Как выбрать цанговый патрон для фрезерного станка с ЧПУ

Практические советы по подбору оправки, цанги и принадлежностей

Цанговые патроны широко применяются на фрезерных станках с ЧПУ для закрепления концевых фрез, сверл, разверток и другого инструмента с цилиндрическим хвостовиком. Они удобны тем, что в один патрон можно устанавливать инструмент разных диаметров, меняя только цанги.

Но при выборе патрона нужно учитывать не только диаметр инструмента. Важно правильно подобрать конус под шпиндель станка, определиться с размером цанги и длиной оправки, а также не забыть про штревель и ключ для затяжки гайки.

Рассмотрим, на что стоит обратить внимание при покупке.

Сначала определяем тип конуса шпинделя

Первое, что нужно знать, — какой конус установлен на вашем станке. От этого зависит, какие оправки можно использовать.

На фрезерных станках встречается несколько типов конусов:

• Конус Морзе (КМ) — часто используется на универсальных сверлильных, фрезерных и расточных станках. Обозначается КМ2, КМ3, КМ4 и т. д.
• Конус 7:24 — распространён на фрезерных станках с ЧПУ. К этому семейству относятся BT, BBT, SK и DIN 2080 (NT). Несмотря на одинаковую конусность, эти оправки отличаются конструкцией и не всегда взаимозаменяемы.
• HSK — применяется на современных обрабатывающих центрах, в том числе высокоскоростных. Отличается коротким полым конусом. Распространённые обозначения — HSK-A63, HSK-A100.
• Capto (PSC) — система с полигональным хвостовиком, которая обеспечивает жёсткое соединение и хорошую передачу крутящего момента. Встречаются обозначения C4, C5, C6 и другие.

Рис. 1. Различные типы хвостовиков фрезерных оправок.

Узнать тип конуса можно в паспорте станка или руководстве по эксплуатации. Если документации под рукой нет, посмотрите маркировку на оправках, которые уже используются на станке.

Например, если на оправке написано BT40, значит, на станке используется соответствующий интерфейс BT40. При заказе нового патрона в первую очередь ориентируйтесь именно на это обозначение.

Обратите внимание, что BT30, BT40 и BT50 — разные типоразмеры. Оправка BT50 не подойдёт в шпиндель BT40, даже если внешне они похожи.

Можно ли устанавливать обычные оправки BT в шпиндель BBT?

Можно. И в некоторых случаях это позволяет заметно сэкономить на оснастке.

BBT (BIG-PLUS) — это система с двойным контактом. В отличие от обычного BT, где оправка прилегает к шпинделю по конической поверхности, BBT обеспечивает дополнительный контакт по торцу. За счёт этого соединение получается более жёстким.

Такая конструкция полезна при тяжёлом фрезеровании, больших нагрузках и других операциях, где особенно важна жёсткость инструментальной системы.

При этом в шпиндель BBT40 можно устанавливать обычные оправки BT40. Конечно, преимущества двойного контакта в этом случае не будет, зато стандартные оправки BT стоят существенно дешевле.

Поэтому, если станок оснащён шпинделем BBT, необязательно покупать дорогие оправки с двойным контактом для каждой операции. Для сверления, несложного фрезерования и других работ без повышенных требований к жёсткости можно использовать обычные BT, если это допускает производитель станка.

А для тяжёлой обработки оставить BBT.

Какой размер цангового патрона выбрать — ER16, ER25, ER32 или ER40?

После того как определились с конусом, нужно выбрать типоразмер цанги.

Цанги системы ER выпускаются в нескольких размерах. Наиболее распространённые из них — ER16 и ER32. Также часто используются ER25 и ER40.

Каждый типоразмер рассчитан на свой диапазон диаметров инструмента.

Это диапазоны, которые перекрываются набором цанг соответствующего типоразмера. Для каждого конкретного диаметра подбирается отдельная цанга.

Рис. 2. Цанговый патрон и зажимная цанга ER.

Какой размер лучше выбрать?

Здесь многое зависит от того, какой инструмент вы используете и какую обработку планируете выполнять.

У патронов ER16 гайка заметно меньше по наружному диаметру, чем у ER32 или ER40. Это удобно, когда нужно фрезеровать близко к стенке детали или работать в ограниченном пространстве. Крупный патрон в таких условиях может просто не пройти.

С другой стороны, более крупные патроны ER позволяют закреплять инструмент большего диаметра и, как правило, передавать больший крутящий момент.

Например, фрезу диаметром 10 мм можно установить как в патрон ER16, так и в ER32.

Если фреза работает рядом с высокой стенкой и места мало, лучше рассмотреть ER16. Если же нужен универсальный патрон для обычных фрезерных работ, в том числе с инструментом большего диаметра, разумнее выбрать ER32.

Для большинства стандартных задач на станках BT40 патроны ER16 и ER32 закрывают значительную часть потребностей.

При покупке цанг стоит обращать внимание и на их точность. Например, у нас представлены высокоточные цанги ER с заявленным биением 0,010 мм. Для точной обработки это имеет значение, хотя фактическое биение установленной фрезы зависит не только от цанги, но и от состояния патрона, инструмента и качества сборки.

Как правильно выбрать длину цангового патрона?

Цанговые патроны отличаются не только размером ER, но и длиной.

Стандартные патроны обычно имеют вылет около 60–80 мм. Также выпускаются удлинённые варианты — 100, 150 мм и более.

Например, в нашем ассортименте есть несколько исполнений одного и того же патрона:

• BT40-ER32-70L — стандартная длина 70 мм.
• BT40-ER32-100L — удлинённый патрон 100 мм.
• BT40-ER32-150L — удлинённый патрон 150 мм.

Буква L в маркировке обозначает длину оправки. От какой именно поверхности она измеряется, можно посмотреть на чертеже производителя.

Какую длину выбрать? Здесь действует простое правило: чем короче патрон, тем жёстче инструментальная система.

При увеличении вылета инструмент сильнее отжимается под нагрузкой. Возрастает вероятность вибраций, ухудшается стабильность обработки. Особенно это заметно при работе фрезами большого диаметра и на тяжёлых режимах резания.

Поэтому короткий патрон всегда стоит рассматривать в первую очередь.

Удлинённые патроны нужны прежде всего для обработки глубоких карманов и других труднодоступных поверхностей, когда короткая оправка не позволяет подвести фрезу к месту обработки.

Иногда вместо длинного патрона удобнее использовать цанговый удлинитель с цилиндрическим хвостовиком.

Рис. 3. Цанговые патроны-удлинители с цилиндрическим хвостовиком.

Например, C20-ER20M-150L — это цанговый патрон с цилиндрическим хвостовиком диаметром 20 мм, цангой ER20 и длиной 150 мм. Такой удлинитель можно закрепить в подходящей инструментальной оправке и получить дополнительный вылет.

Но злоупотреблять удлинителями не стоит. Чем больше общая длина инструмента и количество соединений, тем сложнее обеспечить хорошую жёсткость.

Если обработку можно выполнить короткой оправкой, лучше так и сделать.

Как выбрать штревель для оправки BT?

Если на станке предусмотрена автоматическая смена инструмента, для закрепления оправки в шпинделе понадобится штревель.

Это затяжной элемент, который вкручивается в заднюю часть оправки. За него зажимной механизм шпинделя удерживает инструмент.

При заказе штревеля нужно быть особенно внимательным. Даже для одного типоразмера конуса могут использоваться разные исполнения.

Штревели для BT отличаются углом захватной поверхности. Встречаются варианты с углами 30°, 45°, 90° и другими. Наиболее распространён один из вариантов с углом 45°.

Но это не значит, что штревель BT40-45 подойдёт к любому станку с конусом BT40.

Перед заказом лучше посмотреть обозначение в паспорте станка. На некоторых станках информация о необходимом штревеле указана на шильдике рядом с магазином инструмента.

Если паспорт недоступен, можно ориентироваться на штатный штревель с уже используемой оправки. При этом нужно проверить не только угол, но и остальные присоединительные размеры.

Неправильно подобранный штревель может привести к проблемам с зажимом оправки и даже к повреждению шпинделя.

Штревели с отверстием под СОЖ и без отверстия

Ещё одно отличие — наличие сквозного отверстия для подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

Если станок оснащён системой подачи СОЖ через шпиндель, может потребоваться штревель со сквозным отверстием и уплотнительным кольцом.

Если такая подача не предусмотрена, обычно применяется исполнение без отверстия.

Например, у нас есть:

• BT40-45 — штревель без отверстия под СОЖ, без уплотнительного кольца.
• BT40-45°CO — штревель с отверстием под СОЖ, с уплотнительным кольцом.

Такие же варианты представлены для конуса BT50.

Какой именно штревель использовать, определяется конструкцией станка. Поэтому лучше проверить этот момент до заказа, а не выяснять при установке оправки.

Что входит в комплект цангового патрона и какой нужен ключ?

При покупке цангового патрона стоит сразу проверить, какие принадлежности понадобятся для его использования.

Обычно цанговый патрон поставляется с зажимной гайкой. Цанга, ключ для затяжки и штревель приобретаются отдельно.

С выбором цанги всё достаточно просто. Если у вас патрон ER32 и фреза с хвостовиком диаметром 10 мм, нужна цанга ER32-10.

С ключами есть нюанс.

Дело в том, что для цанговых патронов применяются гайки нескольких типов: UM, A и M. Они отличаются формой и способом затяжки.

Рис. 5. Три варианта зажимных гаек: A, M и UM.

Гайки UM имеют специальные пазы под ключ. Гайки A отличаются наружной формой, а гайки M применяются в компактных исполнениях цанговых патронов.

Для каждого типа гайки нужен соответствующий ключ.

Например, для гайки ER32-UM потребуется ключ ER32-UM. Для гайки ER16-A — ключ ER16-A, а для ER16-M — ключ ER16-M.

Поэтому при заказе ключа нужно знать не только размер цанги, но и тип гайки, установленной на патроне.

Если этот момент не учесть, можно получить патрон и ключ, которые не подходят друг к другу.

Пример подбора оснастки для фрезы диаметром 10 мм

Рассмотрим обычную производственную задачу.

Есть фрезерный станок с ЧПУ с конусом шпинделя BT40. Нужно установить концевую твердосплавную фрезу диаметром 10 мм, с четырьмя зубьями.

Обработка не требует большого вылета, поэтому выбираем стандартный цанговый патрон ER32 длиной 70 мм.

Для такой сборки понадобятся следующие позиции:

В саму инструментальную сборку входят фреза, цанга, патрон с гайкой и штревель. Ключ и приспособление для закрепления оправок используются только при сборке.

Как собрать инструмент?

Для сборки удобнее всего использовать специальную стойку для оправок BT40. Она фиксирует патрон, чтобы его не приходилось удерживать руками при затяжке гайки.

Рис. 6. Приспособление для закрепления оправок BT при сборке.

Перед сборкой проверьте чистоту посадочных поверхностей патрона, цанги и хвостовика фрезы. Даже небольшая стружка, попавшая между деталями, может стать причиной биения.

Сначала вставьте цангу в гайку. Важно, чтобы цанга правильно защёлкнулась в эксцентриковом кольце гайки. Только после этого гайку с цангой устанавливают на патрон.

Затем вставьте фрезу на необходимую глубину и затяните гайку подходящим ключом. Момент затяжки следует брать из рекомендаций производителя патрона.

Штревель вкручивается в заднюю часть оправки. Перед установкой убедитесь, что он соответствует требованиям станка.

После сборки желательно проверить биение фрезы. Перед запуском программы также необходимо измерить длину инструмента и правильно внести её в корректор станка.

Несколько советов перед покупкой

Если вы подбираете цанговый патрон впервые, не стоит сразу покупать самый большой ER или самую длинную оправку «с запасом».

Большой патрон может мешать при обработке рядом со стенками, а лишний вылет снижает жёсткость и увеличивает вероятность вибраций.

Для начала посмотрите, какие фрезы и сверла чаще всего используются на вашем участке. Если основная часть инструмента имеет небольшие диаметры, возможно, будет достаточно ER16. Если нужны более универсальные возможности, стоит рассмотреть ER32.

По длине лучше начинать со стандартных патронов 60–80 мм. Удлинённые оправки имеет смысл покупать под конкретные задачи, где без дополнительного вылета не обойтись.

И обязательно проверьте комплектацию. Часто бывает, что патрон и цанги уже куплены, а про штревель или подходящий ключ забыли. В результате инструмент есть, но установить его на станок невозможно.

Правильно подобранный цанговый патрон должен подходить к шпинделю, надёжно удерживать инструмент и обеспечивать достаточную жёсткость для вашей обработки. Если учесть эти три условия, проблем с выбором оснастки будет значительно меньше.