Патрон для фрезы: цанговый, Weldon или термопатрон

Патрон для концевой фрезы выбирают по двум параметрам: биению на режущей кромке и тому, насколько крепко он держит фрезу под нагрузкой. Цанговый ER универсален и недорог. Weldon с боковым винтом надёжно держит фрезу, но смещает её с оси. Термопатрон и гидропатрон дают биение около 0,003 мм и требуют хвостовик с допуском h6. Ниже разбор пяти типов, сравнительная таблица и рекомендации для черновой и чистовой обработки.

Что патрон меняет в работе фрезы

Биение заставляет один зуб срезать больше остальных. Этот зуб изнашивается и выкрашивается первым, стойкость фрезы падает, шероховатость растёт. В одном из примеров Haimer твердосплавная фреза Ø20 мм в патроне Weldon при контурном фрезеровании стали изнашивалась по одному зубу, а сколы шли со стороны, противоположной лыске.

Вторая задача патрона: не дать фрезе провернуться и выйти. Винтовая канавка при резании создаёт осевую силу, которая тянет фрезу из патрона. По словам специалиста Sandvik Coromant, вытягивание особенно грозит фрезам с углом спирали 50° и больше: чем круче спираль, тем сильнее тянет. Вылезшая фреза удлиняется и уходит в материал глубже, чем задано программой.

Биение на кромке складывается из всей цепочки: оправка, цанга или втулка, гайка, хвостовик фрезы. Цифра в карточке патрона относится к его корпусу, а не к фрезе. Про конус оправки и штревели есть отдельная статья о конусах BT с таблицей размеров.

Цанговый патрон ER

Разрезная цанга сжимается гайкой по конусу и обжимает хвостовик по окружности. Одна цанга перекрывает небольшой диапазон диаметров, поэтому оправка с набором цанг закрывает весь ряд фрез: от 1 мм в цангах ER8 до 26 мм в ER40. Sandvik Coromant называет цанговый патрон экономичным универсальным патроном для сверления и лёгкого фрезерования.

Слабые стороны цанги: точность и удержание. Допуск биения обычной цанги по DIN 6499 составляет 0,015-0,025 мм в зависимости от диаметра, у цанг повышенной точности производители заявляют 0,005-0,010 мм. Держит цанга только трением, и при тяжёлой черновой обработке этого может не хватить: по оценке BIG Daishowa, термо- и гидропатроны держат примерно вдвое крепче.

Гайку затягивают ключом с моментом из паспорта, лучше динамометрическим: Sandvik отдельно предупреждает о перетяжке. Размеры цанг ER8-ER40, диапазоны зажима и порядок установки цанги в гайку собраны в статье о размерах цанг ER вместе с таблицей.

В каталоге есть цанговые оправки BT30, BT40 и BT50 под цанги ER16-ER40 с вылетом 70-150 мм и цанги ER8-ER40 серии SYER. В карточке оправки BT30-ER16-70 указаны биение 0,003 мм, гайка в комплекте, балансировка G6,3 при 15 000 об/мин или G2,5 при 25 000 об/мин и подача СОЖ через центр или через фланец. Подача СОЖ в зону резания и выбор СОЖ для фрезерного станка разобраны в отдельных статьях.

Для глубоких карманов есть удлинитель: цанговая оправка C20-ER с цилиндрическим хвостовиком 20 мм и вылетом 100 или 150 мм. Её хвостовик зажимают в основном патроне, биение по карточке не больше 0,005 мм.

Патрон Weldon с боковым винтом

Патрон с боковым винтовым зажимом (SLA, Weldon, side lock) держит фрезу винтом, который упирается в лыску на хвостовике. Винт работает как упор: фреза не проворачивается и не выходит из патрона. Поэтому Weldon спокойно переносит черновую обработку, а для фрез со сменными пластинами Sandvik Coromant ставит его вторым выбором после гидропатрона. Патрон простой и дешёвый, фрезу меняют шестигранным ключом.

Плата за надёжность: точность. Винт прижимает хвостовик к одной стороне отверстия и сдвигает фрезу с оси, поэтому один зуб работает больше остальных. Haimer в сводной таблице даёт для Weldon биение 0,03 мм на вылете трёх диаметров, а в материалах о Safe-Lock пишет о биении до 0,05 мм. Само отверстие патрона может быть точным: в карточке нашего BT30-SLA20-70L указано биение в пределах 0,005 мм, но смещение от винта к нему добавится.

Под Weldon нужен хвостовик с лыской: DIN 1835 B у стальных быстрорежущих фрез, DIN 6535 HB у твердосплавных. При диаметре 6-20 мм лыска одна, при 25 и 32 мм их две, и патрон под такие хвостовики обычно зажимает фрезу двумя винтами. Разновидность Whistle Notch рассчитана на наклонную лыску 2° (DIN 1835 E, DIN 6535 HE), которая при затяжке подтягивает фрезу внутрь патрона. В каталоге есть патроны SLA с конусом BT40 под хвостовики 6-32 мм и с конусами BT30 и BT50 под 20, 25 и 32 мм.

Термопатрон

Термопатрон держит фрезу посадкой с натягом: отверстие в нём чуть меньше хвостовика. Патрон нагревают индукционной катушкой, отверстие расширяется, фрезу вставляют, а после остывания патрон обжимает хвостовик по всей длине посадки. Haimer указывает для своих термопатронов биение меньше 0,003 мм и балансировку G2,5 при 25 000 об/мин. Подходят твердосплавные и быстрорежущие фрезы с хвостовиком в допуске h6.

Нос у термопатрона тонкий, он подходит близко к стенкам глубоких форм. Минусы в обслуживании. Нужна установка индукционного нагрева, фрезу меняют вне станка, нагрев по данным BIG Daishowa занимает секунды, а остывание несколько минут. Каждый патрон рассчитан на один диаметр хвостовика, а хвостовик и отверстие должны быть чистыми и без масла.

От вытягивания при тяжёлом фрезеровании Haimer предлагает систему Safe-Lock: на хвостовике фрезы шлифуют спиральные канавки, в патроне стоят ответные поводковые элементы, и фреза не может ни провернуться, ни выйти. Фрезы с такими канавками можно зажимать и в обычных патронах под гладкий хвостовик HA.

Гидропатрон

В корпусе гидропатрона есть камера с маслом, отделённая от отверстия тонкой стенкой. Зажимной винт сдавливает масло, стенка равномерно обжимает хвостовик. Фрезу меняют шестигранным ключом прямо у станка: винт заворачивают до упора, дополнительное оборудование не нужно. Schunk для гидропатронов TENDO указывает биение и повторяемость меньше 0,003 мм, а через переходные втулки в них зажимают диаметры от 0,8 до 25 мм.

Масло в камере гасит вибрации, поэтому BIG Daishowa рекомендует гидропатрон для чистового фрезерования, развёртывания и сверления. Правила эксплуатации строже, чем у цанги:

• хвостовик в допуске h6 и без забоин, из лысок BIG Daishowa допускает только Weldon по DIN 1835 B;
• фрезу вставляют глубже минимальной длины зажима, а патрон без инструмента не зажимают: это повреждает его изнутри;
• черновые фрезы со стружкоделительными канавками на зубьях создают вытягивающую силу, для них BIG Daishowa советует силовой патрон;
• хвостовик и отверстие обезжиривают: Schunk для патрона TENDO E compact Ø20 мм указывает передаваемый момент до 900 Н·м на сухом хвостовике и 520 Н·м на замасленном.

Силовой патрон

Силовой (роликовый) патрон зажимает фрезу гайкой через игольчатые ролики, которые равномерно сжимают зажимную втулку с тонкими прорезями. Это самый мощный зажим из перечисленных: по данным BIG Daishowa, у термо- и гидропатронов примерно половина его усилия. Биение у хороших силовых патронов около 0,01 мм, BIG KAISER заявляет для модели HMCJ 10 мкм на вылете четырёх диаметров.

Нос у силового патрона массивный, к стенкам глубоких карманов он подходит хуже термопатрона, а мелкие диаметры зажимают через переходные цанги. Его задача: тяжёлое фрезерование фрезами крупного диаметра, где удержание важнее компактности.

Сравнение патронов для фрез

Значения биения взяты из сводной таблицы Haimer для вылета трёх диаметров. Это ориентир, а не гарантия для конкретного патрона. Удержание дано по оценке BIG Daishowa (Sandvik Coromant ставит силовой патрон по удержанию ниже гидро- и термопатрона), цена по материалам BIG Daishowa и производителя оснастки Maritool.

Второе ограничение задаёт хвостовик фрезы. Его тип указан в каталоге производителя фрезы.

Что выбрать под черновую и чистовую обработку

Черновая обработка, где снимают много металла и фрезу тянет из патрона:

• Weldon: простой и надёжный вариант для фрез с лыской, включая фрезы со сменными пластинами;
• силовой патрон: тяжёлое фрезерование крупными фрезами и черновые фрезы со стружкоделительными канавками;
• термопатрон: если есть установка нагрева и нужен тонкий нос для глубоких полостей, от вытягивания защищают канавки Safe-Lock.

Чистовая обработка, где важны размер, шероховатость и стойкость:

• термопатрон или гидропатрон с биением около 0,003 мм: для монолитных твердосплавных фрез Sandvik Coromant ставит их первым выбором;
• цанговый патрон с цангой повышенной точности: мелкие фрезы и небольшие партии, где покупать термооснастку нет смысла.

Цеху с одним-двумя обрабатывающими центрами на BT40 разумно начать с цанговых оправок ER16 и ER32 под мелкие фрезы и чистовые проходы, а для черновых фрез 12-20 мм взять несколько патронов Weldon. Термо- и гидропатроны стоит добавлять, когда биение начинает ограничивать стойкость дорогих твердосплавных фрез. Виды фрез по металлу, число зубьев и покрытия разобраны в отдельной статье.

Частые вопросы

Можно ли зажать фрезу в сверлильный патрон?

Нет. Сверлильный патрон рассчитан на осевую нагрузку сверла, боковую нагрузку фрезы он держит плохо, а биение у него в разы больше, чем у фрезерных патронов: в карточках наших патронов APU указано до 0,08 мм.

Подойдёт ли фреза с лыской для цангового патрона?

Да, цанга обжимает хвостовик по окружности, и лыска ей не мешает. Обратное не работает: патрон Weldon рассчитан на упор винта в лыску, фрезу с гладким хвостовиком в нём не закрепляют.

Почему фрезу вытягивает из цангового патрона?

Винтовая канавка при резании тянет фрезу из патрона, а цанга держит её только трением. Помогают чистые цанга, гайка и хвостовик без масла и затяжка гайки с моментом из паспорта. Для тяжёлой черновой обработки фрезами с крутой спиралью надёжнее Weldon или силовой патрон.

Что точнее: термопатрон или гидропатрон?

По каталогам Haimer и Schunk оба дают биение меньше 0,003 мм. Разница в эксплуатации: гидропатрон меняют шестигранным ключом прямо у станка, и он лучше гасит вибрации, а термопатрон сам по себе дешевле, но требует установки индукционного нагрева и смены фрезы вне станка.

Подскажем, какой патрон взять под ваш станок, конус и набор фрез, и подберём цанги под нужные диаметры. Звоните по телефону +7 (495) 135-25-88 или выбирайте сами в разделе фрезерные оправки каталога: там патроны SLA, цанговые оправки BT-ER и C-ER, цанги ER8-ER40, гайки и ключи. Доставляем по России.