Сверлильный станок с конусом морзе

Для закрепления инструмента на станках в машиностроении широко применяются хвостовики и оправки конической формы, называемой конусом Морзе. Эта простая и, в то же время, надежная конструкция позволяет быстро и максимально точно закрепить инструмент в патроне станка.

История создания

Появления такой конструкции, а так же происхождение самого названия до сих пор покрыто множеством тайн. Достоверно известно, что в 1863 году американский инженер Стивен Морзе зарегистрировал патент на изобретение спирального сверла, такого, которое известно нам и по сей день. До этого для изготовления сверла, скручивали заостренный плоский профиль.

В описании, запатентованного Стивеном Морзе спирально м сверле, нет никаких упоминаний об особой форме хвостовика, но по какой-то причине Бюро стандартов США внесло коническую форму в национальные стандарты. Считается, что изобретатель, запатентовав новую конструкцию сверла, направил опытные образцы в Бюро патентов, где была замечена и по достоинству оценена эта особенность.

Впоследствии была создана компания по производству, получившая его имя и занимавшаяся изготовлением инструмента для машиностроения. К концу 19 века компания серьезно расширилась и стала одним из ведущих производителей инструмента того времени. Произведенный ей продукт поставлялся во многие страны мира, в том числе и в Россию. За время ее существования было запатентовано еще несколько изобретений, но, ни одно из них не было связано с коническим исполнением хвостовиков инструмента. Так же есть сведения, что через какое-то время после основания сам изобретатель по неизвестным причинам покинул компанию, при этом его имя в названии сохранилось.

Так же известно еще несколько изобретателей с фамилией Морзе, живших в США в то время. И, возможно, автором этого изобретения является кто-то из них, но никакой информации, подтверждающей эту версию, нет. Поэтому официальным изобретателем конической формы хвостовика инструмента считается именно Стивен Эмброуз Морзе.

Особенности конструкции и основные типы конусов Морзе

Есть версия, что коническая конструкция появилась в результате постепенной эволюции токарного, фрезерного и сверлильного инструмента в результате изучения влияния износа инструмента на его характеристики и качество выпускаемых деталей. Было замечено, что в процессе работы инструмент с цилиндрическим хвостовиком изнашивался и начинал проворачиваться в кулачках, возникали биения и отклонения инструмента.

Наиболее оптимальной формой, позволяющей с максимальной точностью закрепить инструмент в станке, обеспечить быструю смену инструмента без отклонений, а так же обеспечить подачу СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) к рабочей части инструмента является конус.

В процессе развития технологий машиностроения появился так называемый метрический конус, который отличается от своих предшественников постоянной конусностью и угловыми размерами. Его конусность составляет 1:20, уклон – 1°51’56”, а угол – 1°51’51”, тогда как до этого конусность была переменной и варьировалась от 1:19,002 до 1:20,047.

Согласно классификации, принятой в ГОСТах СССР конусы Морзе принято разделять на малые, большие и общего применения.

Исходя из особенностей конструкции, на сегодняшний день различают три типа конусов Морзе:

Выпадение инструмента из шпинделя предотвращается самой конической формой хвостовика и отверстия в шпинделе или оправке. Дополнительно крепление хвостовика с лапкой в шпинделе происходит за счет вхождения лапки в специальный паз, резьбового – за счет резьбы в торце хвостовика.

Так же изготавливают инструмент с дополнительными пазами и отверстиями для подведения СОЖ. Это наиболее актуально для современных станков с ЧПУ.

Преимущества конуса Морзе

Кроме возможности быстрой смены инструмента и прочного закрепления его в станке, избегая смещения, а соответственно и перенастройки станка конус Морзе дает еще ряд преимуществ.

Во-первых, применение конуса Морзе привело к значительному уменьшения размеров хвостовика инструмента без потери надежности его закрепления в станке.

Во-вторых – придает дополнительный упор по оси крепления при меньшей длине инструмента по сравнению с цилиндрическим хвостовиком.

В-третьих – существенно снижает вероятность заклинивания инструмента в шпинделе.

Системы обозначения конусов Морзе

В России и странах ближнего зарубежья до сих пор принято классифицировать все виды конусов Морзе согласно советским ГОСТам. В них указаны основные параметры (конусность, длина, диаметры наружного и внутреннего конусов) для каждого вида конусов Морзе.

Даже сейчас, когда во всем мире производство инструмента регламентируется международными стандартами ISO и DIN, обозначения ГОСТ обозначения в нашей стране не потеряли свою актуальность. Более того, старые ГОСТы постоянно дорабатываются и совершенствуются.

На данный момент основным документом, регламентирующим обозначения и размеры конусов Морзе является ГОСТ 25557-2006 «Конусы инструментальные. Основные размеры», заменивший устаревший ГОСТ 25557-82. Ниже приведены примеры обозначения конусов Морзе из данного ГОСТ.

Так же существуют госты на отдельные виды инструмента, в которых применена эта конструктивная особенность. Например, ниже приведена таблица обозначений оправок с конусом Морзе для сверлильных патронов (ГОСТ 2682-86).

В соответствие с современными международными стандартами конусы Морзе подразделяются на 8 видов, обозначаемых маркировкой МТ и цифрами от 0 до 7 (например: МТ3), в Германии принята маркировка МК

Укороченные конусы Морзе

В процессе развития станкостроения появились станки, в которых размеры патронов под инструмент оказались меньше длины стандартных конусов Морзе, что создавало большие проблемы с подбором инструмента и установкой его в станок. Для таких станков был разработан отдельный вид укороченных конусов Морзе.

Главной особенностью таких конусов является то, что при сохраненном большем диаметре и конусности, длина хвостовика была уменьшена. При этом, укороченные конусы, благодаря сохранению своей формы, ни в чем не уступают стандартным. Они позволяют так же надежно закреплять инструмент и так же быстро производить его замену.

Ниже приведены основные размеры укороченных конусов Морзе:

Наименование
конуса

Применение станочного оборудования – это один из самых серьезных прорывов в сфере создания налаженной системы производства.

Станки, в особенности сверлильные, используются практически повсеместно, так как сочетают в себе высокую мощность, точность и хорошую скорость работы.

Патрон для сверлильного станка

В последние несколько десятков лет они практически полностью заменили ручной труд с применением ручным инструментов. В этой статье пойдет речь и патронах для сверлильных станков ГОСТ 8522-79.

1 Общая информация

Сверлильный станок, как уже понятно из названия, используется для создания различного рода заготовок и деталей, в производстве которых необходимо разрабатывать отверстия с помощью сверления.

Существует множество моделей такого оборудования (станки 2М112, 2Н106П и т.д.). Причем каждая из них имеет свои уникальные особенности.

Так, модель 2М112 является скорее стационарной, а модель 2Н106П – это представитель настольного оборудования для нарезания отверстий и резьбы в средних заготовках. Их характеристики и свойства контролирует текущий ГОСТ.

Однако вне зависимости от типа конструкции и модели, сверлильный станок (не имеет значения, будет это образец 2М112, 2Н106П или любой другой прототип) будет иметь схожую конструкцию.

Патрон сверлильный и калибр-конус Морзе 2

Являет он собой жесткую конструкцию на стальной раме. На раме расположен двигатель, который передает усилия на свои движущиеся части и вращает шпиндель станка.

От вращения шпинделя в движение приходит сам рабочий элемент станка. Так как именно в шпинделе есть элементы резьбы или креплений.

В разных станках есть разные способы крепления шпинделей и рабочих элементов. Одним из самых распространенных считается конусный зажим типа Морзе, который взаимодействует с базовой оснасткой шпинделя.

1.1 Особенности крепления рабочих инструментов

Непосредственно сверлильный станок работает за счет вращения сверла или элемента, что будет использоваться для нарезания резьбы, зенкования, расточки и т.д. Но для каждой такой работы необходимо применять разное оборудование. Так, для нарезания резьбы необходимо покупать резчики или метчики нужных размеров.

С их помощью можно создавать различные модификации стандартной резьбы, дотачивать ее или менять направления. Для выполнения расточки, зенкования и других подобных работ тоже необходимо применять уже свои, отдельные инструменты.

Для обычного сверления используют высокоточные или обычные сверла, что монтируются по зажимной или самозажимной технологии.

Проблема здесь в том, что все эти инструменты очень различны. Да и количество разновидностей станков тоже исчисляется сотнями (выше представленные модели 2М112, 2Н106П и т.д. являются всего лишь примерами, хоть и самыми удачными), а их особенности тоже стоит принимать во внимание.

Цанговые патроны для сверлильного станка

Так, настольный станок 2Н106П предназначается для более простых работ. А вот высокоточные модели типа 2М112 уже могут выполнять практически весь спектр работ, начиная от нарезания резьбы, и заканчивая сверлением под разными диаметрами.

В каждом станке может быть свой тип шпинделя. В моделях 2Н106П и 2М112 они различаются, а ведь это продукция одной серии и одного завода. Причем шпиндели могут различаться не только по общей конструкции, но и по мелким параметрам. Все эти нюансы оказывают огромное влияние на оснастку станков.

Для их нормального функционирования было придумано огромное количество дополнительного оборудования, переходников, конусов по самозажимной технологии и т.д.

Все они предназначаются для того, чтобы иметь возможность на один шпиндель установить максимальное количество возможной оснастки.

На том же станке 2М112 можно пользоваться как креплениями типа В18 или В16, что монтируются по самозажимной технологии, так и конусом Морзе старой технологии, переходниками, переводчиками и т.д.
к меню ↑

2 Популярные крепежные инструменты

Итак, существует множество моделей крепления для сверлильных инструментов. Все их положения регулирует текущий ГОСТ. Однако лучше от этого человеку не становится.

А все дело в том, что ГОСТ дает нам только примерные сведения о том, что такое этот инструмент, как он выглядит и где используется. Для получения большей информации приходится задействовать другие источники.

Схема крепления сверла в патроне

А ведь отличить тот же конус В18 от конуса В16 даже опытный мастер сможет не сразу. Простой же человек не сможет сказать, что такое конус Морзе, чем он отличается от конуса В18 или 16 (правильный ответ – ничем, ведь конусы В18 и 16 – суть одни и те же конусы Морзе, только под разные габариты).

И для чего они используются. Притом что ему в обязательно порядке еще придется проанализировать свойства своего станка. Например, станок 2М112 будет иметь отличные параметры шпинделя, если сравнивать с менее производительными моделями.

А ведь на рынке представлены еще и зажимной или самозажимной патрон ГОСТ 8522-79, а также различного рода переходники и другие подобные изделия. Для лучшего понимания сразу разграничим несколько понятий.
к меню ↑

2.1 Характеристики конусов Морзе

Конус Морзе – это специальный конический инструмент, что предназначается для крепления сверла или патрона внутри шпинделя.

Изобретен этот элемент Стивеном Морзе еще в позапрошлом веке. Изобретение Морзе стало настоящим прорывом в сфере промышленной обработки материалов.

Ведь теперь рабочим получалось намного быстрее менять оборудование на станке, а также без особых проблем приспосабливать разные инструменты для применения на нескольких типажах шпинделей.

Втулки переходные с конуса на конус Морзе

Со временем конус Морзе приобрел огромную популярность и стал выпускаться в большом количестве модификаций и разновидностей. Его разновидностями являются такие модели как:

Описывать их все мы не будем, так как на это уйдет слишком много времени. Только заранее отметим, что например, модели В16 и В18 отличаются друг от друга. Но сам показатель 16 не является полностью размерным.

То есть конус Морзе В16 не будет иметь длину 16 мм или высоту 16 мм, и даже диаметр в нем будет чуть больше 16 мм. Модель В16 – это конус под диаметр в 27 мм, что предварительно был сокращен и укорочен практически вдвое.

Дело в том, что изначально конусы Морзе были метрическими и выпускались в нескольких типоразмерах. Примером старых метрических конусов являются конусы Морзе:

Последним ходовым образом был конус КМ-7. Однако с миниатюризацией производства и повышением мощности двигателей изменились и требования к станкам.

Тот же станок 2М112 является улучшенной моделью более древнего и старого станка, что был примерно в 2 раза больше и тяжелее. Соответственно изменились патроны ГОСТ 8522-79, шпиндели и другое зажимное оборудование.

Вертикально сверлильный станок 2М112

В итоге рабочим пришлось переходить на новые стандарты. Но так как почти все шпиндели взаимодействовали с изобретением Стивена Морзе, то и конуса было решено приспособить.

Так и появились модели типа В16, В18 и т.д. Их попросту укорачивали почти в два раза, стараясь, таким образом, приспособить к новым стандартам.

В итоге конус В16 стал укороченной аналогией конуса КМ-2 с диаметром чуть больше 16 мм. А вот конус В18 во многом схож с моделью 16 образца, только он уже имеет диаметр 18 мм, так как изначально укорачивался с размера в 32 мм.
к меню ↑

2.2 Патроны для станков

Патроны – это уже следующий элемент зажимного механизма.

Если конус взаимодействует непосредственно со шпинделем и его внутренностями (в первую очередь он должен идеально подходить к внутреннему отверстию шпинделя), то патрон ГОСТ 8522-79 уже взаимодействует с самим конусом, ну или шпинделем (но такое в наше время практикую редко).

Более того, некоторые самозажимные патроны имеют хвостовую часть в виде конуса либо специально разрабатывались под идеальное с ним взаимодействие.

Такое решение совершенно оправдано. В первую очередь оно диктуется практически повсеместным переходом на использование конусов. Голые шпиндели сейчас применяют только в кустарных производствах либо при отсутствии подходящего оборудования.

Стандартный патрон с простейшим зажимным механизмом

Также стоит учитывать, что при наличии конуса основное разрушительное воздействие от вращения переходит именно на него. Зажимной патрон ГОСТ 8522-79 же остается практически нетронутым.

При желании его можно быстро и легко снять. В то время как съемка патрона с целевого шпинделя или самого конуса со шпинделя – это довольно сложный процесс.

Некоторые рабочие у станка даже нарезают на внешней части конуса резьбу и накладывают гайку, чтобы иметь возможность убрать самозажимной элемент с помощью ключа.

К тому же зажимной патрон требует меньше манипуляций. Их можно регулировать, настраивать диаметр входного отверстия, диаметр зажима и т.д.

Внутри патронов расположено несколько вращающихся деталей, которые можно затягивать. Креплением для инструментов выступают Т-образны планки, расстояние которых тоже можно регулировать.

По сути, зажимной патрон – это универсальная зажимная насадка на станок. Однако без конуса Морзе использовать ее было бы практически невозможно. Именно поэтому многие патроны ГОСТ 8522-79 изначально сочетают с конусами, хотя такие решения нельзя назвать полностью положительными.

Цанговые патроны с хвостовиком под конус Морзе

Зажимной Патрон может иметь разные диаметры как внешние, так и внутренние. Средний такой инструмент способен использовать сверла диаметром от 16 до 30 мм. Но есть и куда более крупные модели.

Есть зажимной и самозажимной патрон. Зажимной необходимо изначально затягивать ключами и подтягивать в случае необходимости. Самозажимной подтягивается самостоятельно, за счет вращения шпинделя. Самозажимной образец часто используется в промышленности, а вот в быту от него больше вреда, чем пользы.

По типу крепления и зажима сверл и инструментов для нарезки резьбы он тоже разделяется на несколько подвидов. Тут уже основные различия есть между способами зажима элементов. Одни из них предполагают использование специальных ключей, а затем ослабление резьбы.

Другие же достаточно немного ослабить кулачковыми вставками, а затем повернуть на один или несколько оборотов.

Тут уже подбор ведется в зависимости от типа работ и используемого станка. Например, на модель 2М112 чаще выбирают самозажимные патроны с кулачковыми креплениями под сверло.
к меню ↑

2.3 Особенности конструкции сверлильного патрона (видео)

Сверлильный патрон для станка или для обычной электродрели является обязательным устройством, которое обеспечивает надёжное фиксирование оснастки при выполнении им технологической операции. Разработаны и используются ряд конструкций патронов, которые стандартизованы отечественными ГОСТами, а также стандартами DIN.

Общие требования

Основными эксплуатационными условиями, определяющими эффективное использование сверлильных патронов в соответствующем оборудовании, являются:

1. Жёсткость крепления, которая не должна зависеть от числа оборотов, развиваемых шпинделем.
2. Отсутствие радиального биения сверла в пределах допустимых подач и твёрдости обрабатываемого материала.
3. Удобство установки в шпиндель станка.
4. Наличие дополнительных функциональных возможностей (например, подачи смазочно-охлаждающей жидкости к зоне сверления).

Жёсткость крепления всегда соотносится с материалом сверла и его свободной длиной. Например, для твердосплавных свёрл, устойчивость которых от продольного изгиба крайне мала, сверлильный патрон должен обеспечивать возможность своего самоцентрирования. Вторая задача жёсткости – обеспечить максимально возможные нагрузки на инструмент без риска его поломки.

Опасность радиального биения особо возрастает, если сверлению подвергают твёрдые и пористые материалы. В этих случаях сверло также теряет свою продольную устойчивость, и может вызвать неисправимый брак при сверлении.

В условиях частых переналадок универсального металлорежущего оборудования (к которому относится и любой сверлильный станок) сокращение подготовительно-заключительного времени – важный источник снижения трудоёмкости операции. При сверлении труднообрабатываемых материалов, а также при значительной глубине получаемого отверстия процесс часто приходится прерывать из-за необходимости охлаждения сверла. С этой целью конструкции современных сверлильных патронов предусматривают подачу смазочно-охлаждающих технологических сред (СОЖ) непосредственно во время проведения операции.

При производстве крепёжных узлов используются только определённые марки сталей. Чаще используется сталь 40Х по ГОСТ 4543-91, хотя в ряде зарубежных конструкций применяются и нержавеющие стали. Детали, предназначенные для непосредственного зажима сверла в патроне, изготавливаются из среднеуглеродистых сталей с термообработкой «улучшение», или из цементированных сталей. Поверхность сверлильных патронов отечественного производства, с целью повышения антикоррозионных характеристик, подвергают воронению.

Далее рассматриваются конструкции патронов, получивших наибольшее распространение.

Самозажимной патрон

Такие патроны (иногда называемые быстрозажимными), также иногда имеют в своей конструкции конические элементы, но в основном используют внутреннюю резьбу (она указывается в маркировке изделия).

Самозажимной патрон включает в себя:

1. Втулку с осевым отверстием в виде конуса.
2. Зажимное кольцо, снабжённое рифлениями.
3. Корпус.
4. Пару заклинивающих зажимных шариков.

Принцип действия самозажимного патрона заключается в том, что зажим сверла обеспечивается и поддерживается в ходе вращения самого шпинделя, что особенно полезно в условиях частого использования сверлильного станка. Сверло с коническим хвостовиком того же номера вставляется во втулку, а она — в отверстие корпуса. В результате зажимное кольцо приподнимается, а зажимные шарики входят в отверстия, имеющиеся на внешней поверхности сменной втулки. При опускании кольцевого элемента, шарики размещаются в отверстиях, и обеспечивают зажим приспособления.

Замена сверла в таком случае может производиться без выключения станка. Оператор только приподнимает кольцо, шарики разводятся, и освобождают сменную втулку, которая далее извлекается из приспособления. Впоследствии на её место может быть установлена новая сменная втулка, для чего проделываются те же манипуляции. Обычно комплект поставляется с несколькими разрезными втулками, имеющими разные номера конусов Морзе. Можно вставлять несколько деталей одна в одну, увеличивая тем самым количество возможных комбинаций.

Быстрозажимной патрон может иметь и иное исполнение, использующееся, когда в детали уже имеется отверстие, и требуется зацентрировать сверло (зенкер, развёртку) относительно его оси.

Для реализации поставленной задачи в приспособлении имеются подвижная оправка и поводок, который расположен в некруглом отверстии внутренней части корпуса. Компенсацию возможных осевых усилий выполняет подшипниковый узел. Муфта привинчивается к оправке, соединяя её с корпусом, и фиксируется снизу стопорным кольцом. Пружина, которая находится внутри оправки, выполняет её прижим к корпусу. Этим обеспечивается точное позиционирование патрона по глубине имеющегося отверстия. Съём патрона со шпинделя выполняется либо клиньями (плоскими или радиусными), либо эксцентриковым ключом.