大型零部件的精密加工絕非易事。如何才能以微米級的精度大批量生產(chǎn)鐘表中使用的齒輪和螺絲或者連接器接觸引腳等零件？瑞士 Esco 和 Affolter 公司通過為其數(shù)控機(jī)床配備倍福的 TwinCAT CNC 和伺服驅(qū)動技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。
從日內(nèi)瓦延申到巴塞爾的瑞士“鐘表谷”，經(jīng)過數(shù)百年的發(fā)展，手表制造商和微型精密機(jī)械制造商之間已經(jīng)形成完美的生態(tài)圈（成為世界知名的鐘表品牌的以及微型精密機(jī)械制造商的聚集地）?？偛课挥?Les Geneveys-sur-Coffrane 的 Esco 公司和位于 Malleray 的 Affolter Group 這兩家設(shè)備制造商就是其中一員。他們的數(shù)控機(jī)床以最高的精度制造最小的齒輪、螺絲、軸等零部件，是瑞士鐘表機(jī)芯能夠具有享譽(yù)全球的精準(zhǔn)度的基礎(chǔ)。
Esco 車床主要用于高精度、高品質(zhì)地加工各種大中型精密零部件。機(jī)床除了車削工序之外，還具備其它加工能力。因此，這些結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)床也可加工復(fù)雜零件。
固定材料和旋轉(zhuǎn)刀具
與一般的自動車床不同，Esco 機(jī)床的采用的是個性化的工作原理：固定材料，旋轉(zhuǎn)刀具。因此，機(jī)床就能夠全自動、不間斷地加工環(huán)狀或棒狀材料。“此外，刀具可以接近工件，這也為生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量帶來了優(yōu)勢。”Esco 銷售經(jīng)理 Vincent Fankhauser 說道。轉(zhuǎn)速高達(dá) 12,000 rpm 的主軸是實(shí)現(xiàn)高精度和短加工時間的基礎(chǔ)。
自 2020 年初以來，Esco 一直依賴基于 PC 的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動化，并因此采用了倍福的 TwinCAT 3。
Esco 銷售經(jīng)理 Vincent Fankhauser：
“之前的供應(yīng)商為我們提供的控制和驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)到了生命周期的末期，我們需要面向未來的 CNC 技術(shù)，可以輕松地為我們的不同系列進(jìn)行配置。”
車床控制：安裝了 TwinCAT CNC（最多可控制 12 根伺服軸和主軸）的 C6920 控制柜式工業(yè) PC（右）與相應(yīng)的 EtherCAT 端子模塊系統(tǒng)（左）
這就是倍福解決方案提供商 Affolter 的用武之地。公司自己生產(chǎn)滾齒機(jī)，同時作為合同制造商，使用大約 350 臺機(jī)床加工鐘表等行業(yè)使用的復(fù)雜零件。總經(jīng)理 Vincent Affolter 說道：“我們一直為自己的控制解決方案感到自豪，我們?yōu)槲覀兊臋C(jī)床自主研發(fā)了控制解決方案，并用生產(chǎn)電子元器件。”控制系統(tǒng)的核心部分是 FPGA 芯片，它可以在微秒范圍內(nèi)并行計(jì)算所有軸的所有設(shè)定值。但是，當(dāng)電子元器件無法再供應(yīng)時，Affolter 就再也無力維護(hù)其控制系統(tǒng)，更不用說進(jìn)一步對其進(jìn)行開發(fā)以及集成 IT 連接等其它功能。幸運(yùn)的是，Affolter 的 PC 技術(shù)性能正迅速提升。
從 FPGA 到開放式控制平臺
Vincent Affolter：
“在 2016 年分析可能的控制系統(tǒng)供應(yīng)商時，我們很快就在倍福找到了我們想要的產(chǎn)品，并開始使用基于 PC 的控制技術(shù)進(jìn)行初步測試。”
Vincent Affolter 最重要的工作之一是保持公司自主創(chuàng)新的靈活性，而無需再次自行開發(fā)硬件。“倍福的開放式控制平臺提供了 Affolter 所需的靈活性。”倍福瑞士公司銷售部的 Philippe Abt 補(bǔ)充道。基于 PC 的控制技術(shù)和 TwinCAT CNC 現(xiàn)在構(gòu)成了 Vincent Affolter 自己的 CNC 機(jī)床所使用的控制平臺的基礎(chǔ)，并提供給像 Esco 機(jī)床制造商等倍福解決方案提供商。
Esco 采用倍福瑞士解決方案提供商 Affolter 開發(fā)的基于 TwinCAT CNC 的控制解決方案控制所有機(jī)床系列
在將 CNC 解決方案與 Esco 機(jī)床相匹配時，基于 PC 的控制技術(shù)展現(xiàn)出了出色的靈活性：考慮到所需的機(jī)床周期時間，在處理 CNC 任務(wù)時沒有時間可以浪費(fèi)。“由于 TwinCAT CNC 采用了模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此通過相應(yīng)的配置可以實(shí)現(xiàn) Esco 所要求的短周期時間。”Philippe Abt 回憶道。為了減少任務(wù)的計(jì)算時間，不需要的功能都被刪除了。“對我們來說，最重要的是我們從一開始就得到了倍福的支持，并與倍福一起尋找并實(shí)施解決方案。但這一切并不是理所當(dāng)然的。”Vincent Affolter 說道。
基于 PC 的控制技術(shù)適用于所有機(jī)床系列
基于 TwinCAT 3 和 C6920 控制柜式工業(yè) PC 的聯(lián)合調(diào)整控制方案適用于 Esco 的所有機(jī)床系列，為將所有數(shù)控機(jī)床長期、安全地遷移到基于 PC 的控制系統(tǒng)中奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。自 2020 年以來，Esco 已經(jīng)交付了約 150 臺配備了各種配置的 TwinCAT CNC 控制系統(tǒng)的機(jī)床。Vincent Fankhauser 說道：“我們現(xiàn)在更加靈活，可以根據(jù)我們所需的計(jì)算能力和驅(qū)動配置以及安全性要求，從整個產(chǎn)品系列中進(jìn)行挑選和組合。”以 Escomatic D6 Twin 為例，有 12 根伺服軸需要控制，3 個 CNC 通道需要計(jì)算。
驅(qū)動技術(shù)（AX5000 伺服驅(qū)動器和 AM8000 伺服電機(jī)）中采用的單電纜技術(shù)（OCT）顯著節(jié)省了控制柜和機(jī)床空間，因?yàn)橹恍桎佋O(shè)一條更細(xì)的電機(jī)電纜即可。自從改用 OCT 技術(shù)后，反饋系統(tǒng)中的信號干擾問題也得到了解決。
Affolter 和 Esco 目前正致力于整合刀具監(jiān)控和在線質(zhì)量控制。發(fā)展規(guī)劃還包括通過 umati（萬能機(jī)床接口）和 OPC UA 將數(shù)控機(jī)床連接到 MES 和 ERP 系統(tǒng)。基于 PC 的控制是一種開放式模塊化控制系統(tǒng)，它也將取得成功。
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進(jìn)入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍?；?PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
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