管牙NPT(二)

文章日期：2009-08-29 23:29

現在開始來舉例說明NPT的車削

例 : 車削外螺紋NPT 3/4 - 14

基本資料

牙距P = 25.4/14=  1.814 mm       

牙深h = 0.8*P   =  0.8*1.814  = 1.451 mm

基準長L1(查表)       ：4.75*P = 8.62  mm  

有效螺紋長L2(查表)：7.64 *P = 13.86 mm  

基準節徑E(查表)      ：25.117 mm 

有別於公制螺紋或是統一螺紋，NPT牙的第一個數字並不是螺紋真正的外徑，根據ASME的規範所言，這NPT牙的第一個數字稱為"名義上的管尺寸(Nominal pipe size)"，它甚至比外NPT牙端面上的小徑還要小，大概接近於外NPT牙之管內徑。

先計算尚未加入公差的各部位尺寸:

1.基準端(從外牙的入口處往Z軸負向8.62mm之處)之大小徑

基準端大徑 : 25.117 + 2*0.4*1.814= 26.57mm

基準端小徑 : 25.117 - 2*0.4*1.814= 23.67mm

Note : 基準端大徑恰好為內螺紋入口端之大徑(牙底之直徑)，基準端小徑恰好為內螺紋入口端之小徑，也就是車牙之前要搪之內孔入口端之直徑。

2.小端(外牙的入口處)之大小徑

小端大徑：26.568–8.6165/16 = 26.03mm

小端小徑：23.666–8.6165/16 = 23.13mm

Note : 小端大徑為內螺紋入口端往Z軸負向8.62mm處之大徑(內牙底之直徑)，小端小徑為內螺紋入口端往Z軸Z軸負向8.62mm處之小徑。

3..有效端(從牙的入口往Z軸負向13.86mm之處)之大小徑

有效端大徑 ：26.03 + 13.859/16 = 26.9 mm

有效端小徑 ：23.13 + 13.859/16 = 23.99mm

4.其它

l   外螺紋軸向公差：±1圈 = ±1.841mm 

l   螺管外徑(查表) ：1.05" = 26.67mm(這個數據會比有效螺紋外徑還小，因為車削至有效螺紋部位時，牙峰已凸出螺管外徑之外了，也就是有效螺紋外徑其實是沒有實值意義的 )。

l   牙刀刀鼻半徑：NPT規範只講到螺紋深度是0.8*P，究竟牙刀刀鼻半徑要越過此0.8*P還是要在這0.8*P之內? 如果牙刀刀鼻半徑越過0.8*P，則牙刀刀鼻半徑為0.022*P，車牙時總進深為0.811*P，如果牙刀刀鼻半徑在0.8*P之內，則牙刀刀鼻半徑為0.033*P，車牙時總進深為0.8*P，且公牙的牙峰的公差為-0.018*P。

l  NPT之導程及錐度誤差 : NPT牙的錐角是1/16(3度46分)，其可允許的誤差值請參考下表，3/4-14NPT牙來說，它的錐角可允許的誤差值之上限為0.36分，下限為0.18分。

 

NPT牙的I(R)值計算: I= 0.5*T*L

用CNC車床來車削NPT牙時必需計算I(R)值，

假設車削之牙長15mm，前置空行程5mm，則

I = 0.5 * (1/16) * 20 = 0.625，

若是外螺紋，此值為負值。

若是內螺紋，此值為正值。

NPT螺紋的大徑(外牙牙峰或內牙牙底之直徑)及小徑(外牙牙底或內牙牙峰之直徑)之公差

3/4-14NPT外牙的牙峰寬度規定是0.038*P，但若加上公差則可至0.09*P，若從牙尖算下來，牙峰至牙尖的高度度規定是0.033*P(因為(0.866*P-0.8*P)/2=0.033*P)，但若加上公差，牙峰至牙尖的高度度則可至0.078*P，也就是說公差量為0.078*P - 0.033*P = 0.045*p = 0.045*25.4/14 = 0.0816mm，因此，車削3/4-14NPT外牙的外徑時最多可以小0.0816mm，同時，車削3/4-14NPT內牙的底徑(即內牙刀的進刀深度)也最多可以小0.0816mm，所以NPT內外牙配合時，外牙的牙峰與內牙的牙底在理論上是屬於過渡配合，有可能干涉(不考率錐度及牙角等其它因素下，用L1環規或塞規檢驗時會不到基準面就停住了)，也有可能留有餘隙(不考率錐度及牙角等其它因素下，用L1環規或塞規檢驗時會停在基準面)，除此之外，外牙的牙底與內牙的牙峰在配合時也是這樣的情況，它們所允許的公差與過渡配合的情況都和外牙的牙峰與內牙的牙底的情況一樣。

雖說NPT在牙峰與牙底的接合是屬過渡配合，但是身為第一線的製造工程師可以經過巧妙的安排，讓它們的配合挶限餘隙配合就好。

 

NPTF螺紋之大徑(外牙牙峰或內牙牙底之直徑)及小徑(外牙牙底或內牙牙峰之直徑)之公差

3/4-14NPTF的牙深h=0.776*P，比NPT的牙深0.8*P小一點點。

NPTF外牙的牙峰寬度規定是0.07*P，但若加上公差則減至0.04158*P，所以其外牙峰寬度公差是-0.028*P=0.051mm，有別於NPT的牙峰與牙底寬度是一樣的，NPTF的牙峰與牙底寬度卻是不一樣。

若從牙尖算下來，NPTF牙尖至牙峰的高度度規定是0.06*P，但若加上公差，牙峰至牙尖的高度度則減至0.036*P，也就是說公差量為0.06*P - 0.036*P = 0.024*p = 0.024*25.4/14 = 0.043mm，因此，車削3/4-14NPTF外牙的外徑時必需加大，且最多可大0.043mm，但是，車削3/4-14NPTF內牙的底徑(即內牙刀的進刀深度)卻是要變小，且最多可小0.066mm，所以3/4-14NPTF內外牙配合時，外牙的牙峰與內牙的牙底在理論上是屬於干涉配合，且其最大干涉量為0.043+0.066=0.109mm。

話說NPTF最多可以干涉0.109mm，但是，如果真的車出這樣的牙，恐怕有點難以通過L1規的檢驗，因為當手動接合時，0.109*16/(25.4/14)=0.96圈，也就是說環規或是塞規尚未鎖至基準面時，還差0.96圈就停住了，因此，身為第一線的製造工程師應該做好安排，讓它們的配合能達到好車又好通過檢驗。

3/4-14 NPT及NPTF螺紋之大徑與小徑之公差一覽表

3/4-14 NPT牙的車削
影像教學檔 : NPT車牙示範(搪孔時粗精皆採同一把刀).rar(0.6MB);
  

3/4-14 NPT牙的CNC程式
G0 G40 X22.0 Z5.4
M08
G1 X22.0 Z3.63 F0.5
G92 X23.44 Z-14.466 I0.565 F1.814
G1 X22.0 Z3.509 F0.1
G92 X23.86 Z-14.466 I0.562 F1.814
G1 X22.0 Z3.42 F0.1
G92 X24.17 Z-14.466 I0.559 F1.814
G1 X22.0 Z3.345 F0.1
G92 X24.43 Z-14.466 I0.557 F1.814
G1 X22.0 Z3.28 F0.1
G92 X24.65 Z-14.466 I0.555 F1.814
G1 X22.0 Z3.221 F0.1
G92 X24.86 Z-14.466 I0.553 F1.814
G1 X22.0 Z3.167 F0.1
G92 X25.04 Z-14.466 I0.551 F1.814
G1 X22.0 Z3.117 F0.1
G92 X25.22 Z-14.466 I0.549 F1.814
G1 X22.0 Z3.071 F0.1
G92 X25.38 Z-14.466 I0.548 F1.814
G1 X22.0 Z3.026 F0.1
G92 X25.53 Z-14.466 I0.547 F1.814
G1 X22.0 Z3.0 F0.1
G92 X25.61 Z-14.466 I0.546 F1.814
G0 Z30.
在一般工廠，這種尺寸的NPT牙大都得車上16刀左右，才能得到良好的光度與精度，但是FGcam透過精良的計算，可以簡化到11-13刀，大大提升加工效率。

美英兩國管牙代號一覽表

至於小牙的NPT通常不採用車削方法，用CNC車床攻牙請參考 :

http://tw.myblog.yahoo.com/cu01joe/article?mid=467&prev=601&next=420&l=f&fid=18

文章最後，感謝小熊大大的指正，並提供寶貴的資料，使得本文得以完成。