木工機(jī)械被定義為高功能性的設(shè)備。“更快，更高，更進(jìn)一步”是設(shè)備制造和工程建設(shè)領(lǐng)域的座右銘。因此，人們期望能有一個強(qiáng)大的控制系統(tǒng)來處理所有的設(shè)備功能，而且它還能針對未來需求很容易地升級，從而在保證低價的同時提高性能。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，位于德國 Herzebrock-Clarholz 的 WeekeBohrsysteme 公司大膽采用了完全基于 PC 的 CNC 設(shè)備控制。 家具行業(yè)的激烈競爭主要體現(xiàn)在對產(chǎn)品價格、生產(chǎn)速度、加工質(zhì)量和柔性等要求的不斷提高上。這些要求推動設(shè)備供應(yīng)商去采用最新技術(shù)，如 PC 控制技術(shù)，以滿足市場需求。Weeke Bohrsysteme GmbH 已經(jīng)具備多年的高性能木工機(jī)械生產(chǎn)經(jīng)驗。該公司擅長生產(chǎn)木質(zhì)面板加工設(shè)備。公司產(chǎn)品包括高性能自動化鉆孔設(shè)備（BST）以及在一個夾盤上加工工件的 CNC 加工中心（BHC）。這些設(shè)備也經(jīng)常組合起來使用，即兼具 CNC 加工和鉆孔兩種功能的設(shè)備。 設(shè)備重量因其要求不同而異。我們一直定位于高技術(shù)和優(yōu)化客戶效益促使 Weeke Bohrsysteme GmbH 采用新一代控制系統(tǒng)?！巴粋€平臺要能夠適用于所有的機(jī)型，這一點至關(guān)重要，”電氣設(shè)計經(jīng)理 Werner Birwe 說，“它意味著一個控制系統(tǒng)一定要包含很多不同的功能。”顯然，這需要一個強(qiáng)大的系統(tǒng)。對開放性、良好的性價比、開發(fā)進(jìn)度以及投資保護(hù)等方面的要求，這一切都不可避免地趨向于采用 PC 控制技術(shù)。由于來自 Beckhoff 的通用控制平臺TwinCAT 具有顯著優(yōu)勢，因此，Weeke Bohrsysteme GmbH 選擇了這套系統(tǒng)。 BST 100 鉆孔單元空間可以容納多達(dá) 40 個單獨的鉆孔 更多復(fù)雜的 Z 軸鉆孔任務(wù)在單個鉆頭的獨立 NC I 通道中被執(zhí)行。 無限的開放性實現(xiàn)了功能的多樣性 在木質(zhì)部件的加工過程中，Weeke 的設(shè)備擁有大量的軸運動，這些軸的運動由一系列專用硬件平臺來控制。單機(jī)擁有的 PLC 系統(tǒng)、位置控制、傳統(tǒng)的 CNC、不同的驅(qū)動和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等使得這些設(shè)備的控制系統(tǒng)面目各異。再加上現(xiàn)有的操作 PC，由這些部件組成的大雜燴不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且價格昂貴?，F(xiàn)在，所有這些都將成為過去；在硬件方面，系統(tǒng)合并成為一臺工業(yè)控制計算機(jī)，所有的控制功能均由 TwinCAT 軟件模塊來處理。 基于構(gòu)成 TwinCAT 基礎(chǔ)的硬實時環(huán)境，每臺設(shè)備均可以訪問 TwinCAT 標(biāo)準(zhǔn)配置的 PLC 功能。最新的編程采用IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的編程語言。集成的 PTP 控制可以處理簡單的 PTP 定位任務(wù)和耦合運動。軸插補(bǔ)等更加復(fù)雜的運動，則可以在 TwinCAT NC I 或 TwinCAT CNC 中進(jìn)行處理，這取決于您的要求。 滿足任何應(yīng)用的 CNC 系統(tǒng) Weeke 設(shè)備種類繁多，對控制系統(tǒng)的需求也完全不同。一方面，我們擁有的高動態(tài)性能鉆孔中心，有很多 I/O 以及多達(dá)100根位置控制軸；另一方面，我們的加工中心傳感和執(zhí)行技術(shù)相對較少，但是需要處理的復(fù)雜運動則較多。在這兩種情況下，TwinCAT 中所集成的 CNC 功能可選項和特點是保證加工質(zhì)量和加工速度的關(guān)鍵因素。 用戶友好的可視化應(yīng)用程序“頂級鉆孔 (Top Drill)” 允許選擇鉆孔程序、刀具數(shù)據(jù)管理以及診斷等功能。 “Wood WOP” — 可訪問用于圖形化部件編程和鉆孔優(yōu)化的程序。界面使用 VB 和 VC 語言編程。通過 ADSOCX，這些程序可以使用標(biāo)準(zhǔn)的 Microsoft 技術(shù)來訪問TwinCAT PLC 和 NC/CNC 的所有數(shù)據(jù)。 自動化的高性能鉆孔機(jī) BST Weeke 生產(chǎn)了兩款鉆孔機(jī)：BST 500，至多有2個水平固定鉆頭和20個垂直固定鉆頭；BST 100，至多有8個水平固定鉆頭和8個垂直固定鉆頭，它們都有獨立的心軸可供選擇?；蛟S后者有理由被認(rèn)為是鉆孔機(jī)技術(shù)的“制高點”。 一個鉆頭即是一個完整的鉆孔單元，該單元空間可以容納多達(dá)40個單獨的鉆孔，這些鉆孔或者是重復(fù)鉆頭的運動（BST 100），或者是在每一個循環(huán)中執(zhí)行不同的運動（BST500）。在加工過程中，鉆頭不僅僅是執(zhí)行簡單的 PTP 運動，因為鉆孔過程是由一系列依賴于工藝的、明確定義的獨立運動所組成的。舉個例子來說，鉆頭（Z 軸）以盡可能快的速度接近工件，然后降低速度在表面鉆孔，接著再以較高的速度穿過材料，在工件的背面被穿透之前再次減速，在鉆孔過程完成后鉆頭折回。在 Z 軸的運動過程中，如果能夠單獨選擇獨立的鉆孔心軸，那么根據(jù)被加工的部件，該心軸就能夠被撤回，例如鉆一個盲孔?？梢栽跇O短的循環(huán)時間內(nèi)靈活地加工具有不同圖案的部件。 簡而言之：TwinCAT NC I 控制軟件包運行于配有 Pentium 4CPU 的工業(yè)控制計算機(jī)上。用戶友好的可視化應(yīng)用程序“頂級鉆孔（Top Drill）”允許選擇鉆孔程序、刀具數(shù)據(jù)管理以及診斷等功能。通過該界面，可以訪問用于圖形化部 件編程和鉆孔優(yōu)化的“WoodWOP”程序。界面使用 VB 和VC 語言編程。通過 ADS OCX，這些程序可以使用標(biāo)準(zhǔn)的Microsoft 技術(shù)來訪問 TwinCAT PLC 和 NC / CNC 的所有數(shù)據(jù)。 TwinCAT 主要從 Wood WOP 接收數(shù)據(jù)。部件加工程序生成的結(jié)果由各個孔的鉆孔位置（平面數(shù)據(jù) X, Y）、鉆孔深度（Z）、鉆孔直徑以及鉆孔速度（取決于材料）等數(shù)據(jù)組成。由于孔的數(shù)量較多，將會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將通過 ADS OCX 傳到 PLC。然后在 TwinCAT PLC 中對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再根據(jù)要求分發(fā)給 NC 和 NC I。鉆頭的平面定位運動（X, Y）是 PTP 運動，由集成在 TwinCAT 中的 PTP控制來處理。系統(tǒng)在軸的耦合方面沒有限制。更復(fù)雜的鉆孔加工（z 軸）在單獨的 NC I 通道中執(zhí)行，對應(yīng)于每個鉆頭的獨立通道可以保證每個運動的速度最優(yōu)。在 Weeke最新生產(chǎn)的 BST 100 型設(shè)備當(dāng)中，有 10 根 Z 軸和將近 40根 PTP 軸通過獨立的 NC I 通道來控制。 TwinCAT NC I 的每個通道能夠?qū)崿F(xiàn) 3 軸插補(bǔ)以及 5 個輔助軸控制，其目的在于，在同一臺機(jī)器上的其他 NC I 通道運行典型的基于 CNC 的功能，例如倒角、刻痕以及凹槽加工等。無論是控制系統(tǒng)硬件還是軟件，都不需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性修改，更重要的是在將來也不需要。 適合于各種功能的現(xiàn)場總線 TwinCAT 支持市場上常見的所有現(xiàn)場總線。在這種具體情況下，可以通過 SERCOS 接口操作整個驅(qū)動技術(shù) (IndramatDKC)。用于心軸驅(qū)動的近 500 個數(shù)字 I/O 量和少許模擬量 通道通過 PROFIBUS 實現(xiàn)同步控制。Beckhoff 總線端子系統(tǒng)用作 I/O 模塊，它對于大多數(shù)的現(xiàn)場總線都是有效的。在隨后的階段中，另外使用了 CANopen，這可能是用于某 些特殊設(shè)備。 在 PC 中，需要合適的主站接口，用于 SERCOS（FC 750x）和 PROFIBUS（FC 310x）。同樣，Beckhoff 也提供單通道或雙通道 PCI 卡。 BHC 加工中心 Weeke 同時供應(yīng)幾種型號的 BHC 加工中心。各型號的主要不同在于三維坐標(biāo)空間中加工尺寸的大小或者軸的數(shù)目，這些會直接影響到各型號設(shè)備，同時對加工速度也有影響。 在控制方面，關(guān)于加工選項以及關(guān)聯(lián)軸數(shù)目的差別相互關(guān)聯(lián)。產(chǎn)品種類非常齊全，既有具有集成 C 軸（BHC 650/850）的傳統(tǒng)加工中心，也有迪卡兒坐標(biāo)系中插補(bǔ)的 3 軸加工中心，還有具有 8 根或者 9 根插補(bǔ)軸、坐標(biāo)和運動變換 (BHC650/850）的大型加工中心。所謂的貫穿進(jìn)給加工中心（BHT）對于這個系列更是錦上添花。 BHC 加工中心的主要特點在于不需要對控制或者硬件進(jìn)行大量改動。由于對 CNC 有著更為復(fù)雜的綜合要求，例如心軸功能、每個通道大于 3 軸的插補(bǔ)、不同運動的變換等等，該加工中心使用了 TwinCAT CNC 而不是 NC I。除了CNC 部分之外，系統(tǒng)的其他部分則是相同的；TwinCAT CNC包括了上述傳統(tǒng) CNC 系統(tǒng)的所有典型組件。 控制組態(tài)也很容易說清楚：任何事情都或多或少地與鉆孔機(jī)的控制技術(shù)相關(guān)。編制圖形化部件加工程序，可以從MCC 操作環(huán)境中調(diào)用 Wood WOP。同鉆孔機(jī)中一樣，MCC也是使用 Visual Basic/Visual C 編制。編程完成后，WoodWop中集成的后處理器將根據(jù) DIN 66025 生成一個 CNC 程序。此 CNC 程序為 ASC II 格式，它將從 PLC 裝入到實際的 CNC當(dāng)中并被啟動。正如在 TwinCAT 環(huán)境中一樣，PLC 和 CNC之間的通訊通道非常簡單，而且也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 SERCOS 被再次用作快速驅(qū)動總線。由于數(shù)字量和模擬量I/O（100－200 點）數(shù)量相對較少，所以，除了驅(qū)動以外，只使用了一個帶有 I/O 端子的總線耦合器 BK7500。 獨立于硬件的控制 “對我們來說，獨立于硬件是一件大事，”Weeke 公司軟件開發(fā)經(jīng)理 Ralph Kottmann 說，“這樣一來，我們就可以在全球市場上不受約束地采購到所需的最佳部件?！? 通過簡單的診斷和服務(wù)選項，甚至從控制的根本上，通過簡單的控制聯(lián)網(wǎng)方法、主站計算機(jī)接口以及自動化同行對基于 PC 的自動化平臺的進(jìn)一步開發(fā)，Weeke 能夠在工廠有效性和投資保護(hù)方面為客戶提供真正的附加值。另外，TwinCAT 軟件包中集成的 CNC 功能使控制硬件性能完美而且價格低廉，這一切都非常誘人。工業(yè) PC 作為工業(yè)控制技術(shù)先驅(qū)，誰與爭鋒？