立式加工中心(Vertical Machining Center，簡稱VMC)是一種數(shù)控加工設(shè)備，其主軸軸線與工作臺面垂直，主要用于加工平面、曲面、孔系、螺紋等復(fù)雜零件，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、模具、航空航天等領(lǐng)域。

　　立式加工中心的核心結(jié)構(gòu)圍繞 “主軸垂直布局” 設(shè)計(jì)，其床身與立柱承載整機(jī)重量的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，需具備高剛性和抗震性(通常采用鑄鐵或焊接鋼結(jié)構(gòu))，確保加工時(shí)的穩(wěn)定性。工作臺用于放置工件，可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸移動(部分帶旋轉(zhuǎn)軸，如第四軸)，臺面通常帶T型槽，方便通過夾具固定工件。加工中心配備自動刀庫，可在一次裝夾中完成多道工序，大幅減少工件裝夾時(shí)間和定位誤差。

　　系統(tǒng)方案

　　本文是基于邁信EP5S系列伺服主軸驅(qū)動器在立式加工中心上的應(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)，可完成銑、鏜、鉆、攻絲等多種工序，適合中小型復(fù)雜零件的一體化加工，減少工件裝夾次數(shù)，提高加工精度。

　　立式加工中心廣泛應(yīng)用于汽車制造、航天航空、模具制造、3C電子等行業(yè)的零部件加工制造。

　　應(yīng)用現(xiàn)場圖片

　　機(jī)床本體

　　電氣柜

　　加工中心主軸要求

　　加工中心的主軸是決定加工精度、效率和適用范圍的核心部件，其性能直接影響零件加工質(zhì)量和設(shè)備整體表現(xiàn)。

　　高精度要求

　　主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的跳動(徑向、軸向)需控制在0.001~0.003mm以內(nèi)(精密級加工中心)，普通級≤0.005mm。

　　徑向跳動過大會導(dǎo)致刀具偏移，影響加工表面粗糙度(如出現(xiàn)波紋)和尺寸精度;軸向跳動則會影響端面加工的平面度。

　　高動力性能要求

　　需覆蓋低速重切削到高速精加工的需求，加工中心主軸轉(zhuǎn)速通常為3000~12000rpm，高速機(jī)型可達(dá)15000~30000rpm。

　　低速時(shí)需具備足夠扭矩(如加工45#鋼、模具鋼等硬材料時(shí)，扭矩需≥50N·m);高速時(shí)則需保證功率穩(wěn)定(功率通常為7.5~30kW)，滿足高速銑削需求(如鋁合金進(jìn)給速度達(dá)30m/min以上)。

　　主軸從靜止到額定轉(zhuǎn)速的啟動時(shí)間需≤1~2秒，制動時(shí)間≤1秒，適應(yīng)批量加工中頻繁換刀、換工序的節(jié)奏。

　　適配性與集成要求

　　主軸驅(qū)動器需支持第二編碼器接口做主軸全閉環(huán)控制，以滿足主軸精度要求。主軸端部匹配通用刀具接口，主軸驅(qū)動器需滿足主軸準(zhǔn)停功能匹配加工中心自動換刀。

　　支持主軸與進(jìn)給軸的同步控制(如螺旋插補(bǔ)加工螺紋)，轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度需按比例匹配(如攻螺紋時(shí)主軸轉(zhuǎn)速與Z軸進(jìn)給嚴(yán)格同步)。

　　可輸出實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、扭矩等信號，便于數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)切削(如根據(jù)負(fù)載自動調(diào)整進(jìn)給量)。

　　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(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(shí)，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(shí)可以通過P菜單査詢辨識的參數(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。

　　EP5S伺服主軸產(chǎn)品特點(diǎn)

　　功率型號：3.7kW、5.5kW、7.5kW、11kW、15kW

　　電壓等級：AC380V -15%~+10% 50/60Hz

　　控制方式：EtherCAT總線控制，支持位置、速度、扭矩控制模式

　　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

　　支持同步/異步主軸電機(jī)控制

　　支持主軸電機(jī)參數(shù)及慣量自學(xué)習(xí)

　　窄體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省安裝空間

　　直插自鎖式電源接線端子，接線簡便快捷