APAX-5580整合邏輯、運(yùn)動(dòng)控制與NC數(shù)控，將復(fù)雜的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)效率從單軸0.8米/秒提高到2米/秒;支持CAD以G代碼將圖形直接轉(zhuǎn)為CODESYS運(yùn)動(dòng)控制軌跡，并以MRAM斷電儲(chǔ)存確保設(shè)備穩(wěn)定，大幅提升CNC設(shè)備開(kāi)發(fā)與加工效率，彈性因應(yīng)3C電子產(chǎn)品快速變動(dòng)的需求并縮短生產(chǎn)周期。

　　專案背景

　　智能型手機(jī)等行動(dòng)裝置的普及帶動(dòng)鉆孔加工的龐大需求，設(shè)備制造商無(wú)不摩拳擦掌準(zhǔn)備搶占商機(jī)。此類透過(guò)上下左右移動(dòng)刀具來(lái)完成鉆孔作業(yè)的鉆孔機(jī)能否獲得市場(chǎng)青睞，主要取決于加工精度與速度。以往制造商以PLC或單片機(jī)執(zhí)行邏輯與一般運(yùn)動(dòng)控制，直角或空間坐標(biāo)系中的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)軌跡控制則交由數(shù)控系統(tǒng)解析計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)等軟件的設(shè)計(jì)模型并計(jì)算加工指令。

　　然而，同時(shí)使用CAD建模解析與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)常面臨兩套系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)同步造成的效率低落問(wèn)題，以匯編語(yǔ)言(Assembler Language)為主的編程方式也因過(guò)于繁瑣且不支持?jǐn)?shù)控程序常用的G代碼而影響開(kāi)發(fā)效率，加上單片機(jī)控制模式受限于硬件性能，較易出現(xiàn)刀頭震動(dòng)而影響加工質(zhì)量的狀況。因此，越來(lái)越多的制造商希望將數(shù)控功能整合到控制系統(tǒng)中，為了達(dá)到提升產(chǎn)線加工效率的目標(biāo)，勢(shì)必得更換成性能更好的控制平臺(tái)與更具靈活彈性的編程環(huán)境。

　　研華以APAX-5580 PAC控制平臺(tái)搭配自動(dòng)化控制軟件CODESYS的軟硬整合解決方案可以順利解決上述問(wèn)題。這套高性能的控制平臺(tái)，既可提供良好穩(wěn)定性和優(yōu)異處理效能，又能輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制，讓設(shè)備制造商可以有效改善機(jī)器性能，進(jìn)而成功地拓展其鉆孔機(jī)的市場(chǎng)版圖。

　　系統(tǒng)需求

　　瑞士一家專門為精密模具與零件加工產(chǎn)業(yè)提供高速銑削加工中心機(jī)、鉆孔電火花加工機(jī)等設(shè)備的機(jī)臺(tái)供貨商正準(zhǔn)備對(duì)旗下產(chǎn)品進(jìn)行功能升級(jí)。該公司決定選擇其中一款為硬化鋼與硬質(zhì)合金部件進(jìn)行鉆孔加工的CNC鉆孔機(jī)作為率先改善的目標(biāo)，之后再陸續(xù)將改善成果導(dǎo)入其他機(jī)種。

　　這款經(jīng)濟(jì)型的經(jīng)典產(chǎn)品原本鎖定簡(jiǎn)單鉆孔、低速加工應(yīng)用，采單片機(jī)加步進(jìn)馬達(dá)作為控制核心，并以匯編語(yǔ)言來(lái)編寫程序。但也讓這臺(tái)鉆孔機(jī)一旦執(zhí)行復(fù)雜的3D插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，刀頭便容易產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致加工工件出現(xiàn)鋸齒狀，且單軸的加工速度最快也只能達(dá)到每分鐘0.8米。因此，該設(shè)備制造商不論是硬件控制與軟件編程都需要選用新的解決方案才能將這款經(jīng)濟(jì)型鉆孔機(jī)改造成可高速加工又有高精準(zhǔn)度的設(shè)備。

　　高速鉆孔機(jī)使用的新方案必須符合的條件包括：以高性能的控制核心取代舊有的單片機(jī)控制模式，藉此確保復(fù)雜的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)能有較好的控制效果;符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)并可支持G代碼的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境;具備斷電儲(chǔ)存功能以保障數(shù)據(jù)的正確性;易于微調(diào)與整合的架構(gòu)讓開(kāi)發(fā)者可以很方便地能將系統(tǒng)快速?gòu)?fù)制到其他工具機(jī)。

　　系統(tǒng)概述

　　針對(duì)此項(xiàng)目需求，研華以小體積嵌入式控制平臺(tái)APAX-5580外加32G的mSATA固態(tài)硬盤及自動(dòng)化控制軟件CODESYS為控制核心。在APAX-5580上，開(kāi)發(fā)人員可使用研華優(yōu)化后的CODESYS功能塊快速編程，讓鉆孔機(jī)在執(zhí)行3D插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也保證系統(tǒng)穩(wěn)定與軌跡精準(zhǔn)。此高性能的軟硬整合解決方案可將鉆孔機(jī)的單軸速度從每分鐘0.8米提高至每分鐘2米，藉此提升設(shè)備產(chǎn)能與價(jià)值。

　　藉由CODESYS CNC支持G代碼功能，開(kāi)發(fā)人員可將CAD/CAM中的圖形以DXF或G代碼方式直接匯入CODESYS轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)控制軌跡，大幅縮短開(kāi)發(fā)編程與產(chǎn)線切換前置時(shí)間，提升整體生產(chǎn)效率。此外，不同于匯編語(yǔ)言的編程環(huán)境，每次開(kāi)發(fā)都得重新規(guī)劃硬件與設(shè)計(jì)軟件;研華APAX-5580搭配CODESYS的解決方案提供的是標(biāo)準(zhǔn)化的控制平臺(tái)。當(dāng)為不同機(jī)種進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，開(kāi)發(fā)人員只需以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)來(lái)更改部分軟件或更換周邊裝置，即能快速導(dǎo)入控制核心，從而縮短了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)間，也減少了資源浪費(fèi)。

　　內(nèi)建Intel Core i3/i7高階處理器與WES7操作系統(tǒng)的APAX-5580是基于x86架構(gòu)并具有高穩(wěn)定性和處理效能的PAC控制平臺(tái)。此款產(chǎn)品的超高處理性能可讓系統(tǒng)的循環(huán)周期最高達(dá)到50微秒(μs)，同時(shí)也將鉆孔機(jī)的斷電儲(chǔ)存空間從64K的SDRAM升級(jí)為2M的MRAM，藉此提高設(shè)備的穩(wěn)定性，此功能也可讓系統(tǒng)定期檢查供電情況，出現(xiàn)異常時(shí)即會(huì)立即儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)，藉此防止突發(fā)性的斷電而導(dǎo)致數(shù)據(jù)流失。透過(guò)支持EtherCAT通訊協(xié)議并提供USB 端口、VGA端口與網(wǎng)絡(luò)端口等I/O接口，APAX-5580也可將機(jī)臺(tái)狀態(tài)數(shù)據(jù)連上觸控屏幕做實(shí)時(shí)與遠(yuǎn)程顯示。

　　專案導(dǎo)入

　　系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　結(jié)論

　　隨著行動(dòng)裝置市場(chǎng)對(duì)高速鉆孔機(jī)的需求大增，設(shè)備制造商必須先解決舊機(jī)種的硬件性能不足與開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)的問(wèn)題，才能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中脫穎而出。研華的高性能軟硬整合解決方案改善了原有鉆孔機(jī)的硬件性能與軟件編程環(huán)境，將高速鉆孔機(jī)的單軸速度從每分鐘0.8米提高至每分鐘2米，大幅提升設(shè)備的加工效率與鉆孔質(zhì)量，開(kāi)發(fā)人員也只需微調(diào)加工指令與部分軟件功能，即可在不改動(dòng)基本架構(gòu)的情況下將方案套用到其他機(jī)型上。一舉數(shù)得的結(jié)果讓這家知名的瑞士廠商得以早日完成第一階段的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，并順利地將研華方案移植至其他車、銑、刨、磨、鉆、鏜等工具機(jī)。

（轉(zhuǎn)載）