一、應用概況

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

零件一次裝夾即可完成90%以上的加工內容，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）與進給軸（銑削軸、X/Y/Z 軸等）可實現(xiàn)多軸聯(lián)動（常見3軸、4軸聯(lián)動），例如：車削主軸旋轉時，銑軸（C軸）同步旋轉，實現(xiàn)螺旋槽、偏心孔等復雜結構加工；配合Y軸（徑向進給），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)裝夾誤差累計可達0.01-0.05mm，車銑復合可控制在0.005mm以內），尤其適合對同軸度、垂直度要求高的零件（如發(fā)動機曲軸、精密傳動軸等）。


二、系統(tǒng)方案

本文是基于邁信EP5S系列伺服主軸驅動器在車銑復合機床上的應用。EP5S作為主軸驅動單元，配合寶元EtherCAT總線數(shù)控系統(tǒng)，通過CNC程序控制機床的運動軌跡和加工參數(shù)，在一次裝夾中完成復雜零件（如軸類、盤類、異形件）的車削、銑削、鏜削、攻絲等多道工序。車銑復合機床是 “高精度、高效率、高集成度” 的代表，尤其在復雜零件加工領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）的核心設備。


三、應用現(xiàn)場圖片


機床本體


電氣柜


主軸結構（齒型正余弦編碼器）


四、主軸要求

主軸性能直接決定車銑復合機床的加工能力。車銑復合機床的主軸是實現(xiàn)車削、銑削、鉆削等多工序復合加工的核心部件，其性能需同時滿足車削的高扭矩、銑削的高轉速、多軸聯(lián)動的高精度以及復雜工況的穩(wěn)定性，要求遠高于單一功能的車床或銑床主軸。車削：帶動工件旋轉（類似車床主軸），具備高轉速（通常3000~6000rpm）和大扭矩（適應重車削），部分機型支持C軸功能（主軸分度定位，精度達 ±0.001°），可作為旋轉軸參與銑削聯(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），實現(xiàn)徑向或軸向銑削，轉速可達10000~15000rpm（高速機型更高），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，需支持高轉速（3000~12000rpm，高速機型可達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（如進給速度10~30m/min）。

2、主軸需實現(xiàn)轉速的無級調速，且在全轉速范圍內扭矩 / 功率曲線平滑過渡，避免某一區(qū)間出現(xiàn) “動力斷層”

車銑復合的核心是主軸具備C軸功能（即主軸可作為旋轉軸進行精確分度和連續(xù)旋轉），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），用于加工螺旋槽、端面凸輪等復雜零件，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。高速旋轉時的動平衡等級需達G0.4級（ISO標準），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時數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)主軸轉速與刀塔進給的動態(tài)匹配（如攻絲時主軸轉速與Z軸進給嚴格同步，同步誤差≤0.01mm）。具備扭矩過載保護、振動超限報警、溫度過高保護等功能，防止刀具碰撞或異常切削導致主軸損壞。支持主軸定向停止（準停精度≤±1°），便于自動上下料或刀具更換。 


五、調試步驟

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




第二步：主軸電機適配。搭配邁信成套主軸電機時，正確設置主軸電機代碼；搭配第三方電機時，使用EP5S自學習功能，自動識別主軸電機參數(shù)及慣量。

先通過Fn-2進入單機模式，然后通過Fn6功能觸發(fā)異步電機離線參數(shù)辨識功能，完成對定子電阻，轉子電阻，互感，漏感的辨識。運行Fn6功能后，使能燈亮，當屏幕顯示DONE且使能燈滅時，辨識結束，辨識過程大概需要花費半分鐘左右。辨識結束后，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)結果P702~P705，通過E-set保存該結果。



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



第四步：旋轉主軸電機，確定電機旋轉方向及編碼器旋轉方向，如反向可通過EP5S相關參數(shù)進行修改。



第五步：測試加工效果，可通過EP5S環(huán)路增益參數(shù)調整，以配合機床機械達到最優(yōu)的加工效果。




六、EP5S伺服主軸產品特點

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/異步主軸電機控制
6、支持主軸電機參數(shù)及慣量自學習
7、窄體結構設計，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