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bsp英国标准管螺纹螺纹数据
Nominal Size
(inches)
名义尺寸
（英寸）

TPI
顶端

Pitch
(inches)
斜度

Major
Diameter
(inches)
最大直径

Minor
Diameter
(inches)
最小直径

Tapping Drill Size
钻孔尺寸
1/16

28

0.0357

0.304

0.2583

Letter
Drill G
(6.6 mm)
1/8

28

0.0357

0.383

0.3372

11/32 in.
(8.73 mm)
1/4

19

0.0526

0.518

0.4546

11.8 mm
(0.4646 in)
3/8

19

0.0526

0.656

0.5886

15.25 mm
(0.6004 in.)
1/2

14

0.0714

0.825

0.7336

3/4 in.
(19.05 mm)
5/8

14

0.0714

0.902

0.8186

21 mm
(0.8268 in.)
3/4

14

0.0714

1.041

0.9496

24.5 mm
(0.9646 in.)
7/8

14

0.0714

1.189

1.0976

1.1122 in.
1

11

0.0909

1.309

1.1926

30.75 mm
(1.2106 in.)
1英寸=25.4毫米
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1 6

E

R

2.00

ISO
1

2

3

4

5
1.刀片尺寸
切削刃长度
Cutting Length(mm)

内切圆(MM)
d(mm)
11

6.35
16

9.525
22

12.7
2.机加工类型
E(external)：
外螺纹刀片
N(internal)：
内螺纹刀片
3.刀片手式
R(Right-handed)：
右手式
L(Left-handed)：
左手式
4.螺距（TPI）：牙数/寸
完全形

局部部面

螺距
0.5～5mm

A 0.5～1.5mm

48～16TPI
48～4TPI

AG 0.5～3.0mm

48～8TPI

G 0.75～3.0mm

14～8TPI

N 3.5～5.0mm

7～5TPI
5.螺纹标准(Thread Standards)

60 局部剖面60°
55 局部剖面55°
ISO 公制螺纹标准60°
UN 统一螺纹标准60°
BSPT 英国管螺纹标准55°
NPT 美国管螺纹标准60°
API 美国石油管螺纹标准60°
W 英国惠氏螺纹标准55°
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立式加工中心（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发 展，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工.

立式五轴加工中心

这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。 工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底 面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A 轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比 较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承 载力矩。

另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以 上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加 工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差， 采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工 的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构 比较复杂，制造成本也较高。

立式加工中心的主轴重力向 下，轴承高速空运转的径向受力是均等的，回转特性很好，因此可提高转速，一般高速可达1,2000r/min以上，实用的最高转 速已达到4,0000转。主轴系统都配有循环冷却装置，循环冷却油带走高速回转产生的热量，通过制冷器降到合适的温度，再流回主轴系统。X、Y、Z三直线 轴也可采用直线光栅尺反馈，双向定位精度在微米级以内。由于快速进给达到40～60m/min以上，X、Y、Z轴的滚珠丝杠大多采用中心式冷却，同主轴系 统一样，由经过制冷的循环油流过滚珠丝杠的中心，带走热量。
卧式五轴加工中心

此类加工中心的回转轴也有两种方式，一种是卧式主轴摆动作为一个回转轴，再加上工作台的一个回转轴，实现五轴联动加工。这种设置方式简便灵活，如需要 主轴立、卧转换，工作台只需分度定位，即可简单地配置为立、卧转换的三轴加工中心。由主轴立、卧转换配合工作台分度，对工件实现五面体加工，制造成本降 低，又非常实用。也可对工作台设置数控轴，最小分度值0.001度，但不作联动，成为立、卧转换的四轴加工中心，适应不同加工要求，价格非常具有竞争力。

另一种为传统的工作台回转轴，设置在床身上的工作台A轴一般工作范围+20度至-100度。工作台的中间也设有一个回转台 B轴，B轴可双向360度回转。这种卧式五轴加工中心的联动特性比第一种方式好，常用于加工大型叶轮的复杂曲面。回转轴也可配置圆光栅尺反馈，分度精度达 到几秒，当然这种回转轴结构比较复杂，价格也昂贵。
目前卧式加工中心工作台可以做到大于1.25m2，对第一种五轴设置方式没有什么影响。但是第 二种五轴设置方式比较困难，因为1.25m2的工作台做A轴 的回转，还要与工作台中间的B轴回转台联动确实勉为其难。卧式加工中心的主轴转速一般在10,000rpm以上，由于卧式设置的主轴在径向有自重力，轴承 高速空运转时径向受力不均等，加上还要采用较大的BT50刀柄，一般最高可达20,000rpm。卧式加工中心快速进给达到30～60m/min以上，主 轴电机功率22-40KW以上，刀库容量按需要可从40把增加到160把，加工能力远远超过一般立式加工中心，是重型机械加工的首选。
加工中心大多可设计成双工作台交换，当一个工作台在加工区内运行，另一工作台则在加工区外更换工件，为下一个工件的加工做准备，工作台交换的时间视工 作台大小，从几秒到几十秒即可完成。最新设计的加工中心考虑到结构上要适合组成模块式制造单元（FMC）和柔性生产线（FMS），模块式制造单元一般至少 有两台加工中心和四个交换工作台组成，加工中心全部并排放置，交换工作台在机床前一字形排开，交换工作台多的可以排成两行、甚至双层设计。两边各有一个工 位作为上下工件的位置，其余工位上的交换工作台安装着工件等待加工，有一辆小车会按照系统指令，把装着工件的交换工作台送进加工中心，或从加工中心上取出 完成加工的交换工作台，送到下一个工位或直接送到下料工位，完成整个加工操作。柔性生产线除了小车、交换工作台之外，还有统一的刀具库，一般会有几百把刀 具，在系统中存入刀具的身份编码信息，再通过刀具输送系统送进加工中心，并把用完的刀具取回，柔性生产线往往还需要一台FMS的控制器来指挥运行。

过去五轴加工中心多为德国、美国、曰本、意大利制造，令人欣喜的是今年3月在上海举行的“中国数控机床展览会”上，展出了多台国内生产的五轴加工中 心。如济南二机床集团公司展出的龙门式五轴联动加工中心，工作台长6m,宽2m，采用立式主轴回转，A轴转角±100度，C轴转角±200度，这个庞然大 物吸引了许多参观者，它标志着中国数控机床工业达到了先进水平。上海第三机床厂、第四机床厂制造的立卧加工中心，工作台630mm2，采用高速内冷电主 轴，主轴可立、卧转换，工作台可以360度等分，类似于上述简单配置为立、卧转换的三轴加工中心，可对工件实现五面体加工，尽管还没有配置五轴，也非常实 用。
加工中心的发展与未来
现在加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备，它加工范围广，使用量大。近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展。品种：有新型的立、卧五轴联动 加工中心，可用于航空、航天零件加工；有专门用于模具加工的高性能加工中心，集成三维CAD/CAM对模具复杂的曲面超精加工；有适用于汽车、摩托车大批 量零件加工的高速加工中心，生产效率高且具备柔性化。性能：普遍采用了万转以上的电主轴，最高可达6～10万转；直线电机的应用使机床加速度达到了3- 5g；执行ISO/VDI检测标准，促使制造商提高加工中心的双向定位精度。功能：糅合了激光加工的复合功能，结构上适合于组成模块式制造单元（FMC） 和柔性生产线（FMS），并具有机电、通讯一体化功能。

领先一步的机床制造商正在构想2010年的“加工中心”，它将是万能型的设备，可用于车、铣、磨、激光加工等，成为真正意义上的加工中心。全自动地从 材料送进，到成品产出，粗精加工、淬硬处理、超精加工，自动检测、自动校正，将无所不能。设备将重视环保、节能，呈现出绿色制造业的标志。21世纪时代特 征的IT功能是绝对不可少的，设备将通过网络与外界交换信息，获得最新的技术成果，人类的智慧将在高科技产品加工中心上得到充分的展现。

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1 引言

许 多钢质零件需进行表面淬火处理以改善零件材料 性能，提高零件的耐磨性及疲劳强度。与完全淬硬热处理相比，表面淬硬处理的优点是零件的整体韧性好。然而，不管采用何种热处理工艺都需要对零件进行运输、 储存、清洗等操作，不可能将其集成到产品的机械加工生产线上，因此，将使产品生产周期加长，成本提高。磨削加工是一种常见的金属加工方式，被广泛应用于机 械加工领域，通过磨削加工可得到满意的尺寸精度、形状精度和表面质量。但磨削加工中磨削热的扩散及控制，一直是该领域的重要研究课题，若工艺条件不当，磨 削热将影响已加工工件的表面质量，特别是加工淬硬钢时，还可能引起加工表面的热损伤。1994年，德国的Brinksmeier.E和 Brockhoff.T首次提出了关于在磨削加工中利用磨削热对钢件表面进行淬火处理的新工艺，并于1996年、1999年进一步阐述了这一新工艺在工业 中应用的可行性及相关试验研究结果。2000年，澳大利亚的Zhang.L和Zarudi.I申请了关于磨削加工和表面淬火集成工艺的专利。可见，在材料 去除加工的同时对工件表面进行淬硬处理的方法具有潜在的发展前景。 在大多数情况下，磨削加工产生的热量被认为是一个消极因素，应采用冷 却剂及选择合适的磨削条件抑制其不良影响。目前的热处理和磨削工艺存在两个主要缺点：① 目前虽有多种表面淬硬热处理工艺，但都很难集成到产品生产线上；② 零件在表面热处理后需进行磨削加工，而磨削热和机械作用可能对已淬硬材料造成损伤。这两个问题促使人们考虑如何利用磨削加工中的热量和机械作用直接对零件 表面进行淬硬，即磨削淬硬。 由于磨削加工在工业中应用广泛，基于材料去除及切屑形成原理的磨削功率转换为磨削热能的机理已得到深入研 究。在一定的磨削条件下，磨削热主要通过工件扩散，使工件表面产生高温，这种热载荷与磨粒和工件表面之间的机械载荷叠加，将使工件表面产生裂纹、回火等， 这种现象在磨削加工领域已得到公认并被深入研究。在磨削加工中，当工件表层材料被磨削热加热到一定温度时将会产生相变。已提出的许多磨削热分析模型能够计 算进入工件的热量比率及产生的温升，并对理论模型进行了相应的工艺验证。以往进行热分析研究的主要目的是得出磨削加工淬硬钢时工件温升及材料相变情况，尽 量避免发生磨削热导致的热损伤现象。虽然过去也曾出现过磨削淬硬概念，但那是磨削加工过程中派生的无目的的材料表面硬化现象。近年来，许多基础性研究则是 企图主动有效地控制磨削工艺条件，利用磨削热对工件表面进行热处理，以改善工件表层材料性能。Brinksmeier.E 和Brockhoff.T针对磨削加工退火的过共析钢和亚共析钢的早期研究工作证明，利用磨削热可以得到马氏体硬化层，硬化层深度达0.25µm。从此， 为使磨削淬硬工艺投入工业应用，人们进行了许多理论和试验研究，本文主要概述目前的部分研究结果。 2 基本理论 为得 到满意的磨削淬硬结果，需在磨削加工时产生大量磨削热及获得最佳热量扩散分配比，因此磨削淬硬工艺不宜使用冷却润滑液。但当工件体积太小，不足以满足自身 淬火功能要求时，可使用冷却液帮助实现工件淬火。另外，冷却液可用于冷却砂轮和清洗磨削淬硬后的加工面。磨削淬硬工艺适用于各种廓形的磨削加工，为便于分 析，以平面磨削淬硬工艺为例进行阐述。为评价磨削淬硬的效果，需测量磨削淬硬后试件横截面硬度层深度，并根据测量的切向力Ft计算单位切削功率Pc及进入工件的单位能量ec， Pc=(FtVc)/(aplg) (1) ec=RPctc (2) 式中：Vc——切削速度 lg——接触长度 ap——砂轮宽度 R——热量分配比 tc——接触时间 3 磨削淬硬技术的工艺性能 切削深度 在平面磨削中，如进给速度不变，则材料去除率和切屑等效厚度与切削深度ae成正比，增加切深通常会使切削力增大。用刚玉砂轮磨削40CrMnMo钢(切削速度：Vc=35m/s，进给速度Vft=0.5m/min ，无切削液)的试验及理论计算结果表明，随着切削深度的增加，切向力增大，但单位切削功率却减小。显然，接触长度增加的影响超过了切削力增大的影响，因此单位切削功率不适合于描述磨削加工工件表面的淬硬结果。在切深ae=1mm时，进入工件的单位能量达到最大(ec=150J /mm2，由于切削深度的增加使热作用时间加长，虽然单位切削功率降低，但单位能量稳定增加，所以随着切削深度的增加，进入工件表面的能量也相应增加。因此在切深ae=1mm时，硬度层深度可达1.8mm。 X 射线分析表明，磨削淬硬零件的淬硬表层存在残余压应力。磨削已淬硬钢时，热影响以及由此引起的相变(马氏体转化为珠光体)将引起残余拉应力。而磨削淬硬工 艺中的相变(珠光体转化为马氏体)将产生残余压应力，砂轮的机械作用也会在工件表面形成残余压应力。珠光体转化为马氏体是磨削淬硬过程中形成残余应力的主 要机制。在淬硬层以下会检测到残余拉应力，通常磨削淬硬后的残余应力分布类似于表面感应淬火后的残余应力分布。 进给速度 增大进给速度Vft通常会使磨削力增大，在磨削淬硬工艺中也是如此。为分析进给速度对磨削淬硬工艺的影响，用刚玉砂轮对40CrMnMo钢进行了磨削试验研究(切削速度：Vc=35m/min，切削深度ae=0.1mm，无切削液)。由式(1)可知，在其它参数不变的条件下，切向磨削力的增大会使功率消耗增大。在进给速度Vft=5m/min 时，单位切削功率Pc=160W/mm2。虽然磨削功率有所增加，但进入工件的单位能量计算结果却显示出完全相反的现象。进给速度从Vft=0.01m/min增加到Vft=5.0m/min时，单位能量的计算结果由ec=1150J/mm2骤减至25J/mm2。 单位能量的降低是接触时间减少引起的，进给速度提高，砂轮(等效于热源)和工件表面固定点的接触时间变小，因此进入工件表面的热量也相应减少。当进给速度 很低时，传递能量很高，但由于提供的切削功率较低，使淬硬层的深度减小；当进给速度很高时，磨削功率增加，但由于接触时间减少，进入工件的能量降低，使淬 硬层的深度也减小。试验结果表明，最大淬硬层深度出现于进给速度的中间阶段，当进给速度很高或很低时，都难以得到满意的淬硬结果。 切削速度 当切削速度Vc增 大时，可使切削力减小，这是因为在切深和进给速度不变的条件下，切削速度增大将使每粒切屑的厚度减小。在这种情况下，单位切削功率和进入工件的单位能量都 将降低。但试验结果表明，切削速度对磨削淬硬工艺的影响相当复杂。提高切削速度，可在一部分区域内降低切削功率，而在其它范围情况却相反。由式(1)可 知，当切削力保持不变时，增大切削速度将使单位切削功率提高。另一方面，切削力的增大或减小与切削速度和其它影响参数(如砂轮规格等)有关。因此，在切削 速度与淬硬结果之间没有普遍的对应关系。 材料的影响 随着温度的变化，钢材中a-、g- 混合晶体呈现出对碳的不同溶解能力，据此即可对钢的性能进行调节。淬硬机理是基于特定冷却速率和奥氏体晶格向马氏体晶格切变特性的马氏体→奥氏体相变，热 处理效果主要取决于材料中碳和合金元素的含量及其预处理情况，在这方面磨削淬硬工艺与传统热处理工艺的影响因素相同。用刚玉砂轮对40CrMnMo和 GCr15钢进行磨削试验(切削速度Vc=35m/min，切削深度ae=0.1mm，进给速度Vft=0.5m/min ，材料去除率VW=60mm3，无切削液)，结果表明，经回火处理的材料能得到比退火处理材料更大的淬硬层深度，其原因是回火材料碳化物分布较细。但退火材料也可以进行磨削淬硬。 砂轮的影响 砂轮规格对磨削加工中的热扩散有重要影响。为使尽可能多的热量流入工件，可以选用刚玉砂轮，因刚玉砂轮的热传导能力低于CBN砂轮。使用树脂结合剂和陶瓷结合剂刚玉砂轮的磨削试验(被加工材料为40crMnMo, Vc=35m/min，ae=0.1mm，Vft=0.5m/min，VW=60mm3， 无切削液)结果表明，虽然陶瓷结合剂刚玉砂轮硬度很高，并具有低热传导能力和高耐热特性，但陶瓷结合剂刚玉砂轮得到的淬硬层深度比树脂结合剂刚玉砂轮小得 多。进一步分析砂轮的特性可知，陶瓷结合剂砂轮不能承受高机械载荷，而且磨损迅速。尽管树脂结合剂刚玉砂轮的耐热性较差，但却能得到最佳的淬硬效果。 工艺稳定性 一 种新工艺的应用前提是应保证其具有良好的工艺稳定性和结果再现性。为考察磨削淬硬工艺的结果再现性，研究人员在相同条件下对10个试件进行了磨削淬硬试 验，其结果再现性令人满意。为考察磨削淬硬工艺的工艺稳定性，德国的Pfeifer.T在工艺条件不变的前提下进行了50次磨削淬硬试验，定义磨削淬硬层 深度的下限为0.85mm，上限为1.2mm，计算得出的工艺稳定性指数cp=1.27, cpk= 1.03，由于两个指数均大于1，表明磨削淬硬工艺是可行的和可控制的。磨削淬硬工艺结果按高斯分布且在公差之内，说明磨削淬硬工艺具有满意的工艺稳定性。但对砂轮规格等影响因素尚需做进一步的研究。 磨削淬硬表面的耐磨性 从 淬硬表面的硬度和残余应力分布来看，磨削淬硬加工完全能满足工艺要求，但还应对磨削淬硬零件的使用性能进行评价。为此，对磨削淬硬零件进行了摩擦学试验以 确定其耐磨性。试验采用刚玉球与圆盘对磨，试验中不加任何润滑剂，观察磨削淬硬钢盘相对非淬硬钢盘的耐磨性改善情况。试验表明，非淬硬钢盘表面的快速磨损 明显，加载后仅30分钟磨损量已达24µm ；而30分钟后磨削淬硬钢盘表面的磨损量仍很小，仅有4.5µm ，可见磨削淬硬工艺使零件表面的耐磨性显著提高。因此，磨削淬硬将是感应淬火、火焰淬火和激光淬火较理想的替代工艺。 图1 典型零件的磨削淬硬工艺流程 4 磨削淬硬对产品工艺流程的影响 磨 削淬硬技术不仅使表面热处理工艺集成到生产线成为可能，而且能方便地将其集成到机械加工过程中，这将减少生产工序，缩短加工周期，降低产品成本。因此，磨 削淬硬不仅在技术上能替代感应淬火或激光淬火，而且在经济上也能替代传统的表面强化工艺。图1是一些典型零件如主轴、导轨等采用磨削淬硬工艺对生产周期的 影响。 为引入磨削淬硬技术，在选择零件及生产工序时，要先进行技术评价和经济性评估。通过对液压马达配送盘及电机电枢轴两种零件的评估表明, 采用磨削淬硬技术可节省费用10%～50%。 5 结论 磨 削淬硬技术的特点是：①磨削淬硬分两个阶段：首先经过粗磨产生并利用磨削热淬火，然后再精磨以达到所需的尺寸和形状精度；②磨削淬硬是短时间内奥氏体化的 工件表层经自淬火向马氏体相变的现象；③冷却润滑剂会影响热量的产生，因此磨削淬硬时可采用干式磨削；④磨削淬硬使零件表面淬硬层存在残余压应力，表面无 裂纹。 目前的研究表明，低材料去除率的磨削淬硬技术的工艺稳定性在工业上是完全可以接受的。摩擦学试验证明，磨削淬硬能极大地改善零件 表面耐磨性。总之，磨削淬硬在技术上能替代感应淬火和激光淬火。由于磨削淬硬技术能增加产品生产的集成水平，缩短生产周期，减少热处理设备的排放物；在加 工过程中不采用磨削液，可减少废液排放对环境的影响，因此其经济效益和社会效益均非常显著。磨削淬硬技术的另一个优点是引入简便，不需太大投资，只要经过 试验确定最佳工艺参数，在任何普通磨床上均可实现。

本文作者:山东工业大学 葛培琪 孙建国 刘镇昌