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。
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
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。
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。“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。”Vincent Fankhauser 說道。
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）
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。
從 FPGA 到開放式控制平臺
“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 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。
不同的數控機床，相同的控制核心：Affolter 采用倍福基于 PC 的控制技術，同步運行加工中心上的三根高速主軸
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。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 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、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系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，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于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于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、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 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。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。倍福基于 PC 的控制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 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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