一、應(yīng)用情況

數(shù)控榫卯加工中心是集車(chē)削、銑削、鉆孔、開(kāi)槽等于一體的多軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控設(shè)備，核心是在單一平臺(tái)完成榫頭、卯眼、異形榫等全流程加工，精度可達(dá)±0.03mm，適配實(shí)木家具、仿古建筑、定制家居等行業(yè)規(guī)模化與高精度生產(chǎn)。

榫卯車(chē)銑加工中心是傳統(tǒng)木工技藝與現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物。它讓承載著千年智慧的榫卯結(jié)構(gòu)，能夠以工業(yè)化、數(shù)字化的方式煥發(fā)新生，既滿(mǎn)足了現(xiàn)代市場(chǎng)對(duì)效率和質(zhì)量的要求，又為傳承和發(fā)展這一寶貴文化遺產(chǎn)提供了強(qiáng)大的技術(shù)工具。

二、系統(tǒng)方案

本文是基于邁信EP5S系列伺服主軸驅(qū)動(dòng)器在五軸四工位數(shù)控榫卯加工中心上的應(yīng)用。

EP5S作為主軸驅(qū)動(dòng)單元，配合寶元EtherCAT總線(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)CNC程序控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng)軌跡和加工參數(shù)，在一次裝夾中可連續(xù)完成榫頭、卯眼、開(kāi)槽、銑型全工序，無(wú)需轉(zhuǎn)移工件，有效縮短加工周期及減少銜接誤差。針對(duì)榫頭（陽(yáng)榫）和卯眼（陰榫）的各種復(fù)雜形狀（如直角榫、燕尾榫、指接榫、各種異形榫）進(jìn)行編程加工，不僅限于銑削（加工方形、不規(guī)則形狀），還具備車(chē)削功能，可以加工圓柱形的榫頭或帶有弧度的榫卯部件。

配套設(shè)備廣泛應(yīng)用于高端紅木家具、現(xiàn)代實(shí)木家具、高級(jí)木制品與工藝品、仿古建筑與古建修復(fù)、木結(jié)構(gòu)建筑等行業(yè)的加工制造。

三、應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖片

設(shè)備本體


機(jī)械結(jié)構(gòu)


電氣柜


四、機(jī)床工藝要求

1、主軸驅(qū)動(dòng)器需支持扭矩模式、速度模式、位置模式切換，滿(mǎn)足不同加工工序需求（如銑削用速度模式，C軸定位用位置模式）。支持EtherCAT高速總線(xiàn)通訊，指令響應(yīng)延遲≤1ms，保證多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)的同步性。

2、數(shù)控榫卯加工，尤其是硬木（如紫檀、紅木）或大型構(gòu)件的加工，需要大切深、大進(jìn)給，會(huì)產(chǎn)生較大的切削抗力。主軸必須具備極高的徑向和軸向剛性，以抵抗彎曲和變形，確保榫頭和榫槽的尺寸精度與垂直度。同時(shí)，在低速（如剛性攻絲、大直徑刀具加工）時(shí)仍需輸出穩(wěn)定的高扭矩。

3、加速/減速時(shí)間：從0到額定轉(zhuǎn)速的加速時(shí)間≤0.5s，高速與低速切換無(wú)卡頓，滿(mǎn)足多工序連續(xù)加工的節(jié)拍要求。轉(zhuǎn)速波動(dòng)率：穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速波動(dòng)率≤±0.5%，防止加工過(guò)程中轉(zhuǎn)速波動(dòng)導(dǎo)致榫頭尺寸偏差或表面刀紋。

4、需具備恒扭矩+恒功率雙段輸出特性。低速段：恒扭矩輸出，滿(mǎn)足硬木大切削量加工。高速段：恒功率輸出，保證軟木高速銑削時(shí)的切削力穩(wěn)定，避免表面毛刺。過(guò)載能力短期過(guò)載扭矩≥額定扭矩的150%，持續(xù)時(shí)間≥10s，應(yīng)對(duì)加工過(guò)程中木材節(jié)疤等硬點(diǎn)沖擊，防止主軸停機(jī)。

5、主軸前端需配備IP65級(jí)防塵防水密封，防止木工粉塵進(jìn)入軸承內(nèi)部，延長(zhǎng)主軸使用壽命；配合機(jī)床整體吸塵系統(tǒng)，進(jìn)一步降低粉塵侵入風(fēng)險(xiǎn)。采用強(qiáng)制風(fēng)冷，連續(xù)加工時(shí)主軸溫升≤15℃，避免熱變形導(dǎo)致的精度漂移。

6、數(shù)控榫卯加工的榫頭卯眼位置精度、異形榫輪廓精度完全依賴(lài)伺服主軸的定位性能，需滿(mǎn)足微米級(jí)控制要求。主軸前端徑向跳動(dòng)≤0.005mm（靠近刀具夾持部位），避免刀具旋轉(zhuǎn)偏心導(dǎo)致榫卯尺寸誤差或表面振紋。主軸帶C軸（用于異形榫、斜角榫加工），C軸定位精度≤±0.01°，重復(fù)定位精度≤±0.005°，保證多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)的輪廓精度。


五、調(diào)試步驟

第一步：安裝EP5S主軸驅(qū)動(dòng)器及主軸電機(jī)，并確保接線(xiàn)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(shí)，正確設(shè)置主軸電機(jī)代碼；搭配第三方電機(jī)時(shí)，使用EP5S自學(xué)習(xí)功能，自動(dòng)識(shí)別主軸電機(jī)參數(shù)及慣量。

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



第三步：根據(jù)編碼器類(lèi)型及安裝方式，確定電機(jī)與編碼器傳動(dòng)比例，正確設(shè)置編碼器線(xiàn)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(guò)EP5S相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改。



第五步：測(cè)試加工效果，可通過(guò)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(hào)：3.7kW、5.5kW、7.5kW、11kW、15kW

2、電壓等級(jí)：AC380V -15%~+10% 50/60Hz

3、控制方式：EtherCAT總線(xiàn)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(hào)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(xiàn)端子，接線(xiàn)簡(jiǎn)便快捷