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高度集成化的驅動技術方案適用于單體式車-銑床，該高度集成化驅動裝置有6種不同變型，適用于世界范圍內近50%的單主軸刀具機床。

目前，世界上約有一半的刀具機床是主軸功率為14kW的車-銑床。最簡單的車床常常只有兩根幾何學主軸（X、Z）。對于機床的整個驅動技術裝置來說，連同主軸在內有3個電動機組件（電動機組件、連接電動機的用于逆變器控制裝置）便已夠用。有時，人們在單體式車床上會看到一個驅動式刀具，很少還會在單體式車床上看到電力驅動的轉臺以及一根車床尾架軸。單體式車床用于主軸和進給軸所需要的電動機組件總共不超過6根。 單體式銑床通常有3根幾何主軸（X、Y、Z），有時還另有兩根幾何主軸（A、C）。在這種情況下，基本結構有4個電動機組件便已夠用；而如果還另有幾何主軸，則有6個電動機組件便已夠用。

對于許多標準型機床，最佳供電的類型（基本-線-組件）是3個或4個電動機組件以一個單元的形式供電。為了能夠將機床再多拓展兩根軸，也可選擇連接附加的幾何軸（圖1）。那么，機床的最終用戶能夠從集成化驅動技術方案得到哪些優點呢？如果集成化驅動技術方案的類型適合機床的設計特點，那么與一個模塊化技術方案相比，該集成化驅動技術方案便由一個單獨供電電動機組件組成，其優點是：由西門子公司研制的Sinamics S120 Combi集成化驅動技術方案省去了多個端口，從而使結構達到了最佳化。對于OEM來說，這就意味著簡化安裝且省去了中間電路，降低了最終用戶對配電箱內裝置的費用投入。

圖1  用于刀具-機床的整體式驅動裝置設置在一個外殼中，適用于在嚴苛的工業環境中和危險電網條件下使用

所有部件的設置均實現最佳化

此外，由于省去了軸與軸間的端口，也進一步提高了集成化驅動技術裝置潛在的堅固耐用性。西門子公司研制的集成化 S120 Combi驅動裝置不是對模塊化Sinamics S120驅動裝置進行簡單的改裝，而是將所有部件在印刷電路板上從安裝層面實現了最佳化平行設置。這樣，與模塊化部件連接相比，電力半導體可更好地與散熱器相連接，如果貫通式散熱器安裝在配電箱的外部（即外部散熱），那么內部損失則降至最低，可不必為配電箱采取費用昂貴的散熱措施，這樣，S120 Combi驅動裝置的內部損失僅占總損失的15%～19%。而采用模塊化、寬為50mm的S120-Booksize驅動裝置的內部損失約占總損失的50%。除了將電力半導體最佳化地連接在散熱器上之外，散熱器的高度和寬度的比例接近也有助于降低驅動裝置內部損失。散熱器這樣的外形幾何尺寸使得驅動裝置能夠通過散熱器實現最佳散熱性能。

圖2  世界范圍內不同電網分布圖：在不穩定的電網區域必須使用調節裝置和驅動裝置以實現安全供電

除了能夠降低驅動裝置的內部損失外，集成化S120 Combi驅動裝置的所有部件的設置均達到了最佳化，從而降低了裝置的總損失。采用改善的Smart-Mode調節器特別有利于調節驅動技術裝置部分負荷運行狀態下的損失。與采用200V三相交流電的驅動裝置相比，采用模塊化S120-Booksize驅動裝置和集成化S120 Combi驅動裝置的供電電壓為380～480V的三相交流電時，驅動裝置的損失最多減少20%。世界上絕大多數主要使用刀具機床的國家（圖2）仍繼續使用電壓為380～480V的三相交流電供電。

當中間電路電壓較高時，電動機上的端電壓也較高，電動機的電損耗變小。因為使用200V三相交流電壓驅動裝置時需要使用匹配的變壓器，而西門子研制的Sinamics S120驅動裝置和電動機均允許使用電壓最大為480V的三相交流電供電，所以不需要使用匹配的變壓器，這樣便再次節省了電損耗。由此，集成化S120 Combi驅動裝置（模塊化S120-Booksize驅動裝置也是如此）便能夠將多余的電能重新輸入電網。

對于結構緊湊的機床來說，特別重要的是配電箱必須要小。機床的配電箱外形尺寸高為380mm、寬為260mm、長為304mm，占位小，可以節省驅動裝置背面的連接線纜。這樣，留有80mm高的散熱高度即可，不必提高供電線路的安裝高度；還有一個優點是，這樣供電線路連接件可接近性好。電磁兼容（EMV）采取屏蔽設計方案，完全可以集成入驅動裝置，不需要在驅動裝置外部進行屏蔽隔離（圖3）。

圖3  集成化屏蔽式的連接技術裝置堅固緊湊，適用于在高電磁環境中使用

所使用的驅動裝置外部散熱性達到了最佳化，為了滿足機床結構緊湊的需要，必要時可將驅動裝置安裝在配電箱里。但在這種情況下，需要一個匹配的安裝架。外部散熱的優點是，僅有15%～19%的損失熱量存留在配電箱內，絕大部分的損失熱量已經排到配電箱外。配電箱的散熱器可設置得非常小，此時使用一個簡單的熱交換器便夠用，無需使用空調裝置（圖4）。

圖4  Sinamics S120 Combi驅動裝置可以安裝在機柜外部或內部，取決于空間和冷卻的條件

外部散熱的完備技術方案

西門子公司研制的Sinamics S120驅動裝置的通風結構件設置在驅動裝置的上側，高86mm，用剛性金屬板連在一起，對OEM來說，禁止使用整體式外部散熱方案，通風結構件的外部便不能再安裝金屬板。

西門子公司已經研發出適合在嚴苛使用條件下使用的驅動控制裝置，散熱體肋梁間距寬，可阻止灰塵和冷卻/潤滑劑對驅動控制裝置的危害。為此，散熱器設置在驅動裝置的上方，散熱器肋梁上不會粘上液化的潤滑劑，這樣，散熱器便可順暢地自由吹風散熱，吹風量為290m3/h。而冷卻器的吹風量只有160m3/h。散熱器肋梁保持干凈，散熱能力較強；另外，只有散熱器的上方和下方的溫度差實現最小化，才能延長散熱器的使用壽命。

西門子公司研發的驅動控制裝置可在溫度較高的條件下使用，在工作環境溫度為70℃的條件下，驅動控制裝置的使用壽命為35000h。西門子公司研制的IP54散熱器的電子器件是澆注的，堅固耐用，不上銹的滾珠軸承在充斥著霧狀潤滑劑的工作環境中能夠正常發揮功能。這樣便能夠進行監控，并對散熱器損壞情況進行提前報警，以使操作人員能夠有時間繼續完成其正在加工的工件作業。

除了散熱器外，西門子公司研制的整個驅動控制裝置均設置為適用于在溫度較高的工作環境中使用。驅動控制裝置的配電箱在55℃的工作環境中仍可使用，甚至在45℃的工作環境中，驅動控制裝置的配電箱的性能仍不會降低。由一個同樣受到監控的驅動控制裝置內空間通風裝置避免驅動控制裝置內空間過熱，以防止電解電容器的電解液提前變干。驅動控制裝置的所有印刷電路板均涂有牢固的漆，這樣，驅動控制裝置便不會受到工作環境中過高的空氣濕度和有害氣體的危害。

供電網的安全風險大幅增加

除了驅動控制裝置不受工作環境的影響外，在一些典型的使用機床的國家如印度和中國，供電的安全性存在著很大的危險。印度是電壓為415V的TT三相交流電供電網，也就是說沒有保護接地裝置。印度是通過使用故障電流保護開關來實現最好的供電安全保護方案的。在此，重要的是驅動控制裝置需有一個漏電設計方案。在這種條件下，電源濾波器不利于生產，因此，該驅動控制裝置在沒有電源濾波器的情況下方可實現運行最佳化。印度供電網的特點是經?！皵嚯姟保ㄒ惶鞌嚯姸噙_10次的情況絕非少見），且為節電供電網單相或多相“降低電壓”（電源受到損壞）的情況也常有發生；特別是供電網快速復原對于正在供電的絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是危險的。因此，在以前使用集成化S120 Combi驅動裝置時便將雙極晶體管設置得很堅固耐用，供電調節器也實現了最佳化。這樣做的結果是，一旦存在危險，便立即切斷硬件供電。例如在設備短時間的雙相運行時，不會導致出現差錯斷路。

在亞洲，當電壓出現大幅度變化時，通常是使用所謂的伺服穩壓器（SVS）來調整電壓，即使用電動的可調節的變壓器，該變壓器可在一日內將電壓均衡在±100V。西門子研制的驅動器也將用SVS調整電壓的地區使用條件考慮在內，其研制的符合在印度使用的驅動器的性能已經得到證實。

一些標準型車-銑床需要4個以上的電動機模塊。由于這樣的原因，西門子公司研制的模塊化S120-Booksize Compact驅動裝置可通過中間電路的接口實現連接。這樣，一小部分模塊化S120-Booksize已適應的靈活性也可為非模塊化S120 Combi型集成化驅動裝置所接受。結構緊湊型S120-Booksize驅動裝置整體式安裝在配電箱里，即使驅動控制器的散熱器安裝在配電箱外部的情況下也是如此。在采用小電動機模塊的情況下，損耗功率只能起到一個從屬作用。

西門子公司研制的Sinamics S120 Combi驅動裝置是一個能夠擴展的基本型驅動裝置，可用于3軸或4軸機床的6種不同變型（如表）。西門子公司研制的所有驅動裝置的外形尺寸均一致。S120-Booksize模塊可使用最大設計電流強度為18A，供電功率為16kW和20kW，這樣便留有余地以便擴展軸。西門子公司研制的Sinamics S120 Combi驅動裝置可集成入Sinumerik 828D型和Sinumerik 840D sl型調節器設備包里，這便為緊湊型車-銑床采用西門子研發的驅動裝置創建了基礎條件。