Oprawka narzędziowa to element łączący wrzeciono maszyny z narzędziem skrawającym.

 

Ma trzy podstawowe elementy:

  • -trzpień walcowy lub stożkowy jako chwyt do mocowania w gnieździe obrabiarki, jego zadaniem jest ustalenie oprawki współosiowo d wrzeciona maszyny,
  • -kołnierz o różnej budowie służący przede wszystkim do przeniesienia napędu na narzędzie (siły tarcia są już niewystarczające) w oprawkach o stożku SK 7:24. Kolejne zadania tego kołnierza pojawiły się w miarę rozwou obrabiarek. Dodano rowek na obwodzie służący automatycznej wymianie oprawki z narzędziem (DIN69871, BT-MAS 403BT), dodano również dodatkowe wycięcie (oprócz dwóch standardowych służących do przeniesienia napędu) dla bardziej dokładnego ustalenia położenia kątowego narzędzia względem osi obrotu. Jest to ważne np. przy operacji gwintowania, aby gwintownik zaczynał operację zawsze w tym samym miejscu (DIN69871),
  • -zespół mocowania narzędzia skrawającego, tutaj spotykamy kilka typów w zależności od zastosowania, sposobu mocowania narzędzia:
    • -trzpienie frezarskie
    • -trzpienie wiertarskie
    • -oprawki zaciskowe na tulejki ER
    • -oprawki zaciskowe WELDON
    • -oprawki termokurczliwe

 

Typy trzpieni-chwytów

 Każdy typ trzpienia ma inną budowę wykonaną według norm i ustanowionych standardów. Wrzeciono maszyny kompatybilne jest z tylko jednym typem stożka:

 

Trzpienie w ręcznych oprawkach

 

R8

Większość frezarek z domeną manualnego działania wykorzystuje oprawki z trzpieniem R8, których chwyt jest walcem o długości 3 1⁄16″ cala, zakończony gwintem 7⁄16″-20.

Zdefiniowany stożek występuje tu jedynie na długości 15⁄16″ cala pod kątem 16,85°.

oprawka R8

 

Stożek Morse'a

Stożek Morse’a wynalazł w połowie lat sześćdziesiątych XIX wieku Stephen A. Morse. Od tamtej pory znacznie się rozwinął obejmując zarówno mniejsze jak i większe rozmiary, które zostały przyjęte jako standard przez liczne organizacje, takie jak Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) jako ISO 296, oraz Niemiecki Instytut Normalizacyjny (DIN) jako DIN 228-1. Jest jednym z najczęściej używanych typów w chwytach wierteł krętych z chwytem stożkowym oraz rozwiertaków maszynowych, we wrzecionach wiertarek pionowych oraz konikach tokarek.

Stożki Morse produkowane są w ośmiu rozmiarach, oznaczanych liczbami całkowitymi od 0 do 7. Często oznaczane są skrótem MT/MK/MS z podaną cyfrą, dla przykładu stożek Morse’a o rozmiarze 4 oznaczony by był jako MT4.

Stożki Morse’a są typem samohamownym i mogą posiadać trzy różne końcówki:

  • - z płetwą (DIN228-B: luzowane za pomocą wybijaka)
  • - z gwintem (DIN228-A: mocowane w gnieździe za pomocą ściągacza)
  • - płaskie (bez płetwy lub gwintu)

 

oprawka ze stożkiem morse'a

darmet_chwyt_morse_228a.jpg

DIN 228-A

darmet_chwyt_morse_228b.jpg

darmet_chwyt_morse.jpg

DIN 228-B

K

a

[mm]

b

[mm]

c

[mm]

d

[mm]

d1

[mm]

D

[mm]

D1

[mm]

e

[mm]

f

[mm]

l1

[mm]

l2

[mm]

α/2

R

[mm]

M

1 3,5 5,2 13,5 8,7 9,0 12,065 12,2 16 55,0 62,0 53,5 1°25'43" 5 M6
2 5,0 6,3 16,0 13,5 14,0 17,780 18,0 24 31,5 75,0 64,0 1°25'50" 6 M10
3 5,0 7,9 20,0 18,5 19,0 23,825 24,1 24 33,5 94,0 81,0 1°26'16" 7 M12
4 6,5 11,9 24,0 24,5 25,0 31,267 31,6 32 42,5 117,5 102,5 1°29'15" 8 M16
5 6,5 15,9 29,0 35,7 35,7 44,399 44,7 40 52,5 149,5 129,5 1°30'26" 10 M20
6 8,0 19,0 40,0 51,0 51,0 63,384 63,8 47 61,5 210,0 182 1°29'36" 13 M24

 

 

Trzpienie w centrach obróbczych

Oprawki narzędziowe składają się z dwóch głównych części: trzpienia w kształcie stożka oraz uchwytu narzędziowego, które przedzielone są specjalistycznym i zestandaryzowanym kołnierzem wpasowującym się we wrzeciono maszyny.
Stożek oraz kołnierz muszą idealnie wpasować się we wrzeciono, aby umożliwić maszynie precyzyjne przeniesienie siły z wrzeciona na narzędzie zamocowane w oprawce narzędziowej.
Sama oprawka przy odpowiednim dopasowaniu montowana jest za pomocą śruby dociągowej lub blokadą przy zamontowanej końcówce ściągającej potocznie zwanej "grzybkiem".
Stożek trzpieniowy występuje w kilku rozmiarach w zależności od rodzaju oprawki, rozmiar ten określa maksymalną średnicę wrzeciona:

  • - SK30 - 31,75 mm
  • - SK40 - 44,45 mm
  • - SK50 - 69,85 mm

Rozmiary te jednak nie zmieniają zbieżności stożka, który ma stałą wartość 3 ½:12" w calach lub 7:24 w mm.

 

Chwyt DIN69871, CAT, CV lub V-Flange

Jest to najbardziej powszechny i stosowany typ stożka z rowkiem na obwodzie kołnierza (dzielącym go symetrycznie) i służy do automatycznej albo ręcznej wymiany narzędzi.

Główny udział w przenoszeniu momentu obrotowego mają kamienie zabierakowe. Są one rozmieszczone symetrycznie na powierzchni czołowej wrzeciona, aby zagwarantować odpowiednie ustawienie narzędzia.

Oprawki mają zastosowane odpowiednie kanały do chłodzenia narzędzia przez ich wnętrze. Najczęściej stosowanym systemem AD/B. Jest to kombinacja otworu przelotowego (AD) do centralnego doprowadzania cieczy chłodząco-smarującej lub bocznie, przez kołnierz (B).

DIN 69871 tool holder

darmet_chwyt_din_69871_b.jpg

darmet_chwyt_din_69871_b.jpg

K

B

[mm]

D1

[mm]

D2

[mm]

D3

[mm]

D4

[mm]

D5

[mm]

D6

[mm]

L1

[mm]

L2

[mm]

L3

[mm]

L4

[mm]

L5

[mm]

M

30 16,1 31,75 13 59,30 50,00 44,30 45 47,80 24 16,4 19,0 15,0 M12
40 16,1 44,45 17 72,30 63,55 56,25 50 68,40 32 22,8 25,0 18,5 M16
50 25,7 69,85 25 107,25 97,50 91,25 80 101,75 47 35,5 37,7 30,0 M24

 

Chwyt BT - MAS 403 BT

Najnowsza konstrukcja ze stożkiem SK 7:24 znana również jako: JMTBA MAS-403 "BT", JIS B 6339 - 1986, JIS B6339 - 1992, ISO 7388/1 - 1983.

Opatentowane w Japonii z  rowkiem na podwójnym kołnierzu, dzielącym oprawkę symetrycznie i służy do automatycznej i ręcznej wymiany narzędzi.

Do oprawek z chwytem narzędzi według BT-MAS 403BT są stosowane sworznie-grzybki mocujące co w połączeniu ze specjalnym rowkiem na obwodzie służy do szybkiej, automatycznej wymiany narzędzia.

Oprawki mają zastosowane odpowiednie kanały do chłodzenia narzędzia przez ich wnętrze. Najczęściej stosowanym systemem AD/B. Jest to kombinacja otworu przelotowego (AD) do centralnego doprowadzania cieczy chłodząco-smarującej lub bocznie, przez kołnierz (B).

Największą zaletą tego niesamohamownego stożka jest symetryczna konstrukcja (kamienie zabierakowe są symetrycznie rozmieszczone), która zapewnia precyzję na wysokim poziomie oraz znacząco redukuje bicie przy wysokich obrotach wrzeciona w porównaniu z chwytem DIN69871.

MAS 403-BT tool holder shank taper

darmet_chwyt_mas_403_bt_a.jpg

darmet_chwyt_mas_403_bt_b.jpg

K

a

[mm]

B

[mm]

d

[mm]

D1

[mm]

D2

[mm]

D3

[mm]

D4

[mm]

D5

[mm]

e

[mm]

f

[mm]

x

[mm]

y

[mm]

L1

[mm]

L2

[mm]

L3

[mm]

M

30 2 16,1 8 31,75 12,5 56,1 46 38 20 13,6 4 8 48,4 24 16,3 M12
40 2 16,1 10 44,45 17,0 75,6 63 53 25 16,6 5 10 65,4 30 22,6 M16
50 3 25,7 15 69,85 25,0 119,0 100 85 35 23,2 7 15 101,8 45 35,4 M24

 

 

Chwyt ISO (DIN 2080)

Stożki ISO występują również pod innymi oznaczeniami np.: DIN2080, NMTB, QC.

Chwyty narzędzi według DIN 2080 są wkręcane we wrzeciono ręcznie, za pomocą pręta dociągającego z gwintowanym sworzniem. Wskutek ręcznego wkręcania wymiana narzędzia wymaga dłuższego czasu niż wymiana automatyczna. Dlatego DIN 2080 odgrywa coraz bardziej drugorzędną rolę.

Większa średnica oprawki sprawia, że oprawki ISO zapewniają większą stabilność niż ta, którą można osiągnąć ze stożkami Morse’a. Występują różne modyfikacje stożków ISO, oprawki ze stożkiem szybkowymiennym (Quick Change), oprawki skrócone bez pilota, oprawki zakończone pilotem z gwintem zewnętrznym.

ISO DIN2080 NMTB tool holder

darmet_chwyt_iso_din_2080_a.jpg

darmet_chwyt_iso_din_2080_b.jpg

K

a

[mm]

B

[mm]

D

[mm]

D1

[mm]

D2

[mm]

F

[mm]

L1

[mm]

L2

[mm]

L3

[mm]

L4

[mm]

M

30 1,6 16,1 50 31,75 17,4 8 68,4 24 33,5 16,2 M12
40 1,6 16,1 63 44,45 25,3 10 93,4 30 42,5 22,5 M16
50 3,2 25,7 97,5 69,85 39,6 12 126,8 45 61,5 35,3 M24

 

 

Stożkowy chwyt drążony HSK (Hohl Shaft Kegel)

Rozwój technologii narzędzi i obrabiarek spowodował ogromny wzrost możliwej prędkości skrawania (Vc), a więc i skrócenie czasu operacji. Możliwe stały się obroty wrzeciona rzędu 20.000 obr. / min. i więcej. Wówczas okazało się, że niezwykle ważne staje się dokładne wyważenie oprawki i każda asymetria, czy nierównomiernie rozłożona masa staje się problematyczna. Oprawki z chwytem ISO, DIN, czy BT okazały się trudne do wyważenia przy tak wysokich obrotach.

Stworzono więc oprawkę typu HSK o mniejszej masie rozłożonej bardziej symetrycznie. Jednocześnie wysoka dokładność wykonania (stożek 1:10, powierzchnia styku kołnierza z czołem wrzeciona) sprawia niezwykle dokładne ustalenie oprawki we wrzecionie pod względem współosiowości i ustawienia wzdłużnego (przy takiej dokładności wykonania pojawia się możliwość oparcia kołnierza oprawki o czoło wrzeciona, czego nie można uzyskać w innych chwytach oprawek). Unikalna konstrukcja powoduje wzrost sztywności (mimo mniejszej masy) co staje się dużą zaletą przy ogromnych prędkościach obrotowych. Dodatkową zaletą jest wyeliminowanie grzybka mocującego.

Moment obrotowy jest przenoszony przez połączenie kształtowe, wykonane w postaci dwóch rowków zabierakowych na końcu chwytu o równej szerokości i różnej głębokości, oraz przez połączenie cierne, dzięki istniejącemu wciskowi pomiędzy chwytem i uchwytem. Przyleganie do powierzchni czołowej służy do osiowego ustalenia uchwytu HSK w zamocowaniu i do zwiększenia sztywności przy obciążeniu zginającym. Stożkowy chwyt drążony ustala złącze promieniowo i zapewnia miejsce dla umieszczonego wewnątrz systemu mocowania. Otwór przelotowy w chwycie jest konieczny do uruchamiania ręcznych systemów mocowania. Rowek trapezowy, rowki zabierakowe oraz rowek ustalający na kołnierzu służą jako powierzchnie ustalające do automatycznej i zapewniającej właściwe ustawienie wymiany narzędzi. Średnica wewnętrzna kołnierza określa wielkość uchwytu HSK.

W miarę rozwoju powstało wiele typów: HSK-A, HSK-E, HSK-F, HSK-T różniących się szczegółami budowy krawędzi, płaszczyzn ustalających i mocujących.

Najpopularniejszym typem jest HSK-A z kołnierzem i rowkiem umożliwiającym automatyczną wymianę narzędzia, a jednocześnie  otworem na płaszczyźnie stożka do mocowania ręcznego.

HSK tool holder

 

Dobór oprawki pod wysokie obroty wrzeciona

Najważniejszymi kryteriami, którymi powinniśmy się kierować przy odpowiednim doborze oprawki są:

  • - bicie/dokładność,
  • - wyważenie.

Bicie / Dokładność

Oprawkę należy dobrać kierując się odpowiednio z możliwie najmniejszym biciem lub z największą dokładnością.
Wartości te wskazują na położenie pracującego narzędzia względem precyzyjnie wymierzonego środka wrzeciona maszyny.
Każdy dodatkowy element, taki jak na przykład: tuleja redukcyjna lub tulejka zaciskowa zmienia te wartości, dlatego najlepiej jest, aby między wrzecionem, a narzędziem zastosowanych było jak najmniej akcesoriów.

Wyważenie

Wysoka prędkość wrzeciona wymaga równie wysokiej wytrzymałości zamontowanej oprawki, która musi być odpowiednio wyważona, aby żadne generowane siły skrawające nie przenosiły się i nie wpływały na konstrukcję oprawki narzędziowej, czy też samej maszyny.

Wysoka prędkość wrzeciona wymaga odpowiedniego wyważenia, aby zminimalizować drgania wpływające na dokładność obróbki, ale też na żywotność oprawki. Oprawki na stożku SK były wyważane w klasie G 6,3 do 15.000 obr/min co jest standardem przy produkcji oprawek. Natomiast oprawki typu HSK coraz częściej wyważa się w klasie G 2,5 do 40.000 obr/min.

 

Typy oprawek narzędziowych

Oprawki zaciskowe ER:

  • - Zbudowane z trzpienia i części mocującej,
  • - Wszechstronne narzędzie, ponieważ w części mocującej stosujemy jednakowe koszyczki o różniej średnicy wewnętrznej, w których montujemy narzędzia skrawające, tj. wiertła, frezy, itp.

collet chuck holder

Standardowe tulejki zaciskowe ER:

  • - Do większości prac przy wierceniu i frezowaniu na mniejszych prędkościach obrotowych,
  • - Bicie na bardzo niskim poziomie,
  • - Maksymalna prędkość robocza: 30 000 obr./min,
  • - System nakrętek nie zapewnia wysokiej jakości obróbki przy dużych prędkościach obrotowych.

ER collet

Tulejki zaciskowe z dwoma krawędziami (DA):

  • - Stosowany przy prostych pracach ślusarskich, głównie wierceniu,
  • - Najprostszy możliwy system.

collet DA Series double angle system

Oprawki zaciskowe Weldon:

  • - Do ciężkich prac obróbczych,
  • - Głównie do mocowania frezów,
  • - Śruby dociskowe precyzyjnie układają się na spłaszczeniu narzędzia, co zapewnia stabilny chwyt,
  • - Znacząco stabilniejsze od oprawek na koszyczki wykorzystujących tulejki zaciskowe.

end mill holder weldon

Oprawki hydrauliczne:

  • - Bardzo łatwe w użyciu,
  • - Wykorzystywane przy obróbce dokładnej, tam gdzie tolerancja jest najmniejsza,
  • - Bardzo duża żywotność montowanego narzędzia,
  • - Wysoka jakość wyważenia, która niesie za sobą redukcję drań oraz zminimalizowane bicie.

hydraulic tool holder

Oprawki do frezowania:

  • - Do prac precyzyjnych przy niskich prędkościach obrotowych,
  • - Wysoka jakość wyważenia, znacząca redukcja sił bocznych,
  • - Maksymalna prędkość: 8 000 - 12 000 obr./min.

milling chuck

Trzpienie frezarskie:

  • - Do stosowania wraz z frezami nasadzanymi,
  • - W komplecie otrzymamy śrubę dociskową frez z łbem krzyżowym lub walcowym, w zależności od rozmiaru trzpienia.

shell mill holder

Oprawki termokurczliwe:

  • - Do standardowych prac z większą precyzją i posuwem,
  • - Wysokiej jakości wyważenie oprawki, co daje możliwości stosowania narzędzi o bardzo małej średnicy,
  • - Możliwe są bardzo wysokie prędkości obrotowe.

shrink fit holder