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國際文選
以工序集約創造利潤 寬廣的複合加工應用範圍
2018.02.15∣瀏覽數:1021


寬廣的複合加工守備範圍

以工序集約創造利潤!市場有擴大傾向
車削、銑削、雷射加工、磨削、積層製造 (AM) 等加工種類,去毛邊和量測等工序種類。金屬加工種 類五花八門,工序也多如牛毛。雖然支援各種工序的機械和工具應運而生,但最近將該些功能集約, 工序和功能已由「分割、專用」,轉移到「集約、通用」。也出現批次數減少之類的產業結構變化, 對工序集約有貢獻的工具機和周邊機器,現在正是矚目焦點所在。
文 ◆ 松川裕希

複合加工機、5軸MC市場
採工序集約或是工序分割,兩者視情況不同, 價值大小會有變化。一般而言,批次數小採工序 集約、批次大則採工程分割,較容易創造價值。 而製造業全體變遷,又走向何種趨勢。

在本特輯採訪中,包括汽車領域在內,均有 小批次數之傾向。DMG MORI的森雅彥社長, 也說變種變量時代業已到來,他在本特集的訪 談中,也提到「市場若持續擴大且多樣化,加 工物的批次會走向變種變量。家電和相機、個 人電腦、智慧型手機等,應該也會走向時尚界 的客製化吧」。

涉足汽車和電機等部件加工的友榮精密(大阪 府富田林市、井村巧社長)藤岡臣久統籌廠長表 示,「不管是汽車製造商,試製壓倒性的多, EV相關的試製特別多」。Nakanatec(兵庫縣 尼崎市、中野貴之社長)參與有關泵軸方面也 說,「因和社會基礎建設有很深的關係,故需 求也不會消失,但批次數也不大」。

那有哪些工具機可能會發展成工序集約。代 表性的工具機是名如其實的複合加工機。如同 用車床可進行銑削加工,在主軸配備旋轉工 具。以Yamazaki Mazak和中村留精密工業為 首的眾多大型廠商,均涉足其中。用戶接下 來也要作為5面加工機和臥式綜合加工中心機 (MC)使用。自動車床上配備旋轉工具的複合加 工機款式也很多。

另一個代表是5軸MC。5軸MC往往會讓人聯 想到複雜形狀加工,但在加工斜孔和多面加工 時,工序集約效果極佳。在角板的4個面上, 藉由夾取工件,1次段取可加工多數工件,即可壓縮人員相關工序。

那麼,複合加工機和5軸MC的銷路好嗎?根 據日本工作機械工業會發表的機種別訂單,最近2016年車床全體4,007億1,400萬日元之中,複合加工機的規模為1,163億3,400萬日元, 佔車床全體約29%。相對於MC全體6,670億 4,600萬日元,5軸以上MC為1,084億1,400萬 日元,佔MC全體約16%。雖然不同機種價格 不同,但若只看訂單可以發現,5軸MC還不到 2成,複合加工機則是約3台中已成長到1台。

雖然如此,若以複合加工機和5軸MC合計, 作為工序集約型工具機的需求近似值,佔車床 和MC合計約21%。在當前時點,仍是3軸MC 和NC車床佔多數,但工序集約型工具機的市 場,應該還有成長的空間。歐洲用戶的複合加 工機普及情況,比日本還早,可能源自對複 合加工機和工序集約的看法不同。身為CAD/ CAM供應商的KODAMA Corporation小玉博幸 社長表示,「比起歐洲市場,日本市場對複合 加工機尚未能運用自如」。DMG MORI的森社 長說,「量測觀念不同」。日本有不做個別量 測的風潮,但在變種變量生產中,由1個組成 之工序也必須檢查。如何盡快在機上或線上進 行量測,是工序集約之關鍵所在。

寬廣的應用範圍
工序集約型工具機,是指含括車削+銑削在 內的複合加工機之代名詞。在該領域中,如 OKUMA的「MULTUS」、Yamazaki Mazak 的「INTEGREX」、DMG MORI的「NTX」 等,大型製造商的各系列,在使用者之間均享 有盛名,中村留精密工業等複合加工機方面, 也是不乏具突出特點的製造商。

各製造商在工件尺寸和加工的應用範圍,不 同機種有廣大的產品陣容。INTEGREX 系列方 面,從1997年推出迄今,已累計將近2萬台的 耀眼交貨實績,也有增加AM和摩擦銲接在應用範圍中的機種。

若是3軸MC,將更換為工序集約的5軸MC, 在大型工件具有較佳效果的5面加工機,也可以 說是工序集約型。友榮精密藤岡工廠長表示,5 軸MC也是「不同製造商,有不同的速度和精準 度等擅長領域」。

2010年左右,納入雷射加工領域的MC工具機 登場。當初只是在表面做紋路(texture)(樣式和 紋路)的程度,現在則增加做到精密切斷和淬火 集約的機種。就圈內製造商而言,在2014年前後登場的AM,不久將和MC融合。不必使用塊 狀素材,即可完成造型加工。

1台工具機即足以因應的加工領域,配合技術 進展與工序集約的需求高漲,穩健持續擴大中。 已產品化的是OKUMA的「LASER EX」系列, 是集約AM+車削+銑削+雷射加工+磨削5道工序。

在利基領域中,也有在MC配備深孔鑽頭(gun drill)用主軸,雷射加工機上附加滑輪鑽孔攻牙 (tapping)功能的例子。另外,也在之後追加原 本沒有的功能,像雷射單元之案例。不光是機 械本體的硬體面,軟體面的進步也很明顯。中 村留精密工業在自家生產系統「NT Smart X」 上,安裝可直接從3D CAD數據,轉換成直接 加工程序的功能。已在第28屆日本國際工作 機(JIMTOF2016)展出。也有工具機視窗上配 備液晶面板,顯示機內外訊息的想法,這被 視為可行性很高的新挑戰。FANUC的NC裝置「FS30i/31i-B」,是增加從一台NC裝置,發出 切削加工和雷射加工指令的選項(option)。

不需依賴工具機本體,工具和周邊機器具備工 序集約功能的例子也不少。一般在切削之後, 必須將毛刺去除,因此,也有使用專用機由人 工處理。本特輯採訪的XEBEC Technology的 「XEBEC brush」,即可在機上去除毛刺。 YAMADA Machine Tool所銷售的德國heimatec GmbH公司製刀桿(tool holder),將複合加 工機銑削主軸的旋轉數增速,並提升切削性 能,SUGINO的「Reamer Roller」是將鉸刀 (reamer )加工和拋光(burnishing) 加工集約在1 支工具上。以上是若干示例,很多製造商均致力 研發,以便開發出更高附加價值的產品。

透過工序集約創造利潤
工序集約型工具機大致價格高昂。至少和單純 的MC和NC車床相較,對使用者而言,是一大筆 投資。引進會帶來多少利潤相當重要。

使用者共通的心聲是「盡可能引進多一點」。 正因為價格高的設備,欲引進多台,要有相當大 的決心,但台數多容易發揮長處,也可以規避故 障時的風險。

製造商和機種之選定,不同使用者,會有不同 的要求。也不乏匯集製造商,鼓勵操作人員掌握 熟練技術,以利支援製造商的心聲。相反的,要 求需能因應工作特性的製造商方面,也有想確保 差異的企業。

即使將各式各樣的加工,集中在1台處理的工 序集約型工具機,依據選配(option)之選定,所可涵蓋的應用範圍,即可大可小。選配盡可能朝豐富裝備的走向這點,是使用者之間共通的期待。

CAD / CAM 環境也是複合加工機能創造利潤 的重要因素。不是因為軟體價格高買不起,而是不能享受到價格部分帶來的好處,所以覺得很貴。KODAMA Corporation推薦擁有複合加 工機優勢的「TopSolid」系列。小玉社長也指 出,「不能針對高性能工具機,選擇最佳CAD / CAM」。大昭和精機國內營業總部長西野秀哉也表示,「欲充分發揮性能,需要有能搭配的周 邊機器」。工具機性能受到周邊機器和軟體所限 制,相當可惜。使用複合加工機和5軸MC等工序集約型工具機,創造出利潤,盡可能引進多台應用範圍寬廣的機械,採用能激發出潛力的周邊機器,才是捷徑。

對應市場的變化 [ 專 訪 ] DMG MORI 森 雅彥 社長
針對加工批次的變種變量 以工序集約迅速因應
DMG MORI為擁有完整產品陣容(full line-up)的工具機製造商,曾提出諸多工具機方案。森雅彥社長分 析道,以汽車產業為首的全球製造業,「市場需求多樣化,加工物的批次漸漸走向變種變量」。他表 示,「要迅速因應變種變量生產,工序集約是必要的趨勢」。
文 ◆ 八角秀 照片 ◆ 曾根勇也

Q:請教DMG MORI目前所提倡的工序集 約機具體範例
例如5軸綜合加工機 (MC) 的「DMC 125 FD duo BLOCK」。是5軸同動控制銑削,也能做車削的MC。9月於德國舉辦的EMO Hannover 2017會場中,發表涵蓋磨削工序在內的複合加 工。在機內配備砂輪的修整裝置之外,是能支 援冷媒過濾器和滑動面等磨削加工的規格。程 式採對話式,砂輪修整也很容易。會場中也實 際展示飛機引擎蓋的加工,但仍以建設機械業 界之交易居多。

Q:車床類工具機方面如何?
複合加工機「NTX 2000」的自動化已在 EMO Hannover提出方案。是能和多關節機 械手臂連動,工件能裝能卸,將包括用滾齒刀 (hob)做齒輪加工在內的各種加工工序,集中在 1台上 。展示圓桿外徑車削之後,進行溝槽加 工和切螺紋,用銑削進行多角形加工、滾齒刀 加工等。再者,於對向主軸夾持之後,也能進 行傾斜面銑削、開孔和倒角。讓主軸迴轉和工 具移動同步的偏心加工編程也很容易。

Q:目前工序集約在製造業界非常受矚 目。市場需求會發生什麼樣的變化?
因人工智慧的運用,和多人共享一台汽車的 共享經濟發達,可預期汽車生產台數將會減少。此外,由於開發中國家經濟發展,汽車購 買階層逐漸增加。該些國家的生活水平,已發 展到和先進國家相同水平。若市場擴大且持續 多樣化,加工物批次就會走向變種變量。家電 和相機、個人電腦、智慧型手機等,也會像時 尚業界,走向客製化吧!就像搭配秋季、春季 商品,金屬模具會改變的概念一樣。如同軟體 業界所謂的「敏捷開發」,要求迅速因應變種 變量。不只車削和銑削、磨削之工序,淬火和 完工表面品質等,也是集約對象。實際上,為 製作工序集約機,修正改善要素技術非常重 要。其中,自然也包括不會出錯的軟體、 材料技術等。

Q:能因應變種變量的就是工序集約嗎?​​​​​​​
另一方面,既然是商業活動,就要在其中找 到最暢銷的產品,大量生產的概念也不可或 缺。若將目前的工具機產業視為一個生態系, FANUC和三菱電機等,正以CNC和伺服作為 “商品"形式進行集約。是以這樣的方式因應。

Q:能預估市場數量的要素和機械量產, 以客製化因應市場的多樣性。那麼,機械 開發方面的課題為何?​​​​​​​
機械工程更需要將材料工程和化學、生物學 等完全融合。事實演變如此。缺乏這種意識, 就做不出新的東西、好的東西。昆虫的眼睛是 不會沾水的構造。若將其人工重現,應用在工 具機的加工室中,切屑就會迅速掉落,完全不 會積在加工室內吧。不會髒的窗戶,重要時密 合,但要打開時,突然就會打開的黏著面之類 的,有各式各樣的想法。若能將諸如此類的技 術,漸漸納入機械工程領域最好。

Q:日歐客戶有使用工序集約機種嗎?
可能是對量測的觀念不同。日本是一種衡量 的文化,加工物OK / NG是用量規測定,不做 個別量測。是能在工序內完全改善,不需逐個 量測,自然就會落在標準差內的文化。然而, 若逐個生產變成基本,必須所有加工物均在工 序內量測,將該結果高速回饋。量測程序要如 何納入,是今後工序集約的關鍵。

Q:是機上量測和線上(in line)量測嗎?
要求要有配合周期(cycle time)的高速量測與 回饋系統。機上量測用途,也不只限於傳統的 touch probe,光學系商品也將自明年起,馬不 停蹄地上市。為此,機械本身的精度,必須像 3D測定機那般高。此外,機械遇熱和振動會歪 斜,故必須有自行補正的功能。

Q:FA產業今後會如何演變?​​​​​​​
總是在思考如何創新的人們,和只把人家做 好給他的東西賣出去的人,並非朝這種二極化 發展吧。若再具體一點,應該是分成將既有技 術再次混合(remix),製作出新東西的人,和成 為技術奴隸的人。變成所有的東西,都要透過 數位技術,重新混合的世界。

Q:這是一種混音(重組)嗎?​​​​​​​
音樂領域都是這樣做的吧!現代音樂將過去 大量的音樂重新混合,連續不斷衍生出新的音 樂。將貝多芬和現代音樂組合,再加上自己的 個性成分,即可生成新的音樂。嘻哈(Hip-hop) 和R&B經常使用取樣這種技術,就是如此。不 過,音樂業界已整理出大量的data,但製造業 的加工data,尚未被整理、整頓。年輕人進入 業界也不能參考、引用過去的data。今後若可 以做data的整理整頓,新的東西還會持續一直推出。

透過機械複合化 OKUMA
智慧產品製造提案 支援工廠全體最佳化​​​​​​​

在汽車和飛機、半導體等各產業中活躍的智慧型機器,OKUMA的產品羅列在陣容之中。該公司將這 種智慧型機器,定位於智慧工廠的核心位置。5軸控制綜合加工機(MC)和複合加工機,再加上具備 3維積層造型功能的「LASER EX」系列,為其代表產品。即便超多品種少量生產,也能落實和量產工 廠並駕其驅的高生產性,「製造智慧型產品的機制和智慧型機器很重要」,家城淳專務如是強調。
文 ◆ 渡部隆寬​​​​​​​

終極複合加工機
OKUMA所定義的智慧型機器(智慧型工具 機),是指納入「智慧化」、「自動化」、「工 序集約」,能自律做高效率加工和做到最適加 工的機械。材料投入之後,完成全部工序即可 變成完成品產出最為理想。OKUMA已開發諸 多智慧型機器,而其中最矚目的焦點是去年推 出的超複合加工機「LASER EX」系列。因應 用雷射應用技術,不只是切削和磨削,包括積 層造型和之前一直委外的淬火工序,只要1台 即可因應。城淳 專務也展現出自 信說是「領先世 界的終極複合加工機」。

採用噴嘴供應 粉末,和母材以雷 射結合的LMD方 式,可做到部分淬 火。家城專務表 示,「之前也是為回應『想使用LMD方式的AM,但精度面不夠 到位』客戶的要求層級,成為可擴大加工領域 的機械」。現在各企業則是致力於金屬積層的 耐久性和可靠性、總成本方面的確認。他說, 「以之前建置的基盤為基礎,急速轉移至實用 化的準備階段」。為滿足飛機產業重要部件之 需求,今後的提案也會增加。

以智慧型工廠進行多品種少量生產​​​​​​​
「力求工廠全體製造最佳化的智慧型工廠。 其核心所在是智慧型機器」,家城專務如是 道。雖有機械單體、工序集約的好處,而配合 智慧型產品製造的機制,可以獲得更佳效果。 藉由少量多樣,追求更高效率生產的工廠,為使最佳機械之分配,和做到將次工序等待時 間,抑制在最小程度,以達最大生產量,需要 針對各式各樣種類之加工要求和計畫變更,也 能彈性且迅速因應的機械之故。

OKUMA將自己公司的零件加工智慧型工廠, 搭配智慧型製造機制,建置5軸控制MC和複合 加工機、高精度門形MC等智慧型機器。為「透 過落實大量客製化(mass customization),以 Dream Site ( DS) 1、DS2,證明5軸控制MC和 複合加工機任務的重要性」(家城專務)之故。

運用在DS2累積的經驗,向客戶提出包括機 械單體之外,還致力於提升工廠全體的生產 性對策、解決方案。這就是OKUMA所揭示的 「製造服務」的本質。其配套機制之一,是支 援工廠可視化及分析,提升生產性和稼働率的 「Connect Plan」。針對該公司主要顧客層的 中小規模企業,以少量多樣提升生產性,支援 朝此用途的改善循環。已有很多交易對象均獲 致效果,「不是只賣機械,擬透過製造提案, 提升客戶的總生產性能」。

智慧型機器的5大技術
實現各式各樣的加工和工序集約之智慧型機器,但更重要的是加工能力、精度之類的基本 性能。「5軸控制MC和複合加工機之需求, 已進一步提高,精度和加工能力課題也必須解 決。其中的智慧型機器,可將粗加工、精加工 到高精度加工,予以集約。該些需求是非常重 要的關鍵」。實際上,據說也有用複合加工機 加工,僅高精度位置搭載3軸加工機的例子。

為解決此類問題,OKUMA①控制熱變形, 且實現穩定的高精度加工。「熱親和概念 (Thermo-Friendly Concept)」②支援加工效率 最大化的「加工NAVI」③不需擔心碰撞,誰都 可以操作的「Collision Avoidance System」 ④5軸控制,自動量測、補正幾何誤差的「5- Axis Auto Tuning System」⑤藉由自動伺 服控制,使精度和面的品質提升之「SERVO NAVI」一一將這5大智慧化技術用在機械上。

如同家城專務說的,「該些基本性能之進化 很重要」,一直以來,OKUMA藉由研發出來 的技術,在目前的工序集約上,同時具備加工 能力和精度。此外,也使智慧型工廠所生產的 產品品質穩定,自動化連續運轉的可靠性提 高。「加工的基本性能和可靠性,是打造智慧 型機器的基礎」。​​​​​​​