Что такое конус Морзе и как определяются его размеры

Конус Морзе – это вспомогательное приспособление, используемое для фиксации промышленного инструмента. Устройство обеспечивает быструю смену оснастки без потери точности выполнения операций. Прототип изделия был изготовлен в 1864 году, с тех пор оно успешно применяется в промышленности.

В материале:

• Актуальные стандарты
• Разновидности хвостовиков Хвостовики с лапкой
• Хвостовики с резьбой
• Хвостовики с фиксацией трением
• Условные обозначения хвостовиков

Актуальные стандарты

Размеры конусов Морзе зависят от их исполнения. В продаже представлены изделия 8 типоразмеров – от КМ0 до КМ7. Характеристики каждого типоразмера прописаны в отраслевых нормативах. Там же отображается специфика совместимого оборудования.

Рис. 1 Конус Морзе с патроном и без него

Отечественные и зарубежные стандарты, регламентирующие изготовление конусов Морзе:

• ISO 296;
• DIN 228;
• ГОСТ 25557-2016.

Конусы Морзе по ГОСТ представлены не всеми типоразмерами. В российском стандарте отсутствуют изделия, относящиеся к категории КМ7. Они заменены конусами №80, несовместимыми с аналогами зарубежного производства.

Факелы, стук, зеркала

Армии многих народов и эпох использовали столбы дыма от костров или огни факелов для передачи сообщений. Подобный сигнал виден издалека, но такая коммуникация была немногословной, медленной и не очень-то простой: надо было договориться о значении сигналов, а потом еще и разжигать огонь.

Тем не менее, универсальную азбуку под такой неповоротливый медиум древние придумали. Нам она известна, как квадрат Полибия, который в своей «Всеобщей истории» описал систему передачи любого сообщения при помощи факелов.

В ней 25 символов греческого алфавита записывались в таблицу 5×5. Каждой букве соответствовала пара цифр, первая из которых относилась к номеру строки, а вторая — столбца. Например B — 12, H — 23, и так далее. Если буквы записать не в алфавитном порядке, а в произвольном, то вы получите еще и криптографическую защиту вашего канала связи: сообщение прочитает только тот, у кого будет правильная таблица.

Квадрат Полибия для латинского алфавита

Поделиться

Поскольку каждой букве соответствовала пара чисел от одного до пяти, для передачи сообщения требовались две группы факелов и высокая платформа. Число факелов в левой части обозначало первую цифру, а в правой — вторую. Через какое-то время, когда получатель записывал пару, наборы меняли на другие, обозначающие следующую букву.

Два тысячелетия спустя, уже после изобретения азбуки Морзе, квадрат Полибия продолжал использоваться для общения заключенных при помощи перестукиваний. Стуки шли сериями от одного до пяти, пауза обозначала конец серии и переход к следующей букве. Историк криптографии Давид Кан в книге «Взломщики кодов» пишет, что так общались русские политзаключенные при царе и американские военнопленные во Вьетнаме — для координации своих показаний на допросах и моральной поддержки.

Передача слова ALLO факелами по квадрату Полибия

Jonathan Martineau / Wikimedia Commons

Поделиться

Не пропала и идея оптической сигнализации: само слово «телеграф» первоначально относилось к семафору братьев Шапп, изобретенному в конце XVIII века. Против революционной Франции выступила практически вся Европа, и Конвент был вынужден оборонять республику от превосходящих сил на огромной территории. По приказу правительства между Парижем и Лиллем построили двухсоткилометровую цепь из 22 высоких башен. На вершину каждой из них установили систему подвижных планок, «жестами» которых по цепочке передавали сообщения. Передача каждой буквы занимала около минуты, но в итоге депеша пролетала сотни километров меньше, чем за четверть часа — невообразимо быстро для мира конных гонцов и неспешных почтовых дилижансов. Через какое то время оптический телеграф связал всю территорию Франции, и неизвестно, был бы Наполеон столь же успешен без такого информационного превосходства.

Разновидности хвостовиков

В продаже представлены токарные конусы Морзе с хвостовиками нескольких типов. Элементы различаются спецификой исполнения и особенностями фиксации.

Хвостовики с лапкой

Хвостовики с лапкой фиксируются путем заклинивания. Лапка попадает в соответствующий паз шпинделя, обеспечивая надежное крепление компонента. Она исключает проворачивание изделия, существенно упрощает его извлечение при необходимости.

Рис. 2 Конус Морзе с патроном и хвостовиком с лапкой

Хвостовики с резьбой

Хвостовики с резьбой вкручиваются в шпиндель, надежно фиксируются в посадочном проеме. Размер и тип резьбы определяются конструктивным исполнением.

Рис. 3 Конус Морзе с патроном и резьбовым хвостовиком

Хвостовики с фиксацией трением

Тип хвостовиков, не содержащих лапок и резьбы. Удержание изделия осуществляется за счет сил трения, возникающих при плотном контакте элементов конуса и шпинделя.

Рис. 4 Конус Морзе с патроном, фиксирующийся за счет трения

Условные обозначения хвостовиков

На хвостовиках конусов Морзе могут присутствовать условные обозначения, определяющие специфику их конструкции.

Обозначения хвостовиков внутреннего типа:

• BI –с пазом;
• AI –с отверстием по оси;
• BIK –с пазом и проемом для ОЖ;
• AIK – с отверстием и проемом для ОЖ.

Обозначение хвостовиков наружного типа:

• BE – с лапкой;
• АЕ – с отверстием;
• BEK –с лапкой и проемом для ОЖ;
• АЕК – с резьбой и проемом для ОЖ.

Маркировка конуса Морзе для станков также указывается в сопроводительной документации.

Крепление инструментов посредством конуса

Для концевых инструментов особое значение имеет наружный конус с лапкой (рис. 14, а) или с резьбовым отверстием (рис. 14, б), который встав ляется в соответствующее посадочное место в патроне или непосредственно в шпинделе станка, выполненное в виде внутреннего конуса. Основные размеры конусов обозначены буквами. Крепление при помощи конуса с лапкой охватывает такие инструменты, как спираль ные сверла, зенкеры, зенковки. Конусы различаются по своим раз мерам. Основными являются конусы Морзе семи номеров.

Метрические конусы

По ГОСТу 2847-45 дополнительно введены метрические конусы которые не нашли такого широкого распространения в промышленности, как конусы Морзе. Обозначения их приняты по наибольшем; (расчетному) диаметру D, который имеет следующие величины: 4 6, 80, 100, 120, 140, 160, 200 мм. Таким образом, конусы Морзе располагаются между метрическими конусами. Конусность для метрических конусов установлена 1 : 20, что соответствует углу конуса 2а в 2°5Г51. Конусность для конусов Морзе различная — от 1 : 19,002 (для конуса № 5) до 1 : 20,047 (для конуса № 2). Соот ветственно этому, угол конуса 2а также является переменным. Различие в конусности объясняется переводом размеров в дюймовом исчислении в размеры в миллиметровом исчислении. Вопрос об уни фикации конусов давно назрел, но пока не получил разрешения, несмотря на ряд предложений в этой области. 1

Рис. 14. Конусы для крепления инструментов

Конус служит для передачи крутящего момента от шпинделя станка к инструменту. Передача осуществляется в результате трения, возникающего в процессе резания между поверхностями наруж ного конуса инструмента и внутреннего конуса шпинделя станка под действием осевой силы. Необходимо иметь в виду, что крутящий момент должен передаваться исключительно конусом без участия ланки. Последняя предназначается только для облегчения выталкивания инструмента из шпинделя посредством клина, как указано на рис. 15, а. Это требование особенно важно для спиральных сверл, лак работающих в более тяжелых условиях по сравнению с зенке рами и развертками.

Расчет требуемого конуса

Рассмотрим условия правильного закрепления сверла.

Осевую силу Q можно разложить на две силы: Р — перпендикулярную к поверх ности конуса и V — перпендикулярную к оси сверла (рис. 15, б). Сила Р, равная Q/sin a, вызывает на поверхности конуса силу трения μР, где μ — коэффициент трения, которым может быть оценен приблизительно 0,096.

Крутящий момент может быть определен по формуле:

Где D и d — максимальный и минимальный диаметры рабочей части конуса.

Эта формула справедлива при условии, что угол а точно выдержан как во втулке шпинделя станка, так и у сверла. На практике, однако, этого никогда не бывает. Всегда наблюдаются отклонения угла а, так как точное изготовление конических, поверхностей (в особенности внутренних) связано с большими затруднениями. Кроме того, в процессе эксплуатации из-за небрежного обращения сопряженные конические поверхности получают дополнительные и часто довольно значительные погрешности. В этом случае лапка уже не может не принимать участия в передаче крутящего момента, что и приводит к ее поломке. Экспериментальные работы показывают резкое снижение величины передаваемого крутящего момента при сверлении с повышением погрешности в угле а (суммарной). Если погрешность Δа не будет превышать 10 мин., что практически вполне достаточно, тогда величина крутящегомомента М может быть выражена следу ющей формулой, выведенной на основании экспериментальных работ:

где Δа колеблется в пределах 0-10º

Для спирального сверла наблюдается определенная зависимость между крутя щим моментом и осевой силой. Она является постоянной величиной для каж дого обрабатываемого материала, например для стали с σвр = 30:110 кГ/мм отношение М/Q = (0,038-0,025)d и для чугуна средней твердости

М/Q= 0,034d, где d — диаметр сверла.

При расчете следует принимать максимальное значение М/Q . Кроме того, его необходимо повысить для возможности передачи крутящего момента и при более неблагоприятных условиях, а именно:

1. При больших, чем указано ниже, отклонениях в угле а (суммарных);
2. при затуплении сверла, так как, согласно экспериментальным данным, крутящий момент в этом случае повышается почти и 3 раза, тогда как
3. осевое давле ние увеличивается незначительно;
4. при защемлении стружки, когда крутящий момент резко возрастает;
5. на выходе сверла из отверстия, когда конус сразу разгружается, тогда как крутящий момент продолжает еще повышаться.

Рис.15

Конус должен быть рассчитан таким образом, чтобы, даже в самых неблагоприятных случаях он смог передавать крутящий момент только посредством трения без участия лапки. Можно принять вполне достаточным трехкратное повышение отношения М/Q, тогда оно будет равно 0,12d. Эту величину и надо подставить в формулу для М.

Суммарную погрешность сопряженных поверхностен Δа для сверл универсального назначения можно оценить в +5′, из них ±2′ надо отнести к конусу сверла и ±3′ — для втулки шпинделя, так как внутренний конус труднее изготовить, чем наружный. На основании приведенных данных можно определить, какой максимальный диаметр сверла соответствует каждому номеру конуса. Расчеты показывают, что для некоторых, например крупных сверл максимальный диаметр не совпадает с принятым в стандартах. Поэтому при стечении неблагоприятных обстоятельств в передаче крутящего момента будет участвовать наряду с конической поверхностью также и лапка, что может вызвать ее поломку. Отсюда возникает целесообразность изготовлять сверла с двумя размерами конусов. Сверла с усиленным конусом (на один номер больше) должны быть использованы на более тяжелых работах. Инструментальные заводы выпускают эти сверла диаметром 12 мм по ГОСТу 889-41.

В зависимости от номера конуса и размера сверла приходится переходный участок от конуса к цилиндру сверла оформлять по-разному (рис. 16, а). Это необходимо для облегчения выхода шлифовального круга при шлифовании как рабочей части сверла, так и конуса. Сверла диаметром от 6 до 10 мм могут изготовляться и без шейки.

Тип А может быть заменен модификацией, у которой вместо пояска .предусмотрена выточка (рис. 16, б).

Рис. 16. Варианты оформления конических хвостовиков инструментов

Зенкеры и развертки оформляются с переходным участком типа Б.

ГОСТы

Размеры конусов для инструментов установлены по ГОСТу 2847-45, а допуски на них — по ГОСТу 2848-45.

Крепление посредством конуса с резьбовым отверстием применяется для концевых фрез различных типов: цилиндрических, шпоночных, Т-образных и т. п. Резьбовое отверстие предназначается для затяжного болта, пропускаемого через полый шпиндель станка. Такая конструкция обеспечивает более надежное закрепление по сравнению с конусом с ланкой. Особенно важно это для фрез с винтовыми зубьями, направление которых совпадает с направлением резания. При отсутствии затяжного болта конический хвостовик фрез будет стремиться выйти из гнезда шпинделя под действием осевой силы, появляющейся в результате наличия винтовых зубьев фрезы.

Похожие материалы

Укороченные конусы Морзе

Для решения ряда производственных задач длина классического конуса является чрезмерной. В данном случае целесообразно использование укороченных изделий. Длина таких конусов в 2 раза меньше оригинальной. Они оперативно фиксируются в шпинделе, позволяют качественно выполнять работы в ограниченном пространстве.

Укороченные модели пропорциональны конусам КМ, имеют соответствующие обозначения:

• В7 – КМ0 длиной 14 мм;
• В10 – КМ1 длиной 18 мм;
• В12 – КМ1 длиной 22 мм;
• В16 – КМ2 длиной 24 мм;
• В18 – КМ 2 длиной 32 мм;
• В22 – КМ3 длиной 45 мм;
• В24 – КМ3 длиной 55 мм;
• В32 – КМ4 длиной 57 мм.

Наиболее крупные конусы – В45. Они являются укороченной версией КМ5, имеют длину 71 мм.

Рис. 5 Конус 7:24

Использование широкого углового резца

Довольно простым способом, при помощи которого на токарном станке можно получить конусную поверхность, является использование углового резца. При его помощи можно создать конус небольшой длины, режущая кромка должна быть прямой. Угол конуса можно корректировать путем заточки кромки или установки его под определенным углом к заготовке.

Точение конуса резцом

Все вышеприведенные способы требуют наличия определенных навыков работы на токарном станке. В некоторых случаях, для крупносерийного производства, изготавливают специальные копиры. Для мелкосерийного производства подойдет способ, в котором используется линейка или поворот салазок токарного станка, смещение бабки.

Альтернативные решения

В качестве замены конусов Морзе созданы аналогичные продукты. Они обладают рядом уникальных качеств, полностью или частично заменяют классические решения.

Конусы 7:24

Конусы 7:24 созданы для станков с возможность автоматизированной смены инструмента. Изделия лишены недостатков типовых конусов, связанных с заклиниванием, большими размерами и недостаточным контактом осевого упора.

Рис. 6 Конус 7:24

Продукция предназначена для предприятий с высокой степенью оснащенности, изготавливается в разных странах. Производители используют различные нормативы при производстве инструментальных конусов.

• ISO 7388. Международный стандарт, применяемый многими предприятиями ЕС.
• ГОСТ 25857-2014. Отечественный норматив, аналог стандарта ISO. Основные отличия кроются в параметрах используемых материалов.
• DV и SK. Нормы, применяемые в Германии.
• ANSI B15.18. Нормативные документы, используемые американскими производителями.
• JIS B6339. Японская вариация инструментальных конусов. Размерность изделий определяется в дюймовой системе исчисления.
• NFE 62540. Стандарт, используемый французскими производителями.
• IS 2340. Индийский стандарт.

При обозначении типоразмеров изделий используются цифры от 10 до 80. Шаг градации равен 5. Ниже представлена таблица размеров инструментальных конусов, где D – максимальный диаметр конусного проема, L – его глубина, а DF – диаметр фланца.

Таблица №2. Размеры инструментальных конусов

Конусы HSK

Конусы типа HSK ориентированы на фрезерные станки. Продукция изготавливается в соответствии с ГОСТ Р 12164 и DIN 69893. Изделия обозначаются буквами от А до F, в наименовании прописывается диаметр фланца (минимальное значение – 25 мм, максимальное – 160 мм).

Преимущества решений серии HSK:

• максимально быстрая замена металлорежущего инструмента;
• умеренный вес;
• возможность работы с резцами токарного типа;
• прекрасная повторяемость;
• высокие показатели жесткости.

Для работы с квадратными резцами требуются переходные элементы. Резцы некоторых производителей сразу имеют хвостовик HSK.

Рис. 7 Продукция серии HSK

CAPTO

Конусы CAPTO позиционируются как премиальный аналог изделий серии HSK. Продукция выпускается согласно ISO 26623, имеет треугольное сечение. Угол поверхности посадки аналогичен классическим конусам. Изделие надежно фиксируется в рабочем проеме, обеспечивает хорошую повторяемость в различных осях.

Продукция линейки CAPTO оптимальна для черновой и получерновой обработки. Она обеспечивает высокую жесткость соединения, что может привести к преждевременному износу шпинделя при значительной нагрузке.

В модельном ряде производителя присутствует 6 конусов. Изделия имеют маркировку от С3 до С10 , диаметр рабочего фланца составляет от 32 до 100 мм.

Конусы с конусностью 1 : 30 и 1 : 50

В инструментальном деле и в общем машиностроении приняты, конусы с конусностью 1 : 30 и 1 : 50.

Конусность 1 : 30 имеют отверстия в насадных развертках и зенкерах. Коническая форма отверстий в этих инструментах необходима для лучшего центрирования и прочности посадки их на оправках. Такую же конусность имеют и рабочие концы оправок для разверток и зенкеров. Угол уклона при конусности 1 : 30 составляет 0° 55′.

Конусность 1 : 50 имеют установочные штифты, применяемые в случае, когда необходимо, чтобы две детали машины, скрепленные болтами, не могли перемещаться одна относительно другой (например, фартук суппорта и его продольные салазки).

Установочные штифты входят в отверстия, высверленные и развернутые одновременно в обеих деталях, после их сборки. Конусность таких штифтов принята равной 1 : 50, что соответствует углу уклона α = 0° 34′.

Переходники

При работе с конусами используются переходные оправки и переходные втулки на конус Морзе. Они упрощают проведении работ, исключая покупку дополнительной оснастки и инструмента.

Рис. 8 Переходная втулка с КМ2 на КМ3

Специалисты рекомендуют приобретать сертифицированные конусы и переходные элементы. Это обеспечит качественное выполнение работ, снизит вероятность поломок, сократит производственные издержки и расходы на дополнительную обработку заготовок.

Метод смещения относительно оси центров

Смещение центров позволяет также получить на токарном станке конус морзе. Однако в этом случае провести точение можно исключительно наружных конических поверхностей. К достоинствам рассматриваемого способа можно отнести:

1. Есть возможность сделать длинный конус морзе.
2. Используется механическая подача суппорта, что обуславливает возможность применения обычных моделей токарных станков.

Смещение оси центров

К существенным недостаткам можно отнести:

1. Невысокую точность, с которой можно сделать деталь.
2. В процессе получения конуса происходит перекос центровых отверстий.

Показатель величины смещения задней бабки во время создании конических поверхностей определяется при помощи прямоугольного треугольника.