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鍾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 公司通過為其數控機床配備倍福的 TwinCAT CNC 和伺服驅動技術實現了這一目標。
Esco 采用倍福瑞士解決方案提供商 Affolter 開發的基於 TwinCAT CNC 的控製解決方案控製所有機床係列
從日內瓦延申到巴塞爾的瑞士“鍾表穀”，經過數百年的發展，手表製造商和微型精密機械製造商之間已經形成完美的生態圈（成為世界知名的鍾表品牌的以及微型精密機械製造商的聚集地）。總部位於 Les Geneveys-sur-Coffrane 的 Esco 公司和位於 Malleray 的 Affolter Group 這兩家設備製造商就是其中一員。他們的數控機床以最高的精度製造最小的齒輪、螺絲、軸等零部件，是瑞士鍾表機芯能夠具有享譽全球的精準度的基礎。
Esco 車床主要用於高精度、高品質地加工各種大中型精密零部件。機床除了車削工序之外，還具備其它加工能力。因此，這些結構緊湊的機床也可加工複雜零件。
固定材料和旋轉刀具
與一般的自動車床不同，Esco 機床的采用的是個性化的工作原理：固定材料，旋轉刀具。因此，機床就能夠全自動、不間斷地加工環狀或棒狀材料。“此外，刀具可以接近工件，這也為生產效率和表麵質量帶來了優勢。”Esco 銷售經理 Vincent Fankhauser 說道。轉速高達 12,000 rpm 的主軸是實現高精度和短加工時間的基礎。
自 2020 年初以來，Esco 一直依賴基於 PC 的控製技術實現機床的自動化，並因此采用了倍福的 TwinCAT 3。“之前的供應商為我們提供的控製和驅動技術已經到了生命周期的末期，我們需要麵向未來的 CNC 技術，可以輕鬆地為我們的不同係列進行配置。”Vincent Fankhauser 說道。
車床控製：安裝了 TwinCAT CNC（最多可控製 12 根伺服軸和主軸）的 C6920 控製櫃式工業 PC（右）與相應的 EtherCAT 端子模塊係統（左）
這就是倍福解決方案提供商 Affolter 的用武之地。公司自己生產滾齒機，同時作為合同製造商，使用大約 350 台機床加工鍾表等行業使用的複雜零件。總經理 Vincent Affolter 說道：“我們一直為自己的控製解決方案感到自豪，我們為我們的機床自主研發了控製解決方案，並用生產電子元器件。”控製係統的核心部分是 FPGA 芯片，它可以在微秒範圍內並行計算所有軸的所有設定值。但是，當電子元器件無法再供應時，Affolter 就再也無力維護其控製係統，更不用說進一步對其進行開發以及集成 IT 連接等其它功能。幸運的是，Affolter 的 PC 技術性能正迅速提升。
從 FPGA 到開放式控製平台
“在 2016 年分析可能的控製係統供應商時，我們很快就在倍福找到了我們想要的產品，並開始使用基於 PC 的控製技術進行初步測試。”Vincent Affolter 說道。他最重要的工作之一是保持公司自主創新的靈活性，而無需再次自行開發硬件。“倍福的開放式控製平台提供了 Affolter 所需的靈活性。”倍福瑞士公司銷售部的 Philippe Abt 補充道。基於 PC 的控製技術和 TwinCAT CNC 現在構成了 Vincent Affolter 自己的 CNC 機床所使用的控製平台的基礎，並提供給像 Esco 機床製造商等倍福解決方案提供商。
在將 CNC 解決方案與 Esco 機床相匹配時，基於 PC 的控製技術展現出了出色的靈活性：考慮到所需的機床周期時間，在處理 CNC 任務時沒有時間可以浪費。“由於 TwinCAT CNC 采用了模塊化的係統結構，因此通過相應的配置可以實現 Esco 所要求的短周期時間。”Philippe Abt 回憶道。為了減少任務的計算時間，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，並與倍福一起尋找並實施解決方案。但這一切並不是理所當然的。”Vincent Affolter 說道。
不同的數控機床，相同的控製核心：Affolter 采用倍福基於 PC 的控製技術，同步運行加工中心上的三根高速主軸
基於 PC 的控製技術適用於所有機床係列
基於 TwinCAT 3 和 C6920 控製櫃式工業 PC 的聯合調整控製方案適用於 Esco 的所有機床係列，為將所有數控機床長期、安全地遷移到基於 PC 的控製係統中奠定了堅實的基礎。自 2020 年以來，Esco 已經交付了約 150 台配備了各種配置的 TwinCAT CNC 控製係統的機床。Vincent Fankhauser 說道：“我們現在更加靈活，可以根據我們所需的計算能力和驅動配置以及安全性要求，從整個產品係列中進行挑選和組合。”以 Escomatic D6 Twin 為例，有 12 根伺服軸需要控製，3 個 CNC 通道需要計算。
驅動技術（AX5000 伺服驅動器和 AM8000 伺服電機）中采用的單電纜技術（OCT）顯著節省了控製櫃和機床空間，因為隻需鋪設一條更細的電機電纜即可。自從改用 OCT 技術後，反饋係統中的信號幹擾問題也得到了解決。
Affolter 和 Esco 目前正致力於整合刀具監控和在線質量控製。發展規劃還包括通過 umati（萬能機床接口）和 OPC UA 將數控機床連接到 MES 和 ERP 係統。基於 PC 的控製是一種開放式模塊化控製係統，它也將取得成功。
關於德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注於自動化新技術的德資企業，創立於 1980 年(nian)，總(zong)部(bu)位(wei)於(yu)德(de)國(guo)威(wei)爾(er)市(shi)。作(zuo)為(wei)全(quan)球(qiu)自(zi)動(dong)化(hua)技(ji)術(shu)的(de)驅(qu)動(dong)者(zhe)，倍(bei)福(fu)定(ding)義(yi)了(le)自(zi)動(dong)化(hua)領(ling)域(yu)的(de)許(xu)多(duo)標(biao)準(zhun)，是(shi)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)的(de)製(zhi)定(ding)者(zhe)和(he)推(tui)動(dong)者(zhe)。公(gong)司(si)所(suo)生(sheng)產(chan)的(de)工(gong)業(ye) PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控製係統，可為各個工控領域提供開放式自動化係統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作夥伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福於 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶於上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用於風力發電、半導體、光伏太陽能、電子製造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網於 2014 年成為中國國家推薦性標準，並已入編工信部的《國家智能製造標準體係建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基於 PC 的控製技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能製造奠定了堅實的技術基礎。
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