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鑰匙技術(shù)：倍?；?PC 的控制技術(shù)應(yīng)用于制造精度為 10 微米的高精度鑰匙生產(chǎn)

世界上有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人手中都持有 Wilka 生產(chǎn)的鑰匙。不管其生產(chǎn)要求多么嚴(yán)苛，生產(chǎn)出來(lái)的鑰匙及鎖芯必須都是毫無(wú)瑕疵的。鎖和鑰匙產(chǎn)品需要非常高效和高精度的生產(chǎn)技術(shù)，而該生產(chǎn)技術(shù)甚至可以補(bǔ)償好幾度的溫度波動(dòng)，這一點(diǎn)讓人非常震驚。Aumat 和 AST 選擇了使用倍?；?PC 的控制技術(shù)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)來(lái)滿足這些需求，確保加工精度能夠達(dá)到鑰匙行業(yè)所要求的 0.01 毫米，同時(shí)以最小的工程工作量輕松實(shí)現(xiàn)定制化特種機(jī)械。

Wilm Schadach，倍福萊茵/魯爾區(qū)辦事處；Achim Ihlefeld，Aumat Maschinenbau 公司技術(shù)總監(jiān)；

Wilka Schlie?technik 公司鑰匙生產(chǎn)主管 Manuel Krümmel 和 電氣維護(hù)經(jīng)理 Mark Straka；

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

對(duì)于鑰匙行業(yè)及對(duì)于專營(yíng)鑰匙生產(chǎn)的德國(guó)費(fèi)爾貝特的 Wilka Schliestechnik 公司來(lái)說(shuō)，最典型的特點(diǎn)是每天會(huì)接到大量定制生產(chǎn)訂單。技術(shù)總監(jiān) Olaf Witte 解釋道：“在某種意義上說(shuō)，我們的批量生產(chǎn)與單件流生產(chǎn)可以完美結(jié)合于一體。一個(gè)訂單可能包含 1000 個(gè)相同類型的產(chǎn)品，但每個(gè)產(chǎn)品又都是不同的 —直到為了某個(gè)備用鑰匙的單一訂單?！盬ilka 的生產(chǎn)在結(jié)構(gòu)上具有相應(yīng)的靈活性，擁有多種特種機(jī)床，這些機(jī)床是由德國(guó)佐林根的 Aumat Maschinenbau 公司與烏帕塔爾的系統(tǒng)集成商 AST 公司共同開(kāi)發(fā)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(jù) Aumat 公司的技術(shù)總監(jiān) Achim Ihlefeld 所述，專業(yè)機(jī)床的基本要求是在加工鑰匙坯時(shí)精度要高：“最大的鑰匙公差在百分之一毫米范圍內(nèi)。若要可靠滿足這一公差，機(jī)械工程必須要好上一個(gè)數(shù)量級(jí)。這需要最短的控制周期時(shí)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(shù)很好地實(shí)現(xiàn)，因此，即使有很多平行銑削周期，也可以使用相應(yīng)數(shù)量的伺服軸實(shí)現(xiàn)。” AST 公司軟件開(kāi)發(fā)工程師 Tim Themann 補(bǔ)充道：“精度要求非常高，即使只有幾度的溫度波動(dòng)對(duì)加工結(jié)果也會(huì)帶來(lái)重要影響。PC 控制系統(tǒng)通過(guò)連續(xù)監(jiān)控溫度來(lái)控制這一影響?！?/p>

通過(guò)兩臺(tái)獨(dú)立的機(jī)床實(shí)現(xiàn)鑰匙生產(chǎn)線的現(xiàn)代化改造

由兩臺(tái)獨(dú)立的特種機(jī)床構(gòu)成的 Wilka 鑰匙生產(chǎn)線盡顯了 PC 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) — 正如 AST 總經(jīng)理 Wilfried Wengenroth 所述：“現(xiàn)有的一臺(tái)用來(lái)切割鑰匙片的鑰匙切割機(jī)已經(jīng)進(jìn)行過(guò)一次翻修，并配備了倍福的控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)。除此之外，還有一臺(tái)用于銑鑰匙邊緣的仿形銑床也通過(guò) PC 控制系統(tǒng)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(bǔ)充說(shuō)道：“Wilka 使用了兩臺(tái)倍福的控制器，它們都有統(tǒng)一的用戶界面，給他們帶來(lái)了很多好處；必要時(shí)，即使一臺(tái)機(jī)床停止運(yùn)行了，公司也可以不中斷地繼續(xù)運(yùn)行第二臺(tái)機(jī)床?！?/p>

切割機(jī)有 9 根伺服軸，而仿形銑床有 23 根伺服軸，它們都通過(guò) AX5000 伺服驅(qū)動(dòng)器和 AM3000 伺服電機(jī)控制。這兩臺(tái)機(jī)器互聯(lián)并通過(guò)用 C# 編程的兩個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通訊。它們都在相應(yīng)機(jī)床上的控制柜式工業(yè) PC C6930 上運(yùn)行，并通過(guò) ADS 和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件通訊。此外，工業(yè) PC 還負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳輸給 Wilka 的中央數(shù)據(jù)服務(wù)器上。據(jù) 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(tǒng)：“這樣，四根銑軸每根管理 12 個(gè)刀具，以便能夠高效地實(shí)現(xiàn)多個(gè)多樣化的縱銑削操作：從較薄的萬(wàn)能鑰匙到特定門(mén)鎖系統(tǒng)的鎖所使用的較厚的特殊鑰匙。通常來(lái)說(shuō)，若要實(shí)現(xiàn)這一目的需要使用數(shù)百個(gè)刀具。而我們由于使用了刀具管理系統(tǒng)，可以智能協(xié)調(diào)，因此只需要使用 48 個(gè)刀具?！盩im Themann 補(bǔ)充說(shuō)道：“刀具管理通過(guò) TwinCAT NC I 實(shí)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(shí)現(xiàn)細(xì)磨邊，并防止加工好的鑰匙不恰當(dāng)?shù)夭宓芥i芯中?！?/p>

集成式 PC 控制系統(tǒng)：工業(yè) 4.0 的理想基礎(chǔ)

“Aumat 的特種機(jī)床自 2005 年起就一直采用倍?；?PC 的控制技術(shù)?！盬ilfried Wengenroth 說(shuō)道。“我們從 2004 年開(kāi)始就一直與 AST 有合作。在這樣的背景下，EtherCAT 也是一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)，特別是由于它具有自動(dòng)掃描系統(tǒng)的能力，尤其是在最初調(diào)試期間。此外， EtherCAT 還可以方便快捷地診斷所有總線設(shè)備?！盬ilka 公司電氣維護(hù)經(jīng)理 Mark Straka 補(bǔ)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(shí)間才逐步全部采用倍福的控制器。除了高計(jì)算能力之外，系統(tǒng)的開(kāi)放性對(duì)我們來(lái)說(shuō)也是至關(guān)重要的。無(wú)需花費(fèi)高昂的費(fèi)用即可集成舊有的控制技術(shù)，而且也可以輕松接入更高級(jí)別的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。后者正變得越來(lái)越重要，它可以確保通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)用整個(gè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施層：從訂單錄入到生產(chǎn)，一直到維修服務(wù)。”

由 Aumat 和 AST 公司共同設(shè)計(jì)的互聯(lián)鑰匙生產(chǎn)線由一臺(tái)鑰匙切割機(jī)和一臺(tái)仿形銑床構(gòu)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(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 概念。Olaf Witte 認(rèn)為，在這方面，有一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題不能忽略：“生產(chǎn)越依賴于網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生故障時(shí)的潛在損害可能越嚴(yán)重。當(dāng)系統(tǒng)癱瘓時(shí)，高度靈活的單件流生產(chǎn)有什么好處呢？這也就是為什么系統(tǒng)可用性和控制技術(shù)服務(wù)對(duì)我們來(lái)說(shuō)優(yōu)先級(jí)更高。使用了倍福的技術(shù)后，單件流生產(chǎn)運(yùn)行得既快又好。”Mark Straka 也證實(shí)了這一點(diǎn)：“詢價(jià)響應(yīng)速度對(duì)我們來(lái)說(shuō)往往也是非常重要的。畢竟，停產(chǎn)成本可能會(huì)非常高，不僅在維修或更換生產(chǎn)部件時(shí)是這樣的。同樣關(guān)鍵的還有速度，為了實(shí)現(xiàn)這樣的高速度，倍福多年來(lái)一直堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)提供各種項(xiàng)目支持?？梢哉f(shuō)，目前還沒(méi)有 PC 控制技術(shù)滿足不了的應(yīng)用需求。另外，與傳統(tǒng)的 PLC 技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)緊湊的模塊化系統(tǒng)幫助我們節(jié)省了高達(dá) 50 % 的控制柜空間以及約 20 % 的硬件成本。而且，通過(guò) EtherCAT 端子模塊或端子盒可以快速、靈活地響應(yīng)新的需求，如隨后的溫度補(bǔ)償?！?/p>

可滿足各種應(yīng)用需求的自動(dòng)化技術(shù)

在鑰匙生產(chǎn)線中，PC 控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理所有自動(dòng)化任務(wù)：機(jī)床運(yùn)行控制、用于設(shè)置和自動(dòng)操作的 HMI、故障信息顯示和數(shù)據(jù)存檔、通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理以及三軸銑削龍門(mén)架的 NC 控制。由 TwinCAT NC I 控制的 5 個(gè)三軸工位用于仿形銑床，另外 3 個(gè)工位用于鑰匙切割機(jī)。鑰匙輸送由 15 個(gè)輸送工位實(shí)現(xiàn)，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(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。 

每臺(tái)機(jī)床都有一臺(tái) C6930 控制柜式工業(yè) PC 進(jìn)行控制，每臺(tái)機(jī)床都與一臺(tái)適合控制柜安裝的 15 英寸控制面板 CP6902 相連，以便通過(guò)使用 TwinCAT PLC HMI 實(shí)現(xiàn)可視化編程。Wilfried Wengenroth 認(rèn)為，它甚至為未來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展提供了足夠的性能：“高計(jì)算能力和高速控制任務(wù)讓我們能夠解決很具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，如高精度鉆削控制，或拉床應(yīng)用中通過(guò)采集電機(jī)電流實(shí)現(xiàn)的刀具破損監(jiān)控。TwinCAT Database Server 也讓我們從 PC 控制技術(shù)中獲得更多益處。它可以用來(lái)處理龐大的數(shù)據(jù)量，而不會(huì)縮短 PLC 周期時(shí)間?！被?EtherCAT 的通用數(shù)據(jù)采集 — 可根據(jù)要求采用集中式或分布式 — 通過(guò)使用控制柜中的 EtherCAT 端子模塊或現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程中直接通過(guò) EtherCAT 閥島以及 EP1008 或 EP2028 EtherCAT 端子盒可以帶來(lái)更多優(yōu)勢(shì)。

在加工過(guò)程中，通過(guò) EtherCAT 端子盒、EP1008 和 EP2028 在現(xiàn)場(chǎng)直接分布式采集 I/O 數(shù)據(jù)可以大大減少所需的控制柜空間

單電纜技術(shù)助力節(jié)省大量開(kāi)支

自 2014 年起，Aumat 機(jī)床就一直依賴倍福在驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品領(lǐng)域采用的單電纜技術(shù)（OCT），它將動(dòng)力和反饋系統(tǒng)整合在一根標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)電纜中，顯著降低了硬件及調(diào)試成本，Mark Straka 說(shuō)道：“單電纜技術(shù)在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)給我們帶來(lái)了巨大優(yōu)勢(shì)，特別是因?yàn)樗梢源蟠蠼档腿肆Τ杀疽约俺鲥e(cuò)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(kuò)展性，這本身就節(jié)約了將近 30 % 的成本?！盬ilfried Wengenroth 還看到了另外兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：“由于單電纜技術(shù)中的數(shù)據(jù)傳輸非常穩(wěn)定，因此電磁兼容性不再是個(gè)問(wèn)題。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是單電纜技術(shù)的參數(shù)設(shè)置方便快捷。由于工作時(shí)間及原材料的節(jié)省非?？捎^，大大降低了程序員的工程要求。