一、应用情况

数控榫卯加工中心是集车削、铣削、钻孔、开槽等于一体的多轴联动木工数控设备，核心是在单一平台完成榫头、卯眼、异形榫等全流程加工，精度可达±0.03mm，适配实木家具、仿古建筑、定制家居等行业规模化与高精度生产。

榫卯车铣加工中心是传统木工技艺与现代数控技术完美结合的产物。它让承载着千年智慧的榫卯结构，能够以工业化、数字化的方式焕发新生，既满足了现代市场对效率和质量的要求，又为传承和发展这一宝贵文化遗产提供了强大的技术工具。

二、系统方案

本文是基于迈信EP5S系列伺服主轴驱动器在五轴四工位数控榫卯加工中心上的应用。

EP5S作为主轴驱动单元，配合宝元EtherCAT总线数控系统，通过CNC程序控制设备的运动轨迹和加工参数，在一次装夹中可连续完成榫头、卯眼、开槽、铣型全工序，无需转移工件，有效缩短加工周期及减少衔接误差。针对榫头（阳榫）和卯眼（阴榫）的各种复杂形状（如直角榫、燕尾榫、指接榫、各种异形榫）进行编程加工，不仅限于铣削（加工方形、不规则形状），还具备车削功能，可以加工圆柱形的榫头或带有弧度的榫卯部件。

配套设备广泛应用于高端红木家具、现代实木家具、高级木制品与工艺品、仿古建筑与古建修复、木结构建筑等行业的加工制造。

三、应用现场图片

设备本体


机械结构


电气柜


四、机床工艺要求

1、主轴驱动器需支持扭矩模式、速度模式、位置模式切换，满足不同加工工序需求（如铣削用速度模式，C轴定位用位置模式）。支持EtherCAT高速总线通讯，指令响应延迟≤1ms，保证多轴联动时的同步性。

2、数控榫卯加工，尤其是硬木（如紫檀、红木）或大型构件的加工，需要大切深、大进给，会产生较大的切削抗力。主轴必须具备极高的径向和轴向刚性，以抵抗弯曲和变形，确保榫头和榫槽的尺寸精度与垂直度。同时，在低速（如刚性攻丝、大直径刀具加工）时仍需输出稳定的高扭矩。

3、加速/减速时间：从0到额定转速的加速时间≤0.5s，高速与低速切换无卡顿，满足多工序连续加工的节拍要求。转速波动率：稳态转速波动率≤±0.5%，防止加工过程中转速波动导致榫头尺寸偏差或表面刀纹。

4、需具备恒扭矩+恒功率双段输出特性。低速段：恒扭矩输出，满足硬木大切削量加工。高速段：恒功率输出，保证软木高速铣削时的切削力稳定，避免表面毛刺。过载能力短期过载扭矩≥额定扭矩的150%，持续时间≥10s，应对加工过程中木材节疤等硬点冲击，防止主轴停机。

5、主轴前端需配备IP65级防尘防水密封，防止木工粉尘进入轴承内部，延长主轴使用寿命；配合机床整体吸尘系统，进一步降低粉尘侵入风险。采用强制风冷，连续加工时主轴温升≤15℃，避免热变形导致的精度漂移。

6、数控榫卯加工的榫头卯眼位置精度、异形榫轮廓精度完全依赖伺服主轴的定位性能，需满足微米级控制要求。主轴前端径向跳动≤0.005mm（靠近刀具夹持部位），避免刀具旋转偏心导致榫卯尺寸误差或表面振纹。主轴带C轴（用于异形榫、斜角榫加工），C轴定位精度≤±0.01°，重复定位精度≤±0.005°，保证多轴联动时的轮廓精度。


五、调试步骤

第一步：安装EP5S主轴驱动器及主轴电机，并确保接线正确。系统上电，确定EtherCAT通讯网络正常。




第二步：主轴电机适配。搭配迈信成套主轴电机时，正确设置主轴电机代码；搭配第三方电机时，使用EP5S自学习功能，自动识别主轴电机参数及惯量。

先通过Fn-2进入单机模式，然后通过Fn6功能触发异步电机离线参数辨识功能，完成对定子电阻，转子电阻，互感，漏感的辨识。运行Fn6功能后，使能灯亮，当屏幕显示DONE且使能灯灭时，辨识结束，辨识过程大概需要花费半分钟左右。辨识结束后，按后退键退出Fn6功能，此时可以通过P菜单查询辨识的参数结果P702~P705，通过E-set保存该结果。



第三步：根据编码器类型及安装方式，确定电机与编码器传动比例，正确设置编码器线数及电子齿轮比相关参数。



第四步：旋转主轴电机，确定电机旋转方向及编码器旋转方向，如反向可通过EP5S相关参数进行修改。



第五步：测试加工效果，可通过EP5S环路增益参数调整，以配合机床机械达到最优的加工效果。




六、EP5S伺服主轴产品特点

1、功率型号：3.7kW、5.5kW、7.5kW、11kW、15kW

2、电压等级：AC380V -15%~+10% 50/60Hz

3、控制方式：EtherCAT总线控制，支持位置、速度、扭矩控制模式

4、双编码器接口，全闭环控制。支持方波、正余弦、串口通信、旋变等形式编码器信号输入

5、支持同步/异步主轴电机控制

6、支持主轴电机参数及惯量自学习

7、窄体结构设计，节省安装空间

8、直插自锁式电源接线端子，接线简便快捷