一、應(yīng)用概況

車銑復(fù)合機(jī)床是一種集車床、銑床、鉆床等多種加工功能于一體的高端數(shù)控設(shè)備，能夠在一次裝夾中完成復(fù)雜零件多道工序加工，顯著提升加工效率、減少裝夾誤差，尤其適合批量生產(chǎn)和復(fù)雜零件加工。

零件一次裝夾即可完成90%以上的加工內(nèi)容，大幅減少裝夾次數(shù)（傳統(tǒng)加工可能需要3~5次裝夾）。主軸（車削主軸）與進(jìn)給軸（銑削軸、X/Y/Z 軸等）可實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動（常見3軸、4軸聯(lián)動），例如：車削主軸旋轉(zhuǎn)時，銑軸（C軸）同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)螺旋槽、偏心孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工；配合Y軸（徑向進(jìn)給），可加工端面凸輪、非圓曲線等傳統(tǒng)車床難以完成的特征。

一次裝夾避免了多次裝夾帶來的定位誤差（傳統(tǒng)裝夾誤差累計(jì)可達(dá)0.01-0.05mm，車銑復(fù)合可控制在0.005mm以內(nèi)），尤其適合對同軸度、垂直度要求高的零件（如發(fā)動機(jī)曲軸、精密傳動軸等）。


二、系統(tǒng)方案

本文是基于邁信EP5S系列伺服主軸驅(qū)動器在車銑復(fù)合機(jī)床上的應(yīng)用。EP5S作為主軸驅(qū)動單元，配合寶元EtherCAT總線數(shù)控系統(tǒng)，通過CNC程序控制機(jī)床的運(yùn)動軌跡和加工參數(shù)，在一次裝夾中完成復(fù)雜零件（如軸類、盤類、異形件）的車削、銑削、鏜削、攻絲等多道工序。車銑復(fù)合機(jī)床是 “高精度、高效率、高集成度” 的代表，尤其在復(fù)雜零件加工領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢，已成為高端制造（如航空航天、精密儀器、汽車高端零部件）的核心設(shè)備。


三、應(yīng)用現(xiàn)場圖片


機(jī)床本體


電氣柜


主軸結(jié)構(gòu)（齒型正余弦編碼器）


四、主軸要求

主軸性能直接決定車銑復(fù)合機(jī)床的加工能力。車銑復(fù)合機(jī)床的主軸是實(shí)現(xiàn)車削、銑削、鉆削等多工序復(fù)合加工的核心部件，其性能需同時滿足車削的高扭矩、銑削的高轉(zhuǎn)速、多軸聯(lián)動的高精度以及復(fù)雜工況的穩(wěn)定性，要求遠(yuǎn)高于單一功能的車床或銑床主軸。車削：帶動工件旋轉(zhuǎn)（類似車床主軸），具備高轉(zhuǎn)速（通常3000~6000rpm）和大扭矩（適應(yīng)重車削），部分機(jī)型支持C軸功能（主軸分度定位，精度達(dá) ±0.001°），可作為旋轉(zhuǎn)軸參與銑削聯(lián)動。銑削（動力刀塔）：安裝銑刀、鉆頭等刀具，可沿 X/Y/Z 軸移動，部分配備Y軸（垂直于主軸軸線方向），實(shí)現(xiàn)徑向或軸向銑削，轉(zhuǎn)速可達(dá)10000~15000rpm（高速機(jī)型更高），滿足高速銑削需求。 

1、主軸需兼顧車削與銑削的雙重性能

低速高扭矩（滿足車削需求）：車削外圓、端面或螺紋時，需在低轉(zhuǎn)速（50~1000rpm）下輸出大扭矩，確保對鋼、鑄鐵等硬材料的重切削能力（如切深5mm以上的粗車）。高速高功率（滿足銑削需求）：銑削鍵槽、曲面或鉆孔時，需支持高轉(zhuǎn)速（3000~12000rpm，高速機(jī)型可達(dá)15000rpm），且功率穩(wěn)定（通常7.5~22kW），保證鋁合金、銅等材料的高速切削效率（如進(jìn)給速度10~30m/min）。

2、主軸需實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無級調(diào)速，且在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)扭矩 / 功率曲線平滑過渡，避免某一區(qū)間出現(xiàn) “動力斷層”

車銑復(fù)合的核心是主軸具備C軸功能（即主軸可作為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行精確分度和連續(xù)旋轉(zhuǎn)），確保銑削鍵槽、徑向孔等時的角度精度（如同軸度≤0.005mm）。支持C軸與 X/Y/Z 軸的多軸聯(lián)動（如螺旋插補(bǔ)），用于加工螺旋槽、端面凸輪等復(fù)雜零件，聯(lián)動時的軌跡精度需≤0.01mm/100mm。

3、高剛性與抗振動能力

主軸系統(tǒng)的固有頻率需避開車削（低頻振動）和銑削（高頻振動）的共振區(qū)間，避免加工表面出現(xiàn)振紋或刀具崩刃。高速旋轉(zhuǎn)時的動平衡等級需達(dá)G0.4級（ISO標(biāo)準(zhǔn)），尤其在10000rpm以上時，殘余不平衡量≤0.4g·mm/kg，減少離心力振動對精度的影響。

4、高可靠性與功能集成

主軸電機(jī)與主軸的連接方式（如皮帶傳動、直聯(lián)或電主軸）需優(yōu)化，減少摩擦發(fā)熱，確保工作溫度穩(wěn)定在40~55℃，溫差≤3℃。支持與動力刀塔的實(shí)時數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速與刀塔進(jìn)給的動態(tài)匹配（如攻絲時主軸轉(zhuǎn)速與Z軸進(jìn)給嚴(yán)格同步，同步誤差≤0.01mm）。具備扭矩過載保護(hù)、振動超限報(bào)警、溫度過高保護(hù)等功能，防止刀具碰撞或異常切削導(dǎo)致主軸損壞。支持主軸定向停止（準(zhǔn)停精度≤±1°），便于自動上下料或刀具更換。 


五、調(diào)試步驟

第一步：安裝EP5S主軸驅(qū)動器及主軸電機(jī)，并確保接線正確。系統(tǒng)上電，確定EtherCAT通訊網(wǎng)絡(luò)正常。




第二步：主軸電機(jī)適配。搭配邁信成套主軸電機(jī)時，正確設(shè)置主軸電機(jī)代碼；搭配第三方電機(jī)時，使用EP5S自學(xué)習(xí)功能，自動識別主軸電機(jī)參數(shù)及慣量。

先通過Fn-2進(jìn)入單機(jī)模式，然后通過Fn6功能觸發(fā)異步電機(jī)離線參數(shù)辨識功能，完成對定子電阻，轉(zhuǎn)子電阻，互感，漏感的辨識。運(yùn)行Fn6功能后，使能燈亮，當(dāng)屏幕顯示DONE且使能燈滅時，辨識結(jié)束，辨識過程大概需要花費(fèi)半分鐘左右。辨識結(jié)束后，按后退鍵退出Fn6功能，此時可以通過P菜單查詢辨識的參數(shù)結(jié)果P702~P705，通過E-set保存該結(jié)果。



第三步：根據(jù)編碼器類型及安裝方式，確定電機(jī)與編碼器傳動比例，正確設(shè)置編碼器線數(shù)及電子齒輪比相關(guān)參數(shù)。



第四步：旋轉(zhuǎn)主軸電機(jī)，確定電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向及編碼器旋轉(zhuǎn)方向，如反向可通過EP5S相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。



第五步：測試加工效果，可通過EP5S環(huán)路增益參數(shù)調(diào)整，以配合機(jī)床機(jī)械達(dá)到最優(yōu)的加工效果。




六、EP5S伺服主軸產(chǎn)品特點(diǎn)

1、功率型號：3.7kW、5.5kW、7.5kW、11kW、15kW
2、電壓等級：AC380V -15%~+10% 50/60Hz
3、控制方式：EtherCAT總線控制，支持位置、速度、扭矩控制模式
4、雙編碼器接口，全閉環(huán)控制。支持方波、正余弦、串口通信、旋變等形式編碼器信號輸入
5、支持同步/異步主軸電機(jī)控制
6、支持主軸電機(jī)參數(shù)及慣量自學(xué)習(xí)
7、窄體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省安裝空間
8、直插自鎖式電源接線端子，接線簡便快捷