Конус инструментальный

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Ко́нус инструмента́льный — конический хвостовик инструмента (сверло, зенкер, фреза, развёртка, зажимной патрон, электрод контактной сварки) и коническое отверстие соответствующего размера (гнездо) в шпинделе или задней бабке, например, токарного станка. Предназначен для быстрой смены инструмента с высокой точностью центрирования и надёжностью крепления. Существуют много стандартов на различные конусы, различающиеся по конусности и исполнению.

Конус Морзе и метрический конус[править | править вики-текст]

Конус Морзе № 2 (MT2).
Схема инструментального конуса (наружные конусы с лапкой, наружные конусы без лапки, внутренние конусы (гнёзда)).

Конус Морзе — одно из самых широко применяемых креплений инструмента. Был предложен Стивеном А. Морзе приблизительно в 1864 году[1].

Конус Морзе подразделяется на восемь размеров, от КМ0 до КМ7 (англ. MT0-MT7, нем. MK0-MK7)[2][3]. Конусность от 1:19,002 до 1:20,047 (угол конуса от 2°51’26" до 3°00’52", уклон конуса от 1°25’43" до 1°30’26") в зависимости от типоразмера.

Стандарты на конус Морзе: ISO 296, DIN 228, ГОСТ 25557-2006 «Конусы инструментальные. Основные размеры.». В российском стандарте конус КМ7 к применению не рекомендован, вместо него применяется несовместимый метрический конус № 80. Конусы, изготовленные по дюймовым и метрическим стандартам, взаимозаменяемы во всём, кроме резьбы хвостовика.

Существует несколько исполнений хвостовика конуса: с лапкой, с резьбой, без оных. Инструмент с лапкой крепится в шпинделе заклиниванием этой лапки, для чего в рукаве шпинделя есть соответствующий паз. Лапка предназначена для облегчения выбивания конуса из шпинделя и предотвращения проворачивания. Инструмент с внутренней резьбой фиксируется в шпинделе штоком (штревелем), вворачивающимся в торец конуса. Конусы с резьбой гарантируют невыпадение инструмента и облегчают извлечение заклинившего конуса из шпинделя. Некоторые конусы снабжаются системой отверстий и канавок для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).

Метрический конус[править | править вики-текст]

По мере развития станкостроения понадобилось расширить диапазон размеров конусов Морзе как в большую, так и в меньшую стороны. При этом, для новых типоразмеров конуса, выбрали конусность ровно 1:20 (угол конуса 2°51’51", уклон конуса 1°25’56") и назвали их метрическими конусами (англ. Metric Taper). Типоразмер метрических конусов указывается по наибольшему диаметру конуса в миллиметрах. ГОСТ 25557-2006 также определяет уменьшенные метрические конуса № 4 и № 6 (англ. ME4, ME6) и большие метрические конуса № 80, 100, 120, 160, 200 (англ. ME80 — ME200).

Конструктивных различий между конусом Морзе и метрическим нет.

Таблица 1

Размеры наружного и внутреннего конуса (по ГОСТ 25557-2006), мм
Обозначение конуса Конусность D D1 d d1 d2 d3 max d4 max d5 l1 max l2 max l3 max l4 max l5 min l6
Метрический № 4 1:20 4 4,1 2,9 - - - 2,5 3 23 25 - - 25 21
№ 6 1:20 6 6,2 4,4 - - - 4 4,6 32 35 - - 34 29
Морзе КМ0 1:19,212 9,045 9,2 6,4 - 6,1 6 6 6,7 50 53 56,3 59,5 52 49
КМ1 1:20,047 12,065 12,2 9,4 M6 9 8,7 9 9,7 53,5 57 62 65,5 56 52
КМ2 1:20,020 17,780 18 14,6 M10 14 13,5 14 14,9 64 69 75 80 67 62
КМ3 1:19,922 23,825 24,1 19,8 M12 19,1 18,5 19 20,2 80,1 86 94 99 84 78
КМ4 1:19,254 31,267 31,6 25,9 M16 25,2 25,2 24 26,5 102,5 109 117,5 124 107 98
КМ5 1:19,002 44,399 44,7 37,6 M20 36,5 35,7 35,7 38,2 129,5 136 149,5 156 135 125
КМ6 1:19,180 63,348 63,8 53,9 M24 52,4 51 51 54,6 182 190 210 218 188 177
КМ7[сн 1] 1:19,231 83,058 - 285.75 294.1
Метрический № 80 1:20 80 80,4 70,2 M30 69 67 67 71,5 196 204 220 228 202 186
№ 100 1:20 100 100,5 88,4 M36 87 85 85 90 232 242 260 270 240 220
№ 120 1:20 120 120,6 106,6 M36 105 102 102 108,5 268 280 300 312 276 254
№ 160 1:20 160 160,8 143 M48 141 138 138 145,5 340 356 380 396 350 321
№ 200 1:20 200 201 179,4 M48 177 174 174 182,5 412 432 460 480 424 388
  1. Отсутствует в ГОСТ 25557-2006

Укороченные конуса Морзе[править | править вики-текст]

Для многих применений длина конуса Морзе оказалась избыточной. Поэтому были придуманы девять типоразмеров укороченных конусов Морзе, полученных удалением более толстой части конуса Морзе. Цифра в обозначении короткого конуса — диаметр новой толстой части конуса в мм. Российский стандарт на укороченные конуса ГОСТ 9953-82 «Конусы инструментов укороченные. Основные размеры.».

  • B7 — укороченный до 14 мм КМ0.
  • B10, B12 — укороченный до 18 и 22 мм соответственно КМ1.
  • B16, B18 — укороченный до 29 и 37 мм соответственно КМ2.
  • B22, B24 — укороченный до 45 и 55 мм соответственно КМ3.
  • B32 — укороченный до 57 мм КМ4.
  • B45 — укороченный до 71 мм КМ5.

Конус 7:24[править | править вики-текст]

1941-G.jpg

Широко распространённый инструментальный конус, в основном, для станков с ЧПУ с автоматической сменой инструмента. Цель разработки — устранение недостатков конуса Морзе (самозаклинивание конуса в шпинделе, малая площадь осевого упора, большая длина, сложность автоматической фиксации конуса в шпинделе, отсутствие зацепов для автоматической смены инструмента).

Существует ряд национальных и международных стандартов на этот конус, отличающихся базовой размерностью (дюймовая или метрическая), вспомогательными элементами (фланцы, штревели, каналы подачи СОЖ) и обозначениями. Конуса, изготовленные по разным стандартам, не всегда взаимозаменяемы.

  • ISO-конусы. Международные стандарты ISO 297:1988 (конструктивная разновидность для ручной смены инструмента), ISO 7388 (конструктивные разновидности для автоматизированной смены инструмента).
  • Новые российские стандарты: ГОСТ 25827-2014 — конструкции конусов, фланцев и резьб хвостовиков. Парный к нему ГОСТ ИСО 7388-3-2014 — конструкции штревелей. Практически дубликат ISO 297 и ISO 7388.
  • Все еще могут быть актуальны советские и старые российские стандарты:
    • ГОСТ 15945-82 — основные размеры конусов и парный к нему ГОСТ 19860-93 — допуски.
    • ГОСТ 25827-93 — конструкции конусов, фланцев и хвостовиков.
  • DV, SK (от нем. Steilkegel). Немецкий вариант конуса. Стандарты DIN 2080, DIN 69871.
  • NMTB (от англ. National Machine Tool Builders Association), NST, NT. Американский вариант конуса. Стандарт ANSI B5.18. Дюймовая размерность, конструктивно аналог ISO 297.
  • CAT, CV (от англ. Caterpillar V-Flange). Американский вариант конуса. Стандарт ANSI B5.50. Дюймовая размерность, конструктивно аналог ISO 7388 вариант A.
  • BT — японская разновидность конуса согласно стандарта JIS B6339 (JMTBA MAS-403 «BT»). Дюймовая размерность, конструктивно аналог ISO 7388 вариант J.
  • NFE 62540 — французский стандарт.
  • IS 2340, IS 11173 — индийские стандарты. Первый аналог ISO 297, второй ISO 7388.

Типоразмер конуса обозначается цифрой, существуют размеры от 10-го до 80-го с шагом 5. Например, ISO10, NMTB40, BT50. Для всех стандартов размер конусной части одинаков. Угол конуса 16°35’40". В таблице размеров конусов D обозначает базовый размер — наибольший диаметр конусного отверстия (гнезда), L обозначает глубину конусного отверстия. Эти значения также примерно соответствуют наибольшему диаметру конуса и его длине. Диаметр фланца DF примерно одинаков у всех конструктивных разновидностей.

Конус с фланцем для автоматической смены инструмента
Конус D L Резьба DF
10 15,87 21,8
15 19,05 26,9
25 25,40 39,8
30 31,75 49,2 M12 50
35 38,10 57,2
40 44,45 65,6 M16 63
45 57,15 84,8 M20 80
50 69,85 103,7 M24 97
55 88,90 132,0 M24 130
60 107,95 163,7 M30 156
65 133,35 200,0 M36 195
70 165,10 247,5 M36 230
75 203,20 305,8 M40 280
80 254,00 390,8 M40 350

Стандарты ISO и новый российский ГОСТ определяют несколько конструктивных разновидностей: одну для ручной смены инструмента и три разновидности для автоматической смены инструмента, обозначаемые буквами A, U, J. Каждой конструктивной разновидности соответствует свой фланец и штревель. Помимо того, стандарты регламентируют два метода подвода охлаждающей жидкости к инструменту: центральный через штревель (обозначается буквой D) или боковой через фланец (буквой F).

Старый ГОСТ 25827-93 определял три исполнения конусов. Исполнение 1 было аналогично ISO 297. Исполнение 2 было аналогично ISO 7388 вариант A. Исполнение 3 аналогов не имело. Стандарт не определял конструкций штревелей, только фланцев и резьб хвостовиков.

В настоящее время конуса обычно изготавливают со сменными штревелями, что улучшает совместимость оборудования разных стандартов.

HSK, КМ[править | править вики-текст]

HSK-конус (от нем. Hohlschaftkegel или англ. Hollow Shaft Taper, полый конус) используется во фрезерных обрабатывающих центрах и особенно в токарно-фрезерных центрах. Стандарты на эти конуса ISO 12164, DIN 69893, ГОСТ Р ИСО 12164. Конусность 1:10.

Имеет несколько конструктивных разновидностей фланцев, обозначаемых буквами A, B, C, D, E, F. Размер конуса обозначается цифрой наибольшего диаметра фланца в мм (от 25 до 160). Например, HSK-A63. Следует учесть, что диаметр фланца и размер конуса могут не совпадать у разных конструктивов, например, HSK-A50 и HSK-В63 имеют одинаковый конус, а HSK-A63 и HSK-В63 — разный.

Главные достоинства HSK-соединения: автоматическая быстрая смена инструмента (что очень важно в обрабатывающих центрах с ЧПУ), небольшой вес, возможность устанавливать в шпиндель токарные резцы, хорошая повторяемость, жесткость. Как правило, стандартные резцы квадратного сечения устанавливаются в специальную промежуточную оправку, которая, в свою очередь, имеет конус HSK. Но иногда также используются резцы, имеющие хвостовик HSK.

KM — конус, разработанный компанией Kennametal. По сути сходен с HSK, но не получил большого распространения. Конструкция КМ не запатентована.

Capto[править | править вики-текст]

Конус Capto, разработанный компанией Sandvik Coromant, сегодня продвигается, как аналог HSK премиум-класса. С 2008 года посадка Capto вошла в международный стандарт ISO 26623.

В сечении он представляет собой треугольник со скругленными краями и выгнутыми сторонами. Угол поверхности посадки взят аналогично конусу Морзе. Такая форма не позволяет конусу провернуться в гнезде, обеспечивает необходимое самозаклинивание и повторяемость при разборке-сборке по всем осям. Понятно, что с одной стороны базирование на треугольник более предпочтительно ввиду гораздо большей жесткости передачи. Однако технология изготовления такого конуса несколько сложнее и следовательно дороже для конечного потребителя. При всей своей премиумной цене логически обоснованным является применение Capto для черновой, получерновой обработки.

Главное преимущество посадки Capto по отношению к другим посадкам — жесткость соединения. Некоторые производители станков, проверив на практике возможности интерфейса Capto, стали интегрировать его в базовый шпиндель станка (WFL, Mazak). В зависимости от размера соединения Capto обозначаются C3..C10. Существуют следующие типоразмеры интерфейса (указан диаметр фланца):

  • С3 — 32мм
  • С4 — 40мм
  • С5 — 50мм
  • С6 — 63мм
  • С8 — 80мм
  • С10 — 100мм

Brown & Sharpe, Jacobs, Jarno[править | править вики-текст]

По внешнему виду и сферам применения похожи на конуса Морзе[4]. Спецификации конусов являются внутрифирменными, национальных или международных стандартов на них нет. Получили распространение, в основном, на территории США.

R8[править | править вики-текст]

Цанга R8

Внутрифирменный конус, изначально создавался специально для цанговых зажимов. Впоследствии конструктив стал использоваться как инструментальный конус. Разработан компанией Bridgeport Machines для своего оборудования, получил некоторое распространение, в том числе, в виде клонов этого оборудования. Существует один типоразмер этого конуса.

Переходные оправки и втулки[править | править вики-текст]

Переходные втулки конусов Морзе.

Для уменьшения номенклатуры инструмента выпускаются разнообразные переходники из одних конусов в другие. Переходник типа наружный конус — внутренний конус именуют переходной втулкой. Переходник типа наружный конус — наружный конус именуют переходной оправкой. Например, оправка с конуса 7:24 на укороченный конус Морзе обозначается ISO30-B16.

Другие конусы, применяемые в машиностроении[править | править вики-текст]

Конус 1:50[править | править вики-текст]

Конусность 1:50 имеют установочные штифты, применяемые при необходимости дополнительного скрепления двух деталей, зафиксированных резьбовым соединением, чтобы они не могли перемещаться одна относительно другой. Установочные штифты вставляются в отверстия, просверленные и конически развернутые одновременно в обеих деталях, после их сборки. Конусность 1:50 соответствует углу уклона 0°34'[5].

Конус 1:30[править | править вики-текст]

Конусы насадных разверток, зенкеров и оправки для них. Конусность 1:30 соответствует углу уклона 0°55'[5].

Конус 1:16[править | править вики-текст]

Резьба обсадных труб 6 5/8", бурильных и насосно-компрессорных труб, резьба трубная коническая общего назначения.

Конус 1:10[править | править вики-текст]

Концы валов электрических и других машин и соответствующие им муфты. ГОСТ 5006-83 (утратил силу в 2007 г.).

Центры упорные и конусы инструментов для тяжелых станков. ГОСТ 7343—72.

Отверстия под заклепки в котельных листах, мостовых и корабельных конструкциях (т. н. котельный конус).

Конус 1:7[править | править вики-текст]

Пробковые краны, центры упорные для тяжелых станков, конусы инструментов (ГОСТ 7343—72).

Конус 1:5[править | править вики-текст]

Концы шлифовальных шпинделей с наружным базирующим конусом ГОСТ 2323

Конус 1:4[править | править вики-текст]

Фланцевые концы шпинделей токарных, револьверных и других станков, резьба замков в нефтепромышленности.

Конус 1:1,866[править | править вики-текст]

Центры станков, центровые отверстия, потайные и полупотайные головки заклёпок диаметром 16—25 мм, потайные головки винтов диаметром 22—24 мм.

Конус 1:0,866[править | править вики-текст]

Зажимные цанги.

Конус 1:0,652[править | править вики-текст]

Потайные головки болтов, потайные и полупотайные головки заклёпок диаметром 10—13 мм.

Конус 7:64[править | править вики-текст]

Отверстия под оправки в столах зубодолбежных станков.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Morse Cutting Tools
  2. Техническая энциклопедия под ред. Мартенс Л. К. т. 20 М.: Советская энциклопедия 1933 г.
  3. ГОСТ 25557-82 использует 7 размеров конусов, от КМ0 до КМ6.
  4. http://www.loganact.com/tips/tapers.htm Конусы Morse, Jacobs, Jarno, Brown & Sharpe
  5. 1 2 Общие сведения о конусах | ООО Техно-Лайн