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. Существует много стандартов на различные конусы, различающиеся по конусности и исполнению.
Конус Морзе и метрический конус
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. Morse taper, MT0-MT7, нем. Morsekegel, MK0-MK7)[2][3][4]. 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 25557-2016 «Конусы инструментальные. Основные размеры.». В российском стандарте конус КМ7 отсутствует, 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 и без них. Инструмент с лапкой крепится в шпинделе заклиниванием этой лапки, для чего в рукаве некоторых шпинделей есть соответствующий паз. Лапка предназначена для облегчения выбивания конуса из шпинделя и предотвращения проворачивания. Инструмент с внутренней резьбой фиксируется в шпинделях штоком (штревелем), вворачивающимся в торец конуса. Конусы с резьбой гарантируют невыпадение инструмента и облегчают извлечение заклинившего конуса из шпинделя. Шпиндель обычно делается под один из вариантов фиксации: с лапкой, со штревелем или с фиксацией трением. Поскольку угол конуса меньше, чем угол трения, фиксация хвостовика в гнезде может также происходить только за счёт сил трения без использования штревелей и лапок.
Некоторые конусы снабжаются системой отверстий и канавок для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).
Метрический конус
По мере развития станкостроения понадобилось расширить диапазон размеров конусов Морзе как в большую, так и в меньшую стороны. При этом, для новых типоразмеров конуса выбрана конусность ровно 1:20 (угол конуса 2°51’51", уклон конуса 1°25’56") и названа метрический конус (англ. Metric Taper). Типоразмер метрических конусов указывается по наибольшему диаметру конуса в миллиметрах. ГОСТ 25557-2016 также определяет уменьшенные метрические конусы № 4 и № 6 (англ. ME4, ME6) и большие метрические конусы № 80, 100, 120, 160, 200 (англ. ME80 — ME200).
Конструктивных различий между конусом Морзе и метрическим нет.
| 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[сн 1] | КМ 0 | 1:19,212 | 9,045 | 9,2 | 6,4 | - | 6,1 | 6 | 6 | 6,7 | 50 | 53 | 56,3 | 59,5 | 52 | 49 |
| КМ 1 | 1:20,047 | 12,065 | 12,2 | 9,4 | M6 | 9 | 8,7 | 9 | 9,7 | 53,5 | 57 | 62 | 65,5 | 56 | 52 | |
| КМ 2 | 1:20,020 | 17,780 | 18 | 14,6 | M10 | 14 | 13,5 | 14 | 14,9 | 64 | 69 | 75 | 80 | 67 | 62 | |
| КМ 3 | 1:19,922 | 23,825 | 24,1 | 19,8 | M12 | 19,1 | 18,5 | 19 | 20,2 | 80,1 | 86 | 94 | 99 | 84 | 78 | |
| КМ 4 | 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 | |
| КМ 5 | 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 | |
| КМ 6 | 1:19,180 | 63,348 | 63,8 | 53,9 | M24 | 52,4 | 51 | 51 | 54,6 | 182 | 190 | 210 | 218 | 188 | 177 | |
| КМ 7[сн 2] | 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 |
Укороченные конусы Морзе
Для многих применений длина конуса Морзе оказалась избыточной, поэтому были придуманы девять типоразмеров укороченных конусов Морзе, полученных «удалением» примерно половины исходных конусов. Цифра в обозначении укороченного конуса — округлённый диаметр новой толстой части конуса в мм. Российский стандарт на укороченные конусы ГОСТ 9953-82 «Конусы инструментов укороченные. Основные размеры.». В скобках приведены обозначения по старому ГОСТ 9953-67 (с буквой a конуса, у которых осталась более тонкая часть, а с буквой b — более толстая).
- B7 (0a) — укороченный до 14 мм КМ0.
- B10 (1a), B12 (1b) — укороченный до 18 и 22 мм соответственно КМ1.
- B16 (2a), B18 (2b) — укороченный до 24 и 32 мм соответственно КМ2.
- B22 (3a), B24 (3b) — укороченный до 45 и 55 мм соответственно КМ3.
- B32 (4b) — укороченный до 57 мм КМ4.
- B45 (5b) — укороченный до 71 мм КМ5.
Конус 7:24
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. Конусы, 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.
- Всё 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 (переименован в DIN ISO 7388-1).
- 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 стандарту 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 одного типоразмера 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 одного типоразмера.
| Типоразмер | D | L | Резьба штревеля | 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 конусы обычно изготавливают со сменными штревелями, что улучшает совместимость оборудования разных стандартов.
HSK, КМ
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 конусы ISO 12164, DIN 69893, ГОСТ Р ИСО 12164. Конусность 1:10.
Имеет несколько конструктивных разновидностей фланцев, обозначаемых буквами A, B, C, D, E, F, T. 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. HSK-T используется на токарно-фрезерных станках для возможности установки резцов в шпиндель при токарной обработке. У HSK-T шпонка выполняется точнее, чем у других конусов, для точной установки вершины резца. HSK-A и HSK-T взаимозаменяемы.
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 массового распространения. Конструкция КМ не запатентована.
Capto
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 (есть вогнутые и выпуклые) 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 — жёсткость 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
При всей своей привлекательности этот конус не отвечает требованию концентрации износа. (То есть при превышении нагрузки на шпиндель — сгорит шпиндель, но Capto не провернется)
Brown & Sharpe, Jacobs, Jarno
По внешнему виду и сферам применения похожи на конусы Морзе[5]. Спецификации конусов являются внутрифирменными, национальных или международных стандартов на них нет. Получили распространение, в основном, на территории США.
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
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
Конус 1:50
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 развёрнутые одновременно в обеих деталях, после их сборки. Конусность 1:50 соответствует углу уклона 0°34'[6].
Конус 1:30
Конусы насадных развёрток, зенкеров и оправки для них. Конусность 1:30 соответствует углу уклона 0°55'[6].
Конус 1:20
Конусы шпинделей крупных токарных и расточных станков и хвостовиков инструментальных оправок. ГОСТ 25557-2016
Конус 1:16
Резьба обсадных труб 6 5/8", бурильных и насосно-компрессорных труб, резьба трубная коническая общего назначения.
Конус 1:10
Концы валов электрических и других машин и соответствующие им муфты. ГОСТ 12081-72.
Центры упорные и конусы инструментов для тяжелых станков. ГОСТ 7343—72.
Отверстия под заклёпки в котельных листах, мостовых и корабельных конструкциях (т. н. котельный конус).
Конус 1:7
Пробковые краны, центры упорные для тяжёлых станков, конусы инструментов (ГОСТ 7343—72).
Конус 1:5
Концы шлифовальных шпинделей с наружным базирующим конусом ГОСТ 2323
Конус 1:4
Фланцевые концы шпинделей токарных, револьверных и других станков, резьба замков в нефтепромышленности.
Конус 1:1,866
Центры станков, центровые отверстия, потайные и полупотайные головки заклёпок диаметром 16—25 мм, потайные головки винтов диаметром 22—24 мм.
Конус 1:0,866
Зажимные цанги.
Конус 1:0,652
Потайные головки болтов, потайные и полупотайные головки заклёпок диаметром 10—13 мм.
Конус 7:24
Отверстия под оправки в столах зубодолбёжных станков.
Примечания
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
