快速調機與設備匹配技術於異地投射之應用

摘要：在金屬加工產業中，因國際局勢變化快速，廠商進行異地加工與設廠的需求增加，為了快速使產線在異地達到生產目標，快速調機與設備匹配技術是其中的重要手段之一，在異地生產中，需要快速地進行產品轉換，如果沒有快速調機技術，調整設備可能需要花費大量時間調機，本文將介紹工研院之自動調機技術，如何藉由與機台連線取得加工NC碼與控制器伺服資料，進行機台伺服參數優化，並搭配針對機台建立設備加工資料庫進行設備匹配，可確保加工者使用最合適的設備，避免不必要浪費，產線也可更快地適應新的產品需求，特別是在異地生產的情況下，快速調機與設備匹配技術在其應用效率是多方面的，涵蓋了生產效率、產品質量、靈活性和競爭力等方面的提升，是值得介紹推廣的兩套技術。
Abstract：In the metal processing industry, due to rapid changes in the international situation, there is an increasing demand among manufacturers for remote processing and facility establishment. In order to quickly achieve production goals at remote locations, rapid machine setup and equipment matching technology is one of the crucial means. In remote production, there is a need for swift product transitions. Without rapid machine setup technology, adjusting equipment can consume a significant amount of time. This article will introduce the automatic machine setup technology developed by the Industrial Technology Research Institute (ITRI). It explains how the technology utilizes the connection with the machine to obtain processing NC codes and controller servo data, optimizing machine servo parameters. Additionally, it pairs this with the creation of an equipment processing database to ensure proper equipment matching. This guarantees that operators use the most suitable equipment, avoiding unnecessary waste. It also enables production lines to quickly adapt to new product requirements, especially in the case of remote production. Rapid machine setup and equipment matching technology has multiple applications, encompassing improvements in production efficiency, product quality, flexibility, and competitiveness. These two sets of technologies are worth introducing and promoting.

關鍵詞：異地生產、快速調機、設備匹配
Keywords：Remote production, Quick machine tuning, Equipment matching

前言
快速調機與設備匹配技術是指在不同加工情境下，進行設備配置與調試之技術，這種技術在異地投射的應用中非常有價值，特別是當你需要將設備、機器或系統從一個地方移植到另一個地方，或者需要在不同地區設置相似的設備，以實現統一的操作或生產流程，快速調機與設備匹配技術可有效縮短產線上線時程與提升建廠效率。
工具機是機械結構、伺服系統和控制器三者的結合，通常機台在出廠前為了符合性能指標會經過調教，出廠後機械經過長時間運作，會因性能變化而需要重新調教，其中伺服參數的調整門檻較高、過程繁複卻也影響最大，因此商用控制器的廠商多數都有開發自家的調機軟件(如: FANUC Servo Guide)[1][2]，但其針對的是全伺服參數設定為導向，使用門檻較高且耗時，智機中心開發由模擬控制器之軌跡，可預測參數對運動軌跡的影響之技術，分析參數調整是否符合需求，並發展出可根據使用者加工需求導向，自動調整參數之技術，可大大節省調機時程。
金屬切削設備與切削工件規格(參數)的匹配，以往大多以老師傅的經驗來決定，通常依照工件的品質需求，由人工拆解工件程式的工序、公差、路徑權重等細節來達成。但此法須依靠師傅經驗，且無法確保CAM軟體預設之切削條件是最適合此設備的，工研院開發品質導向設備匹配技術，其匹配資料庫具4維度可搜尋機能：包含工序、公差、路徑規劃權重以及設備動態特性，軟體可解析加工路徑程式的品質與效率權重，再由軟體自動提供匹配此加工權重需求之機台，達成設備匹配之目的。
加工參數導向快速調機技術
工具機的控制系統，簡單來說，是由運動控制器、伺服系統與馬達和機械結構等部分而組成，其中，運動控制器負責將切削程式經過解譯，轉換為位置命令，經過伺服系統的驅動器控制馬達與機構動作[3]，直到完成切削程式，最上層的運動路徑、加減速曲線與時間由控制器規劃，其中的插值器產生位置脈波命令，送給伺服端的驅動器，轉換成扭矩命令以驅動馬達，一般伺服系統採用環狀多迴路架構，從最內圈的電流迴路到外圍的速度、位置迴路，並包含前饋補償以及陷波濾波器等附加功能，以增進穩態與暫態的控制性能。而一般控制器的調整，包含運動軌跡命令的加速度大小、加減速時間、加加速度限制，以及伺服系統的迴路增益、前饋補償與過衝補償等參數，以上眾多且複雜的調整，主要是為了對應機台操作者多樣化的加工需求(如工件精度、表面粗糙度、加工速度等設定)[4][5]，機台運作同時還必須考量如機械結構剛性、共振頻率、模態振型、阻尼比與馬達特性等動態響應，以及進給系統所引起的摩擦力與背隙等非線性影響[6][7]。
工研院智慧機械科技中心，針對調機流程中影響最大的運動控制器、伺服系統與機械結構，進行模擬與模型建立。其中運動控制模擬器可以模擬FANUC控制器的生成軌跡，事先預測參數調變對運動軌跡的影響，並進一步分析參數調整是否符合需求，並提出一可彈性依操作者切削設定，建構調整參數類別與特性的方法，以此方法搭配軟體的自動調整程序，可以快速將軸向動態誤差、幾何精度等目標值收斂至最佳[8]，大幅提升機台的動態性能與工件切削品質，快速自動頻率響應調整模組的操作流程如圖1。

圖1 快速自動頻率調整模組之操作流程

其中第一步先進行機台聯線，在快速自動調機軟體新增機台IP與Port連線至控制器，如圖2。

圖2 快速自動調機軟體機台連線介面

然後決定加工需求百分比、精/中/粗加工微調、預留量等，參數設定介面如圖3。
根據加工需求軟體會自動調整速度增益VG並加入至行程加減速的FL速度中，並可進行調機後的預覽功能如圖4，其包含了軸向動態誤差模擬、輪廓誤差、轉角誤差，其中建議輪廓誤差值要保持在0.5倍的預留量以下，若無則請建議調整參數設定，軟體將根據參數設定，完成新的VG自動調整[9]。
加工參數導向快速調機技術為壓制圓弧切削時發生象限突起現象，具有參數自動調整機能，經由數次圓弧動作，自動計算出補償參數，可提高精度及大幅度減少調機時間，且具備自動調整速度環增益和濾波器的功能，可支援控制器高速、高精度的功能設置，透過測量移動軸速度迴路的頻率響應，能自動確定速度環增益與諧振消除濾波器的參數，也可以微調所指定的參數值和檢查微調的效果，而在方圓、圓角等加工程式中，在高速、高精度功能開啟下，軟體將自動檢查有無過衝現象，如果有可微調相關參數，並提供數組推薦參數，包含速度優先等級和精度優先等級，若需使用中間值參數，可以透過調整滑塊加以選擇，調整完可以進到快速調機軟體介面上方點擊「MONITOR」進入監視介面，如圖5中顯示調整後的參數及量測訊號，其中Error為位置誤差、VCMD為速度命令、TCMD為扭力命令、POSC為位置命令。