Рекомендации по подбору фрезерных патронов

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Общие сведения 
2. Стандарты хвостовиков
      Конус Морзе (ISO 296, DIN 228, ГОСТ 25557)
      Конус 7:24 / ISO (SK, BT, NT)
      Современные конусы: HSK (ISO 12164-1 / DIN 69893 / ГОСТ Р 51547-2000) и PSK (DIN 69893)
      Цилиндрический хвостовик «C» (DIN 6535 HA / ISO 3338 /ГОСТ 25334-94)
3. Заключение

Общие сведения

Фрезерный патрон (оправка) - тип оснастки, использующийся для фиксации режущего инструмента и передачи на него крутящего момента от шпинделя станка. Устройство данного узла обеспечивает центрирование, надежную фиксацию инструмента при различных условиях обработки и скоростных режимах. Конструктивно патрон представляет собой втулку, одна сторона которой фиксируется в шпинделе станка, а другая предназначена для крепления режущего инструмента. В зависимости от типа оправки крепление инструмента может осуществляться как непосредственно в патрон (инструмент -> патрон), так и с применением цанговых зажимов (инструмент -> цанга -> патрон).

Ниже указаны основные элементы оправки на примере цангового патрона BT-ER.

1. Штревельный болт (штревель); 2. Хвостовик BT (конус 7:24); 3. Канавка для захвата манипулятором; 4. Гайка

При выборе патрона необходимо учитывать следующие факторы:

1. Тип шпинделя станка
   Данная система крепления инструмента не обладает гибкостью, так как патрон устанавливается в шпинделе определенного типа. Пример: для шпинделя SK40 предназначены только фрезерные патроны SK40. По этой причине при выборе патрона важно оттолкнуться от технических характеристик шпинделя станка.
   
   
2. Тип и размер инструмента
   При подборе патрона необходимо учитывать тип и размеры устанавливаемого инструмента.
   
   
3. Необходимость подвода СОЖ
   При выборе патрона также необходимо учесть способ подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).

   

Фрезерный патрон состоит из двух частей, каждая из которых выполняет определенную функцию.

• Хвостовик (A) устанавливается в шпиндель станка. В данном случае размеры хвостовика оправки определяются типом шпинделя. 
• В рабочей части (B) непосредственно фиксируется режущий инструмента. Поэтому исполнение рабочей части определяется применяемым инструментом. Далее кратко описаны наиболее популярные исполнения патронов и область их применения. 

Обозначение	Изображение	Тип инструмента	Способ фиксации
ER		Различный инструмент с цилиндрическим хвостовиком	При помощи зажимных цанг ER, ER-G
OZ		Различный инструмент с цилиндрическим хвостовиком	При помощи усиленных зажимных цанг OZ / EOC
SC		Различный инструмент с цилиндрическим хвостовиком	При помощи силовых зажимных цанг SC
TER		Инструмент для нарезания резьбы (метчики)	При помощи резьбонарезных цанг TER с возможностью регулировки крутящего момента
GT		Инструмент для нарезания резьбы (метчики)	При помощи резьбонарезных цанг GT с возможностью регулировки крутящего момента
FMB		Корпусные насадные фрезы	При помощи затяжного винта
APU		Сверла с цилиндрическим хвостовиком	При помощи трехкулачкового самозажимного механизма
SLN		Различный инструмент с хвостовиком Weldon	При одного или нескольких зажимных винтов (в зависимости от модели)
MTA		Сверла с хвостовиком Морзе (тип MTA - с лапкой)	Самозаклинивание в корпусе оправки
MTB		Фрезы с хвостовиком Морзе (тип MTB - с резьбовым отверстием)	Самозаклинивание в корпусе оправки + фиксация винтом

Стандарты хвостовиков

В зависимости от конструкций, описанных в различных национальных и международных стандартах, патроны делятся на несколько типов. В основе классификации лежит тип хвостовика.

1. Конус Морзе (ISO 296, DIN 228, ГОСТ 25557)
2. Конус 7:24 / ISO (SK, BT, NT)
3. Современные конусы: HSK (ISO 12164-1 / DIN 69893 / ГОСТ Р 51547-2000) и PSK (DIN 69893)
4. Цилиндрический хвостовик «C» (DIN 6535 HA / ISO 3338 /ГОСТ 25334-94)

Оправки с хвостовиками в форме конуса наиболее распространены по нескольким причинам:

• Высокая точность центрирования инструмента
• Надежная фиксация
• Возможность быстрой смены оправки в станке

В основе классификации патронов с конусным хвостовиком используется понятие конусности. 

Конусность - отношение разности большего и меньшего диаметра (D, d) усеченного конуса к его длине (L). Конусность обозначается как отношение двух чисел через двоеточие, например 1:20. 

1. Конус Морзе (ISO 296, DIN 228, ГОСТ 25557)

Это самый старый тип инструментальных конусов, разработанный в 1864 году инженером Стивеном Морзе. Благодаря простой конструкции и надежной фиксации инструмента конусы данного типа широко применяются и сегодня. В зависимости от стандартов для обозначения конусов Морзе используются различные аббревиатуры:

• КМ (конус Морзе)
• MT (Morse taper)
• MK (Morsekegel)

Область применения: универсальные фрезерные, сверлильные и токарные станки.

Патроны с конусом Морзе используются преимущественно для выполнения сверления и фрезерования. Фиксация оправки в шпинделе осуществляется при помощи процесса «самоторможения» или «самозаклинивания». Благодаря этому при установке конуса его стенки плотно прилегают к корпусу шпинделя и образуют неподвижное соединение, которое способно передавать крутящий момент на установленный режущий инструмент. С другой стороны такой способ установки делает невозможным быструю замену оправки, поэтому конусы Морзе не используются в станках ЧПУ.

Оправки данного типа обладают конусностью 1:19 ~ 1:20 и имеют 8 размеров, обозначающихся КМ0...КМ7 (MT0...MT7 / MK0...MK7). С развитием технологий и инструментальной оснастки существующих размеров стало недостаточно. В связи с этим были разработаны новые типоразмеры с конусностью ровно 1:20, получившие обозначение «метрические». Конструктивно они полностью идентичны конусам Морзе и отличаются только размерами. Для обозначения метрических конусов используется значение большего диаметра конуса.

Тип конуса	Обозначение	Конусность	D,мм	d,мм
Метрический	№4	1:20	4	2,9
	№6	1:20	6	4,4
Морзе	КМ 0	1:19,212	9,045	6,4
	КМ 1	1:20,047	12,065	9,4
	КМ 2	1:20,020	17,78	14,6
	КМ 3	1:19,922	23,825	19,8
	КМ 4	1:19,254	31,267	25,9
	КМ 5	1:19,002	44,399	37,6
	КМ 6	1:19,180	63,348	53,9
	КМ 7*	-	-	-
Метрический	№80	1:20	80	70,2
	№100	1:20	100	88,4
	№120	1:20	120	106,6
	№160	1:20	160	143
	№200	1:20	200	179,4

* Отсутствует в ГОСТ 25577

Инструментальные конусы Морзе производятся в 3 исполнениях: MTA (с лапкой) / MTB (с резьбовым отверстием) / B (укороченный).

Исполнение MTA	Исполнение MTB

• Конус MTA используются для сверлильных операций. На конце хвостовика расположена специальная лапка, которая при установке в шпиндель размещается в специальном пазу. Таким образом, крутящий момент от шпинделя передается как через поверхность конуса, так и через лапку. Кроме этого лапка упрощает процесс демонтажа (выбивания) оправки из шпинделя станка с помощью выколотки.
• Конус MTB отличается более жесткой фиксацией в шпинделе и применяется для выполнения фрезерных операций. Хвостовик конуса имеют резьбу и фиксируются в шпинделе при помощи специального болта.

Для выполнения некоторых операций стандартная длина конуса Морзе может быть избыточной. Был разработан отдельный тип с меньшей длиной. Укороченный конус «B» используется в сверлильных станках. При маркировке используется значение большего диаметра конуса (B7, B10, B16 и т.д).

Преимущества и недостатки инструментальных конусов Морзе

Преимущества:

• Широкая область применения: фрезерные, сверлильные и токарные станки
• Простое и надежное техническое решение для сверления и фрезерования на универсальных станках (без ЧПУ)
• Простой принцип работы: передача крутящего момента за счет силы трения по поверхности конуса

Недостатки:

• Большая длина патронов
• Отсутствие возможности автоматический замены оправки (не предназначены для станков ЧПУ)
• Сложный процесс демонтажа: самозаклинивающийся конус требуется выбивать из шпинделя при помощи выколотки
• Существенные ограничения по частоте вращения: стандартно конусы Морзе балансируются на частоту не более 12 000 оборотов/минуту 

2. Конус 7:24 / ISO (SK, BT, NT)

Разработчики инструментальных конусов, получивших обобщенное название 7:24 или ISO, во многом отталкивались от особенностей конуса Морзе.
Основными задачами при  этом были:

• Разработка решения, применяемого в станках ЧПУ и обрабатывающих центрах
• Избавиться от недостатки конусов Морзе и улучшить технические показатели новой конструкции

Во многом поставленные задачи были успешно реализованы и данный тип инструментальных конусов является на сегодня одним из самых востребованных.

При разработке особое внимание было уделено подводу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). В конструкции патронов ISO реализовано несколько типов подвода CОЖ, которые в стандарте получили обозначение A, B, AD, AD/B.

A		Без подачи СОЖ
B		СОЖ подается через каналы, расположенные внутри фланца
AD		СОЖ подается через центральное отверстие
AD/B		СОЖ подается через центральное отверстия или фланец

Выделяют несколько стандартов оправок ISO. Несмотря на конструкционные отличия все они обладают конусностью 7:24. Рассмотрим их более детально.

2.1. Конус SK (DIN 69871, ISO 7388/1, ГОСТ 25827-93 исп.2)

Конус SK используется преимущественно в станках европейских производителей и описан в различных стандартах (немецком DIN 69871, международном ISO 7388/1, российском ГОСТ 25827-93 исп.2). У некоторых производителей стандарт SK обозначается как DAT/AT.

В конструкцию фланца патрона добавлена специальная канавка для захвата манипулятором, производящим автоматическую смену инструмента. Поэтому патроны стандарта SK активно применяются в станках  ЧПУ и обрабатывающих центрах.

Во фланце оправки вырезаны 2 паза (на всю ширину фланца), предназначенные для передачи крутящего момента. Фиксация в шпинделе производится при помощи штревельного болта.

2.2. Конус BT (MAS 403, JIS B 6339)

При описании инструментальных конусов BT обращаются прежде всего к двум стандартам: MAS 403 и JIS B 6339. Конус стандарта BT применяется в азиатских станках и имеет ряд общих черт, ставящих его по сути в один ряд с конусами SK.

Во фланце конуса BT так же есть специальная канавка для манипулятора, что позволяет производить автоматическую смену оправки в процессе работы на станках ЧПУ. Передача крутящего момента производится через два паза, размещенных на фланце патрона. Для фиксации конуса в шпинделе используется штревельный болт.

В отличие от SK конус BT имеет более широкий фланец, в котором верхнее кольцо визуально больше нижнего. Отличается и форма пазов для передачи крутящего момента: в конусе BT они вырезаны не на всю ширину фланца.

2.3. Конус NT (DIN 2080, ISO 7388/1, ГОСТ 25827-93 исп.1)

Конструкция конуса NT существенно отличается от рассмотренных выше стандартов (SK, BT) и описана в нескольких стандартах: немецком  DIN 2080, международном ISO 7388/1, российском ГОСТ 25827-93 исп.1.

Конструкция фланца оправки NT не имеет канавки для манипулятора, поэтому данный патрон применяется только в универсальных станках с ручной сменой инструмента. В конусе NT хвостовик имеет цилиндрическую часть, которая принимает участие непосредственно в фиксации патрона в шпинделе.

В зависимости от исполнения конца хвостовика фиксация в шпинделе может осуществлять одним из трех способов:

1. При помощи штревельного болта (то есть аналогично конусам SK и BT)
2. При помощи специальных пазов на конце хвостовика
3. При помощи штревельного болта и пазов на конце хвостовика

Конусы ISO позволили решить важную задачу - использование оправки на станках ЧПУ (стандарт SK и BT). В сравнении с конусами Морзе существенно были увеличены скоростные показатели: в настоящее время патроны ISO ориентированы на скорость вращения не более 25 000 об/мин. Но несмотря на это патроны ISO остаются довольно тяжелыми, что ограничивает их применение на высокоскоростных режимах обработки.

В таблице, приведенной ниже, обобщены и представлены основные сходства и различия стандартов 7:24 / ISO.

Параметры / Стандарты ISO	SK	BT	NT
Схематичное изображение
Конусность	7:24
Частота вращения	25 000 об/мин
Способ передачи крутящего момента	2 паза на фланце
Наличие канавки для манипулятора	+		-
Возможность автоматической замены (ЧПУ)	+		-
Форма паза
Форма хвостовика	Конус		Конус + цилиндр
Способ фиксации в шпинделе	Штревельный болт		1. Штревельный болт 2. Пазы на хвостовике 3. Штревельный болт + пазы

3. Современные конусы: HSK и PSK (Capto)

3.1. HSK (DIN 69893, ISO 12164/1, ГОСТ Р ИСО 12164)

   

HSK (нем. Hohl Shaft Kegel / полый конический хвостовик) - инструментальный конус, который активно используется в многофункциональных станках ЧПУ и обрабатывающих центрах. Данный тип патрона описан в нескольких стандартах: немецком DIN 69893, международном ISO 12164/1, российском ГОСТ Р ИСО 12164. Значение конусности составляет 1:10.

HSK обладает рядом особенностей:

1. Автоматическая смена патрона в станках ЧПУ и обрабатывающих центрах
2. Малый вес конструкции, позволяющий выполнять обработку на высокоскоростных режимах (40000~50000 об/мин)
3. Малые габаритные размеры
4. Высокая точность повторяемости при смене инструментов
5. Возможность установки токарного резца (державки) при использовании специального переходника (расточные системы)
6. При установке оправки в шпиндель HSK не требуется штревельный болт

В стандарте DIN 69893 описаны несколько типов конструкций HSK, каждая из которых имеет свои особенности и рекомендации по применению. Данную информацию нужно обязательно учитывать при выборе оправки HSK.

HSK-A(T)

Применяется в станках ЧПУ и обрабатывающих центрах с автоматической заменой инструмента Решение для низкоскоростной обработки Подвод СОЖ осуществляется через центральное отверстие Крутящий момент передается через два паза, расположенных на конце хвостовика (конуса) В конструкции фланца размещены пазы для фиксации патрона в магазине станка и позиционирования Форма Т предназначена для фиксации токарного инструмента и не имеет конструктивных отличий от формы А

HSK-B

Применяется в токарных и фрезерных станках ЧПУ и обрабатывающих центрах с автоматической заменой инструмента Решение для операций с большими силами резания Патрон предназначен для низкоскоростных режимов обработки Подвод СОЖ осуществляется через центральное отверстие или фланец Крутящий момент передается через два паза, расположенных на конце хвостовика (конуса) В конструкции фланца размещены пазы для фиксации патрона в магазине станка и позиционирования

HSK-С
	Применяется на автоматических линиях, станках с ручной сменой инструмента, в качестве переходника в различных системах Решение для низкоскоростной обработки Подвод СОЖ осуществляется через центральное отверстие Крутящий момент передается через два паза, расположенных на конце хвостовика (конуса)

HSK-D
	Применяется на станках с ручной сменой инструмента, требующего повышенной жесткости Решение для низкоскоростной обработки Подвод СОЖ осуществляется через центральное отверстие или фланец Крутящий момент передается через два паза, расположенных на конце хвостовика (конуса)

HSK-E
	Применяется в станках ЧПУ и обрабатывающих центрах с автоматической заменой инструмента Патрон предназначен для высокоскоростных  режимов обработки Подвод СОЖ осуществляется через центральное отверстие Симметричная конструкция, без пазов (для устранения биения Передача крутящего момента осуществляется за счет трения между контактными поверхностями

HSK-F
	Применяется в станках ЧПУ и обрабатывающих центрах с автоматической заменой инструмента Решения для высокоскоростной обработки Подвод СОЖ осуществляется через центральное отверстие Симметричная конструкция, без пазов (для устранения биения) Передача крутящего момента осуществляется за счет трения между контактными поверхностями

3.2. Конус Capto или PSK (ISO 26623/1)

     

Конус Capto или PSK (полигональный инструментальный конус) был разработан шведской компанией «Sandvik Coromant» в 1990 году, а в 2008 году был официально закреплен в международном стандарте ISO 26623/1. Патроны данного типа применяются в многоцелевых станках, токарных и обрабатывающих центрах.

Значение конусности cтандарта PSK составляет 1:19~1:20, то есть такое же как у конуса Морзе. В сравнении с другими стандартами PSK действительно обеспечивает самую высокую точность позиционирования, которая достигается благодаря особой формы сечения - полигона (треугольник, имеющий скругленные углы и выгнутые стороны). Передача крутящего момента осуществляется через полигональный конус.

По аналогии с HSK при обозначении конусов PSK используется значение диаметра фланца.

     

Маркировка	D, мм	D1, мм	D2, мм	D3, мм	L1, мм	L2, мм	a, мм	B, мм	R, мм
С3	32	22	15	M12x1,5	15	19	2,5	9	3
С4	40	28	18	M14x1,5	20	24	2,5	11	3
С5	50	35	21	M16x1,5	20	30	3	14	4
С6	63	44	28	M20x2,0	22	38	3	18	5
С8	80	55	32	M20x2,0	30	48	3	22,2	6
С10	100	72	43	M24x2,0	32	60	3	29,2	6

  По сути конус PSK является улучшенным аналогом HSK и часто позиционируется как решение «премиум». В сравнении с HSK патроны Capto имеют более сложную конструкцию и форму сечения, поэтому их производство стоит существенно дороже. Отсюда вытекает один из главных недостатков данной оснастки - высокая стоимость для конечного потребителя.  

4. Цилиндрический хвостовик «C» (DIN 6535 HA / ISO 3338 /ГОСТ 25334-94)

     

Оправки «С» (с цилиндрическим хвостовиком) представляют собой переходник-удлинитель, который устанавливается в цанговый патрон большего размера. Данный тип оправки используется в фрезерных, сверлильных, а также в токарных станках (устанавливается в держатель осевого инструмента).

Хвостовики патронов «C» производятся в двух исполнениях:

• Без лыски. Данная конструкция является самой распространенной и устанавливается в патроны для цилиндрического инструмента. 
• С лыской. Конструкция с лыской предназначена для установки в патроны Weldon, в которых  фиксация инструмента производится при помощи специальных винтов.

Хвостовик без лыски является самым распространенным и устанавливается в патроны для цилиндрического инструмента.
Конструкция с лыской предназначена для установки в патроны Weldon, в которых  фиксация инструмента производится при помощи специальных винтов.

Хвостовик без лыски	Хвостовик с лыской	Патрон Weldon	Чертеж патрона C..-ER

Заключение

Надеемся, что данная информация будет полезна для вас и поможет максимально быстро подобрать необходимую оснастку под ваши задачи.

Фрезерные патроны - одна из основных популярных категорий нашего каталога, которая на сегодняшний день объединяет более 1100 наименований. Большая часть позиций поддерживается в наличии на складе для оперативного закрытия потребностей заказчиков. Наши специалисты предоставят рекомендации по выбору оснастки и поделятся своим опытом.  

Копирование материалов сайта возможно только с указанием ссылки на первоисточник - CNC1.ru