开放、灵活   直达核心需求

大型零部件的精密加工绝非易事。如何才能以微米级的精度大批量生产钟表中使用的齿轮和螺丝或者连接器接触引脚等零件？瑞士Esco和Affolter公司通过为其数控机床配备倍福的TwinCAT CNC和伺服驱动技术实现了这一目标。

Esco采用倍福瑞士解决方案提供商 Affolter开发的基于TwinCAT CNC的控制解决方案控制所有机床系列

从日内瓦延申到巴塞尔的瑞士“钟表谷”，经过数百年的发展，手表制造商和微型精密机械制造商之间已经形成完美的生态圈（成为世界知名的钟表品牌的以及微型精密机械制造商的聚集地）。总部位于Les Geneveys-sur-Coffrane的Esco 公司和位于Malleray的Affolter Group这两家设备制造商就是其中一员。他们的数控机床以最高的精度制造最小的齿轮、螺丝、轴等零部件，是瑞士钟表机芯能够具有享誉全球的精准度的基础。

Esco车床主要用于高精度、高品质地加工各种大中型精密零部件。机床除了车削工序之外，还具备其它加工能力。因此，这些结构紧凑的机床也可加工复杂零件。

图1 Affolter 采用倍福基于PC的控制技术，同步运行加工中心上的三根高速主轴

固定材料和旋转刀具

与一般的自动车床不同，Esco机床的采用的是个性化的工作原理：固定材料，旋转刀具。因此，机床就能够全自动、不间断地加工环状或棒状材料。“此外，刀具可以接近工件，这也为生产效率和表面质量带来了优势。”Esco销售经理Vincent Fankhauser说道。转速高达 12 000 rpm的主轴是实现高精度和短加工时间的基础。

自2020年初以来，Esco一直依赖基于PC的控制技术实现机床的自动化，并因此采用了倍福的TwinCAT 3。“之前的供应商为我们提供的控制和驱动技术已经到了生命周期的末期，我们需要面向未来的CNC技术，可以轻松地为我们的不同系列进行配置。”Vincent Fankhauser说道。

这就是倍福解决方案提供商Affolter 的用武之地。公司自己生产滚齿机，同时作为合同制造商，使用大约350台机床加工钟表等行业使用的复杂零件。总经理Vincent Affolter说道：“我们一直为自己的控制解决方案感到自豪，我们为我们的机床自主研发了控制解决方案，并用生产电子元器件。”控制系统的核心部分是FPGA芯片，它可以在微秒范围内并行计算所有轴的所有设定值。但是，当电子元器件无法再供应时，Affolter就再也无力维护其控制系统，更不用说进一步对其进行开发以及集成IT连接等其它功能。幸运的是，Affolter的PC技术性能正迅速提升。

图2 基于TwinCAT CNC 的控制解决方案控制所有机床系列

从FPGA到开放式控制平台

“在2016年分析可能的控制系统供应商时，我们很快就在倍福找到了我们想要的产品，并开始使用基于PC的控制技术进行初步测试。”Vincent Affolter 说道。他最重要的工作之一是保持公司自主创新的灵活性，而无需再次自行开发硬件。“倍福的开放式控制平台提供了 Affolter所需的灵活性。”倍福瑞士公司销售部的Philippe Abt补充道。基于PC的控制技术和TwinCAT CNC现在构成了Vincent Affolter自己的CNC机床所使用的控制平台的基础，并提供给像Esco机床制造商等倍福解决方案提供商。

在将CNC解决方案与Esco机床相匹配时，基于PC的控制技术展现出了出色的灵活性：考虑到所需的机床周期时间，在处理CNC任务时没有时间可以浪费。“由于TwinCAT CNC采用了模块化的系统结构，因此通过相应的配置可以实现Esco所要求的短周期时间。”Philippe Abt回忆道。为了减少任务的计算时间，不需要的功能都被删除了。“对我们来说，最重要的是我们从一开始就得到了倍福的支持，并与倍福一起寻找并实施解决方案。但这一切并不是理所当然的。”Vincent Affolter说道。

图3 安装了 TwinCAT CNC（最多可控制 12 根伺服轴和主轴）的 C6920 控制柜式工业 PC（右）与相应的 EtherCAT 端子模块系统（左）

基于PC的控制技术适用于所有机床系列

基于TwinCAT 3和C6920控制柜式工业PC的联合调整控制方案适用于Esco的所有机床系列，为将所有数控机床长期、安全地迁移到基于PC的控制系统中奠定了坚实的基础。自2020年以来，Esco已经交付了约150台配备了各种配置的TwinCAT CNC控制系统的机床。Vincent Fankhauser说道：“我们现在更加灵活，可以根据我们所需的计算能力和驱动配置以及安全性要求，从整个产品系列中进行挑选和组合。”以Escomatic D6 Twin为例，有12根伺服轴需要控制，3个CNC通道需要计算。

驱动技术（AX5000伺服驱动器和AM8000伺服电机）中采用的单电缆技术（OCT）显著节省了控制柜和机床空间，因为只需铺设一条更细的电机电缆即可。自从改用OCT技术后，反馈系统中的信号干扰问题也得到了解决。

Affolter和Esco目前正致力于整合刀具监控和在线质量控制。发展规划还包括通过umati（万能机床接口）和 OPC UA将数控机床连接到MES和ERP系统。基于PC的控制是一种开放式模块化控制系统，它也将取得成功。