Любая металлообрабатывающая операция всегда предъявляет определенные требования как к режущему инструменту, так и к системе его крепления. Надежность фиксации - один из главных факторов, влияющих непосредственно на производительность, качество обработки и срок службы инструмента. Именно поэтому вопрос подбора оснастки является особенно важным.
Фрезерный патрон (оправка) - тип оснастки, который используется для фиксации, точного центрирования режущего инструмента и передачи на него крутящего момента от шпинделя станка. 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 рассмотрено устройство цанговой оправки BT40-ER20.
Выбор патрона
Условно фрезерный патрон независимо от его типа можно разделить на две части, каждая из которых выполняет определенную функцию. Хвостовик (A) устанавливается в шпиндель станка. В данном случае тип и размеры хвостовика оправки должны полностью соответствовать шпинделю станка. Рабочая часть (Б) предназначена для фиксации режущего инструмента.
Оправки с конусными хвостовиками являются наиболее распространенными по нескольким причинам:
• высокая точность центрирования режущего инструмента;
• надежная фиксация;
• возможность быстрой смены патрона в шпинделе станка.
Конус Морзе
Принцип работы
В основе принципа работы конуса Морзе лежит процесс «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 инструмент. С другой стороны "самозаклинивание" оправки полностью исключает возможность ее быстрой замены. Поэтому данные патроны не применяются в станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах.
Типоразмеры
Патроны с хвостовиком Морзе 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.
Инструментальные конусы Морзе изготавливаются в 2 исполнениях
МTA (c лапкой)
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.
MTB (с резьбовым отверстием)
Конус MTB отличается более жесткой фиксацией в шпинделе и применяется для выполнения фрезерных операций. Хвостовик конуса имеет резьбу и фиксируется в шпинделе при помощи специального болта.
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: самозаклинивающий конус требуется выбивать из шпинделя.
- Существенные ограничения по частоте вращения: стандартно конусы Морзе балансируются на частоту не более 12 000 об/мин.
КОНУСЫ ISO / 7:24
Разработчики инструментальных конусов ISO или 7:24 опирались на особенности конуса Морзе. Нужно было создать новое решение с устраненными или минимальными недостатками конуса Морзе и улучшенными техническими характеристиками. В основном поставленные задачи были успешно выполнены, и на сегодняшний день инструментальные конусы ISO являются самыми популярными.
При создании конусов ISO особое внимание было уделено подводу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Патроны с хвостовиками ISO изготавливаются в нескольких исполнениях подвода СОЖ. В стандартах эти исполнения получили обозначение A, B, AD, AD/B.
Конусы SK
Конусы SK используются в станках европейских производителей. Они соответствуют немецким стандартам DIN 69871, международным ISO 7388/1 и российским ГОСТ 25827-93 исп. 2. У некоторых производителей стандарт SK также известен 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 с ЧПУ и фрезерных ОЦ. Во фланце оправки вырезаны 2 паза, предназначенные для передачи крутящего момента. Фиксация в шпинделе производится при помощи штревельного болта.
Конус BT
Конус BT оснащен специальной канавкой для автоматического манипулятора, что обеспечивает смену оправок во время работы на станках с ЧПУ. Крутящий момент передаётся через два паза на фланце патрона. Для фиксации конуса в шпинделе применяется 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.
Конус NT
Фланец NT не имеет канавки для манипулятора, что исключает его применение на станочном оборудовании с автоматической сменой оправок. Фрезерные патроны с хвостовиком NT применяются преимущественно в универсальных станках с ручной сменой инструмента. Другой особенностью конуса NT является наличие удлиненной цилиндрической части с пазами, которые в зависимости от станка могут участвовать в фиксации оправки в шпинделе.
Конусы ISO позволили решить важную задачу - использование оправки на станках с 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 тяжелыми, что ограничивает их применение на высокоскоростных режимах обработки.
Современные конусы: HSK, PSK
Современные конусы - обобщенное название ряда стандартов, разработанных в последние десятилетия. По своей сути данные стандарты являются передовыми разработками, при создании которых были учтены недостатки и преимущества предшествующих инструментальных конусов. Говоря о современных конусах, выделяют прежде всего HSK (DIN 69893, ISO 12164/1, ГОСТ Р ИСО 12164) и PSK (ISO 26623/1).
Конус HSK
HSK (нем. Hohl Shaft Kegel / полый конический хвостовик) - инструментальный конус, который активно используется в станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах. Данный тип патрона описан в стандартах: немецком DIN 69893, международном ISO 12164/1. Значение конусности в хвостовиках HSK составляет 1:10. Оправки с хвостовиком HSK имеют малые габаритные размеры и вес и применяются в том числе и для обработки на высокоскоростных режимах (40000~50000 об/мин). При установке оправки в шпиндель HSK не требуется штревельный болт.
Конус PSK
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. Конусность хвостовика PSK составляет 1:19~1:20, то есть такое же как у конуса Морзе. В сравнении с другими конструкциями хвостовиков PSK обеспечивает максимально высокую точность позиционирования режущего инструмента. Достигается это благодаря конусу полигональной формы (полигон - треугольник со скругленными углами и выгнутыми сторонами). В сравнении с HSK фрезерные оправки PSK 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.
Заключение
Надеемся, что эта статья была полезна и помогла вам узнать больше о фрезерных патронах. Если у вас остались вопросы или нужна помощь с выбором оснастки, обращайтесь к специалистам компании CNC1 — мы всегда готовы проконсультировать и подобрать все необходимое для вашего производства.