一、應用概況

立式加工中心（Vertical Machining Center，簡稱VMC）是一種數控加工設備，其主軸軸線與工作臺面垂直，主要用于加工平面、曲面、孔系、螺紋等復雜零件，廣泛應用于機械制造、模具、航空航天等領域。

立式加工中心的核心結構圍繞 “主軸垂直布局” 設計，其床身與立柱承載整機重量的基礎結構，需具備高剛性和抗震性（通常采用鑄鐵或焊接鋼結構），確保加工時的穩定性。工作臺用于放置工件，可實現X、Y、Z軸移動（部分帶旋轉軸，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間和定位誤差。


二、系統方案

本文是基于邁信EP5S系列伺服主軸驅動器在立式加工中心上的應用。EP5S作為主軸驅動單元，配合寶元EtherCAT總線數控系統，通過CNC程序控制機床的運動軌跡和加工參數，可完成銑、鏜、鉆、攻絲等多種工序，適合中小型復雜零件的一體化加工，減少工件裝夾次數，提高加工精度。立式加工中心廣泛應用于汽車制造、航天航空、模具制造、3C電子等行業的零部件加工制造。


三、應用現場圖片


機床本體


電氣柜


四、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量和設備整體表現。

1、高精度要求
主軸旋轉時的跳動（徑向、軸向）需控制在0.001~0.003mm以內（精密級加工中心），普通級≤0.005mm。
徑向跳動過大會導致刀具偏移，影響加工表面粗糙度（如出現波紋）和尺寸精度；軸向跳動則會影響端面加工的平面度。

2、高動力性能要求
需覆蓋低速重切削到高速精加工的需求，加工中心主軸轉速通常為3000~12000rpm，高速機型可達15000~30000rpm。
低速時需具備足夠扭矩（如加工45#鋼、模具鋼等硬材料時，扭矩需≥50N·m）；高速時則需保證功率穩定（功率通常為7.5~30kW），滿足高速銑削需求（如鋁合金進給速度達30m/min以上）。
主軸從靜止到額定轉速的啟動時間需≤1~2秒，制動時間≤1秒，適應批量加工中頻繁換刀、換工序的節奏。

3、適配性與集成要求
主軸驅動器需支持第二編碼器接口做主軸全閉環控制，以滿足主軸精度要求。主軸端部匹配通用刀具接口，主軸驅動器需滿足主軸準停功能匹配加工中心自動換刀。
支持主軸與進給軸的同步控制（如螺旋插補加工螺紋），轉速與進給速度需按比例匹配（如攻螺紋時主軸轉速與Z軸進給嚴格同步）。
可輸出實時轉速、扭矩等信號，便于數控系統實現自適應切削（如根據負載自動調整進給量）。


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。系統上電，確定EtherCAT通訊網絡正常。




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及慣量。

先通過Fn-2進入單機模式，然后通過Fn6功能觸發異步電機離線參數辨識功能，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菜單査詢辨識的參數結果P702~P705，通過E-set保存該結果。



第三步：根據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及電子齒輪比相關參數。



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相關參數進行修改。



第五步：測試加工效果，可通過EP5S環路增益參數調整，以配合機床機械達到最優的加工效果。




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、支持主軸電機參數及慣量自學習
7、窄體結構設計，節省安裝空間
8、直插自鎖式電源接線端子，接線簡便快捷