工具機定期年度校正之效益

文◆財團法人精密機械研究發展中心(PMC) 機械檢測部廖志偉

工具機的應用市場相當廣泛，各種產業皆有其足跡，當工具機加工工廠接單後，通常以人工或MES製造執行系統進行生產排程，簡單工件可由一台工具機切削完成，複雜工件就得需由多台工具機切削完成，故生產製造產線中工具機精度異常導致加工件精度不良，將會耗費時間及管理成本。生產製造產線每台工具機的狀態就相當地重要，故工廠可藉由工具機年度校正來達到生產順暢之目的，透過年度校正來預約維修、啟動備用機、降低不良率等，最終達到高稼動率、產線彈性、低廢品浪費等效益(如下圖1所示)。

年度校正檢驗項目

工具機應用市場相當廣泛，目前機械檢測部服務過的產業類別包括航太產業、重電產業、國防產業、機械產業、半導體產業、複材產業、汽車產業、PCB產業、醫療產業及鋼鐵產業等(如下圖2所示)。應用市場產業業者可透過年度校正來自我管理與追蹤品質，落實產業國際規範之品質管理系統，例如汽車產業IATF 16949、航太產業AS 9100等，逐步與世界接軌。新產業或新業者若有需求亦可向機械檢測部洽詢。

通常加工工廠會同時擁有不同品牌、不同機種、不同構型及不同行程大小等工具機，得需仰賴系統化手法來加以管理，年度校正完畢後運用檢驗數據可進行品質管制分析，年度校正一般需以週期性檢驗方式持續不斷地執行，找出機台水準範圍或進行分析判斷是否需預約維修，達到停機不停工之目的，確保工廠生產效率。當年度校正樣本數少時，品質管制分析後僅能觀察趨勢；當樣本數增加後，可針對同一款或同一台工具機進行分析，更加精準的判斷問題所在。精度水準趨近於管制上限時，進行問題分析、監控或預約維修。

基本的工具機精度檢驗項目有幾何精度、定位精度、對角線定位精度、循圓精度及多軸同動精度等項目皆有對應的ISO國際標準規範，特殊的精度檢驗項目有循圓空間精度、整機空間精度及迴轉中心等，通盤評價工具機及確保多軸同動加工精度。工具機精度檢驗項目說明如下表1所示。

年度校正品質管制案例

以一個國防產業年度校正案例來說明，廠內一批23台工具機包括不同品牌、不同機種、不同構型及不同行程大小等，規劃以 ISO 230-2國際標準進行檢驗直線軸定位精度，針對初始狀態(來回兩趟)及補償狀態(來回五趟)下進行量測。檢驗完成後，取23台工具機共59個軸向之檢驗數據計算得出平均數、中位數及標準差，平均數為一組數據總和除以個數；中位數為一組數據從小到大排序後取中間數，標準差為一組數值自平均值分散開來的程度，此次分析樣本較為複雜且數據較為廣泛，標準差偏大即離散程度大，平均數容易被極大值或極小值所影響，故結果以中位數來進行分析品質管制圖。整理而言，補償狀態定位精度較初始狀態提升470 %(如下表2所示)，年度校正結果效果顯著。該案例屬性較為複雜，綜合分析僅能觀察趨勢，待單機檢驗次數增加，提高樣本數後才可更加精準分析。

依據初始狀態定位精度檢驗數據繪製出品質管制圖(如下圖3所示)，定位精度趨近於 UCL管制上限上下之機械共5台。

統計分析結果有5台工具機定位精度於UCL 管制上限上下，進一步檢查4台定位精度誤差補償後皆有大幅度改善，仍有1台(1號機)定位精度偏大，1號機定位精度量測數據圖形如下圖4所示，根據圖形進行問題分析，發現背隙多重不均一問題嚴重，行程200-600 mm 間背隙開口約22 um。

依據補償狀態定位精度數據繪製出品質管制圖(如下圖5所示)，定位精度超過UCL管制上限之機械共4台。

統計分析結果有4台工具機定位精度超過 UCL管制上限，4台當中有一台為1號機，接續探討2號機(如下圖6所示)發現背隙交叉且非線性，最大開口約28 um；3號機(如下圖7所示)發現重覆性不佳影響定位精度之表現； 4號機(如下圖8所示)發現正負極限位置背隙開口約20 um，連帶導致定位精度過大。

一批23台工具機共59個直線軸，規劃檢驗項目執行量測後，導入品質管制手法找出4台工具機之直線軸異常，再深入探討與分析問題給予建議，當軸向問題現階段不影響加工精度者判定執行追蹤；若難以避免影響加工精度者判定為預約維修，可讓工廠資源得到最佳化運用。工具機年度校正品質管制分析結果如下表3所示。

結論

加工工廠導入工具機定期年度校正(如下圖9所示)，可確保接單後生產順暢，透過品質管制手法，累積檢驗數據，可持續追蹤狀況且快速找出問題機械，預約維修啟動備用機，達到停機不停工之目的，亦可降低加工件不良之機率，避免廢品產生。透過年度校正來實現加工品質管制之目的，達到高稼動率、低廢品浪費、產線彈性等效益。年度校正服務可依工廠需求客製規劃，例如加工件特性、精度檢驗項目、品質管制方案、校正週期等。

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