Конус инструментальный

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

Схема инструментального конуса (наружные конусы с лапкой, наружные конусы без лапки, внутренние конусы(гнёзда)).

Конус Морзе № 2 (MT2).

Конус Морзе — одно из самых широко применяемых креплений инструмента. Был предложен Стивеном А. Морзе (он же изобретатель спирального сверла) приблизительно в 1864 году.

Конус Морзе подразделяется на восемь размеров, от КМ0 до КМ7 (англ. MT0-MT7, нем. MK0-MK7). Конусность от 1:19,002 до 1:20,047 (угол 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 конуса 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, выбрали конусность ровно 1:20 (угол 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	1:19,231	83,058
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 конуса Морзе

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

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 (захваты, фланцы, штревели, каналы подачи СОЖ и т. п.) и обозначениями. Конуса, изготовленные по разным стандартам, не всегда совместимы.

• ISO-конусы. Международный стандарт ISO 7388.
• DV, SK (от нем. Steilkegel). Немецкий вариант конуса. Стандарты DIN 2080, DIN 69871.
• NMTB (от англ. National Machine Tool Builders Association), NST. Американский вариант конуса. Стандарт ANSI B5.18.
• CAT, CV (от англ. Caterpillar V-Flange). Американский вариант конуса. Стандарт ANSI B5.50.
• BT — обозначение японской разновидности конуса по стандарту JIS B6339 (MAS403).
• NFE 62540 — французский стандарт.
• Советские и российские стандарты: ГОСТ 15945-82 — основные размеры конусов; ГОСТ 25827-93 — на конструкции хвостовиков; ГОСТ 19860-93 — на допуски.

Типоразмер конуса обозначается цифрой, существуют размеры от 10-го до 80-го с шагом 5. Например, ISO10, NMTB40, BT50. Для всех стандартов типоразмер конусной части одинаков.

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

HSK, КМ

HSK-конус (от нем. Hohlschaftkegel, 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

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.

Ну и если уж лезть в дебри, следует помнить что с конусом Капто гораздо легче сжечь или сломать шпиндель и даже локально разрушить станину (насажать забоин на направляющих), чем провернуть конус, потому что осевая устойчивость к провороту конуса многократно превосходит развиваемый момент на шпинделе станка. В этом смысле конус капто не отвечает требованиям по концентрации износа.

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

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

R8

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

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 конуса, 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 развернутые одновременно в обеих деталях, после их сборки. Конусность 1:50 соответствует углу уклона 0°34'.

Конус 1:30

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

Конус 1:24

Конусы для инструментов по американскому стандарту при размерах меньше конуса Морзе № 1.

Конус 1:20

Метрические конусы инструментов. Отверстия в шпинделях станков. См. Конус Морзе.

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 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

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

Конус 1:5

Концы шлифовальных шпинделей с наружным базирующим конусом ГОСТ 2323

Конус 1:4

Фланцевые концы шпинделей 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 7:64

Отверстия под оправки в столах зубодолбежных станков.