了解螺旋角

螺旋角
杰克·莱 CNC加工专家

专长于 CNC铣削, CNC车削, 3D打印, 聚氨酯铸造, 和 钣金加工 服务。


影响加工操作性能的主要因素之一是螺旋角。该角度决定了刀片在主轴旋转时切入材料时的角度。当达到所需的轴向切削深度时,更大的螺旋角会产生更平滑的过渡。使用不同的材料时,重要的是要考虑螺旋角。

在这里,我们将解释什么是螺旋角,它的优点和缺点,计算方法,螺旋角和导程角之间的区别,以及哪些螺旋角适用于某些应用。

什么是螺旋和螺旋角?

螺旋可以简单地解释为一种围绕直线盘绕的三维曲线。它在我们的日常生活中很常见。您可以在 拧紧, A 斜齿轮, 或者一个 蜗轮.您可能会看到的其他地方是弹簧,例如体重秤中的弹簧、自行车或汽车中的悬架,或者可点击的圆珠笔中的弹簧。

螺旋角是螺旋线与圆柱或圆锥外侧轴线之间的夹角,以度为单位。它不同于超前角,超前角是参考垂直于轴的线测量的。螺旋角是导程角的余角。

螺旋的几何特征

螺旋的几何特征
  1. 方向:螺旋是围绕轴螺旋的 3 维形状。
  2. 螺旋线:螺旋线由环绕中心点的连续缠绕线组成。
  3. 对称轴:螺旋缠绕的中心点称为对称轴。
  4. 螺距:螺距是衡量螺旋绕轴的速度以及线圈彼此之间的距离的量度。
  5. 半径:螺旋线的半径是对称轴到螺旋线绕线的距离。
  6. 周长:螺旋的周长是围绕螺旋外侧的距离。

切削刀具中的螺旋角是多少?

许多 切割工具 具有螺旋形状,如螺旋钻头和螺旋立铣刀。切削刃的角度相当于刀具的螺旋角。下图说明了切削刀具上的螺旋线。

切削工具中的螺旋角

对于大多数立铣刀,通常建议使用 30°-40° 之间的角度,并且在所有相关因素之间的平衡方面被认为是理想的。但是,最佳角度可能因应用而异。

即使角度的微小变化也会导致刀具性能的显着差异。因此,对于工程和机器操作员来说,了解不同的螺旋角可能对加工结果产生的影响非常重要。

螺旋角公式/如何计算螺旋角

螺旋角公式

螺旋角与螺钉相关时,可以通过取螺钉的截面并将其表示为直角三角形来计算,从而可以确定其角度。请注意,该概念类似于螺旋角的大多数机械应用,而该术语直接指代螺钉。

如果展开一圈螺旋线,则可以将其视为直径为 d 的圆的周长。螺旋角就是该圆周与螺旋螺距之间的角度。

这在数学上计算为:

或者

在哪里:

L= 丝杠导程:丝杠旋转一圈螺母移动的距离。
rm:螺纹或齿轮的半径是必须确定的值,以识别螺钉的周长,这是通过测量螺钉的直径并将结果乘以 pi 来完成的。

注意:atan 或反正切函数用于计算该角度的正切等于给定值的弧度角,它是 Tan 函数的反函数。

高螺旋角与低螺旋角

不同的螺旋角

切削刀具的螺旋角由刀具中心线与切削刃的切线之间形成的角度确定。该因素对切削力、材料去除率、排屑和 表面光洁度.

一般来说,当螺旋角大于 40° 时,切削刃以更快的速度缠绕刀具。相反,小于 40° 的角度提供较慢的环绕。

随着螺旋角的增加,沿切削刃的啮合长度也将减少。因此,在加工零件时必须考虑使用低螺旋角和高螺旋角各有利弊。

低螺旋角和高螺旋角的优缺点

 低螺旋角 (<40°)高螺旋角 (>40°)
好处减少提升:慢速螺旋降低了工件在稳定性较差的设置中从工作台上升起的风险。
更大的排屑:慢螺旋允许刀具取出大量材料,使其成为侵蚀性加工的理想选择。
强度增加:凭借更坚固的核心,该工具能够更好地承受通常会导致其变形的压力。
更好的表面光洁度:较低的径向力与较高的螺旋角相结合,将导致更有效的剪切作用,从而获得更好的表面光洁度。
有效排屑:更高的螺旋角会减少切削刃啮合的长度,这反过来会导致有效排屑。
较低的径向力:允许更安静和更平稳的操作,以及在用于薄壁应用时减少挠度和增强稳定性。
缺点较慢的进给速度:慢螺旋产生的动力要求它以比其他立铣刀更慢的速度使用。
粗加工:由于慢速螺旋立铣刀无法有效去除切屑,其最终产品的质量往往较低。
更薄的牙齿:更高的螺旋角会导致更薄的齿。
偏转风险增加:高螺旋度工具的较薄齿增加了偏转的可能性,这将限制工具的操作速度。
表面质量差或工具故障:如果管理不当,挠度太大会导致精加工质量差,甚至可能导致工具失效。

螺旋角的应用

1.斜齿轮

除非另有说明,斜齿轮和蜗轮中的螺旋角由标准节圆确定。对于斜齿轮,该角度的大小通常在 15 到 30 度之间,45 度是安全操作的上限。角度可以按右手或左手方向切割,当两个斜齿轮平行排列时,它们必须具有相同的大小和相反的方向。

2.蜗轮

蜗轮的设计与斜齿轮座相似,但轴是垂直的。在这种情况下,蜗轮的螺旋角与蜗轮的导程角啮合。

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3.螺丝

螺旋角是涉及动力传输和运动变化的机械工程应用和系统的一个非常重要的组成部分。一些常见的应用概述如下:

一个螺旋槽被切割成一个被称为单螺纹螺杆的螺杆。此外,双螺纹螺钉可以通过切割两个具有相同螺旋角的螺旋槽来制造,第二个被放置在第一个的槽之间的未切割材料中。在某些情况下,可以形成具有三螺纹和四螺纹的更复杂的螺钉。螺旋角可以是右旋角或左旋角,在动力螺杆应用中计算扭矩是必要的。

以下公式可用于计算螺杆的最大效率:

螺杆的最大效率公式
螺杆 2 的最大效率公式

在哪里,

  • α是螺旋角
  • ф是摩擦角
  • ηmax 为最大效率

动力螺杆的效率取决于螺旋角以及相互作用的螺杆和螺母的摩擦力;可以绘制它与螺旋角的关系图,最有效的角度在 40 到 45 度之间。然而,当角度超过 15° 时,仍然可以获得合理的结果。由于难以形成角度大于 30° 的螺纹,因此很少使用。此外,当角度大于30°时,摩擦角变得小于螺旋角,这导致螺母不再自锁,机械优势消失。

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选择合适的加工螺旋角的注意事项

经验丰富的工程师/机械师非常了解最适合各种特定操作的工具。螺旋角是为工作选择合适工具时要考虑的重要因素。在下文中,讨论了一些条件,其中螺旋角的知识可以帮助决策过程。

1.刀具寿命

使用具有高螺旋槽的刀具有一个缺点:刀具的芯部更薄,从而加剧了刀具薄弱的芯部强度并降低了其预期寿命。另一方面,低螺旋角也不利于刀具寿命,因为它会导致因断续切削而产生的热积聚和冲击载荷等问题,此外还可能导致切削上的材料堆积排屑不充分造成的边缘。

2.生产力要求

螺旋线对材料去除率的影响之前已经讨论过。如果要快速去除大量材料,最好选择螺旋角小的刀具。

可以采用补偿措施来减轻低螺旋的负面影响。例如,具有高螺旋角的刀具可用于最后一道工序以获得光滑的精加工。

3.薄墙/地板

薄壁和薄地板在切割过程中产生的力下很容易弯曲和扭曲。对于墙壁,径向力是导致变形的原因,而对于地板,轴向力是最重要的。

机械师可以通过深思熟虑的决定来制定合适的工具解决方案,因为螺旋角对这两种力都有直接影响。例如,在加工薄壁时,他们可能会选择使用具有高螺旋角的刀具以减少径向力并获得精细的光洁度。

4. 偷窃

进行落袋时,注意有效的筹码管理很重要。留在切削区域的切屑对工具和零件的质量都非常不利。高螺旋角扩大了排屑能力,因此非常适合挖槽/开槽类任务。

切割不同螺旋角的各种材料

选择合适的加工螺旋角时,必须考虑材料的类型。

硬质合金立铣刀螺旋角概述

螺旋角 工件材料(推荐) 例子
该角度非常适合磨蚀性塑料、短切屑材料、环氧树脂基合成材料、黄铜、铜、玻璃纤维。
30° 在铣削钢、铸铁、易加工不锈钢和更严苛的应用时,30° 螺旋立铣刀是不错的选择。
35°-40°* 对于加工低碳钢、不锈钢和耐热高温合金,35°-40° 螺旋角立铣刀是最佳选择。
37°-45° 37°-45° 螺旋立铣刀是铣削有色金属软材料(如铝、铜和塑料)的首选。
60° 对于特定应用和更高的进给率以及更好的光洁度,请尝试使用 60° 螺旋立铣刀。
多变的 可变螺旋角立铣刀,生产或高性能加工的首选。

*对于不锈钢和 HRSA 等难以加工的材料,请使用更高的螺旋角。

结论

当机械师为他的应用选择工具时,他们必须考虑几个不同的因素,例如他们正在切割的材料、可接受的运行时间和所需的光洁度。此外,还需要考虑每个刀具的螺旋角,以确保完成正确的切削量。如果螺旋角对于工作来说太大,会导致刀具寿命缩短;如果螺旋角太小,会导致光洁度差和颤振。因此,机械师必须考虑他们使用的切削刀具的螺旋角,以及它如何影响应用的效率和质量。

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