加工中心的觸摸式操作界面
無(wú)論是銑削、鉆孔、切割、精加工、磨削還是珩磨，完整的機(jī)加工都需要面向未來(lái)的系統(tǒng)解決方案，這些解決方案必須與數(shù)字化保持同步，并確保生產(chǎn)技術(shù)在高薪國(guó)家中的競(jìng)爭(zhēng)力。
使用CNC加工中心可以節(jié)省工業(yè)生產(chǎn)中的巨大加工成本，縮短加工時(shí)間和生產(chǎn)時(shí)間，最重要的是能顯著提高加工的準(zhǔn)確性和精密度，這些是CNC加工中心取得巨大成功的主要原因。自上世紀(jì)70年代初以來(lái)，CNC加工中心一直緊跟自動(dòng)化技術(shù)的步伐，如今通過(guò)數(shù)字化，加工中心被越來(lái)越多地集成至靈活的制造集群中。
CNC加工中心的自動(dòng)化改造需要整體供應(yīng)商的端到端概念，供應(yīng)商不僅要掌握各種CNC技術(shù)，還要了解加工中心所有技術(shù)和工藝的最佳編排，加工中心是整體藝術(shù)作品，其潛力無(wú)限。
自動(dòng)化組件相互適配
Ferrocontrol在加工中心的高效自動(dòng)化改造方面擁有40多年的經(jīng)驗(yàn)，不僅在棒材加工、窗戶生產(chǎn)、開(kāi)關(guān)設(shè)備制造和家具行業(yè)設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)，而且所有自動(dòng)化組件都相互適配，并針對(duì)集成系統(tǒng)解決方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)：
● 可擴(kuò)展的工業(yè)PC和觸摸屏；
● 帶CAD/CAM系統(tǒng)和生產(chǎn)計(jì)劃軟件、用于加工中心的HMI軟件包；
● 用于CNC、PLC和運(yùn)動(dòng)控制的控制器，最多32個(gè)CNC軸；
● 多通道，最多可達(dá)8個(gè)CNC通道，例如使用兩個(gè)刀具同時(shí)加工；
● 總共可多達(dá)64個(gè)軸，運(yùn)動(dòng)軸和CNC軸可自由組合，可擴(kuò)展的I/O系統(tǒng)以及滿足嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求的Ethercat；
● 集成安全功能高達(dá)SIL 3，
● 伺服驅(qū)動(dòng)控制器和電機(jī)，包括高動(dòng)態(tài)主軸驅(qū)動(dòng)器；
● 動(dòng)能回收系統(tǒng)（KERS），可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的高能效，
● 全集成的機(jī)器視覺(jué)解決方案，
● 強(qiáng)大的機(jī)器管理系統(tǒng)，可用于多個(gè)處理中心的數(shù)字聯(lián)網(wǎng)，例如通過(guò)OPC-UA或MQTT。
通用的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議可用于Ethercat和CAN-open的通信，PLC和安全應(yīng)用程序的程序創(chuàng)建是在Codesys作為開(kāi)發(fā)環(huán)境完成的，它可以基于對(duì)象高效設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，并兼顧IEC61131-3等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
借助基于對(duì)象的編程（帶有繼承、封裝和再利用）可以減少工程、測(cè)試和軟件維護(hù)的工作量，這對(duì)于具有多個(gè)變量的機(jī)器特別有利。針對(duì)加工中心的所有標(biāo)準(zhǔn)功能，機(jī)器開(kāi)發(fā)人員都可以輕松使用預(yù)定周期、久經(jīng)考驗(yàn)的PLC套件，從而加快工程設(shè)計(jì)并減少測(cè)試工作量，軸的配置、參數(shù)設(shè)置和優(yōu)化也有專業(yè)工具可供使用，從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速安全的調(diào)試。
圖1 帶主軸驅(qū)動(dòng)的5軸加工中心的典型系統(tǒng)架構(gòu)
應(yīng)用團(tuán)隊(duì)從概念到系列全程協(xié)助
Ferrocontrol將其產(chǎn)品和效率視作面向機(jī)器制造商的服務(wù)，一站式提供一切，這意味著CNC應(yīng)用團(tuán)隊(duì)在對(duì)機(jī)器方案進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始幫助機(jī)器制造商了，隨后系列機(jī)器的自動(dòng)化解決方案以交鑰匙組件和成品控制柜包括電纜組的方式及時(shí)交付，并針對(duì)各種應(yīng)用進(jìn)行配置和預(yù)設(shè)參數(shù)，例如Ferrocontrol的工業(yè)PC，它具有包含客戶軟件在內(nèi)的個(gè)性化特點(diǎn)，由于機(jī)身安裝便捷，可以立即使用。
從樣機(jī)調(diào)試輔助到第二級(jí)支持的全方位服務(wù)為機(jī)器制造商提供了長(zhǎng)期創(chuàng)新合作伙伴關(guān)系的安全性，與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)在鋁、金屬、木材、塑料、復(fù)合材料、玻璃和陶瓷等加工中心領(lǐng)域的長(zhǎng)期合作也證明了這點(diǎn)。
加工中心如今必須做什么？人們知道的加工中心不過(guò)是由CNC控制的機(jī)床，配備刀庫(kù)和換刀裝置，以便能夠使用多個(gè)切削刀具。
圖2 加工中心的刀庫(kù)示例
如今的加工中心通常還配備自動(dòng)工件更換器，通過(guò)一次裝夾就可以加工所有工件，一次裝夾時(shí)通常會(huì)用到各種加工過(guò)程，包括鉆孔、攻絲、銑削、切削和磨削。
還可以加入其它過(guò)程，例如激光打標(biāo)或激光硬化。通過(guò)一次裝夾加工復(fù)雜工件具有以下優(yōu)點(diǎn)：周期時(shí)間短、無(wú)需改裝、夾緊裝置少，最重要的是由于無(wú)需重新夾緊工件，重復(fù)精度更高，結(jié)果提高了質(zhì)量并降低了制造成本。
更加高效地操作高速主軸
每個(gè)CNC加工中心的核心都是移動(dòng)工具主軸，主軸電機(jī)通常還是通過(guò)變頻器供電：但如果不需要工具上的扭矩，這種方式就會(huì)導(dǎo)致大量不必要的熱量損失，這樣不僅效率低，而且還會(huì)縮短主軸驅(qū)動(dòng)器的壽命。
因此應(yīng)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)更好地控制刀具主軸，這樣就只有實(shí)際需要的能量進(jìn)入電動(dòng)機(jī)，F(xiàn)errocontrol生產(chǎn)的、基于FPGA的（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)E-Darc C可以幫助控制同步和異步主軸電機(jī)，轉(zhuǎn)速最高可達(dá)20000 min–1，這樣刀具主軸可在磨損極少且節(jié)能的情況下運(yùn)行，負(fù)載跳躍引起的轉(zhuǎn)速偏差也會(huì)自動(dòng)糾正，工件厚度和進(jìn)給速度的變化對(duì)加工質(zhì)量基本沒(méi)有影響。高頻主軸的控制運(yùn)行會(huì)使工件表面的整體質(zhì)量更高，同時(shí)最大程度地減少后期處理的手動(dòng)工作量。
圖3 機(jī)器管理系統(tǒng)作為加工中心的數(shù)字化擴(kuò)展
加工中心有一個(gè)自動(dòng)換刀系統(tǒng)，用于快速更換主軸上的從動(dòng)刀具，刀具保存在刀庫(kù)中，換刀將“切屑到切屑時(shí)間”降至最低，現(xiàn)代化CNC加工中心的這一時(shí)間不到2秒。
即使是包含許多單獨(dú)加工步驟的復(fù)雜加工周期也可以在較短的周期時(shí)間內(nèi)完成，HMI為操作員提供了優(yōu)化周期的專業(yè)工具，借助基于CNC的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間計(jì)算功能，不僅能夠精確預(yù)測(cè)加工時(shí)間，而且還可將這一信息用于可靠計(jì)算加工成本。使用機(jī)器管理系統(tǒng)可以更加方便地解決這些任務(wù)，該系統(tǒng)具有針對(duì)車(chē)間數(shù)字化的多種功能以及一個(gè)CNC應(yīng)用程序的數(shù)碼雙胞胎。
換刀還為驅(qū)動(dòng)技術(shù)提供了令人感興趣的優(yōu)化潛力，例如智能參數(shù)集管理非常實(shí)用：最多可以存儲(chǔ)16個(gè)與工具相關(guān)的參數(shù)集，這些參數(shù)集還描述了工具的幾何形狀，這樣更換工具時(shí)能夠快速切換參數(shù)集。
圖4 CNC加工中心的自動(dòng)化解決方案包括驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)、配備BAZ-HMI包的平板電腦以及工程工具
由于工具（例如鋸片、絲錐、鉆頭或銑刀）的大小和形狀不同，有必要存儲(chǔ)和選擇與工具相關(guān)的參數(shù)集，這樣每個(gè)工具的驅(qū)動(dòng)控制都能獲得最佳的控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)和低能耗。借助集成的參數(shù)集切換，機(jī)床的出色裝備可縮短換刀時(shí)間即切屑到切屑的時(shí)間，此外使用加工中心時(shí)，高效運(yùn)行必需的各種處理任務(wù)通常必須自動(dòng)完成，因此Ferrocontrol的加工中心控制系統(tǒng)還具有各種針對(duì)更換工作臺(tái)或托盤(pán)系統(tǒng)的功能，以便進(jìn)行平行裝卸，這樣在加工工件的同時(shí)能夠準(zhǔn)備下一個(gè)工件。
全自動(dòng)化和數(shù)字化
無(wú)論是3軸還是5軸同時(shí)加工，對(duì)要求高的CNC加工中心進(jìn)行自動(dòng)化改造都需要一整套CNC功能。借助Ferrocontrol為加工中心提供的CNC解決方案，機(jī)床制造商可以獲得經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐檢驗(yàn)的完整模塊化系統(tǒng)，其中所有組件和功能都進(jìn)行了最佳適配，從控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)到針對(duì)加工中心的、帶有觸摸優(yōu)化的HMI表面的平板電腦，再到可以無(wú)縫集成至自動(dòng)化系統(tǒng)中的安全解決方案。
