加工中心的觸摸式操作界面

無論是銑削、鉆孔、切割、精加工、磨削還是珩磨，完整的機加工都需要面向未來的系統解決方案，這些解決方案必須與數字化保持同步，并確保生產技術在高薪國家中的競爭力。

使用CNC加工中心可以節省工業生產中的巨大加工成本，縮短加工時間和生產時間，最重要的是能顯著提高加工的準確性和精密度，這些是CNC加工中心取得巨大成功的主要原因。自上世紀70年代初以來，CNC加工中心一直緊跟自動化技術的步伐，如今通過數字化，加工中心被越來越多地集成至靈活的制造集群中。

CNC加工中心的自動化改造需要整體供應商的端到端概念，供應商不僅要掌握各種CNC技術，還要了解加工中心所有技術和工藝的最佳編排，加工中心是整體藝術作品，其潛力無限。

自動化組件相互適配

Ferrocontrol在加工中心的高效自動化改造方面擁有40多年的經驗，不僅在棒材加工、窗戶生產、開關設備制造和家具行業設立了標準，而且所有自動化組件都相互適配，并針對集成系統解決方案進行了設計：

● 可擴展的工業PC和觸摸屏；

● 帶CAD/CAM系統和生產計劃軟件、用于加工中心的HMI軟件包；

● 用于CNC、PLC和運動控制的控制器，最多32個CNC軸；

● 多通道，最多可達8個CNC通道，例如使用兩個刀具同時加工；

● 總共可多達64個軸，運動軸和CNC軸可自由組合，可擴展的I/O系統以及滿足嚴格實時要求的Ethercat；

● 集成安全功能高達SIL 3，

● 伺服驅動控制器和電機，包括高動態主軸驅動器；

● 動能回收系統（KERS），可實現傳動系統的高能效，

● 全集成的機器視覺解決方案，

● 強大的機器管理系統，可用于多個處理中心的數字聯網，例如通過OPC-UA或MQTT。

通用的現場總線協議可用于Ethercat和CAN-open的通信，PLC和安全應用程序的程序創建是在Codesys作為開發環境完成的，它可以基于對象高效設計應用程序，并兼顧IEC61131-3等國際標準。

借助基于對象的編程（帶有繼承、封裝和再利用）可以減少工程、測試和軟件維護的工作量，這對于具有多個變量的機器特別有利。針對加工中心的所有標準功能，機器開發人員都可以輕松使用預定周期、久經考驗的PLC套件，從而加快工程設計并減少測試工作量，軸的配置、參數設置和優化也有專業工具可供使用，從而能夠實現快速安全的調試。

圖1 帶主軸驅動的5軸加工中心的典型系統架構

應用團隊從概念到系列全程協助

Ferrocontrol將其產品和效率視作面向機器制造商的服務，一站式提供一切，這意味著CNC應用團隊在對機器方案進行項目規劃時就已經開始幫助機器制造商了，隨后系列機器的自動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交付，并針對各種應用進行配置和預設參數，例如Ferrocontrol的工業PC，它具有包含客戶軟件在內的個性化特點，由于機身安裝便捷，可以立即使用。

從樣機調試輔助到第二級支持的全方位服務為機器制造商提供了長期創新合作伙伴關系的安全性，與國際領先企業在鋁、金屬、木材、塑料、復合材料、玻璃和陶瓷等加工中心領域的長期合作也證明了這點。

加工中心如今必須做什么？人們知道的加工中心不過是由CNC控制的機床，配備刀庫和換刀裝置，以便能夠使用多個切削刀具。

圖2 加工中心的刀庫示例

如今的加工中心通常還配備自動工件更換器，通過一次裝夾就可以加工所有工件，一次裝夾時通常會用到各種加工過程，包括鉆孔、攻絲、銑削、切削和磨削。

還可以加入其它過程，例如激光打標或激光硬化。通過一次裝夾加工復雜工件具有以下優點：周期時間短、無需改裝、夾緊裝置少，最重要的是由于無需重新夾緊工件，重復精度更高，結果提高了質量并降低了制造成本。

更加高效地操作高速主軸

每個CNC加工中心的核心都是移動工具主軸，主軸電機通常還是通過變頻器供電：但如果不需要工具上的扭矩，這種方式就會導致大量不必要的熱量損失，這樣不僅效率低，而且還會縮短主軸驅動器的壽命。

因此應在整個轉速范圍內更好地控制刀具主軸，這樣就只有實際需要的能量進入電動機，Ferrocontrol生產的、基于FPGA的（現場可編程門陣列）伺服驅動系統E-Darc C可以幫助控制同步和異步主軸電機，轉速最高可達20000 min–1，這樣刀具主軸可在磨損極少且節能的情況下運行，負載跳躍引起的轉速偏差也會自動糾正，工件厚度和進給速度的變化對加工質量基本沒有影響。高頻主軸的控制運行會使工件表面的整體質量更高，同時最大程度地減少后期處理的手動工作量。

圖3 機器管理系統作為加工中心的數字化擴展

加工中心有一個自動換刀系統，用于快速更換主軸上的從動刀具，刀具保存在刀庫中，換刀將“切屑到切屑時間”降至最低，現代化CNC加工中心的這一時間不到2秒。

即使是包含許多單獨加工步驟的復雜加工周期也可以在較短的周期時間內完成，HMI為操作員提供了優化周期的專業工具，借助基于CNC的實際運行時間計算功能，不僅能夠精確預測加工時間，而且還可將這一信息用于可靠計算加工成本。使用機器管理系統可以更加方便地解決這些任務，該系統具有針對車間數字化的多種功能以及一個CNC應用程序的數碼雙胞胎。

換刀還為驅動技術提供了令人感興趣的優化潛力，例如智能參數集管理非常實用：最多可以存儲16個與工具相關的參數集，這些參數集還描述了工具的幾何形狀，這樣更換工具時能夠快速切換參數集。

圖4 CNC加工中心的自動化解決方案包括驅動和控制技術、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，有必要存儲和選擇與工具相關的參數集，這樣每個工具的驅動控制都能獲得最佳的控制器參數，實現高動態和低能耗。借助集成的參數集切換，機床的出色裝備可縮短換刀時間即切屑到切屑的時間，此外使用加工中心時，高效運行必需的各種處理任務通常必須自動完成，因此Ferrocontrol的加工中心控制系統還具有各種針對更換工作臺或托盤系統的功能，以便進行平行裝卸，這樣在加工工件的同時能夠準備下一個工件。

全自動化和數字化

無論是3軸還是5軸同時加工，對要求高的CNC加工中心進行自動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，機床制造商可以獲得經過多次實踐檢驗的完整模塊化系統，其中所有組件和功能都進行了最佳適配，從控制和驅動技術到針對加工中心的、帶有觸摸優化的HMI表面的平板電腦，再到可以無縫集成至自動化系統中的安全解決方案。