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　　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公司通過為其數控機床配備倍福的TwinCAT CNC和伺服驅動技術實現了這一目標。

　　文/德國倍福自動化有限公司

　　從日內瓦延申到巴塞爾的瑞士“鐘表谷”，經過數百年的發展，手表制造商和微型精密機械制造商之間已經形成完美的生態圈(成為世界知名的鐘表品牌的以及微型精密機械制造商的聚集地)。總部位于Les Geneveys-sur-Coffrane的Esco 公司和位于Malleray的Affolter Group這兩家設備制造商就是其中一員。他們的數控機床以最高的精度制造最小的齒輪、螺絲、軸等零部件，是瑞士鐘表機芯能夠具有享譽全球的精準度的基礎。

　　Esco車床主要用于高精度、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復雜零件。

　　1 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面質量帶來了優勢。”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一直依賴基于PC的控制技術實現機床的自動化，并因此采用了倍福的TwinCAT 3。

　　Esco銷售經理 Vincent Fankhauser表示：“之前的供應商為我們提供的控制和驅動技術已經到了生命周期的末期，我們需要面向未來的CNC技術，可以輕松地為我們的不同系列進行配置。”

　　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，同時作為合同制造商，使用大約350臺機床加工鐘表等行業使用的復雜零件。總經理Vincent Affolter說道：“我們一直為自己的控制解決方案感到自豪，我們為我們的機床自主研發了控制解決方案，并用生產電子元器件。”控制系統的核心部分是FPGA芯片，它可以在微秒范圍內并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制系統，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。

　　2 從FPGA到開放式控制平臺

　　Vincent Affolter說：“在2016年分析可能的控制系統供應商時，我們很快就在倍福找到了我們想要的產品，并開始使用基于PC的控制技術進行初步測試。”

　　Vincent Affolter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補充道。基于PC的控制技術和TwinCAT CNC現在構成了Vincent Affolter自己的CNC機床所使用的控制平臺的基礎，并提供給像Esco機床制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，基于PC的控制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。“由于 TwinCAT CNC 采用了模塊化的系統結構，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，并與倍福一起尋找并實施解決方案。但這一切并不是理所當然的。”Vincent Affolter說道。

　　3 基于PC的控制技術適用于所有機床系列

　　基于TwinCAT 3和C6920控制柜式工業PC的聯合調整控制方案適用于Esco 的所有機床系列，為將所有數控機床長期、安全地遷移到基于PC的控制系統中奠定了堅實的基礎。

　　自2020年以來，Esco已經交付了約150臺配備了各種配置的TwinCAT CNC控制系統的機床。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，從整個產品系列中進行挑選和組合。”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)顯著節省了控制柜和機床空間，因為只需鋪設一條更細的電機電纜即可。自從改用OCT技術后，反饋系統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控和在線質量控制。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系統。基于PC的控制是一種開放式模塊化控制系統，它也將取得成功。

　　Esco車床主要用于高精度、高品質地加工各種大中型精密零部件

　　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PC(右)與相應的EtherCAT端子模塊系統(左)

　　Esco采用倍福瑞士解決方案提供商Affolter開發的基于TwinCAT CNC的控制解決方案控制所有機床系列

　　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)顯著節省了控制柜和機床空間