螺紋鉆底孔鉆頭直徑的經驗計算公式
注：1in=25.4mm。
表2-9 普通螺紋攻螺紋前鉆底孔的鉆頭直徑 （單位：mm）
（續）
表2-10 寸制螺紋、55°非密封管螺紋攻螺紋前鉆底孔的鉆頭直徑（單位：mm）
表2-11 55°密封管螺紋、60°密封管螺紋攻螺紋前鉆底孔的鉆頭直徑 （單位：mm）
（2）攻螺紋的要點及注意事項
1）鉆底孔。確定底孔直徑，可查表2-9～表2-11，也可用公式計算確定底孔直徑，選用鉆頭。
2）孔口倒角。鉆孔后孔口倒角（攻通孔時兩面孔口都應倒角）使用90°锪鉆，如圖2-10所示，使倒角的最大直徑和螺紋的公稱直徑相等，便于起錐，最后一道螺紋不至于在絲錐穿出來的時候崩裂。
圖2-10 攻螺紋的基本步驟
3）裝夾工件。通常工件夾持在臺虎鉗上攻螺紋，但較小的工件可以放平，左手握緊工件，右手使用鉸杠攻螺紋。
4）選鉸杠。按照絲錐柄部的方頭尺寸來選用鉸杠。
5）攻初錐。攻螺紋時絲錐必須盡量放正，與工件表面垂直，如圖2-11所示。攻螺紋開始時，用手掌按住絲錐中心，適當施加壓力并轉動鉸杠。開始起削時，兩手要加適當壓力，并按順時針方向（右旋螺紋）將絲錐旋入孔內。當起削刃切進后，兩手不要再加壓力，只用平穩的旋轉力將螺紋攻出，如圖2-12所示。在攻螺紋中，兩手用力要均衡，旋轉要平穩，每旋轉1/2～1周時，將絲錐反轉1/4周，以割斷和排除切屑，防止切屑堵塞容屑槽，造成絲錐的損壞和折斷。
圖2-11 絲錐找正方法
圖2-12 攻螺紋方法
6）攻中錐、底錐。初錐攻過后，再用攻中錐、底錐擴大及修光螺紋。攻中錐、底錐必須先用手將絲錐旋進初錐已攻過的螺紋中，使其得到良好的引導后，再用鉸杠，按照上述方法，前后旋轉直到攻螺紋完成為止。
7）攻不通孔螺紋。攻不通孔螺紋時，要經常退出絲錐，排出孔中切屑。當要攻到孔底時，更應及時排出孔底積屑，以免攻到孔底絲錐被軋住。
8）攻通孔螺紋。絲錐校準部分不應全部攻出頭，否則會擴大或損壞孔口最后幾道螺紋。
9）絲錐退出。退出絲錐時，應選用鉸杠帶動螺紋平穩地反向轉動。當能用手直接旋動絲錐時，應停止使用鉸杠，以防鉸杠帶動絲錐退出時產生搖擺和振動，破壞螺紋表面粗糙度。
10）換用絲錐。在攻螺紋過程中，換用另一支絲錐時，應先用手握住另一支絲錐并旋入已攻出的螺紋中，直到用手旋不動時，再用鉸杠進行攻螺紋。
11）攻塑性材料的螺孔。攻螺孔時，要加注切削液，以減少切削阻力并提高螺孔的表面質量，延長絲錐的使用壽命。一般用機油或濃度較大的乳化液，要求高的螺孔也可用菜油或二硫化鉬等。
2.2.3 套螺紋
用板牙在圓桿或管子上切削加工外螺紋的方法稱為套螺紋。
1.套螺紋工具
（1）板牙
1）圓板牙。圓板牙是加工外螺紋的工具，由切削部分、校準部分和排屑孔組成，其外形像一個圓螺母，在它上面鉆有幾個排屑孔（一般3～8個孔，螺紋直徑大則孔多）形成切削刃，如圖2-13所示。
圖2-13 圓板牙
圓板牙兩端的圓錐角部分是切削部分，切削部分不是圓錐面（圓錐面的刀齒后角αo=0°），而是經過鏟磨形成的阿基米德螺旋面，形成后角αo=7°～9°。
板牙的中間一段是校準部分，也是套螺紋時的導向部分。
板牙的校準部分因磨損會使螺紋尺寸變大而超出公差范圍，因此為延長板牙的使用壽命，M3.5以上的圓板牙，其外圓上面的V形槽，如圖2-13所示，可用鋸片砂輪切割出一條通槽，此時V形通槽稱為調整槽。板牙上面有兩個調整螺釘的偏心錐坑，使用時可通過鉸杠的緊定螺釘擠緊時與錐坑單邊接觸，從而使板牙孔徑尺寸縮小，其調節范圍為0.1～0.25mm。若在V形通槽開口處旋入螺釘，則使板牙孔徑尺寸增大。板牙下部兩個軸線通過板牙中心的裝夾螺釘錐坑，是用緊定螺釘將圓板牙固定在鉸杠中，用來傳遞轉矩的。
板牙兩端都有切削部分，待一端磨損后，可換另一端使用。
2）管螺紋板牙。管螺紋板牙分圓柱管螺紋板牙和圓錐管螺紋板牙。
圓柱管螺紋板牙的結構與圓板牙相仿。圓錐管螺紋板牙的基本結構也與圓板牙相仿，只是在單面制成切削錐，只能單面使用。圓錐管螺紋板牙所有切削刃均參加切削，所以切削時很費力。板牙的切削長度影響圓錐管螺紋牙型尺寸，因此套螺紋時要經常檢查，不能使切削長度超過太多，只要相配件旋入后能滿足要求就可以了。
圖2-14 板牙鉸杠
（2）板牙鉸杠板牙鉸杠是手工套螺紋時的輔助工具，如圖2-14所示。板牙鉸杠外圓旋有四只緊定螺釘和一只調松螺釘。使用時，緊定螺釘將板牙緊固在鉸杠中，并傳遞套螺紋的轉矩。當使用的圓板牙帶有V形調整通槽時，通過調節上面兩只緊定螺釘和一只調整螺釘，可使板牙在一定范圍內變動。
2.套螺紋的方法
（1）套螺紋前圓桿直徑的確定與絲錐攻螺紋一樣，用板牙在工件上套螺紋時，材料同樣因受到擠壓而變形，牙頂將被擠高一些，因此圓桿直徑應稍小于螺紋大徑的尺寸。圓桿直徑可根據螺紋直徑和材料的性質，參照表2-12選擇。一般硬質材料直徑可大些，軟質材料直徑可稍小些。
表2-12 板牙套螺紋時圓桿的直徑
套螺紋圓桿直徑也可用經驗公式來確定，即
d桿=d?0.13P
式中 d桿——套螺紋前圓桿直徑（mm）；
d——螺紋大徑（mm）；
P——螺距（mm）。
（2）套螺紋的要點及注意事項
1）為使板牙容易對準工件和切入工件，圓桿端都要倒成圓錐斜角為15°錐體，如圖2-15所示。錐體的最小直徑可以略小于螺紋小徑，使切出的螺紋端部避免出現鋒口和卷邊而影響螺母的擰入。
2）為了防止圓桿夾持出現偏斜和夾出痕跡，圓桿應裝夾在用硬木制成的V形鉗口或軟金屬制成的襯墊中，如圖2-16所示，在加襯墊時圓桿套螺紋部分離鉗口要盡量近。
3）套螺紋時應保持板牙端面與圓桿軸線垂直，否則套出的螺紋兩面會有深淺不一現象，甚至爛牙。
4）在開始套螺紋時，可用手掌按住板牙中心，適當施加壓力并轉動鉸杠。當板牙切入圓桿1～2圈時，應目測檢查和校正板牙的位置。當板牙切入圓桿3～4圈時，應停止施加壓力，而僅平穩地轉動鉸杠，靠板牙螺紋自然旋進套螺紋。
5）為了避免切屑過長，套螺紋過程中板牙應經常倒轉。
6）在鋼件上套螺紋時要加注切削液，以延長板牙的使用壽命，減小螺紋的表面粗糙度值。
圖2-15 套螺紋時圓桿的倒角
圖2-16 夾緊圓桿的方法