加工驗證示範工廠機制說明-

Report
工具機控制器技術開發成果報告
一、三大關鍵機型控制器的技術現況
二、示範運行的驗證現況
. 產業推動策略及執行現況
.三大關鍵機型導入
.50件加工工作驗證
.車削中心執行檢討及強化措施
三、建立控制器自主的發展策略建議
中華民國103年10月1日
1
一、三大關鍵機型控制器的技術現況
◎車削中心控制器規格(2Axes+C+Y+雙主軸)
功能:
1. 車削功能:支援A, B, C type G碼編輯與執行,具
車銑複合切削功能。
2. 虛擬Y軸功能:支援將非正交的兩運動軸,複合
成XY軸的切削功能。
3. Cs軸功能:C軸同動切削機能、圓柱座標插補功
能、極座標插補功能。
4. 高精度前加減速輪廓控制:預覽100個單節。
5. 高速高精度剛性攻牙:主軸攻牙或是動力刀塔攻
牙。
6. 3D快速模擬50 blocks/秒。
7. 奈米插值與NURBS功能,提高加工效率10%以上。
規格:
Item
Specification
Monitor
15”TFT LCD (with Touch screen )
CPU
1.6GHz (HMI), 800MHz(Motion)
Controlled Axes
6(General Servo), 16(Serial Servo)
Spindle
2
MPG Ports
3
A/D ports
8
Inputs / Outputs
64/64 (Opt. 384/384)
Storage
4G CF Card, Ethernet, USB
特色:
1. 雙核心系統,分核心控制與人機控制。
2. 觸控螢幕與全鍵式鍵盤,直覺式操作。
3. 開放式人機介面,高階製程加值軟體。
4. 可選用嵌入式創新3D防碰撞加值軟體。
5. 嵌入式2.5D CAD/CAM對話式編輯功能。
6. 應用在車床及車銑複合加工中心機台。
7. 可應用各式相關之加工機與產業機械。
2
◎銑削中心控制器規格(全數位三軸/五軸)
控制器型號
控制器型號
M100Touch
比較項目
顯示器
操作面板
硬體
M100Touch
15吋觸控液晶工業螢幕
(解析度為1024×768 pixels)
全鍵式整合型操作面板
(2鍵式直覺觸控操作)
USB支援
有
網路
Ethernet 10/100 Base-T
最大伺服軸數
5(Tool Center Point)
最大輸入/輸出點
數
64/64(標準)
256/256(選配)
電器循圓量測
有
客製化軟體面板
有
3D切削模擬
有
雷射量測
手動輸入
報表匯入(目前支援Renishaw XL
80)
開放式人機介面
有
軟體
比較項目
基本
功能
高速高
精度
模具切
削性能
五軸銑
削機能
最小插值單位
1μm/0.1μm/0.01μm/0.001μm
進给率
Cutting: 0~200%
Jog: 0~200%
高精度輪廓控制
有
單節預覽數目
1,000
S型曲線加減速
有
自動轉角減速功能
有
NURBS插值機能
有
刀具中心點控制
有
工件設置誤差補償
有
五軸機構誤差補償
有
手動刀具中心點控制
有
前傾與側傾控制
有
3
◎鑽削中心控制器規格(2M1R+全數位
Spindle)
控制器型號
控制器型號
M100Touch
比較項目
硬體
M100Touch
顯示器
15吋觸控液晶工業螢幕
(解析度為1024×768 pixels)
操作面板
全鍵式整合型操作面板
(2鍵式直覺觸控操作)
USB支援
有
網路
Ethernet 10/100 Base-T
最大伺服軸數
5
最大輸入/輸出點
數
64/64(標準)
256/256(選配)
電器循圓量測
有
客製化軟體面板
有
3D切削模擬
有
雷射量測
手動輸入
報表匯入(目前支援Renishaw XL
80)
開放式人機介面
有
軟體
比較項目
基本
功能
高速高
精度
模具切
削性能
高速高
精度
剛性攻
牙性能
最小插值單位
1μm/0.1μm/0.01μm/0.001μm
進给率
Cutting: 0~200%
Jog: 0~200%
高精度輪廓控制
有
單節預覽數目
1,000
S型曲線加減速
有
自動轉角減速功能
有
NURBS插值機能
有
剛性攻牙最高轉速
(RPM)
8,000 (M3)
零相位誤差補償追蹤控
制
有
高精度啄式攻牙
有
大孔徑銑牙
有
伺服刀庫機能
有
4
二、示範運行的驗證現況
◎三大關鍵機型導入
關鍵機型驗證
3D加工模擬
/防碰撞
功能暨性能驗證工件
全數位整合
伺服模組
IMC多軸運動控制核心
工
具
機
控
制
器
三
大
應
用
關
鍵
機
型
(共
佔
70
%)
綜合加工機
渦輪葉片
加工件
滑塊
引擎活塞
自行車腳踏軸心
車削中心機
Tapping Center
車削加工工件 複合加工件
自行車花鼓
電腦硬碟組件 汽車部品組件
3C手機組件
5
◎產業推動摘要
• ECFA早收項目之現況及控制器發展座談會:項次5~8屬產業機械等級,採用 PLC,國
內工業電腦及控制器廠商皆已有能力提供,項次1~4(車床/鑽床/磨床),工具機廠商(中
精機、友嘉、福裕等)有意願搭配國產控制器導入者,由控制器廠商或工研院專案一對
一合作。
• 控制器產業育成(Fanuc模式):
– 研華+寶元:使用科專運動控制核心,未來合作:全數位伺服,高階製程軟體。
– 台達電:已技轉科專高階車床控制模組,服務中精機等廠商。
• 控制器產業育成(Mazak模式):
– 繼原先友嘉等9家工具機廠商,程泰及慶鴻已導入車銑複合與五軸加工機深化驗證,
– >50項具參考意義的終端驗證案例(腳踏車、線軌、汽機車、手機、NB…)
• 學界能量整合:目前有清華、交大、中正、中山、北科大、中興...等12個控制實驗室
參與導入,進行工具機控制系統自主化前瞻技術與加值軟體研發。
• 示範運行 :
車/銑/鑽三大關鍵機種示範運行
友嘉
協鴻/力得衛
力勁
經匠
麥田
益全
奕達
VMP-40A
MVP-10
TC-510
VMS-600
B6AC
HANDYMAN
1270
ML-560S
凱巨
K-45T
6
◎市場資訊
7
◎CNC控制器產業化(Fanuc模式)
-研華寶元技術合作案例-
 ITRI提供運動控制核心模組給研華寶元數控公司,主要用在雕銑機及車床,未
來合作導入高階車削中心,共同建構”台灣品牌”控制器。
工研院核心
研華寶元控制器
工研院
運動控制模組
工研院
高階製程軟體
(未來需求)
8
◎車削控制器產業化(Fanuc模式)
-台達電技術移轉案例-
• 因應未來ECFA的需求與挑戰:台達電是台灣最大的伺服馬達和伺服驅動器製造廠商,
技轉高階車削控制器,系統整合,因應ECFA控制器國產化的要求,提高競爭力。
• 加速台灣控制器發展:將科專現有控制器研發成果,技術移轉給積極開發控制器的
台達電,協助其加速研發出精度與速度媲美國際大廠的控制器。
1. 提供車削控制器驗證
• GMC700軸卡、IO卡*2、轉接板。
• 螢幕、IPC、機箱、操作面板、鍵盤。
2. 提供車床原始碼和GMC函式庫
•人機介面、主程式MAIN 、共通COM 、
操作OP 、解譯INT 、運動MOT等模組
原始碼。
• 軟體PLC和GMC平台介面函式庫。
3. 提供技轉文件和教育訓練
• 操作手冊4份,28小時(4天)教育訓練、
3個驗證工件程式。
• 已完成技轉簽約與教育訓練執行。
台達電控制系統
硬
體
架
構
軟
體
架
構
9
◎綜合加工中心示範運行案例(Mazak模式)
• 工研院開放式控制器配合廠商30項客製化人機開發,進行4款機型配機驗證
• 廠商正式成立研發中心,搭配控制器發展,未來將成立工具機研究中心
+
配機驗證
VMP40A
VMP32A
FVP1000A
TC20α
…
ITRI 控制器
29項客製化人機介面機能
4款機型驗證
• 效益及附加價值提升
1. 循圓切削精度媲美大廠
Fanuc 0iMD AICC II(真圓誤差4.75μm),
ITRI M100Touch (真圓誤差5.02μm)
同時搭配VMP40A進行一對一比較的結果
2. 加工效率提升
主軸熱溫升補償減少停機暖機時間90%
智慧自動進給率調整可減少加工時間10%
中國 經銷商產品發表
加工標的:
3C鋁鎂合金加工
3. 操作效率提升
觸控捷徑式操作減少操作時間50%以上
多種校刀對話式機能減少對刀時間80%以上
著重高精度零組件加工
鋁鎂合金手機/小筆電機殼加工
◎全線馬高階五軸加工中心推動案例
(>500萬級,全自製,展出亮點 )
三軸線馬 + 二旋轉軸D.D.,全五軸直驅無背隙高精度。不需二次加工或拋光,大幅提升加工效率。
全國產全線馬五軸加工機(含五軸控制器、線性馬達、二軸直驅旋轉模組),整體成本可較同等級歐
日機台大幅減少,具備高度市場競爭力。
慶鴻五軸加工機
ITRI五軸控制系統
友嘉五軸加工機
國產自製大推力線型馬達
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◎車削中心控制器示範運行案例
• 配合廠商開發33項客製化對話式人機介面與主軸熱溫升補償功能,完成4型機台驗證。
• 進行終端客戶加工驗證,深入車床刀塔、手工具及腳踏車零組件之量產加工驗證。
智慧化車削中心控制系統
BML-560S(義全)
ML-560S(新可大)
終端客戶驗證
ITRI 對話式車削中心控制器
33項廠商客製化人機介面機能
主軸熱補償機能
ML-360Y
BML-600M(奕川)
4款車削中心機型驗證
效益及附加價值提升
1. 媲美大廠加工效率優(腳踏車心軸)
• Mitsubishi M70(1分18秒)
• ITRI 2010T (1分18秒)
新可大公司同時使用ML-560S機台驗證的結果
2. 加工精度提升
• 主軸熱溫升補償可將主軸誤差降至≦5µm
• S型加減速功能使腳踏心軸之加工表面粗度
Rmax≦2.0μm
3. 操作效率提升
• 觸控式整合操作減少操作時間50%以上
• 對話式iTURN模組可減少程式撰寫時間60%以上
• 快速模擬系統可預知加工結果,防止程式錯誤
控制器教育訓練
腳踏車心軸一:1’18”
腳踏車心軸二:1’47”
加工標的:
傳動及手工具零組
件加工
大幅提高加工效率
浮動打刀座:8’43”
扳手:45”
分秒必爭之零組件製造應用
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◎高智能車削中心控制器案例
-奕達精機製程化人機與加值軟體-
緣起:奕達由楊鐵資深幹部於2004成立,主力產品CNC車削中心及臥式加工中心機已行銷全世
界。
問題:總經理蒲宏彥博士積極與國內外研究單位合作,致力於產品差異化的創新,以提昇其產品
的附加價值與競爭力。
程式實境驗證
圖控式CAD/CAM
Part
program
對話式專家系統 圖控式刀具 Simulation
切削參數自動調變
參數調整
時域資訊
碰撞警
告訊號
線上防碰撞
頻域資訊
智慧加工軟體
整合:
製程know_how
刀具資料
材料資訊
、、、
CNC Machining 座標
熱溫升補償
提升加工精度80%
101µm
資料
誤差補
償資料
防撞反應時30ms
6µm
雙系統車銑複合加工機
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◎高階工具機軟體自主案例
• 協助國內台中精機、台灣麗偉及東台精機等大廠導入客製化製程軟體,預期
將促使業者 3軸工具機跨入 500~1000萬等級的5軸或複合加工機市場,預估
每年可新增產1000台的多軸複合工具機,產值達50~100億元。
封閉式人機介面
多軸複合加工機(500~1000萬)
傳統3軸綜合加工機(200~300萬)
新世代高階工具機-製程人機介面開發成果 (TIMTOS 2011展出)
台灣麗偉-TM1500
車銑五軸加工機
東台精機-TB25ATC
動力刀塔車床
台中精機 - VTX200
九軸車銑複合加工機
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◎高階10軸車削中心控制器案例
程泰公司(雙系統車床,預計9月開始加工驗證)
1. 最高階機種:希望從最高階導入挑戰。
2. 機台類型:雙主軸雙刀塔雙系統車床。
3. 機台規格:3945 x 2555 x 2360 (mm)。
4. 控制器規格:ITRI 雙系統車床控制器,X1Y1Z1、X2Z2Zs、
Cs1Cs2刀塔1刀塔2軸。Panasonic MHME 3KW、MHME 2KW,
主軸馬達晟昌18.5KW(6000rpm Max.),主軸驅動器TDE 60A。
5. 驗證工件:腳踏車輪花鼓(Done in one, 提高加工效率)、變速箱齒
輪及汽車傳動元件等工件。
ITRI開發:車銑複
合專屬人機
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◎50件加工工作驗證(詳如附件)
關鍵機型驗證
工
具
機
控
綜合加工機
制
器
三
大
應
用
關
鍵
機 Tapping Center
型
(共
佔
70
%)
加工驗證領域
綜合加工機:15件
汽/機車組件與模具
機械零組件
Tapping Center:11件
3C產品組件與模具
自行車/玩具組件
車削中心機:26件
自行車零組件
功能暨性能驗證工件
汽車引擎汽缸座
(汽機車組件*3)
高爾夫球桿桿頭
平板電腦外殼
(3C組件*4)
車燈射出模
(模具類*5)
滑塊
腳踏車踏板
(自行車組件*3)
捨棄試銑刀刀把
(機械組件*4)
鑽石型電極
煞車燈具
平板後蓋公模 治具矩陣攻牙 遙控飛機碳纖結構件
自行車腳踏心軸
(車輛組件*10)
棘輪板手柄
前端螺旋桿
(手工具組件*4)
(機械零組件*9)
機械/手工具零組件
車削中心機
刀塔
自行車花鼓
凸輪軸
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◎車削控制器終端驗證案例
-腳踏車零組件-
• 腳踏車組件長久終端驗證:專業自行車配件品牌廠浩捍公司,以8個月二班制使用搭
配工研院控制器的奕達(示範運行廠商)CNC車床,進行自行車腳踏心軸量產加工。
• 加工效率媲美國際大廠:心軸中段之徑向誤差滿足全檢出≦10µm、加工時間(1分10
秒)與三菱控制器相同,加工精度與速度媲美國際大廠控制器。
1. 加工效率優,媲美國際大廠
• Mitsubishi M70(1分11秒)
• ITRI 2010T (1分10秒)
• 浩捍同時使用奕達ML-560S機台搭配三菱與
工研院控制器進行比較
2. 加工精度與操作效率同步提升
• 量產加工之徑向誤差全檢出≦10µm
• S型加減速,使心軸表面粗度Rmax≦2.0μm
• 客製化對話式加工程式設定與觸控式整合操
作減少操作時間50%以上
腳踏車心軸:1’10”
腳踏心軸工件
腳踏成品/應用
3.系統穩定客戶滿意
• 102年7月交機生產至今無叫修與當機
• 控制軟體精進,期間已更新3次
• 浩捍最滿意:觸控操作簡易訓練二天即上工、
加工精度及效率、系統持續更新與精進
• 預計導入奕達(工研院)Robot inside機台,進
行工件自動上/下料,年底擴廠將再添購2台
驗證機台-奕達ML-560S CNC車床
腳踏心軸胚料 17
◎車削中心執行檢討及強化對策
(103.7實地查訪後之建議方案)
A_問題:
1. 出海口(高階應用)受限user及代理商對控制器的選擇主導權。
2. 現有合作廠商已導入雙主軸+CY軸,但出貨仍以二軸車床為主。
3.壟斷深度及力道超過想像,法人團隊很難即時對市場變動進行應
變 ,建議內部建立高階加工驗證示範系統。
B_對策:
1. 針對2 axes+C/ 2axes+CY/ 雙主軸系統,規劃關鍵工件,比照
FANUC指標,完成驗證並積極導入end user。
2. 促成勝傑( 2 axes+C )、程泰(雙主軸雙刀塔)等加入驗證。
3. 協調東台/ 中精機/ 上銀/ 光陽等公司,提供高階工件,建立加工
示範工廠,深化驗證。
4. 在2014 TMTS/ 2015 TIMTOS規劃深度展出內容(高階控制器、
製程軟體、車削中心加工示範工廠、 50組加工工件)。
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◎高階車削中心控制器加工示範工廠
 達成24種以上工件,每一加工件100~1000 PCS 的接單示範運行
 針對2 軸+C、 2軸+C/Y、 雙主軸以及雙刀塔等4大關鍵機型進行深化驗證
 驗證項目:性能、功能、切削可靠度(Cpk),並定期公佈成果
奕達/程泰/凱
巨/勝傑/健陞
控制器示範運行
廠商
東台/ 中精機/
上銀/ 光陽…..
MU
加工單元
製程應
用技術
高階車
削工件
BU
業務單元
TU
技術單元
加工經驗
接單
檢測
出貨
設計
模擬
驗證
高階車削工件
應用廠
浩捍/承鉅/義
全/卡可斯…..
高階車削工件
加工廠
2軸+C軸(3軸)車削
2軸+C/Y軸(4軸)車削
Know-how
雙主軸(7軸)車削
ITRI示範加工廠
製程加值軟體
三次元量測儀
雙刀塔(10軸)(9月)
4大關鍵機型
19
三、建立控制器自主的發展策略建議
一、建立高階控制器的中衛體系(缺口?)
1. 控制器平台:寶元、新代、台達電、ITRI
2. 高階軸向及主軸伺服:台達電、大銀微、東元
3. 智能加值軟體:ITRI開發及推動應用聯盟
二、建立應用及軟體的合作聯盟
1. 防碰撞軟體
2. iCAM等製程最佳化軟體
3. 溫控補償等智能軟體
4. Robot-inside等系統軟體
5. 人才培育
建議:建構軟體優勢,來改變User對FANUC的依賴
※工研院的角色定位:(提供 關鍵技術缺口)
.高階控制器
.全數位伺服
.高階製程軟體
(輔導→促成→支持)
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