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技術趨勢
製程加值軟體於全數位高階控制器之運用
2019.06.13∣瀏覽數:214

面對「再工業化」與「智慧自動化」等工 業升級運動,世界各國所推動工業升級戰略 政策,乃是以先進製造業輔以傳統產業同步 進行轉型與升級,也意味著新一波的產業供 應鏈版圖重組即將展開。有鑑於此,台灣製 造業本於靈活的供應鏈及軟/硬實力俱陳,面 對此一新興機會與競爭挑戰,除開發極具競 爭力新世代產品外,更應為著重於產品解決 方案與服務,扮演支援終端生產工廠提升製 造業與服務業之整體競爭力。台灣工具機在 國際外銷市場居重要一席之地,工具機廠亦 將朝向扮演好支援客戶端生產工廠生產效率 的稱職角色為發展主軸。對彈性製造而言, 則提供寬廣的應用開發空間,使用者可以 針對不同的製造工序需求輔以智能加值體協 助,達到產品製造的最高效率。簡單而言, 效率、品質、產能彈性以及供應力是工具機 終端用戶成功的基礎,因此惟有透過工具機 廠商提供智慧生產系統才能達成。總括智慧 生產系統其核心項目包含改變對機器的整體 概念、操控技術、軟體、刀具與製程技術、 多媒體監控系統、網路診斷系統、遠距服務 等先進而創新的單元。
文 ◆工研院智慧機械科技中心 鄭志平

有鑑於此,筆者將介紹工研院智慧機械中 心於近年針對國產PC-Based控制器為基礎, 利用PC-Based控制器開放式平台之特性,整合智慧製造加值軟體之開發成果。內容將 節錄介紹車銑複合線上編輯(computer aided design/ manufacturing, CAD/CAM)軟體輔 助模組、切削路徑快速模擬、工時估算、主 軸狀態檢知、線上調機、線上量測、五軸旋 轉誤差校正等控制器內嵌加值功能。機台 能具備多元的自適調機、製程輔助與監控機 能,使之能快速且正確的完成製程工序。冀 望藉由開發成果之推廣與成功案例建構國內 同業於全數位系統應用信心,進一步可協助 扎根中高等級工具機之全國產化之供應鏈與 國際產業技術水準銜接。

切削模擬與工時估算
一般多軸多系統的工具機操作複雜,一旦 操作不當或編程錯誤等原因產生撞機,輕者 會撞壞刀具和被加工的零件,重者會損壞工 具機與工安事故。在產線管理上,工具機的 使用絕不允許刀具和工具機或工件相撞。快 速切削模擬功能模組,提供使用者於實體切 削前一個安全與高效的安全防護機能。快速 切削模擬乃是利用快速解譯切削命令,將NC 檔案中的單節命令及目標位置座標快速產生 送至繪圖模組,結合2D線架構繪圖與3D動態 運動鏈模擬功能,達到快速顯示模擬切削的 結果。系統模組為簡化操作流程,於刀把3D元件的掛載上(載入於3D模擬環境),備有汎 用型3D刀座資料庫,包括有各類尺寸之BMT 型及VDI型刀把3D元件資料庫共229件。於 3D快速切削模擬機能上,若接觸元素非刀具 與胚料時,即會產生警示提示並映射至對應 之運動單節。2D線架構模擬速度可達950單 節/秒(圖1),3D快速切削模擬速度可達500 單節/秒(圖2)。工時估算功能,利用控制器核 心預讀路徑資料後,考慮數控模組、伺服單 元、機械進給軸整體動力學模型及同步納入 製程系統之設置參數(加減速),利用運動控 制演算法(Motion Algorithm),無需透過控制 器核心進行插補點解譯,將各單節所花費的時間做累計完成估算加工時間,其工時估算 誤差<5%。

圖控式CAD/CAM軟體模組 以車銑複合為例
系統模組採用圖控式交談操作介面,可執 行C+Y軸車銑複合對話式(含XY/YZ平面銑削 加工、特徵圖樣模組),且具備工序列表功 能,可快速檢查工序流程、對應刀具及加工 參數等(如圖3)。於特徵設定上,採下拉式功 能表可執行參數輔助設定,自動設定ISO規 範循環車牙下刀量與次數及自動設定ISO規範底切尺寸(DIN509E、DIN509F)。針對切 削刀具幾何尺寸的設定上,整合標準ISO規 格之刀具資料庫,可省略系統繁瑣設定之要 求(如:刀具幾何資料、刀具補償設定及替代 刀號設定),解決多軸車銑複合加工程式編程 之親善化。3D實體多視角模擬預覽及線上加 工路徑顯示及機械行程檢查,操作者可依此 虛擬製程進行前置作業檢查,大幅縮短試加工時間。功能頁面如圖3~圖6。

主軸智能感知模組
對於智能切削加工的意涵,設硬體上的智能感知硬與監控上及後序工業4.0資訊應用的整合,亦為智慧機械重點功能之一環。控制 器具EtherCAT國際標準通訊介面,可有效執行各式資料數據的傳輸,結合設備物聯網與 預兆診斷巨量分析技術。結合主軸與感測器的整合,主軸溫度與振度檢知機能提供主軸 的相關訊息給控制器進行判斷,具溫度過載 警示記錄及振動過載警示記錄及警示資料下載功能(圖7)。加速規的用途是提供主軸端的 振動幅度回授給控制器進行判斷主軸目前的振動量,作為判斷機器是否需調整切削條件或是主軸有損毀的現象,必須提早預作售後服務準備,可以大幅減少售後服務的等待時間。溫度計的主要功能是監測主軸軸承的溫 度,確保主軸軸承溫度異常時能提早發現, 輔助監測功能監測主軸油冷裝置是否正常運作。
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