在大型车床上加工各种类型的工件，需要使用带三爪或四爪的平面卡盘、卡爪箱和动力拉紧螺杆夹其有较大直径的回转零件。

车床凭借其多种多样的形式和应用场合在机械加工领域中占据了特殊的地位。可以对通用车床加以适当的改装而扩大其加工范围，例如，增大机床的导轨长度、平面卡盘的尺寸和车削长度(顶尖的高度和中心距)。最常见的加工范围如下：最大直径范围在200到800毫米，最大车削长度在1000到2500毫米。此外，重型车床的车削直径已经达到了2500毫米左右，而车削长度也已经达到了10米左右。个别重型车床甚至能够加工直径高达5米的零件。立式车床(其显著的特征是具有一根垂直的主轴，以及围绕主轴回转的平面卡盘和工件支架)的平面卡盘直径达到了18米，最大车削直径达到了25米左右。而平面卡盘的负载能力决定了工件的最大重量。

当使用手动或者自动(气动或者液压驱动)的三爪、四爪卡盘夹紧直径约为500毫米左右的车削零件时，最大加工直径取决于平面卡盘。平面卡盘、卡爪箱和动力拉紧螺杆是吸型车床上常用的装夹工具，能够夹紧各种各样的工件。

图1 标淮或者特殊的平面卡盘可以根据不同的需求设计

夹紧卡爪由平面卡盘中的调节轴驱动

平面卡盘是车削加工中常见的重要工具，能够夹紧各种类型的工件。可以根据需要为“标准车床”采用标准的平面卡盘或者设计出特殊的结构(图1)。

特殊类型的平面卡盘一般根据订单和应用场合单独制造、装配。此外也有带燕尾槽的平面卡盘，主要用于张紧盘或者张紧卡爪，而平面卡盘主要用于固定卡爪。

标准的平面卡盘由低碳钢St52或者GS52制造，带有六根或者八根卡爪导轨。卡爪在导轨中的位置可以任意调节，并且有三种不同的形式：可翻转单卡爪、可翻转双卡爪、在导轨上可移动的定位卡爪。

卡爪份轨是封闭结构的系统；沿着这根导轨，可分离式或者一体式卡爪由平面卡盘上的调节轴驱动。如果要装夹诸如辊筒、涡轮机转子或者船用发动机曲轴等重型工件，还需要在调节轴上增加动力拉紧螺杆；通过适当加大夹紧力，这种拉紧螺杆可以很好地协助机床操作人员装夹和调整工件。

必须根据DIN德国工业标准或者机床制造商的要求将平面卡盘固定在主轴法兰上。平面卡盘上的通孔可以容纳顶尖，用于从两面夹紧工件进行车削。

当平面卡盘的直径超过3000毫米，装夹用附件(长插销/下卡爪、调节轴)的加工成本会显著上升，部分附件也很难加工；因此需要同时使用平面卡盘上的燕尾槽来移动和固定卡爪。

用于装夹超大工件的卡爪箱

卡爪箱主要用在立式车床上装夹超大工件。此外也可用于卧式或者立式车床上装夹大型不对称工件，例如电动机上的壳体，还可以根据工件儿何尺寸调节夹紧位置。

如果工件在卡盘上未精确定位，就需要在两根燕尾槽上手动调整卡爪箱完成工件的移动和固定。可以利用迷官式横插销连接或者额外的锁止销固定卡爪箱。

图2 集成在卡爪中的拉紧螺杆能够保证较大的夹紧力和较小的转动力矩

通过卡爪在箱体内的移动实现心轴的精确张紧。也有配备较高硬度导向板的特殊卡爪箱，能够承受较重的工件；尽管如此，张紧卡爪仍会松动。此外，卡爪箱还可以配合动力拉紧螺杆使用(图2) ，以保证较大的夹紧力和较小的转动力矩。

带有专利楔子张紧系统的动力张紧心轴

位于克莱恩瓦尔施达特的雅克布驱动技术有限责任公司为大型机床上工件装夹开发了新型的“MSP”和“MSPD”系列动力张紧心轴。专利的楔子张紧系统能够实现动力传递并已成功应用。新型的张紧心轴更加紧凑、坚固，而且能够提供更大的张紧力和张紧行程。这种张紧系统拥有特别大的传递表而以及优化的摩擦系数，性能上的改善非常明显。

即使在极为坎坷的条件下，比如工件极垂或者运行安全要求极高，稚克布公司的动力张紧心轴仍然游刃有余。用户可以选择单作用结构或者双作用结构两种形式，两者均适用于外部以及内部张紧。

这种张紧心轴的优分非常明显，效率非常出色：

极高的张紧力，极低的转动力矩
确保运行安全和稳定性的最大化
大范围的张紧力，较高的调整精度
操作、装配简单
较低的维护费用

更高稳定性和可靠性的装夹元件

MSP系列单作用机械式张紧心轴主要用于“外部”(如轴、滚筒等)张紧夹具，而MSPD系列双作用机械式张紧心轴主要用于“外部和内部”(如管道、衬套等)张紧夹具(图3)。双作用张紧心轴还与一套内建的自动化转换机构相连。楔形机构经过了专门优化，具有较高的稳定性，能够在任意张紧位置自锁，并保持较高的刚度，从而确保较高的运行安全性能。另外，还为丝杠配备了额外的机械式保险或者防松机构。

所有的部件均由高硬度调质钢经精密加工而成，楔形部件经过了等离子氮化处理，并且在关键位置还进行了涂层处理。这样能够保证装夹元件具有较高的稳定性和可靠性。当平面卡盘的直径达到1至5米甚至更大时，就需要配备机械式的动力张紧心轴。这种张紧心轴共有6种尺寸可选，其张紧力能够达到100至500千牛，而梯形螺纹主要选用TR60至TR22O型号。

图3 张紧主轴在每个张紧方向上都能自锁并且具有很高的稳定性从而确保了切削加工的安全。

对于特大型工件的装夹通常作为单独的一道重要工序进行处理，需要耗费较长时间并且需要较多的手动操作。张紧卡爪的位置由大型六角挡块固定、粗定位和预夹紧。通过拧紧并激活驱动心轴上的力学放大机构内六角挡块才能完成最终的动力夹紧和精确定位。这样，丝杠衬套和张紧卡爪可以紧密地压合在工件上。张紧力与转动力矩成线性关系(图4)。因此，需要使用千分表扳手拧紧，而且还需要使用千分表控制径向跳动。

图4 张紧主轴的剖面模型

在预夹紧工序通过相反方向上布置负载，从“外”向“内”地改变了楔形张紧系统内的力学传递过程。因此，张紧力可以交替作用于右轴颈或者左轴颈，并将平面卡盘牢牢固定。另外还布置了若干压力弹簧用于平衡转换过程，同时还能在松开夹具后起到复位作用。一般来说，每一根张紧心轴都需要进行功能测试，并在出厂时提供张紧力图表和测量报告。

图5 测量控制台上的张紧心轴

图6 动力张紧心轴的设计主要取决于回转部件的运动惯量。

还可以根据用户的要求将对应的张紧力图表刻在铝板并固定在机床上供操作人员查询。此外，还需要根据张紧卡爪和长插销导轨上产生的摩擦损失修正相应的表格和图形。相关的摩擦系数需要由向平面卡盘或者卡爪箱供应商询问，根据经验值或者试验确定。

在进行动力张紧心轴的设计计算时(图6)需要考虑工件和机床带来的各种影响因素。需要注意每一块平面卡盘上允许配备的张紧心轴的数量、工件的最大重量以及工件的固定方式：固定在顶尖中间、在外部或者内部自由固定。当然，还需要注意特殊的影响因素(比如不平衡性及诸如此类的情况)。另外，在对工件进行装夹时已经施加的较大的力也需要得到相应的重视。最后，张紧力和工件重量的总和不能够超过机床允许的最大静态负荷。

选择机械式还是液压式？

在过去，除了机械式张紧心轴之外还出现过液压式张紧心轴。这种机构内部有一套液压油回路，通过横截面较小的活塞将液压油挤压到横截面较大的活塞上，从而获得较大的张紧力。这种系统的优势在于其张紧行程能够达到8毫米，而转动力矩很小致命的缺点在于不可能百分之百地避免漏油的危险，这甚至会导致液压油损失或者张紧力下降。为了解决这个问题，必须在液压回路上强制增加额外的锁紧保险装置。因此，成本会显著上升，操作会更加繁琐，维护费用会更高。所以在大多数情况下，机械式张紧心轴得到了优先应用和发展。

今天，雅克布公司的动力张紧心轴已经遍布全球，许多著名车床和特殊机床的卡爪箱或者平面卡盘上都配备了稚克布公司的产品。目前，雅克布公司接到了非常多的订单，除了为新机床购买张紧心轴之外，还希望雅克布公司为其老机床改造提供张紧心轴的维修或者整体更换方案。

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