Сверлильный патрон – это основной элемент оснастки сверлильных и токарных станков, а также электрического, пневматического и ручного инструмента, предназначенный для крепления металлорежущего инструмента с цилиндрическим хвостовиком на шпиндель. В основном это сверла различного диаметра, а также развертки, зенкера, фрезы, метчики и другой инструмент.

В этой статье мы разберемся со следующими вопросами:
- конструкция патрона
- типы патронов
- в какой инструмент вставляется патрон
- посадка Конус Морзе
- точность патронов
- патроны ПрофОснастка
- советы по использованию
- частые проблемы

Конструкция патрона

Если рассматривать конструкцию патрона кулачкового типа, то он включает следующие основные элементы:
- корпус;
- гайка с обоймой;
- винтовой хвостовик с левой резьбой;
- шарикоподшипник между гайкой и хвостовиком;
- кулачки.

Видео работы патрона: https://www.youtube.com/watch?v=2it535ZW0C4

Типы патронов

Сверлильные патроны можно классифицировать по 4 критериям:
- по способу зажима
- по посадке в инструмент
- по диаметру зажима сверла
- по точности

По способу зажима патроны подразделяются на:

По способу посадки сверлильные патроны могут устанавливаться через резьбу или укороченный конус Морзе. Подробнее об этом мы поговорим ниже.

Диаметры зажима сверла часто ограничены, так как нельзя приспособить кулачки для цилиндра диаметром 0,4 мм и 15 мм одновременно. Зачастую диаметры зажимов выглядят подобным образом: 0-8/ 1-10 / 1,5-13 / 1-16 / 3-16 мм.

По точности патрона можно классифицировать оснастку как ручную 0,35 – 0,2 мм, станочную 0,2-0,1 мм и высокоточную 0,1 и ниже. О том, что такое точность патрона и как ее измерить мы поговорим дальше в этой статье.

В какой инструмент вставляется патрон

Прежде всего, инструмент, в который вставляется патрон можно разделить на 2 большие группы:
- ручной инструмент
- станки

Говоря про ручной инструмент, можно сказать, что большинство патронов соединяются с инструментом при помощи винтового соединения, то есть накручиваются на резьбу.

Метрическая резьба М12*1,25 используется для российского инструмента старого образца, также встречается и на некоторых новых моделях дрелей.

Дюймовая резьба распространена намного чаще, используется на импортном инструменте. Как правило, резьба 3/8-24UNF используется на шуруповертах, а ½-20UNF на дрелях.

Патроны для станков довольно разнообразны, они могут выполнять множество функций, например:
- сверление
- фрезерование
- вращение заготовки 
- нарезка резьбы метчиками
- нарезка резьбы плашками
- зенкование
- развертка

Сегодня речь пойдет о патронах для сверлильных станков.

По конструкции сверлильные патроны могут быть аналогичны патронам для ручного инструмента, основное отличие здесь в другом типе посадки. В отличие от резьбы на патронах для дрелей и шуруповертов, здесь используется укороченный конус Морзе. О данном типе посадки мы поговорим ниже.

Если говорить об остальных станках, то стоит упомянуть о существовании следующих патронов:

Цанговые патроны – чаще всего используются для фрез или метчиков. В отличие от трехкулачкового патрона имеют ограниченный диапазон зажима либо зажимают только один определенный диаметр. Данные патроны лучше прилегают к инструменту, что повышает его точность.

Токарные патроны, в отличие от остальной оснастки, зажимают не инструмент, а обрабатываемую заготовку.

Термопатроны – зажимают только один диаметр, применяются в основном для фрез. Отверстие под инструмент в данном патроне чуть меньше самой фрезы. Данная оснастка разогревается при помощи отдельной машины индукционным нагревом, металл расширяется и в отверстие вставляется инструмент. После остывания металл возвращается к своему исходному размеру, что дает одно из самых сильных сцеплений патрона с инструментом. Используется для высокоточных работ.
Видео с заменой фрезы на термопатроне: https://www.youtube.com/watch?v=eb94j2wB-To 

Гидропатрон — технология, альтернативная термопатрону. В гидропатроне зажим инструмента осуществляется за счёт давления жидкости. Для зажима/разжима патрона достаточно повернуть винт в боковой поверхности. При этом усилие зажима намного выше, чем в цанговом патроне, а жидкость внутри одновременно способствует гашению вибраций. Гидропатрон стоит существенно дороже цангового, но не требует специального устройства, как термопатрон, и более универсален.
Видео с демонстрацией гидравлического патрона: https://www.youtube.com/watch?v=gBjH7h22TrI

Weldon-патрон - применяется для инструмента с Weldon-хвостовиком. Принцип действия прост: хвостовик инструмента имеет выемку, зажатие осуществляет закручиванием винта, винт упирается в площадку выемки, надёжно фиксируя инструмент. Часто используется на станках с магнитной подошвой для закрепления корончатых сверл.

Посадка Конус Морзе

Данная посадка используется для крепления патрона в сверлильный станок, она не единственная, но самая распространенная. 

Данная посадка была изобретена в 1864 году Стивеном Морзе, человеком, изобретшим и запатентовавшим спиральное сверло таким, каким мы знаем его сейчас.

Существует 3 разновидности конуса:

Инструмент с лапкой крепится в шпинделе заклиниванием этой лапки, для чего в рукаве некоторых шпинделей есть соответствующий паз. Лапка предназначена для облегчения выбивания конуса из шпинделя и предотвращения проворачивания. Инструмент с внутренней резьбой фиксируется в шпинделях штоком (штревелем), вворачивающимся в торец конуса. Конусы с резьбой гарантируют невыпадение инструмента и облегчают извлечение заклинившего конуса из шпинделя. Шпиндель обычно делается под один из вариантов фиксации — с лапкой, со штревелем или с фиксацией трением.

Фиксация здесь происходит за счет уникальной геометрии – угол конуса меньше чем угол трения. Во время работы данная посадка запрессовывает сама себя в станок, так как при сверлении осевая нагрузка толкает сверло и конус вверх. Однако при фрезеровании такой конус может выпасть, так как движение фрезы идет не только вверх и вниз, а еще и влево и вправо, что может раскачать и выдавить оправку из конуса. Во избежание выпадения инструмента был придуман конус Морзе с резьбой.

Большая площадь сцепления патрона с хвостовиком позволяет передавать больший крутящий момент, а также минимизировать биение, по сравнению с резьбовой посадкой.

Существует несколько размеров конического хвостовика – от КМ0 до КМ7. На письме обычно обозначается как КМ (Конус Морзе), также можно встретить обозначения MT (англ. Morse Taper) и MK (нем. Morsekegel). Размеры конуса Морзе одинаковы вне зависимости от написания первых двух букв. Чтобы определить какой размер вам нужен – посмотрите технические характеристики станка, там обычно указан номер КМ.

Фиксация конуса в станок может происходить несколькими способами:

1. Используется непосредственно инструмент с конусом Морзе, без патрона. Сверла и фрезы можно купить сразу с нужным конусом и вставить в станок. Данный способ увеличивает точность инструмента, но является дорогим. Также при неправильной эксплуатации, при частой замене инструмента, может пострадать конус внутри станка. 
Сверло ПрофОснастка с коническим хвостовиком с лапкой:

2. Вставляется патрон со встроенным коническим хвостовиком. Вариант не очень распространенный и неудобный, так как при покупке другого станка с другим размером КМ оправку не удастся переставить, а придется покупать новый патрон.

 
3. Самый распространенный вариант – соединение патрона и станка через дорн. Здесь используется связующее звено в виде дорна. С одной стороны он имеет нужный КМ, а с другой стороны находится укороченный конус Морзе, который обозначается английской буквой B (на чертеже ниже обозначен как К1). Укороченный конус вставляется в патрон, имеет следующие размеры: B7, B10, B12, B16, B18, B22, B24, B32, B45. В редких случаях дорн может быть с КМ на одной стороне и резьбовой посадкой на другой.
 
Точность патрона

Точность патрона определяет радиальное биение инструмента зажимаемого при помощи оправки. Проще говоря, точность дает понять, насколько сверло или фреза будут отклоняться от центра вращения. Для ручного инструмента эти значения достигают 0,35 мм, для станочного инструмента точность уже идет от 0,2 мм и точнее. Упомянутые выше термо- и гидропатроны могут давать точность 0,003 мм.

Зачем нужна точность? Во-первых, чем больше радиальное биение, тем больше страдает расходник, зажатый в патроне, сокращается его ресурс. Во-вторых, есть множество высокоточных производств, которым отклонение в 0,1 мм может испортить все изделие.

Точность изначально замеряется на заводе производителя. На контрольный дорн сажают патрон, вставляют в оснастку металлический цилиндр, как правило, 200 мм в длину, и рядом с концом штифта ставят стрелочный индикатор для измерения отклонений. Чем дальше от патрона – тем выше радиальное биение, поэтому в этом случае производитель замеряет максимально возможное биение. Обычно производится три замера и выводится среднее арифметическое число.

Патроны ПрофОснастка

В ассортименте ТМ ПрофОснастка представлены различные варианты оснастки для ручного электро- и пневмоинструмента, легких металлообрабатывающих станков, центров обработки металла.

Трехкулачковый быстрозажимной патрон ТМ ПрофОснастка для бытового и профессионального использования на ручном инструменте. Точность 0,35 мм. В ассортименте патроны под сверла 0,8-13 мм, со всеми популярными посадками на импортный инструмент (1/2-20 UNF, ¾-24 UNF). Также в ассортименте присутствуют патроны этой модели с преходником SDS+ в комплекте.

Металлический трехкулачковый быстрозажимной патрон ТМ ПрофОснастка с блокировкой зажима. Используется для бытового и профессионального использования на ручном инструменте. Точность 0,35 мм. В ассортименте патроны под сверла 1-13 мм, со всеми популярными посадками на импортный инструмент (1/2-20 UNF, ¾-24 UNF). Также в ассортименте присутствуют патроны этой модели с преходником SDS+ в комплекте.

Трехкулачковый патрон с ключом ТМ ПрофОснастка. Применяется для бытового и профессионального использования на ручном инструменте и станках. Точность 0,35 мм. В ассортименте патроны под сверла 0,6-16 мм, со всеми популярными посадками на импортный инструмент (1/2-20 UNF, ¾-24 UNF), отечественный инструмент (М12*1,25), а также укороченным конусом Морзе (B10, B12, B16, B18). Также в ассортименте присутствуют патроны этой модели с преходником SDS+ в комплекте.

Трехкулачковый точный патрон с ключом ТМ ПрофОснастка. Применяется для профессионального использования на станках. Точность 0,25-0,18 мм. В ассортименте патроны под сверла 0,6-20 мм, со всеми популярными посадками на конус Морзе (B10 – B22).

Трехкулачковый точный самозажимной патрон ТМ ПрофОснастка. Применяется для профессионального использования на станках. Точность 0,2 мм. В ассортименте патроны под сверла 0,5-20 мм, со всеми популярными посадками на конус Морзе (B12 – B22).

Трехкулачковый особо точный самозажимной патрон ТМ ПрофОснастка. Применяется для профессионального использования на станках. Точность 0,05 мм. В ассортименте патроны под сверла 0,5-20 мм, со всеми популярными посадками на конус Морзе (B10 – B22).

Трехкулачковый особо точный самозажимной патрон с блокировкой ТМ ПрофОснастка. Применяется для профессионального использования на станках. Точность 0,12-0,05 мм. В ассортименте патроны под сверла 1-13 мм, с популярными посадками на конус Морзе (B16, B18), а также 1/2-20UNF.

Также в ассортименте ТМ ПрофОснастка есть ключи для патронов, адаптеры-переходники SDS+. 
Оправки ТМ ПрофОснастка используются для посадки меньшего КМ в больший. Например, если у вас есть дорн КМ, но станок предназначен для КМ3 – можно купить оправку переходник КМ2-КМ3
В торговой марке представлен большой ассортимент дорнов для посадки любого патрона. Присутствуют редкие позиции дорна с КМ на резьбовую посадку.

Советы по использованию

Перед тем, как вставить дорн в патрон и станок вытрите все конусы, дополнительно обработайте шлифовальной пастой дорн и конус в патроне, чтобы прилегание было максимальным. Посадочный конус в станке лучше всего просто протереть.
Убедитесь, что вы не чересчур сильно зажимаете сверло в патроне, чтобы избежать повреждения губок. 
Правильно подбирайте сверло к обрабатываемому металлу. Частые заклинивания плохо влияют на патрон.
Не используйте ударный режим на перфораторе, когда работаете с патроном через переходник SDS+.

Частые проблемы

1. Отверстие больше заявленного, биение.
- Проверьте перед покупкой, указана ли точность патрона – если она не указана, то нет смысла что-то проверять. Использовать можно только для DIY работ.
- Правильная эксплуатация - проверьте, все ли детали перед установкой хорошо очищены, правильно подобраны по размерам и все ли детали (патрон, дорн, станок) были крепко и правильно соединены (можно немного забить дорн и патрон при помощи прорезиненного молотка или используя доску как буфер)
- Проверьте все составляющие компоненты процесса сверления (станок, сверло). В большинстве случаев вина лежит не на патроне.
а) Убедитесь, что сверло, которое вы используете, не имеет изгиба или перекоса. 
б) Измерьте точность шпинделя, дорна без патрона, биение на корпусе патрона. Если есть отклонения, возможно на станке поврежден конус шпинделя. Возьмите дорн, закрасьте его полностью при помощи маркера и вставьте в конус станка. В идеале, когда вы вытащите дорн, на нем не должно остаться краски. Если более 25% краски не стерлось, стоит проверить станок. 

2. Губки патрона «слизались»
- Чересчур сильно зажимается режущий инструмент в патроне (постоянный перетяг)
- Соответствие сверла и заготовки. Проверьте, что сверлите заготовку подходящим сверлом. Избегайте частых заклиниваний сверла.
- Используйте инструмент только с цилиндрическим хвостовиком. Зажим не цилиндрических деталей в патроне может значительно сократить срок службы патрона из-за повышенного напряжения кулачков.

3. Патрон заклинил (инструмент не вынимается / нет вращения инструмента)
- Не используйте ударный режим на перфораторе, когда работаете с патроном через переходник SDS+.
- Убедитесь, что нет ошибки в следующих пунктах:
а) Посадка патрона соответствует посадке инструмента
б) В патрон вставлен инструмент с цилиндрическим хвостовиком (не шестигранным, не коническим, не SDS и т.д.)
в) Сверло правильно подобрано под обрабатываемый материал (сверлит быстро, не застревает в обрабатываемой заготовке)
г) Соблюдены режимы резания