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

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1 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
　　．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

2 ◎車削中心控制器規格(2Axes+C+Y+雙主軸)
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： 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。 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。 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。 高精度前加減速輪廓控制：預覽100個單節。 高速高精度剛性攻牙：主軸攻牙或是動力刀塔攻牙。 3D快速模擬50 blocks/秒。 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： 雙核心系統，分核心控制與人機控制。 觸控螢幕與全鍵式鍵盤，直覺式操作。 開放式人機介面，高階製程加值軟體。 可選用嵌入式創新3D防碰撞加值軟體。 嵌入式2.5D CAD/CAM對話式編輯功能。 應用在車床及車銑複合加工中心機台。 可應用各式相關之加工機與產業機械。 2

3 ◎銑削中心控制器規格(全數位三軸/五軸)
M100Touch 硬體 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(Tool Center Point) 最大輸入/輸出點數 64/64(標準) 256/256(選配) 軟體 電器循圓量測 客製化軟體面板 3D切削模擬 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 M100Touch 基本 功能 最小插值單位 進给率 Cutting: 0~200% Jog: 0~200% 高速高精度 模具切削性能 高精度輪廓控制 有 單節預覽數目 1,000 S型曲線加減速 自動轉角減速功能 NURBS插值機能 五軸銑削機能 刀具中心點控制 工件設置誤差補償 五軸機構誤差補償 手動刀具中心點控制 前傾與側傾控制 控制器型號 控制器型號 比較項目 比較項目

4 ◎鑽削中心控制器規格(2M1R+全數位Spindle)
M100Touch 硬體 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) 軟體 電器循圓量測 客製化軟體面板 3D切削模擬 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 控制器型號 M100Touch 基本 功能 最小插值單位 進给率 Cutting: 0~200% Jog: 0~200% 高速高精度 模具切削性能 高精度輪廓控制 有 單節預覽數目 1,000 S型曲線加減速 自動轉角減速功能 NURBS插值機能 高速高精度 剛性攻牙性能 剛性攻牙最高轉速(RPM) 8,000 (M3) 零相位誤差補償追蹤控制 高精度啄式攻牙 大孔徑銑牙 伺服刀庫機能 控制器型號 比較項目 比較項目

5 二、示範運行的驗證現況 ◎三大關鍵機型導入 關鍵機型驗證 功能暨性能驗證工件 工具機控制器三大應用關鍵機型 綜合加工機 (共佔70%)
3D加工模擬/防碰撞 綜合加工機 引擎活塞 滑塊 渦輪葉片 加工件 全數位整合伺服模組 工具機控制器三大應用關鍵機型 (共佔70%) 車削中心機 複合加工件 自行車花鼓 車削加工工件 自行車腳踏軸心 IMC多軸運動控制核心 3C手機組件 電腦硬碟組件 汽車部品組件 Tapping Center 5

6 ◎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 ： 力勁 TC-510 協鴻/力得衛 MVP-10 奕達 ML-560S 益全 B6AC VMP-40A 友嘉 經匠 VMS-600 麥田 HANDYMAN 1270 凱巨 K-45T 車/銑/鑽三大關鍵機種示範運行 6

7 ◎市場資訊

8 ◎CNC控制器產業化(Fanuc模式) －研華寶元技術合作案例－ 工研院核心 研華寶元控制器
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)

9 ◎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 9

10 ◎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 … 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% 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 鋁鎂合金手機/小筆電機殼加工 配機驗證 加工標的： 3C鋁鎂合金加工 著重高精度零組件加工 中國 經銷商產品發表

11 ◎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 ) 慶鴻五軸加工機 ITRI五軸控制系統 友嘉五軸加工機
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。 ITRI五軸控制系統 國產自製大推力線型馬達 慶鴻五軸加工機 友嘉五軸加工機

12 ◎車削中心控制器示範運行案例 效益及附加價值提升 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。 BML-560S(義全) ML-560S(新可大) ML-360Y BML-600M(奕川) 智慧化車削中心控制系統 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 4款車削中心機型驗證 效益及附加價值提升 控制器教育訓練 腳踏車心軸一：1’18” 分秒必爭之零組件製造應用 扳手：45” 浮動打刀座：8’43” 腳踏車心軸二：1’47” 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 加工標的： 傳動及手工具零組件加工 大幅提高加工效率 12 12 12

13 ◎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－ 程式實境驗證 圖控式CAD/CAM 切削參數自動調變 線上防碰撞
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 線上防碰撞 對話式專家系統 切削參數自動調變 熱溫升補償 圖控式CAD/CAM 圖控式刀具 Simulation 提升加工精度80% 101µm 6µm 時域資訊 頻域資訊 防撞反應時30ms Part program 誤差補償資料 參數調整 座標資料 碰撞警告訊號 CNC Machining 雙系統車銑複合加工機 智慧加工軟體 整合： 製程know_how刀具資料 材料資訊 、、、 13

14 ◎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 14

15 ◎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) 最高階機種:希望從最高階導入挑戰。
機台類型：雙主軸雙刀塔雙系統車床。 機台規格：3945 x 2555 x 2360 (mm)。 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。 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 15

16 ◎50件加工工作驗證(詳如附件) 關鍵機型驗證 加工驗證領域 功能暨性能驗證工件 綜合加工機：15件 汽/機車組件與模具 機械零組件
工具機控制器三大應用關鍵機型 (共佔70%) 綜合加工機：15件 汽/機車組件與模具 機械零組件 汽車引擎汽缸座 (汽機車組件*3) 車燈射出模 (模具類*5) 捨棄試銑刀刀把 (機械組件*4) 綜合加工機 高爾夫球桿桿頭 滑塊 鑽石型電極 Tapping Center Tapping Center：11件 3C產品組件與模具 自行車/玩具組件 平板電腦外殼 (3C組件*4) 腳踏車踏板 (自行車組件*3) 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 車削中心機 車削中心機：26件 自行車零組件 機械/手工具零組件 棘輪板手柄 (手工具組件*4) 自行車腳踏心軸 (車輛組件*10) 前端螺旋桿 (機械零組件*9) 刀塔 自行車花鼓 凸輪軸 16 16

17 ◎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 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 腳踏車心軸：1’10” 腳踏成品/應用 腳踏心軸工件 驗證機台-奕達ML-560S CNC車床 17 腳踏心軸胚料

18 ◎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： B_對策：
　 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）。

19 ◎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 2軸+C軸(3軸)車削 2軸+C/Y軸(4軸)車削 雙刀塔(10軸)(9月) 雙主軸(7軸)車削 4大關鍵機型 MU 加工單元 TU 技術單元 設計 模擬 驗證 BU 業務單元 接單 檢測 出貨 ITRI示範加工廠 製程加值軟體 三次元量測儀 控制器示範運行廠商 奕達/程泰/凱巨/勝傑/健陞 高階車削工件加工廠 浩捍/承鉅/義全/卡可斯….. 高階車削工件應用廠 東台/ 中精機/ 上銀/ 光陽….. 高階車削工件 加工經驗Know-how 製程應用技術

20 三、建立控制器自主的發展策略建議 （輔導→促成→支持） 一、建立高階控制器的中衛體系（缺口？） 二、建立應用及軟體的合作聯盟
　　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）