Цанговый патрон, гидропатрон, термопатрон и оправка Weldon: чем отличаются и как выбрать

Патрон выбирают по инструменту, а не наоборот. Сверло, развёртку или чистовую фрезу с гладким хвостовиком h6 ставят в гидро- или термопатрон. Фрезу с лыской на хвостовике держит оправка Weldon. Цанговый патрон с набором цанг закрывает целый ряд диаметров. Хвостовик со стороны станка у всех четырёх бывает одинаковым: SK, BT, HSK или Capto.

Коротко: четыре способа зажать инструмент

В каталоге Тернадо в разделе адаптеры и патроны 972 цанговых патрона Kemmler, Canela и EWS, 386 гидропатронов и 633 термопатрона Kemmler, 66 силовых патронов Kemmler. Оправок с боковым зажимом больше: 1 675 под Weldon у Kemmler, EWS и Canela и ещё 142 под Whistle Notch.

Цанговый патрон: что это такое

Цанговый патрон зажимает инструмент через разрезную цангу. Гайка вдавливает цангу в конус патрона, цанга сжимается на хвостовике. Каждая цанга работает в узком диапазоне, обычно около 1 мм, а патрон один на весь ряд цанг своего размера. Например, 402.02.20 Kemmler с конусом SK40 и посадкой ER32 держит хвостовики от 2 до 20 мм. Размеры цанг и их диапазоны собраны в статье о цангах ER.

Что важно:

• Точность зависит от цанги. У патронов Kemmler в карточках записано биение менее 3 мкм, но в сборке работает ещё цанга с гайкой. Hoffmann приводит для цанг ER классы 2, 5 и 10 мкм.
• Разные системы цанг. В каталоге есть патроны под ER от ER11 до ER50, под цанги OZ у EWS (OZ16, OZ25, OZ32), под цанги B16, B25 и B32 у Canela и под KPS у Kemmler. Цанга одной системы в патрон другой не встанет.
• Мини-гайка. У EWS и Kemmler есть патроны с уменьшенной гайкой, Hoffmann относит такие патроны к тонким моделям.

BIG DAISHOWA назначает свой цанговый патрон для свёрл, развёрток, метчиков и чистовых фрез. Пример Canela — 20.453.40.32 с хвостовиком BT40 и посадкой ER32.

Гидропатрон: как устроен и где нужен

В корпусе гидропатрона есть камера с маслом и тонкостенная втулка. Винт поднимает давление масла, втулка деформируется и обжимает хвостовик по всей окружности. Нагреватель не нужен, инструмент меняют одним ключом. У гидропатронов Kemmler размер под ключ записан в карточке: чаще всего 5 мм.

Цифры из каталогов:

• Биение. BIG DAISHOWA гарантирует менее 3 мкм на вылете 4×D, Hoffmann и Kemmler указывают 3 мкм.
• Диаметры. У Kemmler в каталоге Тернадо гидропатроны под хвостовики от 6 до 32 мм, есть одно исполнение на 40 мм. BIG DAISHOWA выпускает их на 3–32 мм.
• Переходные втулки. Меньший диаметр зажимают через втулку. У Kemmler втулки с посадкой 12, 20, 25 и 32 мм дают отверстия от 3 до 25 мм, есть герметичные по СОЖ. Например, R20.100 — втулка 20 на 10 мм, R12.030 — 12 на 3 мм с биением менее 5 мкм.
• Регулировка вылета. У многих гидропатронов Kemmler и Hoffmann инструмент выставляют по длине на 10 мм.
• СОЖ. Hoffmann допускает подачу СОЖ через гидропатрон под давлением до 80 бар.

Ограничения BIG DAISHOWA для гидропатронов:

1. Хвостовик только с допуском h6: для 3–10 мм это 0/−8 мкм, для 12–18 мм 0/−11 мкм, для 20–32 мм 0/−13 мкм.
2. Нельзя ставить инструмент с лыской на хвостовике (Weldon).
3. Черновые фрезы в гидропатроне не рекомендуются.
4. Нельзя затягивать винт без вставленного инструмента.
5. Хвостовик вводят глубже минимальной длины зажима, она указана в таблице модели.

Hoffmann рекомендует гидропатроны для сверления, развёртывания и чистовой фрезеровки. Их главное отличие от термопатрона — лучшее гашение вибраций за счёт масла. Пример — 403.H20 с конусом SK40 под хвостовик 20 мм: наибольшая длина зажима 52 мм, регулировка вылета 10 мм.

Термопатрон: горячая посадка

Отверстие термопатрона чуть меньше хвостовика. Патрон нагревают, отверстие расширяется, в него вставляют инструмент, а при остывании отверстие сжимается и держит хвостовик. Из четырёх способов этот держит инструмент сильнее всего.

Что нужно знать:

• Нужен аппарат для нагрева. Hoffmann пишет, что патроны 4,5° подходят для нагрева горячим воздухом, контактного и индукционного. BIG DAISHOWA советует проверить по инструкции, совместим ли аппарат с патроном.
• Хвостовик h6. Оба каталога требуют допуск h6. BIG DAISHOWA пишет о хвостовике из твёрдого сплава.
• Малые диаметры только для твёрдого сплава. У Hoffmann термопатроны на 3–5 мм — только под твердосплавный хвостовик, начиная с 6 мм — под твёрдый сплав и быстрорежущую сталь.
• Контур 4,5°. Hoffmann называет наружный контур 4,5° контуром термопатрона по DIN 69882-8. В каталоге Тернадо у термопатронов Kemmler так и записано: горячая посадка 4,5°.
• Минимальная и наибольшая длина зажима. Например, у 406.70.12 с хвостовиком BT40 под инструмент 12 мм зажим от 36 до 46 мм, носик 24 мм.

У Kemmler в каталоге Тернадо термопатроны под хвостовики от 3 до 32 мм, есть исполнения с каналами СОЖ.

Не всё можно ставить в гидро- и термопатрон. Dümmel запрещает зажимать в них расточные головки ROTALINE, например ROTA-HSP0410. Проверяйте такие запреты в документации на инструмент.

Оправка Weldon: боковой зажим винтом

В оправке Weldon инструмент держит винт, ввёрнутый сбоку. Он упирается в лыску на хвостовике и передаёт момент упором металла в металл, а не трением. Из всех патронов под цилиндрический хвостовик оправка Weldon лучше всего держит инструмент от вытягивания, поэтому её берут для тяжёлой черновой фрезеровки.

Обратная сторона — точность. Винт прижимает хвостовик к одной стороне отверстия, и ось инструмента смещается на величину зазора. Это следует из самого принципа зажима и не исправляется точностью изготовления оправки. Чем больше зазор между хвостовиком и отверстием, тем больше смещение. У оправок Kemmler отверстие выполнено с допуском H4.

Что сверить:

• Форма хвостовика. Лыска Weldon — это форма B по DIN 1835. Hoffmann указывает для своих оправок также твердосплавные хвостовики DIN 6535 HB. Сами оправки Weldon у Kemmler сделаны по DIN 6359.
• Whistle Notch. Это форма E по DIN 1835: вместо плоской лыски на хвостовике наклонный паз. Под неё выпускают отдельные оправки и комбинированные Weldon/Whistle Notch, которые принимают обе формы. В каталоге Тернадо комбинированные оправки есть у Canela, отдельные Whistle Notch — у Canela и Kemmler, например Canela 11.305.30.06.
• Высокие обороты. BIG DAISHOWA для высокоскоростной обработки рекомендует вместо оправок с боковым зажимом силовые патроны и требует ставить только оригинальные зажимные винты.
• СОЖ. Есть оправки с канавками и раздельными каналами СОЖ, например EWS 27.HSK63A20WL100.KKB с хвостовиком HSK-A63.

Оправки Weldon с хвостовиком BT40 в каталоге Тернадо есть у трёх производителей: 71 у Kemmler под инструмент от 6 до 40 мм, 78 у EWS и 65 у Canela. Пример — EWS 27.BT4020WL130 под хвостовик 20 мм с вылетом 130 мм. Пример с хвостовиком SK40 — Kemmler 402.04.20.

Силовой патрон

Силовой (фрезерный) патрон зажимает гладкий хвостовик крупной фрезы гайкой через собственный корпус с прорезями. BIG DAISHOWA делает такие патроны на 12–42 мм для фрезерования с большой нагрузкой, в них можно ставить и цилиндрические цанги. У Kemmler в каталоге Тернадо силовые патроны под 20, 25 и 32 мм, для меньших хвостовиков есть наборы переходников HKS на 6–25 мм. Пример — 403.64.20 с конусом SK40 под хвостовик 20 мм.

Хвостовик со стороны станка

Тип зажима не зависит от шпинделя: один и тот же патрон выпускают с разными хвостовиками. Вот как распределены позиции раздела адаптеры и патроны:

Ещё 64 цанговых патрона выпускаются с цилиндрическим хвостовиком или конусом Морзе. SK и BT — разные системы: конус у них один, 7:24, но фланец, захват и штревель разные, и SK40 с BT40 не взаимозаменяемы. В графе BT учтены и исполнения с двойным контактом BT-DC, в графе SK — SK-DC. Подробнее о конусах — в статье об инструментальных конусах.

Биение и балансировка

Биение сравнивают только при одинаковом вылете. BIG DAISHOWA указывает биение гидропатрона на вылете 4×D. В карточке Kemmler биение записано одной строкой, у большинства патронов менее 3 мкм. Для цангового патрона итог зависит ещё от класса цанги.

Балансировку указывают классом и оборотами вместе, например G2,5 при 25 000 об/мин, как в обозначениях Hoffmann. В каталоге Тернадо:

• у большинства цанговых, гидро-, термопатронов и оправок Weldon Kemmler — G2,5 при 25 000 об/мин;
• у части цанговых патронов Kemmler — G2,5 при 30 000 об/мин;
• у исполнений DIN 2080 и силовых патронов — G6,3 при 15 000 об/мин.

Если шпиндель крутится быстрее, чем указано в карточке, этот класс к вашим оборотам не относится.

Как подобрать патрон

1. Шпиндель станка: стандарт и размер конуса — SK по DIN 69871 или DIN 2080, BT, HSK, Capto, с двойным контактом или без.
2. Хвостовик инструмента: гладкий h6, с лыской Weldon, с пазом Whistle Notch. Хвостовик с лыской в гидропатрон не ставят.
3. Операция: тяжёлая черновая фрезеровка, чистовая обработка, сверление и развёртывание.
4. Сколько диаметров: цанговый патрон работает с рядом диаметров через цанги, гидропатрон, термопатрон и оправка Weldon рассчитаны на один диаметр, у гидропатрона меньшие — через втулку.
5. Есть ли аппарат для нагрева. Без него термопатрон не использовать.
6. Диаметр хвостовика: для гидропатрона — нужна ли переходная втулка, для термопатрона малых диаметров — твёрдый сплав.
7. Вылет и носик: пройдёт ли патрон к месту обработки, какой нужен вылет, есть ли регулировка длины.
8. Обороты и СОЖ: класс балансировки при ваших оборотах, подача СОЖ через патрон и давление.

Патроны в каталоге

Патроны собраны в разделе адаптеры и патроны по хвостовику: SK по DIN 69871, SK по DIN 2080, BT, HSK-A и Capto. Патроны с цилиндрическим хвостовиком — в разделе патроны фрезерно-сверлильные, переходные втулки для гидропатронов — в разделе переходники, цанги — в разделе цанги. Добавьте подходящие позиции в список запроса и укажите конус шпинделя, диаметр и форму хвостовика инструмента и операцию. Специалист Тернадо подберёт патрон и пришлёт предложение.

Частые вопросы

Гидропатрон — это что?

Патрон, в котором хвостовик инструмента зажимает тонкостенная втулка. Её прижимает масло под давлением, давление создают винтом через ключ. Нагреватель не нужен. В каталоге Тернадо гидропатроны Kemmler выпускаются под хвостовики от 6 до 32 мм, меньшие диаметры зажимают через переходные втулки.

Как работает фрезерный термопатрон?

Отверстие патрона нагревают, оно расширяется, в него вставляют хвостовик. При остывании отверстие сжимается и держит инструмент. Нужен аппарат для нагрева: Hoffmann указывает, что патроны 4,5° подходят для нагрева горячим воздухом, контактного и индукционного. Хвостовик должен быть с допуском h6.

Цанговый патрон — что это такое?

Патрон, в котором инструмент зажимает разрезная цанга. Гайка вдавливает цангу в конус патрона, и цанга сжимается на хвостовике. Один патрон работает с набором цанг: например, цанговый патрон Kemmler под ER32 держит хвостовики от 2 до 20 мм, но под каждый диаметр нужна своя цанга.

Что такое патрон Weldon BT40?

Оправка с хвостовиком BT40 по JIS B 6339 и отверстием под инструмент с лыской Weldon. Фрезу держит боковой винт, который упирается в лыску на хвостовике. В каталоге Тернадо таких оправок BT40 больше двухсот: Kemmler, EWS и Canela. Оправка SK40 в шпиндель BT40 не подходит, хотя конус у них один, 7:24: фланец, захват и штревель разные.

Можно ли поставить фрезу с лыской Weldon в гидропатрон?

Нет. BIG DAISHOWA прямо запрещает ставить в гидропатрон инструмент с лыской на хвостовике и не рекомендует черновые фрезы. Для фрез с лыской есть оправки Weldon, для чистового инструмента с гладким хвостовиком h6 — гидро- и термопатроны.

Что точнее: гидропатрон или термопатрон?

По биению они близки: у Kemmler и Hoffmann для обоих указано около 3 мкм, BIG DAISHOWA даёт для гидропатрона менее 3 мкм на вылете 4×D. Разница в другом: гидропатрону не нужен нагреватель, а термопатрон сильнее держит инструмент. Гидропатрон лучше гасит вибрации.

Что значит балансировка G2,5 при 25 000 об/мин?

Это класс точности балансировки и обороты, для которых он указан. Без оборотов класс ничего не говорит. У большинства патронов Kemmler в каталоге Тернадо записано G2,5 при 25 000 об/мин, у исполнений DIN 2080 и силовых патронов G6,3 при 15 000 об/мин.

Источники

• BIG DAISHOWA, High Performance Vol. 2: силовой патрон (с. 25), назначение цангового патрона (с. 69), гидропатроны — диапазон, биение, допуск хвостовика h6 (с. 26), ограничения применения (с. 76), термопатроны (с. 79), оправки с боковым зажимом (с. 142), оправки по DIN 1835 B и DIN 1835 E (с. 282)
• Hoffmann Group, каталог K56 2025: классы биения цанг ER и обозначение балансировки (с. 934), оправки Weldon, Whistle Notch и комбинированные (с. 936), оправки Weldon под хвостовики DIN 1835 B и DIN 6535 HB (с. 939), тонкие цанговые патроны с мини-гайкой (с. 945), гидропатроны (с. 960, 969), контур 4,5° по DIN 69882-8 (с. 961), термопатроны 4,5° (с. 963)
• Dümmel, Hauptkatalog 2025: расточные головки ROTALINE не ставят в гидро- и термопатроны (с. 722)
• База знаний по металлообработке, заметки Clamping Systems, Runout, and Balance и Whistle-Notch / Side-Lock End-Mill Holders: принцип зажима, сила удержания и демпфирование (hold-clamp-004, -005), сравнение биения при одном вылете и зависимость класса балансировки от оборотов (hold-clamp-010, -002), боковой винт Weldon (hold-sidelock-001, -004, -005)
• Параметры исполнений и число позиций: каталоги Kemmler, EWS и Canela на сайте Тернадо (раздел «Адаптеры и патроны»)