摘要：立式加工中心（Vertical Machining Center，簡(jiǎn)稱VMC）是一種數(shù)控加工設(shè)備，本文介紹了基于邁信EP5S系列伺服主軸驅(qū)動(dòng)器在立式加工中心上的應(yīng)用情況。

1 設(shè)備介紹
立式加工中心（Vertical Machining Center，簡(jiǎn)稱VMC）是一種數(shù)控加工設(shè)備，其主軸軸線與工作臺(tái)面垂直，主要被用于加工平面、曲面、孔系、螺紋等復(fù)雜零件，目前被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、模具、航空航天等領(lǐng)域（如圖1所示）。

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(tái)用于放置工件，可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸移動(dòng)（部分帶旋轉(zhuǎn)軸，如第四軸），臺(tái)面通常帶T型槽，方便通過(guò)夾具固定工件。加工中心配備自動(dòng)刀庫(kù)，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。
2 系統(tǒng)方案
本文是基于邁信EP5S系列伺服主軸驅(qū)動(dòng)器在立式加工中心上的應(yīng)用。EP5S系列伺服主軸驅(qū)動(dòng)器作為主軸驅(qū)動(dòng)單元，配合寶元EtherCAT總線數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)CNC程序控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)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。立式加工中心目前被廣泛應(yīng)用于汽車制造、航天航空、模具制造、3C電子等行業(yè)的零部件加工環(huán)節(jié)。
(1)  加工中心主軸應(yīng)用要求
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)，其主要的應(yīng)用要求有：

· 高精度
主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的跳動(dòng)（徑向、軸向）需控制在0.001~0.003 mm以內(nèi)（精密級(jí)加工中心），普通級(jí)≤0.005mm；徑向跳動(dòng)過(guò)大會(huì)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(dòng)則會(huì)影響端面加工的平面度；
· 高動(dòng)力性能
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(dòng)時(shí)間需≤1~2秒，制動(dòng)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(dòng)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(dòng)器需滿足主軸準(zhǔn)停功能匹配加工中心自動(dòng)換刀；
能支持主軸與進(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(hào)，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(dòng)調(diào)整進(jìn)給量）。
(2)調(diào)試步驟
第一步：安裝EP5S主軸驅(qū)動(dòng)器及主軸電機(jī)，并確保接線正確，系統(tǒng)上電，確定EtherCAT通訊網(wǎng)絡(luò)正常。圖3為邁信EP5S系列伺服主軸驅(qū)動(dòng)器I/O接口示意圖。
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菜單査詢辨識(shí)的參數(shù)結(jié)果P702~P705，通過(guò)E-set保存該結(jié)果。

3 EP5S伺服主軸產(chǎn)品特點(diǎn)
邁信EP5S系列伺服主軸驅(qū)動(dòng)器具有以下性能特點(diǎn)：
· 功率型號(hào)：3.7kW、5.5kW、7.5kW、11kW、15kW；
· 電壓等級(jí)：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(hào)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(jiǎn)便快捷。
作為國(guó)家級(jí)專精特新“小巨人企業(yè)”，邁信電氣始終以技術(shù)創(chuàng)新為引擎，致力為現(xiàn)代化智能制造提供驅(qū)動(dòng)力量。未來(lái)，邁信電氣將持續(xù)深化與產(chǎn)業(yè)鏈伙伴的合作，推動(dòng)伺服技術(shù)在更多應(yīng)用領(lǐng)域落地實(shí)施。