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第15屆工具機「研究發展創新產品」 競賽 得獎作品大追擊(下)
2022.04.15∣瀏覽數:229

第15屆工具機「研究發展創新產品」
競賽得獎作品大追擊(下)

其他數控工具機及其加工單元類&數值控制
工具機關鍵零組件類

中華民國對外貿易發展協會

3月號MA雜誌(NO.138)第15屆工具機「研究發展創新產品」競賽得獎作品大追擊(上),已介紹『綜合加工機及其加工單元類』與『CNC車床及其加工單元類』,本篇將持續介紹本屆參賽作品中『其他數控工具機及其加工單元類』、『數值控制工具機關鍵零組件類』得獎之作品。完整得獎名單請參考3月號MA雜誌(NO.138)第77頁。

 其他數控工具機及其加工單元類 
優等獎―慶鴻機電



慶鴻機電工業股份有限公司推出的競賽產品『PL6880高精密磁浮雷射切割機』獲得其他數控工具機及其加工單元優等獎,如圖一所示。慶鴻機電以45年精密零件與模具加工設備製造優勢,持「創新、智慧、效益、環保」,創新研發先進精密的光纖雷射切割機,擁有多項專利,包含:採重心驅動的懸臂式結構,以提升加工移動靈活度及加工精度;搭載慶鴻自行研發自製的專利線性馬達,提供絕佳的運動精度、達成高效率加工;搭配雷射加工頭部吸塵裝置專利,重視使用者安全及環保汙染問題。

以自有品牌"CHMER"行銷全球,致力成為非傳統加工技術解決方案的世界級領導品牌;除現有「線切割機、放電加工機、深孔機、高速加工機」四大類產品外,推出高精密、高CP值的雷射切割機,以全方位產品線邁入CHMER非傳統加工新時代。慶鴻堅信在不景氣時,更要成為精密加工客戶的有力後盾!

本機核心重要組件的CNC控制器軟硬體、I/O模組、線性馬達等皆為自製,維護成本低,追加軟體新功能容易。採用專利的重心驅動單懸臂設計改善懸臂撓度問題,降低因長度產生的變形與翹曲,提升移動靈活度;搭載自行研發製造的專利式線性馬達、避免螺桿因長時間運動而產生的磨損、消耗,導致背隙問題產生而影響加工精度;線馬驅動方式可確保永遠不會產生背隙,具有高響應、無震動、無背隙、壽命長、免維護特性,提供絕佳的運動精度達成高效率加工。

自行研發製造的智能化i型控制器,軟硬體自主,擁有多項智慧功能,亦可搭配機械手臂、倉儲換料系統等實現自動化作業,其功能包含:提供模擬加工、直覺式參數調整、人性化操作介面等;提供遠端監測服務,可透過行動裝置下載CHMER APP系統,透過雲端的全方位物聯網模組內有:(1)管理模組、(2)智能加工模組、(3)節能及溫度管理模組、(4)耗材及保養模組。所有資訊可經由手機監看;或搭配慶鴻研發之iConnected資訊管理中心,即時查看機台加工履歷、保養通知、稼動率分析等。

雷射切割機,強強聯手,選擇雷射源最大牌品德國IPG與美國nLIGHT,雷射頭則採用德國PRECITEC,最主要應用於薄金屬及精密的加工零件,好處是無硬度上的限制和形狀上的束縛,可以就鑽、磨、車 、銃削的刀具盲點。

本機設計,以採用MIT台灣本土生產的零組件,材料為考量,最重要電控箱內的控制器,為五軸同動PC BASE CNC控制器,硬、體、線性馬達、電子組件,全由慶鴻關係企業舜鵬科技公司自行研發生產,線性馬達為自行研發產製,成本只為進口貨的一半以內,製造及未來維護成本大幅降低,落實本土研發、製造之精神。銷售思考方向是採取薄利多銷的方式把市場佔有率提昇。慶鴻機電以品質、價格、服務,讓客戶更有信心購買我們的產品。

佳作獎―精呈科技



精呈科技股份有限公司推出的競賽產品『NP600P智慧化高精密線切割機』獲得其他數控工具機及其加工單元佳作獎,如圖二所示。精呈科技發展線切割機已累積多年的經驗,在精密機構、電控及控制器軟硬體,建立並掌握關鍵核心能力,近年航太、電動汽車產業興盛,電動馬達模具加工需求量大增,但以現今馬達矽鋼片模具都以分模加工方式進行,特色具備:(1)縮短交期:由多部機台共同生產模塊組成模具;(2)降低量產模具成本:模具損傷後可更換單一模塊;(3)每一模塊精密需求高:各模塊需求<5μm精度。

為因應產業需求,針對產業需求進行開發與設計,產出NP600P高精密線切割機具備以下特色:

(1)高精度恆溫機身:由於工具機會受到外在環境溫度與機台自身所產生溫升溫降影響加工精度,為達到各機台加工性能不易受到環境外在影響,本高精密線切割機採用恆溫機身熱交換設計,使機身內部、加工水溫都達到一致恆溫效果,追求高精度、穩定、一致化加工性能。

(2)提升加工模具使用壽命:由於模具沖壓過程容易因摩擦發熱導致破損,為避免沖壓過程所產生發熱現象,NP600P智慧化高精密線切割機針對加工表面粗糙度降低、模孔刀口引入線痕降低兩項技術開發與改良,以增加模具使用壽命。

(3)智慧化IoT連線機能:整廠性設備容易因每部機台保養時間與耗材使用情況造成停機狀況發生,降低機台稼動率;除稼動率統計機能外並增加機台加工異常、預防保養、耗材預警系統、遠端加工能量調整系統,整合機聯網的監視與控制功能,達到機台與人緊密的連結,讓機台生產效率最佳化。

為順應未來趨勢,採用EtherCAT馬達通訊的機台,大幅提高運動命令的即時性與同步性、高擴充性,同時頻寬增加可獲取更多馬達的動態資訊來即時監控,符合工業4.0的產業趨勢。稼動率整合:本公司開發之遠端監控系統可在手機、平板、電腦中管理各廠機械(支援OPCUA通訊機能)之加工情報、程式傳輸、遠端診斷以及搭配自動化之功能。預警系統:提供機台加工異常、預防保養、耗材預警系統降低客戶等待浪費時間。線上參數調整機能:遠端加工能量調整系統,整合機聯網的監視與控制功能,達到機台與入緊密的連結,讓機台最佳化生產效率。
自動穿線功能,更高速且更可靠的穿線技術,可在斷線點自動穿線,另外可同時架設多模具不同高度,並可依據程式自動加工,達到夜間無人化加工。線消耗補償機能,節能環保,自動補償線消耗以降低銅線消費量,尤其在高工件加工時最大可節省35%的銅線消耗量。加工真直度提升,新開發放電銅線沾黏降低技術可有效降低銅線與工件過度接近時造成二次放電,有效提升加工真直度(300mm真直度≦5μm)。

產品主要關鍵組件,均採模組共用化設計,如CNC控制器、智慧化加工模組相關放電及控制電路版功能皆為精呈科技自行開發,因此在功能性與客製化需求更具有彈性與能力來滿足各產業需求。

佳作獎―和和機械



和和機械股份有限公司推出的競賽產品『SLS-3015磁浮雷射切板機』獲得其他數控工具機及其加工單元佳作獎,如圖三所示。全球雷射市場龐大且前景看好,和和機械SLS-3015磁浮雷射切鈑機有來自歐洲的技術合作,獨創磁浮設計及飛翼結構(先進複合材質),X/Y/Z均採用線性馬達直接驅動,無齒隙、衝擊、組裝誤差等機構問題,運動快速流暢。各軸均配置光學尺,解析度達0.5μm,全閉迴路控制,定位精準各軸向均由單一線馬驅動,與傳統龍門式相比,控制更為直接穩定。無需平整地基維持基座精度,機台更為強健可靠。

抗震基座與輕量化橫樑,透過特殊的結構設計,先進的材質,與精巧的工法,基座的阻尼更高更穩定,橫樑質量較傳統設計大幅下降50%。機台可達到更好的動態性能,以及更穩定的軌跡精度。比一般切割更為快速,亦可加工銅、鋁等各種高反射材質,且省電效率高,無需特別維護。全區域安全護罩,全機外圍由鈑金隔絕,避免人員誤入運作區域導致工安事故。

智慧型i2(intelligent interface)操作軟體,圖形化操作介面,只需訓練1小時即可上手。多語言操作介面,可以擴充多種語言操作介面,如日文、俄文、 土耳其文等等。智慧型i2(intelligent interface)操作軟體,圖形化操作介面,只需訓練1小時即可上手。多語言操作介面,可以擴充多種語言操作介面,如日文、俄文、 土耳其文等等。

佳作獎―大光長榮機械



大光長榮機械股份有限公司推出的競賽產品『OIG-50CNC內圓磨床』獲得其他數控工具機及其加工單元佳作獎,如圖四所示。對於極致工藝技術的實現,幾何精度其真圖度0.2um的追求。以超越歐洲與日本主要製造國為目標,PALMARY對於硬體、軟體的自主設計開發與不斷改善,來提升精度與加工應用。充分整合「情資蒐集」、「供應鏈」、「創新工法」、「檢驗規範」及「預算管理」等議題,使產品開發方向符合市場需求。

內藏式高精度培林主軸,加工細小工件時軸向移動速度快,為使移動慣量減小,提高在精度要求上具相當程度的穩定性,三支主軸皆採用內藏式高精度培林主軸,使得轉速區域較廣並增加空間與高精度。本機台採用人造礦物鑄造的材質,以剛性提升優化、熱傳導的影響延後(拉長)發生、吸震性提高減少共震、絕緣性(不導磁)、環保性(可再次粉粹,石材再回收利用)對地球的環保有所責獻。機台最小化設計,面積僅B1紙張尺寸,將機台佔地縮小化,更能搭配自動化設計,達到提高客戶廠房土地使用率。

人性化的操作、智慧化機械的實現,控制單元以Fanuc為主,由電控部門自行開發直覺性高之操作介面,簡化操作人員的設定,縮短在加工程式、變數的設定所需時間,提高加工設備的稼動率,提供給客戶精度穩定、加工效率高、提高產能、另外因應IOT物聯網、智慧機械的趨勢,也將會將其相關的回饋數據、顯示單元等功能併入控制系統。

本機台利用音頻裝置將原先修整砂輪時,需要富有經驗的操作員聆聽修整聲音頻率,判斷是否達成良好修整條件,大光長榮利用工業麥克風收音、由電腦分析音頻,設定修整良好的音頻區塊,並且將系統建置為當砂輪研磨工件的音頻超出允許的範圍時,機台將自動進行修整砂輪循環,且音頻裝置會確認修整出的平面是否良好,自動進行下一階段動作。也利用音頻裝置,將撞機保護系統建置,發生撞機時在剛產生異常之音頻,系統立即產生保護裝置,即時退刀,使機台不受撞機損傷。

 數值控制工具機關鍵零組件類 
優等獎―上銀科技



上銀科技股份有限公司推出的競賽產品『i4.0BS智慧型滾珠螺桿』獲得其他數控工具機及其加工單元優等獎,如圖五所示。本項產品同時獲得“所有參賽產品,得綜合評選出智慧工具機及其加工單元或零組件特別獎”之佳作獎。智慧製造的產業變革,長效且可預測性的維護保養方案應運而生,i4.0BS智慧型滾珠螺桿擁有溫度、振動、預壓、潤滑4大診斷功能,透過感測器與演算法判別滾珠螺桿的健康壽命狀況。長期佈局感測器、演算法、軟硬體以及適用工業環境等技術,進而研發出世界上第一支符合工業4.0精神的智慧型滾珠螺桿i4.0BS,可應用在精密加工設備(工具機)、光電半導體設備、自動化設備、產業機械等領域。

HIWIN i4.0BS智慧型滾珠螺桿特點如下:

(1)智慧診斷與價值創造:自行開發的滾珠螺桿專用之振動和溫度複合式感測器以及專家演算法,能有效監測滾珠螺桿的壽命狀態、溫升、振動、最佳潤滑,以維持加工過程中的品質與效率;避免無預警停機,並且達到機械高利用率、省油(40%~70%)及環保等功效。

(2)邊緣運算與資訊安全:將感測訊號傳送到自行開發的邊緣運算模組進行運算,不但即時性佳可作即時警示和自動潤滑回授,另外也可在獨立網路環境下監測(不上傳雲端)而無資安疑慮。

(3)多機聯網與維護排序:支援IoT應用,將智慧型滾珠螺桿的機台彙整在GUI介面,使用者或管理者可透過行動裝置連結網頁來即時掌握各機台狀況,並根據機台狀況的危急程度進行排序,輔助管理者進行維護。

上銀科技HIWIN的企業使命在於「創造人類更佳的福祉與更好的工作環境」,針對全球工業4.0發展趨勢,開發 HIWIN i4.0BS智慧型滾珠螺桿,不但提供了客戶創新的服務與附加價值,更為智慧機械產業帶來更多的成長,使工廠更佳的智慧化、環保化、提高生產效率,為客戶創造更高的附加價值。

i4.0BS 智慧型滾珠螺桿依測試規範進行基本的功能和壽命測試之外,也執行嚴苛的工業環境測試,取得CE之國際認證。此外,更在廠內的各式加工設備進行實機測試,確認產品性能和可靠度無處、獲得智慧製造的經驗與效益後才導入客戶端,並且透過數據蒐集再回饋到產品設計,持續研發創新。

佳作獎―漢鼎智慧科技



漢鼎智慧科技股份有限公司推出的競賽產品『UD2D超音波加工模組』獲得其他數控工具機及其加工單元佳作獎,如圖六所示。超音波加工是因應市場上對於先進材料成長的需求所提出的解決方案,本產品是一個非接觸式電能傳輸的超音波刀把模組,此超音波刀把可相容於工具機的各式主軸與其自動換刀系統的,將傳統金屬加工的工具機,升級為先進材料的精密加工裝備。

佳作獎―台灣引興



台灣引興股份有限公司推出的『KANH-200S智慧化排屑機』獲得其他數控工具機及其加工單元佳作獎,如圖七所示。以往必須透過人工點檢設備狀態,耗費許多人力與時間成本;操作人員不清楚問題點,甚至不知道有異常;在無人工廠(熄燈生產)時,發生異常將導致整條產線停線;機器關機時需人工填寫異常報表,並排除機內餘屑;濾網塞住,水會溢出來造成地面環境髒污,這些問題於KANH-200S智慧化排屑機皆可以解決,其透過感測器可以即時了解馬達負載、濾淨系統狀態、切削液品質、排屑狀態等等,為台灣首創將IoT技術及AI技術導入排屑機之產品。

KANH-200S智慧化排屑機具有下列12項智慧化與實用性功能:(1)開關機自我檢測,雲端紀錄。(2)LED警示燈可提供即時機台狀態。(3)APP也可即時看到機台狀態,發布異常告警。(4)內建多重傳感器及時反饋生產狀況,在異常時能自動檢知與修復。(5)自動異常排除,卡屬時自動排除。(6)自動屑量偵測,屑少時自動降速運轉以達到節能需求。(7)水箱淤積自動偵測,避免切削液溢出,汗染環境。(8)預防保養,打油提醒、鏈鈑張力鬆弛提醒。(9)水箱切屑液不足時自動補水。(10)透過傳感器的佈建收集到的數據,記錄於雲端伺服器。(11)透過感測器資料蒐集以及AI應用,可快速了解機器即時狀態外,也可自我排除故障復原,或通知工具機控制器執行檢知偵錯結果。(12)透過APP即時通知使用者機器狀況,使工廠管理更智能化。於安全性上考量,有落屑罩往下延伸,讓使用者手就算伸進去也不會碰到危險之處。落屑口處加裝SENSOR,只要鐵屑車移開排屑機立即停止。本智慧化排屑機解決了客戶的多處痛點,讓使用者安心從事生產,無需顧慮排屑問題。

佳作獎―大銀微系統



大銀微系統股份有限公司推出的『C3直驅式精密水冷線性馬達』獲得其他數控工具機及其加工單元佳作獎,如圖八所示。HIWIN大銀微系統為線性傳動與控制元件之專業研發製造龍頭,有全球最完整之線性馬達產品線,亦是國內唯一具有水冷式大推力線性馬達量產能力之廠家,因應市場需求,開發C3直驅式精密水冷線性馬達。

將自有的高精度線性馬達技術結合精密水冷流道及多層隔熱設計,滿足客戶對設備高加工精度之要求。內含的關鍵元件,如核心的精密流道及隔熱設計皆由本公司自行研發及製造,其他搭配之相關元件及材料也均採國內製造商來供應,藉由各供應鏈間製程能力的不斷提升,進而生產出更優質之產品,以提升台灣整體競爭力。

因市場需求,利用水冷馬達優異的散熱架構,搭配動、定子雙迴路冷卻設計,開發直驅式精密水冷線性馬達―C3 CoupledPrecision Controlled Cooling。Coupled:水冷馬達優異的散熱架構,搭配動、定子雙迴路冷卻設計,整合成精密水流道循環系統統,提升馬達200%推力,減少20%的能源損耗,增加機台架動率12%以上。PrecisionContr o l l e d : 加工精度控制, 達到Rz<1.6μm精度控制。Cooling:精密水冷流道與多層隔熱設計降低40%以上的熱量,維持馬達表面的低溫與均溫。

直驅馬達不須傳動機構即可直接驅動,因此擁有出色的動態響應,加上不會有背隙產生,所以有相當高的精度及重現性,提升50%以上的效能,最高可達到20,000N以上的推力表現。動定子精密水冷與多層隔熱設計獲得3項專利,控制表面溫度梯度在1℃以內,克服一直以來馬達發熱所造成的熱形變,加工精度的掌握至1μm以內。

大銀微系統為高精密工具機產業客戶提供全方位的解決方案,加上不斷的製程優化,能有效減少材料浪費及節能減碳,為善盡企業公民之責任盡一份心力,同時為台灣製造(MIT)樹立了良好的典範。

 所有參賽產品,得綜合評選出智慧
 工具機及其加工單元或零組件特別獎 


第15屆工具機『研究發展創新產品』競賽得獎作品大追擊(上)與前文已介紹同時獲得本單元與本特別獎之作品。另外,達詳自動化參賽作品亦經綜合評選後獲得本特別獎之佳作獎,以下將另做介紹。

佳作獎―達詳自動化



達詳自動化股份有限公司堆出『D S - ITMS-250-V001-DSA智能刀具管理系統』獲得所有參賽產品,得綜合評選出智慧工具機及其加工單元或零組件特別獎之佳作獎,如圖九所示。達詳創新研發之「DSA智能刀具管理系統」將「智能刀具庫」+「DS 智能刀具車」+「刀具管理系統」三方位在軟硬體中完善整合。該系統中DS智能刀具車整合刀具庫及刀具管理系統,搭配磁鎖式刀具更換互鎖系統,雲端化智能管理換刀流程,可自動配置所需刀具至刀具車內,並將刀具出入庫及資料管理結合自動倉儲系統,有效配給正確刀具,進而控管成本、節省尋刀時間以及減少人工判斷失誤。

智能刀具管理系統主要分成三項流程:

「智能刀具庫」:人員會在此進行刀具研磨組立,刀具進行量測並利用RFID將資訊載入,機械手自動依類別分類至刀具庫,系統再依BOM表及生產排程自動配置力具於刀具車,讓刀具分類領取、生產刀具配置走向智慧化。

「DS智能刀具車」:配置完成之刀具車,整合AGV自動派車系統,自動派送刀具至加工生產線上,派送至機台時,利用WIFI無線網路技術與機台做資料交握,透過RFID辨識技術並整合,協助人員執行正確換刀流程,智能刀具車設計互鎖防錯機制,控管換刀程序,避免換刀失誤。

「刀具管理系統」:本刀具管理系統利用資料庫管理技術,同時監控刀具庫、刀具車庫、刀具車及機台內所有刀具的資訊及狀態,透過各項數據的分析管理,有系統的管理刀具庫存水位,同時建立刀具履歷,進一步與人工智慧技術整合,運算出最佳建議之刀具,並控管採購需求數量及整體加工成本,除了讓使用者能更輕鬆的選用正確刀具來提升加工效率外,更同時降低了工廠庫存刀具的成本。在工業4.0的趨勢下,該系統的虛實整合與數據分析,以進行最佳化的資源分配,精準的生產管理,從自動化、數位化再到智慧化,讓整個加工產業更加進化。

綜觀本屆參賽作品,整機機台與零組件皆已進入智慧機械、智動化、智能排程與管理的時代,朝向上下游廠商供應鏈的連結,以更貼近終端客戶與市場廠需求的面向。與時俱進的接軌世界,讓國內工具機與零組件相關產業,得以在後疫情時代持續於全球市場佔有一席之地。


勘誤公告:
3月號MA雜誌(NO.138)-第15屆工具機「研究發展創新產品」競賽得獎作品大追擊(上),P.79慶鴻機電HM1080L-高速雕銑加工機照片,誤植為本篇圖一:PL6880高精密磁浮雷射切割機照片,已將慶鴻機電HM1080L-高速雕銑加工機機台照片更新於MA官網(
http://www.maonline.com.tw/industry_inside.php?i=574),特此更正。