Прогрессивные режущие инструменты и современные станки в тандеме обеспечивают выдающуюся производительность в обработке металла резанием. Однако связь между режущим инструментом и шпинделем станка - держатель инструмента или инструментальная оправка - имеет решающее значение для полного достижения этой производительности. Производители инструментов предлагают широкий выбор типов оправок, каждая из которых разработана для оптимальной производительности в определенных областях обработки. Поэтому металлообрабатывающие предприятия должны основывать свой выбор оправок на своих конкретных операциях, а также на деталях, которые оно производит. Тем не менее, хоть предприятия и стремятся приобрести самые передовое оборудование и материалы для режущих инструментов, они часто придают минимальное значение выбору и применению станочной оснастки, которая наилучшим образом соответствовали бы конкретным производственным потребностям. 

Не существует универсального метода крепления инструмента, который подходил бы для всех возможных применений. Оправке, предназначенной для выполнения высокоскоростных операций чистовой обработки, обычно не хватает жесткости и прочности, необходимых для эффективной черновой обдирки литых заготовок. И наоборот, оправке, предназначенной для грубых операций обдирки, обычно не хватает сбалансированности, которая позволила бы ей плавно работать на высоких скоростях при чистовом фрезеровании. Кроме того, прочная конструкция и объем оправки для черновых операций могут ограничивать доступ инструмента к мелким или глубоким деталям. Жесткие материалы требуют инструментальных оправок с повышенной прочностью и жесткостью. Кроме того, способность оправки гасить вибрацию, а также подавать охлаждающую жидкость, также является немаловажным критерием выбора.

Использование неподходящей инструментальной оснастки может привести к неточным размерам и браку, а также к чрезмерному износу шпинделей станка и сокращению срока службы инструмента. На некритических работах держатель инструмента по доступной цене может дать удовлетворительные результаты. Но в операциях, где повторяемая точность обязательна - и особенно, когда окончательный брак дорогостоящей заготовки приведет к снижению прибыли, - инвестиции в ориентированные на возлагаемые задачи держатели инструмента высшего качества обеспечивают дешевую страховку от таких непредвиденных потерь.

Для некоторых специалистов предприятий удлиненные варианты держателей инструментов, используемых в различных техпроцессах, представляют собой эффективную стратегию экономии средств. Тем не менее, всегда применение самой короткой оправки максимально увеличит жесткость, уменьшит вибрацию, ухудшающую поверхность, и продлит срок службы инструмента.

Затраты на инструментальные оправки составляют менее двух процентов от общих производственных. Даже сокращение этих затрат вдвое дает незначительную экономию, тогда как брак заготовки или сломанный инструмент имеет ощутимый финансовый эффект. Премиальные инструменты и оправки могут повысить производительность металлообработки для немедленного возврата инвестиций в инструмент.

Факторы, влияющие на выбор оправок, включают обрабатываемость материала заготовки, а также конфигурацию конечной детали, которые могут определять размеры оправок, необходимые для получения конкретных деталей. Тем не менее, инструментальные оправки должны быть максимально простыми и легкими в использовании, чтобы минимизировать вероятность ошибки наладчика или оператора станка.

Независимо от того, какая применяется оснастка и технология крепления инструмента, жесткость станка, мощность шпинделя и точность позиционирования будут определять, какие операции осуществимы. Например, попытка получить микронные допуски на изношенном станке — пустая трата времени.

Основные элементы станка играют ключевую роль в выборе инструментальных оправок. Многозадачный станок будет полностью использовать возможности оправок, которые могут выполнять как токарные, так и фрезерные, сверлильные операции.

Используемая стратегия обработки также будет определять выбор державки. Например, производственные участки могут выбирать инструменты, чтобы максимизировать производительность в операциях высокоскоростного резания, включающих меньшую глубину резания, или в ситуациях высокопроизводительного резания, которые сосредоточены на создании высоких скоростей удаления металла на станках с достаточной мощностью, но ограниченной скоростью.

Низкое биение поможет обеспечить равномерную работу инструмента и тем самым снизить вибрацию и максимально продлить срок службы инструмента. Балансировка имеет решающее значение, и высококачественная оправка должен быть отбалансирована с классом G2,5-25000 об/мин.

Оправки, будь то простой Weldon, цанговый, термоусадочный, механический или гидравлический патроны, также должны соответствовать конкретным эксплуатационным требованиям. Например, концевые фрезы для хвостовиков Weldon являются жесткими, простыми в использовании, могут передавать высокий крутящий момент и обеспечивают простое и надежное зажимание с сильным противодвижным действием. Они хорошо подходят для тяжелой черновой обработки, но им не хватает точной соосности. В целом, они изначально несбалансированы и не могут эффективно применяться в техпроцессах, использующих высокие скорости вращения.

Цанговые патроны и сменные цанги являются наиболее распространенной формой технологии удержания круглых инструментов. Цанги типа ER доступны в широком диапазоне размеров и обеспечивают достаточный захват для надежного легкого фрезерования и сверления. Высокоточные цанговые патроны ER имеют низкое биение (<5 мкм) и симметричную конструкцию, которая может быть сбалансирована для высокоскоростных операций, а усиленные версии доступны для обработки в тяжелых условиях. Цанговые патроны ER обеспечивают быструю смену и могут работать с различными диаметрами инструмента.

Термоусадочные патроны обеспечивают сильное зажимное усилие, концентричность 3 мкм на тройной длине вылета инструмента и превосходные балансные качества. Их компактная, простая конфигурация обеспечивает хороший доступ к узким деталям.

Усиленные версии могут выполнять фрезерование от умеренной до тяжелой, но сила захвата зависит от допусков хвостовика фрезы и посадоочного места оправки. Термооправки требуют покупки специального нагревающего устройства, а процесс нагрева/охлаждения требует больше времени на настройку, чем зажим/разжим цангового патрона.

Силовые фрезерные патроны обеспечивают сильную силу захвата и высокую радиальную жесткость благодаря применению конической резьбы с использованием цилиндрических роликов. Конструкция позволяет выполнять тяжелое фрезерование и быструю смену инструмента, но биение может быть больше, чем у цанговых систем. Силовые патроны, как правило, больше по размеру, чем другие типы инструментальных оправок, что может ограничивать доступ инструмента к некоторым элементам заготовки.

Гидравлические патроны, использующие давление масла для создания зажимного усилия, имеют меньше внутренних элементов, чем силовые, и в результате имеют сравнительно более тонкий профиль. Гидравлические патроны имеют низкое биение и эффективны для развертывания, сверления и легкого фрезерования на высоких скоростях шпинделя, но чувствительны к большим радиальным нагрузкам.

Не менее важно не только то, как оправка крепит режущий инструмент, так и то, как он крепится к шпинделю станка. Конец шпинделя или оправки определяет возможность передачи крутящего момента и устанавливает точность центрирования инструмента. Традиционные конические инструменты BT, DIN или ISO эффективны на небольших станках, но могут быть ограничены в скоростных возможностях. Версии, предусматривающие контакт как с конусом оправки, так и с торцом, обеспечивают повышенную жесткость и точность, особенно в ситуациях с большим вылетом инструмента. Большие конические размеры необходимы для надежной передачи большего крутящего момента. Например, оправка с конусом BT-30 не может заменить BT-50 в условиях тяжелой обработки.

Выбор типа хвостовика оправки часто определяется региональными предпочтениями. HSK появился в Германии в середине 1990-х годов, когда популярность пятиосевых станков возросла. А в Азии популярны хвостовики BT, иногда в версиях с коническим/торцевым контактом.

HSK очень распространен для 5-осевой обработки. Типы инструментальных оправок, позволяющие точить, фрезеровать или сверлить детали за одну установку, становятся все более популярными по мере увеличения использования многозадачных станков.

В то время как базовая стоимость гидравлического или механического держателя выше по сравнению с ценой цангового или термоусадочного патрона, существуют другие факторы, такие как расходы на систему подогрева термоусадочной оправки и время, необходимое для замены инструментов. Также необходимо иметь термоусадочные оправки, чтобы соответствовать каждому диаметру инструмента, по сравнению с простой заменой цанги в ситуации с цанговым патроном.

Операторы и наладчики станков также играют важную роль в успешном применении инструментальной оснастки. Как в случае станков и другого производственного оборудования, оправки требуют правильного использования и обслуживания, чтобы максимизировать свои преимущества и использовать их в полной мере. Например, оператор должен вставить хвостовик инструмента в оправку на всю его длину, поскольку неправильная посадка приведет к разрушающей точность вибрации или даже к вытягиванию инструмента. Операторы не должны использовать удлинительную рукоятку для приложения чрезмерного крутящего момента при затягивании патрона, который скручивает цангу и приводит к смещению инструмента.

Обслуживание инструмента также важно, но часто игнорируется. Операторы должны всегда чистить оправки перед использованием и осматривать шпиндель станка. Они должны храниться в чистоте и сухости, с крышками для защиты конуса инструмента. Давление жидкости гидравлических патронов следует регулярно проверять.

Специалисты производственных предприятий должны осознавать важность инструментальной оснастки в системе обработки и понимать, как правильное соответствие подходящей оправки конкретным задачам, стратегиям обработки и заготовкам может повысить производительность и снизить затраты. В то же время производители инструментальной оснастки предлагают всё более и более широкий выбор разработанных для удовлетворения индивидуальных эксплуатационных потребностей решений.

Будущие улучшения выходят за рамки самого оборудования оправки. Достижения в области технологии инструментальной оснастки включают оправки, оснащенные датчиками, которые позволяют контролировать силы, действующие на оправку, в режиме реального времени. Собранные данные позволяют в процессе резания регулировку параметров обработки либо оператором, либо даже автоматически с помощью искусственного интеллекта в сочетании с блоком управления станка. Эти и другие новые технологии будут способствовать дальнейшему повышению продуктивного вклада, который производители инструментов вносят в операции обработки.