Полное руководство по типам держателей инструментов для точного точения с ЧПУ

В условиях жестких требований современного производства твердосплавная пластина часто привлекает наибольшее внимание, однако держатель инструмента остается невоспетым героем, определяющим конечный успех ваших операций по обработке. Он служит жизненно важным, жестким звеном между револьверной головкой станка и режущей кромкой, напрямую влияя на гашение вибраций, теплоотвод и точность размеров. Пренебрежение важностью интерфейса державки часто приводит к ухудшению качества обработки поверхности, сокращению срока службы пластин и дорогостоящим простоям из-за болтанки. Следовательно, освоение нюансов различных Типы держателей токарных инструментов с ЧПУ является основополагающим навыком для любого инженера-технолога или машиниста, стремящегося к максимальной производительности.

Ассортимент токарных инструментов очень широк: от рычажных зажимов типа P, разработанных для работы с экстремальными нагрузками при черновой обработке, до винтовых зажимов типа S, предназначенных для высокоточной чистовой обработки в ограниченном пространстве. Кроме того, правильный выбор включает в себя не только подбор вставки, но и анализ угла подхода, зазора и жесткости зажима, необходимых для конкретного материала заготовки. В этом всеобъемлющем руководстве разъясняется система идентификации ISO и рассматриваются механические преимущества каждого типа держателя, что дает вам необходимые знания для выбора оптимальной конфигурации для каждого реза.

Номенклатура держателей токарных инструментов ISO

Международная организация по стандартизации (ISO) разработала универсальную систему кодирования для токарный инструмент державок, который действует как чертеж, определяя основные характеристики державки и тип вставки, которую она принимает. Типичный код державки для наружного токарного инструмента, например PCLNR 2525 M12, можно разделить на девять отдельных позиций.

Девять позиций кода ISO

Первые пять позиций являются наиболее важными для определения функции и геометрии держателя, а остальные позиции определяют его физические размеры.

Позиция	Код Описание	Пример (PCLNR 2525 M12)	Значение
1	Метод зажимания	P	Рычажный замок (тип P)
2	Вставить фигуру	C	80° ромбовидный (C-образная форма)
3	Тип держателя (угол подхода)	L	Угол подхода 95°
4	Вставить угол зазора	N	Угол разворота 0° (отрицательный)
5	Рука инструмента	R	Правый инструмент
6	Высота хвостовика (H)	25	Высота хвостовика 25 мм
7	Ширина хвостовика (B)	25	Ширина хвостовика 25 мм
8	Длина инструмента (L)	M	Длина инструмента 150 мм
9	Размер вставки (I.C.)	12	12,7 мм вписанный круг (I.C.)

•Угол подхода 95° (L) является наиболее распространенным для общего точения, так как он направляет большую часть режущей силы в осевом направлении в шпиндель, сводя к минимуму радиальное отклонение. Он также оставляет небольшой уступ (5°) для торцевых операций.

•Угол подхода 45° (A) часто используется для операций торцевания, так как он позволяет увеличить глубину резания при уменьшенной толщине стружки, что может улучшить срок службы инструмента и качество поверхности.

•Угол подхода 90° (E) используется, когда требуется полный уступ 90°, но этот угол направляет максимальную силу в радиальном направлении, что требует более высокой жесткости от установки.

Позиция 4: Угол зазора вставки. Это критическое различие между отрицательными и положительными вставками.

•N (отрицательный) обозначает угол зазора 0°. Пластина зажимается плоско, а зазор обеспечивается геометрией держателя. Это позволяет использовать двусторонние пластины, которые благодаря более толстому корпусу обеспечивают большую экономичность и прочность. Отрицательные пластины являются основным инструментом для тяжелых и черновых работ.

•P, C, B (положительные) обозначают угол съема (например, P=11°, C=7°). Эти пластины по своей природе более острые, создают меньшие режущие усилия и меньше нагреваются, что идеально подходит для чистовой обработки, внутренней токарной обработки и обработки более мягких материалов. Однако их можно использовать только с одной стороны.

Позиция 5: Рука инструмента. R (правая рука) — наиболее распространенная, используется для поворота к патрону. L (левая рука) используется для поворота от патрона, а N (нейтральная) может использоваться в любом направлении.

Пять основ зажимных систем

Система зажима является основой производительности держателя инструмента, непосредственно влияя на жесткость, отвод стружки и простоту замены пластин. Система ISO классифицирует их по пяти основным типам, каждый из которых предназначен для оптимизации производительности в определенном диапазоне применений.

1. Тип P: рычажный замок (P)

.

2. Тип S: с винтовым креплением (S)

Система Screw Down является самой простой и компактной. Один винт проходит через центральное отверстие вставки и вкручивается непосредственно в карман держателя.

•Техническое преимущество: его минимальный профиль делает его наиболее компактной конструкцией, что является значительным преимуществом для небольших внутренних помещений. буровые штанги и профилирование, где зазор чрезвычайно ограничен. Усилие зажима является осевым, прочно притягивая вставку к седлу.

•Применение: идеально подходит для внутреннего растачивания и профилирования малого диаметра. Его основным недостатком является то, что головка винта иногда может мешать удалению стружки, а сила зажима ниже, чем у типов P или M.

3. Тип M: Мульти-замок (M)

4. Тип D: двойной зажим (D)

Система с двойным зажимом представляет собой вариант, часто относящийся к системе, в которой используется зажим и штифт/рычаг, обеспечивающие фиксацию вставки с двух сторон. По принципу она аналогична системе M-типа, но может использовать другую механическую конструкцию для достижения той же цели — максимальной стабильности.

•Применение: Используется в специализированных, высокоточных, высоконагруженных приложениях, где недопустимо даже самое незначительное микроперемещение вставки.

5. Тип C: верхний зажим (C)

Система Top Clamp использует простой и прочный зажим, который прижимает вставку к карману сверху.

•Техническое преимущество: эта система специально разработана для использования вставок без центрального отверстия (например, некоторые керамические или Пластины из КНБ). Эти вставки без отверстий часто обладают повышенной прочностью, поскольку центральное отверстие может быть точкой концентрации напряжений.

•Применение: Необходимо для обработки с помощью керамических или CBN-пластин, где вставить материал хрупок и не выдерживает нагрузки от центрального зажимного винта.

Тип зажима	Код ISO	Зажимной механизм	Лучшее приложение	Жесткость и поток стружки
Рычажный замок	P	Центральный штифт и рычаг	Общее точение, черновая обработка	Высокая жесткость, отличный отвод стружки
Завинтить	S	Центральный винт	Малогабаритное сверление, профилирование	Умеренная жесткость, максимальная компактность
Мульти-замок	M	Верхний зажим и винт/штифт	Тяжелая черновая обработка, прерывистые резы	Максимальная жесткость, равномерный поток стружки
Двойной зажим	D	Зажим + штифт/рычаг	Чрезвычайная стабильность, высокая нагрузка	Исключительная жесткость
Верхний зажим	C	Только верхний зажим	Вставки без отверстий (керамика/CBN)	Умеренная жесткость, хороший отвод стружки

Классификация по применению и углу подхода

Выбор правильного угла подхода (также известного как угол входа) имеет решающее значение для баланса режущих сил, срока службы инструмента и доступа к геометрии заготовки. На основе стандартной системы идентификации (стили A-X) ниже приводится информация о том, как классифицировать и выбрать правильный инструмент для вашей операции.

2. Специалисты по квадратным плечам: 90° (стили A, C, F, G)

• Стили: A, C, F, G (все 90°)
• Основное применение: Обработка квадратных плеч и ступеней
• Инженерные знания:
  • Когда конструкция заготовки требует идеального шага $90^\circ$, эти держатели являются незаменимыми.
  • Распределение силы: Поскольку режущая кромка перпендикулярна подаче, эти инструменты создают более высокие радиальные силы (отталкивая инструмент от детали).
  • Совет по использованию: Лучше всего подходит для жестких конструкций. При использовании с тонкими валами следует обратить внимание на вибрацию (дрожание), вызванную радиальным давлением.

3. Тяжелые условия эксплуатации и снятие фаски: 45° (типы D, S, Q)

• Стили: D, S, Q (все 45°)
• Основное применение: Тяжелая черновая обработка, снятие фасок и торцевание
• Преимущество “утончения чипа”:
  • Угол 45° является лучшим для уменьшения толщины стружки. При входе в материал под таким острым углом толщина стружки уменьшается, а режущая нагрузка распределяется по более длинной части кромки плашки.
  • Преимущество: Позволяет значительно увеличить скорость подачи (часто на 30-50%) по сравнению с инструментами с углом 90° или 95°.
  • Стабильность: Перенаправляет режущие силы в осевом направлении (в шпиндель), что делает его наиболее стабильным выбором для тяжелых прерывистых резов или обработки твердых материалов.

4. Ориентация и стабильность: 75° (типы B, K, R)

• Стили: B, K, R (Все 75°)
• Основное применение: Обработка торцов, проходная обработка и обработка угла наклона
• Инженерные знания:
  • Часто используется, когда не требуется уступ 90°.
  • Как и инструменты с углом 45°, угол 75° обеспечивает некоторые преимущества в плане уменьшения толщины стружки и защищает угол пластины (радиус носка) от полного воздействия реза.
  • Стиль K: Часто используется в операциях по обработке торцов, где жесткость инструмента имеет первостепенное значение.

5. Профилирование и подрезка: 107°30′ (стиль H)

• Стили: H (107°30′)
• Основное применение: Комплексное профилирование и подрезка
• Инженерные знания:
  • Этот специфический угол предназначен для разгрузки задней части инструмента, позволяя ему “погружаться” в сложные контуры или оттягиваться назад (обратное точение) без столкновения корпуса держателя с заготовкой.
  • Вставить выделенное: Обычно сочетается с острыми формами вставок (типа V или D) для максимального увеличения зазора.

6. Специальные углы (стили E, M, N, P, T, V, W, X)

• Общие области применения:
  • Стили E, T, W (60°) и Стили M (50°), N (63°): Часто используется для специальных рельефов резьбы, фасок или уникальных геометрических элементов, где стандартные инструменты вызывают помехи.
  • Стиль V (72°30′): Специальный профилирующий угол, часто используемый в определенных операциях копирования.

---

Таблица быстрого выбора (сводная)

Угол	Стили ISO	Лучше всего подходит для	Основное преимущество
95° / 93°	L, J, U	Токарная обработка и торцевание	Универсальность (Один инструмент для всего)
90°	A, C, F, G	Квадратные плечи	Идеальная обработка ступеней 90°
75°	B, K, R	Угол наклона / угл	Защищает наконечник инструмента, хорошая стабильность
45°	D, S, Q	Тяжелая черновая обработка	Высокие скорости подачи (утончение стружки)
107,5°	H	Профилирование	Доступ к подрезам/контурам

Внешние и внутренние держатели инструмента: борьба с прогибом

В то время как логика выбора внешнего держателя токарного инструмента в основном зависит от размера хвостовика и совместимости с револьверной головкой, выбор внутренних инструментов (расточных балок) требует глубокого понимания физики материалов. Основным врагом при внутренней токарной обработке является прогиб, вызванный длинными вылетами.

Вот как пройти процесс отбора для обоих:

1. Наружные держатели (токарная обработка наружного диаметра и токарная обработка канавок)

Для общей обработки наружного диаметра используется держатель инструмента для наружной токарной обработки (часто называемый просто Держатель токарного резца OD) и держатель токарного резца для обработки пазов являются вашими основными инструментами.

• Критерии отбора: Основным фактором является поперечное сечение хвостовика (например, 20x20 мм или 25x25 мм), которое должно соответствовать стандарту револьверной головки вашего станка.
• Стандарт материала: Большинство качественных держателей инструмента для наружной токарной обработки изготавливаются из закаленной легированной стали (например, 42CrMo4). Поскольку инструмент полностью поддерживается револьверной головкой, сопротивление материала изгибу редко является ограничивающим фактором — им является жесткость станка.

2. Внутренние держатели (сверлильные стержни) и иерархия материалов

При сверлении инструмент представляет собой консольную балку. По мере увеличения вылета (длины, выступающей из держателя) вибрация (дрожание) становится неизбежной, если не улучшить материал инструмента.

Мы классифицируем скважинные долота по их максимальному коэффициенту вылета (L/D) — соотношению длины к диаметру.

A. Сверлильные стержни из легированной стали (стандартный выбор)

• Максимальное отношение L/D: До 3×D
• Характеристики: Изготовлен из термообработанной легированной стали.
• Плюсы: Экономичный; прочный (не ломается при внезапной нагрузке).
• Минусы: Низкий модуль упругости; склонен к вибрации при удлинении более чем в 3 раза по сравнению с диаметром.

B. Расточные стержни из быстрорежущей стали (HSS) (решение проблемы)

• Максимальное отношение L/D: До 4×D
• Позиционирование: HSS служит важным “промежуточным звеном” между стандартной сталью и дорогостоящим карбидом.
• Плюсы:
  • Повышенная жесткость: Хотя статическая жесткость аналогична легированной стали, стержни HSS подвергаются термообработке для достижения гораздо более высокой твердости. Такая внутренняя структура часто обеспечивает лучшие виброгасящие качества, чем стандартная легированная сталь.
  • Долговечность: Высокая твердость делает их чрезвычайно устойчивыми к “стиранию стружкой” (эрозии, вызванной потоком горячей стружки по стержню), продлевая срок службы корпуса держателя.
  • Соотношение затрат и выгод: Значительно дешевле, чем твердый карбид, при этом обеспечивая лучшую производительность, чем стандартная сталь в диапазоне от 3xD до 4xD.
• Минусы: Более хрупкий, чем легированная сталь; в случае повреждения не поддается ремонту/сварке.

C. Твердосплавные расточные стержни (жесткие исполнители)

• Максимальное отношение L/D: До 6 × D
• Характеристики: Изготовлен из спеченного карбида вольфрама.
• Плюсы: Карбид имеет модуль упругости (жесткость) почти в 3 раза выше, чем сталь. Он активно сопротивляется деформации.
• Минусы: Высокая стоимость; очень хрупкий (может катастрофически сломаться при падении); требует осторожного обращения.

D. Амортизированные (антивибрационные) расточные стержни

• Максимальное отношение L/D: 7 × D до 14 × D
• Характеристики: Имеет внутренний механизм демпфера с настроенной массой, плавающий в масле.
• Плюсы: Единственное решение для глубокого сверления отверстий.
• Минусы: Чрезвычайно дорогой (часто в 10 раз дороже стальных прутьев).

Резюме: Выбор на основе перевеса

Материал	Рекомендуемое соотношение L/D	Стоимость	Устойчивость к вибрации	Лучше всего подходит для
Легированная сталь	< 3 × D	$	Низкий	Короткие, жесткие отверстия
HSS (быстрорежущая сталь)	3 – 4 × D	$$	Средний	Средняя глубина и устойчивость к стирке
Цельнокерамический	4 – 6 × D	$$$	Высокий	Точное глубокое сверление
Смоченный	7 – 14 × D	$$$$$	Очень высокий	Экстремальные свесы

Расширенные функции – системы охлаждения и быстрой смены

В современной обработке инструментальный держатель больше не является просто пассивным зажимом; он является активным компонентом в управлении тепловым режимом и эффективностью процесса. По мере увеличения скорости резания и повышения твердости материалов (например, титан, инконель) стандартные держатели часто становятся «узким местом».

Вот почему переход на передовые технологии держателей может стать решающим фактором для вашей производственной линии.

1. Подача охлаждающей жидкости: эффект “гидравлического клина”

• Разрушение стружки (гидравлический клин): Наиболее важным преимуществом HPC является контроль стружки. Высокоскоростная струя охлаждающей жидкости попадает на границу раздела между стружкой и передней поверхностью плашки. Это создает “гидравлический клин”, который с силой поднимает стружку, заставляя ее скручиваться и разбиваться на удобные для обработки куски. Это является обязательным условием для автоматизированного производства без участия человека.
• Снижение термического удара: благодаря мгновенному охлаждению перегретой зоны резания HPC предотвращает колебания температуры, которые вызывают термические трещины (трещины гребня), особенно при фрезеровании и прерывистой токарной обработке.
• Увеличенный срок службы инструмента: Постоянная смазка снижает трение, что часто продлевает срок службы пластин на 50%–100% при обработке жаропрочных суперсплавов (HRSA).

2. Системы быстрой смены: борьба с простоями

Модульные системы быстрой смены (такие как Polygon Taper / Capto™ или HSK-T) напрямую решают эту проблему:

• Повторяемость Plug-and-Play: эти системы оснащены соединительным механизмом с чрезвычайной точностью (часто в пределах 2 микрон). Оператор может заменить тупую режущую головку на новую за считанные секунды, будучи уверенным, что положение наконечника будет практически идентичным.
• Сокращение времени настройки: замена инструмента занимает секунды, а не минуты. За год это позволяет сэкономить сотни часов “зеленого света” машинного времени.
• Жесткость: соединительный интерфейс (особенно многоугольная форма) обеспечивает более высокую передачу крутящего момента и жесткость на изгиб по сравнению с традиционными зажимными хвостовиками.

Техническое резюме: стоит ли обновление?

Характеристика	Лучше всего подходит для	Коэффициент рентабельности инвестиций
Стандартная охлаждающая жидкость для затопления	Общая сталь, алюминий	Низкая начальная стоимость
Охлаждающая жидкость через инструмент	Нержавеющая сталь, титан, глубокий Нанесение канавок	Срок службы инструмента и контроль стружки
Быстрая смена (Capto/HSK)	Производственные цеха (частая настройка)	Время безотказной работы машины

Окончательный контрольный список

Прежде чем нажать “Добавить в предложение”, проверьте свое приложение с помощью этого 4-этапного инженерного чек-листа. Этот простой процесс гарантирует, что вы выберете держатель токарного инструмента, который соответствует как геометрии вашей детали, так и вашим целям по производительности.

✅ Шаг 1: Определите операцию (черновая обработка или чистовая обработка)

• Тяжелая черновая обработка / высокая скорость съема материала?
  • Выберите: тип P (рычажный замок) или тип D (двойной зажим).
  • Почему: Для предотвращения смещения пластин требуется максимальное усилие зажима. В этих держателях обычно используются отрицательные пластины, которые обеспечивают прочные режущие кромки и беспрепятственный отвод стружки (без винтовых головок, которые могут блокировать стружку).
• Отделка / Малый диаметр / Внутренняя обработка?
  • Выберите: S-Type (навинчиваемый).
  • Почему: Вам нужно Положительные вставки для снижения режущих усилий и повышения точности. Конструкция с винтовым замком компактна и обеспечивает отличный зазор для мелких деталей.

✅ Шаг 2: Анализ геометрии детали (угол подхода)

• Вам нужно обработать квадратный уступ под углом 90°?
  • Выберите: 90° / 91° (тип F, G).
  • Примечание: Учитывайте радиальные силы; убедитесь, что ваша установка является жесткой.
• Вам нужно точить И обрабатывать одним инструментом?
  • Выберите: 95° (тип L) или 93° (тип J/U).
  • Вердикт: Самый универсальный выбор для 80% операций ЧПУ.
• Вам нужно обрабатывать поднутрения или сложные профили?
  • Выберите: 107,5° (тип H) или тип V.
  • Примечание: Следите за ослаблением подсказок инструментов; уменьшите скорость подачи.

✅ Шаг 3: Оценка жесткости и интерфейса машины

• Наружная токарная обработка:
  • Всегда выбирайте максимальный размер хвостовика, который может принять револьверная головка вашего станка (например, 25x25 мм более жесткий, чем 20x20 мм). Масса гасит вибрацию.
• Внутреннее растачивание:
  • Проверьте соотношение L/D (длина к диаметру).
  • < 3xD: Стальной стержень.
  • 3xD – 4xD: хвостовик из быстрорежущей стали (HSS) (наилучшее соотношение цены и качества).
  • 4xD – 6xD: цельнокерамический хвостовик.

✅ Шаг 4: Учтите материал заготовки

• Легкообрабатываемые стали (например, 1045, 4140)?
  • Достаточно стандартных внешних держателей охлаждающей жидкости.
• Термостойкие суперсплавы (HRSA), титан или нержавеющая сталь?
  • Обновите до: Держатели для охлаждающей жидкости под высоким давлением.
  • Почему: Эффект “гидравлического клина” необходим для разбивания волокнистых стружек и предотвращения упрочнения материала.

Заключение

Выбор подходящего держателя токарного инструмента — это систематический процесс, в котором необходимо найти баланс между требуемым применением, желаемой геометрией пластины и необходимой жесткостью. Систематически следуя коду ISO и понимая функциональные различия между типами зажима и применения, станочники могут быть уверены, что они используют невидимую основу своих токарных операций в полной мере, максимально повышая производительность и качество деталей.