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鑰匙技術：倍福基于 PC 的控制技術應用于制造精度為 10 微米的高精度鑰匙生產

世界上有數以百萬計的人手中都持有 Wilka 生產的鑰匙。不管其生產要求多么嚴苛，生產出來的鑰匙及鎖芯必須都是毫無瑕疵的。鎖和鑰匙產品需要非常高效和高精度的生產技術，而該生產技術甚至可以補償好幾度的溫度波動，這一點讓人非常震驚。Aumat 和 AST 選擇了使用倍福基于 PC 的控制技術開發相應的系統來滿足這些需求，確保加工精度能夠達到鑰匙行業所要求的 0.01 毫米，同時以最小的工程工作量輕松實現定制化特種機械。

Wilm Schadach，倍福萊茵/魯爾區辦事處；Achim Ihlefeld，Aumat Maschinenbau 公司技術總監；

Wilka Schlie?technik 公司鑰匙生產主管 Manuel Krümmel 和 電氣維護經理 Mark Straka；

以及 AST 公司總經理 Wilfried Wengenroth（從左至右）

對于鑰匙行業及對于專營鑰匙生產的德國費爾貝特的 Wilka Schliestechnik 公司來說，最典型的特點是每天會接到大量定制生產訂單。技術總監 Olaf Witte 解釋道：“在某種意義上說，我們的批量生產與單件流生產可以完美結合于一體。一個訂單可能包含 1000 個相同類型的產品，但每個產品又都是不同的 —直到為了某個備用鑰匙的單一訂單。”Wilka 的生產在結構上具有相應的靈活性，擁有多種特種機床，這些機床是由德國佐林根的 Aumat Maschinenbau 公司與烏帕塔爾的系統集成商 AST 公司共同開發的。

鑰匙坯按照順序加工，先是縱剖面，然后是鑰匙片缺口

根據 Aumat 公司的技術總監 Achim Ihlefeld 所述，專業機床的基本要求是在加工鑰匙坯時精度要高：“最大的鑰匙公差在百分之一毫米范圍內。若要可靠滿足這一公差，機械工程必須要好上一個數量級。這需要最短的控制周期時間及精度非常高的伺服軸。這兩者都可以使用倍福的 PC 控制技術很好地實現，因此，即使有很多平行銑削周期，也可以使用相應數量的伺服軸實現。” AST 公司軟件開發工程師 Tim Themann 補充道：“精度要求非常高，即使只有幾度的溫度波動對加工結果也會帶來重要影響。PC 控制系統通過連續監控溫度來控制這一影響。”

通過兩臺獨立的機床實現鑰匙生產線的現代化改造

由兩臺獨立的特種機床構成的 Wilka 鑰匙生產線盡顯了 PC 控制系統的優勢 — 正如 AST 總經理 Wilfried Wengenroth 所述：“現有的一臺用來切割鑰匙片的鑰匙切割機已經進行過一次翻修，并配備了倍福的控制和驅動技術。除此之外，還有一臺用于銑鑰匙邊緣的仿形銑床也通過 PC 控制系統控制。所有鑰匙都按照順序加工，先是縱剖面，然后是缺口。最后，所有鑰匙與配套的鎖一起交付。”Achim Ihlefeld 補充說道：“Wilka 使用了兩臺倍福的控制器，它們都有統一的用戶界面，給他們帶來了很多好處；必要時，即使一臺機床停止運行了，公司也可以不中斷地繼續運行第二臺機床。”

切割機有 9 根伺服軸，而仿形銑床有 23 根伺服軸，它們都通過 AX5000 伺服驅動器和 AM3000 伺服電機控制。這兩臺機器互聯并通過用 C# 編程的兩個網關進行通訊。它們都在相應機床上的控制柜式工業 PC C6930 上運行，并通過 ADS 和 TwinCAT 自動化軟件通訊。此外，工業 PC 還負責將數據傳輸給 Wilka 的中央數據服務器上。據 Achim Ihlefeld 介紹，仿形銑床上的每根銑軸也都有它自己的刀具管理系統：“這樣，四根銑軸每根管理 12 個刀具，以便能夠高效地實現多個多樣化的縱銑削操作：從較薄的萬能鑰匙到特定門鎖系統的鎖所使用的較厚的特殊鑰匙。通常來說，若要實現這一目的需要使用數百個刀具。而我們由于使用了刀具管理系統，可以智能協調，因此只需要使用 48 個刀具。”Tim Themann 補充說道：“刀具管理通過 TwinCAT NC I 實施，這樣，不僅能夠選擇合適的刀具，而且還能夠切割出理想的線條。因此，您可以在彼此相鄰的深且平的銑削缺口之間實現細磨邊，并防止加工好的鑰匙不恰當地插到鎖芯中。”

集成式 PC 控制系統：工業 4.0 的理想基礎

“Aumat 的特種機床自 2005 年起就一直采用倍福基于 PC 的控制技術。”Wilfried Wengenroth 說道。“我們從 2004 年開始就一直與 AST 有合作。在這樣的背景下，EtherCAT 也是一個重要的優勢，特別是由于它具有自動掃描系統的能力，尤其是在最初調試期間。此外， EtherCAT 還可以方便快捷地診斷所有總線設備。”Wilka 公司電氣維護經理 Mark Straka 補充道：“原本我們使用的控制器品牌種類非常龐雜，我們花了約七年時間才逐步全部采用倍福的控制器。除了高計算能力之外，系統的開放性對我們來說也是至關重要的。無需花費高昂的費用即可集成舊有的控制技術，而且也可以輕松接入更高級別的企業網絡。后者正變得越來越重要，它可以確保通過標準網絡調用整個生產基礎設施層：從訂單錄入到生產，一直到維修服務。”

由 Aumat 和 AST 公司共同設計的互聯鑰匙生產線由一臺鑰匙切割機和一臺仿形銑床構成，可以高精度地單件流加工鑰匙坯

這樣，理想的前提條件是實現工業 4.0 概念。Olaf Witte 認為，在這方面，有一個重點問題不能忽略：“生產越依賴于網絡，發生故障時的潛在損害可能越嚴重。當系統癱瘓時，高度靈活的單件流生產有什么好處呢？這也就是為什么系統可用性和控制技術服務對我們來說優先級更高。使用了倍福的技術后，單件流生產運行得既快又好。”Mark Straka 也證實了這一點：“詢價響應速度對我們來說往往也是非常重要的。畢竟，停產成本可能會非常高，不僅在維修或更換生產部件時是這樣的。同樣關鍵的還有速度，為了實現這樣的高速度，倍福多年來一直堅持技術創新，同時提供各種項目支持。可以說，目前還沒有 PC 控制技術滿足不了的應用需求。另外，與傳統的 PLC 技術相比，結構緊湊的模塊化系統幫助我們節省了高達 50 % 的控制柜空間以及約 20 % 的硬件成本。而且，通過 EtherCAT 端子模塊或端子盒可以快速、靈活地響應新的需求，如隨后的溫度補償。”

可滿足各種應用需求的自動化技術

在鑰匙生產線中，PC 控制系統負責處理所有自動化任務：機床運行控制、用于設置和自動操作的 HMI、故障信息顯示和數據存檔、通過網關進行的數據處理以及三軸銑削龍門架的 NC 控制。由 TwinCAT NC I 控制的 5 個三軸工位用于仿形銑床，另外 3 個工位用于鑰匙切割機。鑰匙輸送由 15 個輸送工位實現，鑰匙坯供料則使用了 32 根伺服軸，它們由集成了安全功能的 AX5000 驅動器驅動。 

每臺機床都有一臺 C6930 控制柜式工業 PC 進行控制，每臺機床都與一臺適合控制柜安裝的 15 英寸控制面板 CP6902 相連，以便通過使用 TwinCAT PLC HMI 實現可視化編程。Wilfried Wengenroth 認為，它甚至為未來系統擴展提供了足夠的性能：“高計算能力和高速控制任務讓我們能夠解決很具挑戰性的任務，如高精度鉆削控制，或拉床應用中通過采集電機電流實現的刀具破損監控。TwinCAT Database Server 也讓我們從 PC 控制技術中獲得更多益處。它可以用來處理龐大的數據量，而不會縮短 PLC 周期時間。”基于 EtherCAT 的通用數據采集 — 可根據要求采用集中式或分布式 — 通過使用控制柜中的 EtherCAT 端子模塊或現場的過程中直接通過 EtherCAT 閥島以及 EP1008 或 EP2028 EtherCAT 端子盒可以帶來更多優勢。

在加工過程中，通過 EtherCAT 端子盒、EP1008 和 EP2028 在現場直接分布式采集 I/O 數據可以大大減少所需的控制柜空間

單電纜技術助力節省大量開支

自 2014 年起，Aumat 機床就一直依賴倍福在驅動產品領域采用的單電纜技術（OCT），它將動力和反饋系統整合在一根標準的電機電纜中，顯著降低了硬件及調試成本，Mark Straka 說道：“單電纜技術在構建系統時給我們帶來了巨大優勢，特別是因為它可以大大降低人力成本以及出錯率。另外，電纜的用量減少了一半，電纜布線更加緊湊、更具可擴展性，這本身就節約了將近 30 % 的成本。”Wilfried Wengenroth 還看到了另外兩個優點：“由于單電纜技術中的數據傳輸非常穩定，因此電磁兼容性不再是個問題。另一個優點是單電纜技術的參數設置方便快捷。由于工作時間及原材料的節省非常可觀，大大降低了程序員的工程要求。