1. 首頁
  2. 期刊
  3. 技術通報 290期_工具機產業規範 ：螺絲選用之技術分享

技術通報 290期_工具機產業規範 ：螺絲選用之技術分享 2023.01.16

     
  工具機產業規範 ：
螺絲選用之技術分享		  
  文 / 工具機產業發展處 劉廷芳  
 
  一、螺絲應用在工具機的要件
螺絲的種類繁多，一般運用於工具機的螺絲須具備以下條件：

1.有足夠的強度剛性：機器加工時產生的切削力，經由力流線的傳遞，最終會傳遞至結構組件間的鎖固螺絲，若螺絲強度區分的等級不夠，會使得螺絲因受力產生變形， 導致機器的精度發生不良變化。

2.螺絲需能快速組裝及拆卸，鎖緊的力量需可量化：
a.六角承窩頭螺絲的內六角孔搭配扭力板手，可以快速的執行螺絲鎖固動作。
b.扭力板手的力量顯示，有機械式與數位式兩種，不同規格的螺絲，鎖緊力可依循相關標準執行。

3.應用在防水、防鐵屑的刮刷板金 _ 在最小行程時，鎖固螺絲不得與板金發生干涉的問題，因為板金的厚度一般不超過 3mm，皿頭內六角螺絲是最佳的選擇。

4.圓形軸件的相互聯結，或者精密軸承的定位，除了使用精密螺帽與心軸結合外，亦使用止付螺絲加強螺帽與心軸的結合強度。
二、工具機常用的螺絲種類
工具機常用的螺絲有六角承窩頭螺絲、止付螺絲、皿頭內六角螺絲、半圓頭內六角、圓頭十字螺絲等五種，各種螺絲使用場合說明如下：

1.六角承窩頭螺絲
a.精密組件（如各進給單元）與結構件的結合。
b.組件間的結合（主軸單元與床身、刀塔單元與鞍座、尾座單元與床身、床身與底座、X 軸進給單元與鞍座、Z 軸進給單元與床身）。
c.結構件與結構件的組合。

2.止付螺絲
a.應用在圓形軸件之間的結合（側邊固定時）。
b.加強精密螺帽與精密心軸的結合強度，防止螺帽產生位移。

3.皿頭內六角螺絲
a. 防水、防屑的刮刷板金 _ 在最小行程時，板金鎖固螺絲不得與移動板金發生干涉問題， 因為皿頭內六角螺絲頭部的厚度相對較薄，選擇適當的規格並配合板金厚度（一般不超過3mm），即可解決此問題。

4.半圓頭內六角螺絲：一般應用在防護罩板金的支撐架鎖固。

5.圓頭十字螺絲：一般應用在防護罩板金間相互鎖固。
 
三、螺絲的強度區分說明
一般螺絲性能等級標號是由兩部分數字組成，分別表示螺絲材料的抗拉強度和降伏強度的比值，以下舉例說明其代表的意義：

案例 1
4.8 級的螺絲，其定義是：
(1-1) 螺絲材質抗拉強度為 400MPa 級。
(1-2) 螺絲材質的降伏強度比值為 0.8。
(1-3) 螺絲材質的公稱降伏強度為400×0.8=320MPa(32kg/mm2)。

案例 2
10.9 級高強度螺絲，其定義是：
(2-1) 螺絲材質抗拉強度為 1000MPa 級。
(2-2) 螺絲材質的降伏強度比值為 0.9。
(2-3) 螺絲材質的降伏強度為 1000×0.9=900MPa(90kg/mm2)。

案例 3
12.9 級高強度螺絲，其定義是：
(3-1) 螺絲材質抗拉強度為 1200MPa 級。
(3-2) 螺絲材質的降伏強度比值為 0.9。
(3-3) 螺絲材質的降伏強度為1200×0.9=1080MPa(108kg/mm2) 。
 		  
     
  四、螺絲的強度區分─材料及處理、化學成分相關規範
中華民國國家標準 CNS3934 B2143 對於螺絲的強度區分、材料及處理、化學成分等制訂以下規範：

表一、CNS3934 B2143 螺絲強度區分及相關規範對照表
      化學成份％   回火溫度
℃ min.
強度
區分		 材料及處理 C P
max.		 S
max.
    min. max.
3.6(1)  
 
碳鋼		 - 0.2 0.05 0.06 -
4.6(1) - 0.55 0.05 0.06 -
4.8(1) - 0.55 0.05 0.06 -
5.6 0.15 0.55 0.05 0.06 -
5.8(1) - 0.55 0.05 0.06 -
6.8(1) - 0.55 0.05 0.06 -
 
8.8(2)		 添加元素（如：硼、錳、鉻） 之碳鋼，淬火及回火。 0.15(3) 0.40 0.035 0.035 425
碳鋼，淬火及回火。 0.25 0.55 0.035 0.035 425
 
9.8		 添加元素（如：硼、錳、鉻) 之碳鋼，淬火及回火。 0.15(4) 0.35 0.035 0.035 425
碳鋼，淬火及回火。 0.25 0.55 0.035 0.035 425
 
10.9(4)		 添加元素（如：硼、錳、鉻) 之碳鋼，淬火及回火。 0.15(4) 0.35 0.035 0.035 340
碳鋼，淬火及回火。 0.25 0.55 0.035 0.035 425
 
10.9(5)		 添加元素（如：硼、錳、鉻) 之合金鋼，淬火及回火。 0.20(4) 0.55 0.035 0.035 425
合金鋼 (7)，淬火及回火。 0.20 0.55 0.035 0.035 425
12.9(5)(6) 合金鋼 (7)，淬火及回火。 0.20 0.50 0.035 0.035 380
註：
(2) 當材料為易削鋼時，則允許硫、磷及鉛的最大含量，為硫 0.34 ％磷 0.11％鉛 0.35％。
(3)螺紋標稱直徑 20mm 以上時，為了達到足夠硬化能，必須用強度區分 10.9 鋼種的材料。
(4)如果普通碳、硼合金鋼的含碳量少於 0.25 ％ ， 則於強度區分 8.8 時錳之最小含量應為 0.6％ ，於強度區分 9.8 和 10.9 時，錳之最小含量應為 0.7％。
(5)當強度區分 10.9 ，使用低碳麻田散鐵系時，應在 10.9 之下畫線標記如 10.9 。
(6)這些強度的材料在回火之前，必須有變硬的狀態，螺紋橫斷面中心應有足夠的硬度，大約由 90％麻田散體系組成。
(7)當強度區分 12.9 受到拉伸應力，不允許在金相檢查表面有富白磷層出現。
(8)合金鋼，應包含一種或多種的合金元素，如鉻、鎳、鉬、釩。
 		  
 
五、螺絲於車床的應用說明
精度是工具機的命脈，主要影響工具機精度的因素有：
1. 結構件設計技術、2. 主軸、刀具、滾珠螺桿、線性滑軌、聯軸器等關鍵零組件的設計技術、3. 結構件、組合件組裝技術、4. 關鍵組件的材料選用等相關技術。

其中結構件、組合件之間多數以螺絲鎖固結合，以車床為例，螺絲鎖固結合應用在主軸單元與床身、刀塔單元與鞍座、尾座單元與床身、床身與底座、X 軸進給單元與鞍座、Z 軸進給單元與床身等組件與組件之間。

以下彙整主軸箱單元鎖固（參考圖一、表二）、車床主軸法蘭鎖固（參考圖二、表三）、車床刀塔單元鎖固（參考圖三、表四）、車床 X 軸滾珠螺桿單元鎖固（參考表五）、車床 Z 軸滾珠螺桿單元鎖固（參考表六）及車床尾座單元鎖固（參考圖四、表七）等車床各項單元之螺絲選用建議。

表二、車床主軸箱單元鎖固之螺絲選用參考表
項目
鼻端規格		 螺絲大小(D) 螺絲數量(C) 鎖固螺絲間距(B) 鎖固螺絲跨距(A)
A2-4 M10 6 62.5 183
A2-5 M12 4 195 160
A2-6 M16 4 250 205
A2-8 M20 4 310 225
資料來源：金竑精密 ( 股 ) 公司提供。  
 
 
  圖一、車床主軸箱單元鎖固之螺絲選用參考圖  
 
表三、車床主軸法蘭鎖固之螺絲選用參考表		  
 
項目鼻端
規格		 螺絲數量(V) 螺絲大小(W) 鎖固螺絲節圓直徑(X)
A2-4 6 M6 145
A2-5 6 M12 195
A2-6 6 M12 235
A2-8 6 M12 318
A2-11 6 M20 374
 
  資料來源：摘錄飛浦實業 ( 股 ) 公司網路資料。  
   
  圖二、車床主軸法蘭鎖固之螺絲選用參考圖  

表四、車床刀塔單元鎖固之螺絲選用參考表
項目
夾頭
尺寸 ( 英吋 ) 		 
螺絲大小(O)		  
鎖固螺絲間距 (P)		 刀盤中心至鎖固螺絲距離 (N) 刀盤中心至鎖固螺絲距離 (M1)  
鎖固螺絲數量
4/6 M8 28 120 58 10
6/8 M10 34 150 70 10
8/10 M12 40 185 85 10
10/12 M16 44 230 107 10
資料來源：摘錄台灣精銳 ( 股 ) 公司網路資料。		  
 
 
     
  表五、車床 X 軸滾珠螺桿單元鎖固之螺絲選用參考表
項目
鼻端規格		 伺服馬達座 尾端座
螺絲規格 數量 螺絲規格 數量
A2-5 M10 4 M8 4
A2-6 M10 4 M8 6
A2-8 M10 4 M8 6
A2-11 M12 4 M10 4
A2-15 M12 4 M10 4
A2-20 M12 6 M10 4
A2-28 M12 6 M10 4
資料來源：金竑精密 ( 股 ) 公司提供。		  
 
  表六、車床 Z 軸滾珠螺桿單元鎖固之螺絲選用參考表
項目
鼻端規格		 伺服馬達座 尾端座
螺絲規格 數量 螺絲規格 數量
A2-5 M12 4 M10 4
A2-6 M12 4 M12 4
A2-8 M12 4 M12 4
A2-11 M12 8 M12 6
A2-15 M12 8 M12 6
A2-20 M12 8 M12 8
A2-28 M12 8 M12 8
資料來源：金竑精密 ( 股 ) 公司提供。		  
     
  表七、車床尾座單元鎖固之螺絲選用參考表
項目
莫氏錐度		 螺絲大小(P) 鎖固螺絲間距(F) 鎖固螺絲跨距(N) 螺絲數量
3 M12 225 120 6
4 M16 234 165 4
5 M16 526 110 6
資料來源：摘錄飛浦實業 ( 股 ) 公司網路資料。		  
     
   
  圖四、車床尾座單元鎖固之螺絲選用參考圖  
     
  六、螺絲的鑽孔深度、直徑、攻牙深度等規範
組件結合時，不同材料對於螺絲鎖入長度、螺絲有效攻牙長度、螺絲孔的加工深度及螺絲孔的鑽孔直徑等要求也有差異，假設零件材料為鑄鐵時，如果使用 M8 螺絲結合鎖固，則螺絲鎖入深度至少為直徑的 1.5 倍，零件的攻牙深度為直徑的 1.5 倍加 5mm。

如果組件結合鎖固時，使用螺絲為 M12 以上，則螺絲鎖入深度一樣是直徑的 1.5 倍，但是、零件的攻牙深度為直徑的 1.5倍加 3 個牙距長度（參考表八及圖五）。
 		  
  表八、各種材料的鑽孔、攻牙深度、有效螺紋長度比較表
材質區分 鋼、鑄鍛鋼、銅合金 鑄鐵 鋁合金或其他輕合金
螺絲鎖入長度 A A=d A=1.5d A=1.8d
有效螺紋長度 B M10 以 下 ： B=A+5 M12 以上： B=A+3P
螺紋用孔深度 C C=B+6P
螺紋用孔孔徑 d1 d1=d-P
註：上表中 d 為螺紋公稱直徑，P 為螺紋節距。

  
 
七、結語
螺絲雖然只是一個小小零件，選用上卻有非常大的學問，選用上需考慮諸多面向，如強度區分等級、可量化的鎖固力、高效率的組裝等等，財團法人精密機械研究發展中心蒐集工具機及關鍵組件廠家的實際應用案例，與台灣工具機暨零組件工業同業公會 (TMBA) 會員廠家一同分享， 藉由此次拋磚引玉的起頭，期盼工具機同業先進，熱烈討論並提供寶貴意見，共同讓台灣工具機的品質，從微不足道的地方，累積更多實力的底蘊，最終讓台灣工具機的品質迎頭趕上，並與歐洲、日本站在相同水準。



--------------------------------------------------------------------------------------------
參考資料：
1.CNS 3934  B2143 國家標準於螺絲的強度區分、材料及處理、化學成份之相關規範。
2.金竑精密 ( 股 ) 公司提供之車床主軸箱單元、車床 X 軸滾珠螺桿單元、車床 Z 軸滾珠螺桿單元等鎖固螺絲選用相關資料。
3.摘錄飛浦實業 ( 股 ) 公司之網路資料 _ 車床主軸法蘭、車床尾座單元鎖固螺絲選用相關資料。
4.摘錄台灣精銳 ( 股 ) 公司之網路資料 _ 車床刀塔單元鎖固螺絲選用相關資料。		  




 
返回

Copyrights © 財團法人精密機械研究發展中心 All Rights Reserved.