智慧化加工製程優化技術與可靠度

摘要：本文將介紹智慧化加工製程優化技術的現況與展望，以及顫振迴避基礎技術的執行情況，包含CNC通訊、訊號收集與處理、軟體可靠度與測試與決策模組的設計，並展示配合廠商的測試成果。

Abstract: This article presents an overview of the current status and future prospects of the intelligent machining process optimization technology and the intelligent chatter avoidance system, including CNC communications, data system for machining monitoring and software reliability. The case studies were presented to show the effectiveness of the proposed system.

關鍵詞：加工製程優化、顫振迴避、智慧化技術

Keywords：Process Optimization, Chatter Avoidance, Intelligent Technology

前言
台灣工具機產業早期以複製或拆解先進設備的方式累積技術知識與能量，再經業者自行研發、設計與改良後，以物廉價美成功打入東南亞與開發中國家市場，從早期的數控工具機持續精進至複合、多軸與高速化機種。於1980年後，受到國內法人單位支援下，國內工具機數位化程度逐年提升，從有限元素分析、機台性能量測到智能監控，產值也大幅成長。

近期隨著便利的軟體開發環境出現、切削與控制理論的實用化、以及電腦計算能力的提升，搭載智慧化設備與軟體的工具機紛紛在國際大廠的產品上實現，例如Mikron、Siemens、Heidenhain、Fanuc、Mazak、Makino、Mori-Seiki等。搭載智能化技術的工具機台，其市場是先進國家或是東南亞的高階代工廠，需求是高效率、高穩定性的量產機具。這些智慧化技術滿足客戶從製程概念至最終產品的過程中大大小小的需求，挑戰機台的極限，於功能技術上提升機台操作的可靠性、安全性與加工性能，吸引消費者的目光。這些智能化技術也經常變成國際標案的規格門檻，直接或間接排擠我國價廉物美的工具機產品。

雖然我國工具機業者目前在智能化工具機技術仍相當陌生與薄弱，但是台灣具有雄厚的資訊與電子產業技術底子，如果能善用並結合我國資訊與電子業的實力，智能化工具機技術或許可以成為我國工具機業者在國際市場的競爭利器。因此，政府在工業基礎計畫中特地支援智慧化加工製程技術，期待智慧化技術能內化為工具機業者基礎技術，進而成為產品訂單推手。

總論
從近年的EMO展來看，工具機的製程智慧化技術可分成加工前優化技術、加工中優化技術與加工管理三種類型，後者已有成熟的產品生命週期管理系統（product lifecycle management, PLM）故不在本文的討論範圍內。加工前優化技術是透過數學計算適當的加工參數，提供給現場師傅使用。加工中優化技術則是利用安裝得宜的感測器，計算取得的訊號特徵，進行加工中的參數修正。

簡易的加工前優化技術提供快速計算製程參數，例如計算製程的主軸轉速與進給速度，或提供文件瀏覽器讓操作員節省翻閱技術文件的時間，主要的目標是縮短現場操作員取得初始製程參數的時間。例如DMG/Mori Seiki的CELOS系統中，提供CAD-CAM VIEW、技術計算機與文件夾等應用程式（APP），讓現場操作員直接進行製程規劃與檢視技術文件。進階的加工前優化技術需要搭配感測器與切削理論，藉由量測機台性能與理論計算，找出機台最適切削參數。Delcam於2012年發表的MachineDNA技術如其名，以感測器與預先設計的刀具路徑，取得機台先天的運動性能，再利用Vortex技術發揮機台的最大性能，如圖1所示[1]。實現上，MachineDNA是讓機台進行繞圓切削，在切削過程中取得機台的加速度與急衝（jerk）的關係，轉換成機台動態性能[2]；接著Vortex技術根據取得的性能資訊優化刀具路徑與進給速度，產生高效率的加工程式，特別是曲線加工或直曲線轉換處的刀具路徑。Delcam也發表以特徵基礎的自動加工軟體FeatureCAM，使用者只需繪製或加入夾治具與工件，在定義特徵後，其他刀具排程與參數皆由軟體自動產生。Mori Seiki的MfgSuite （即Manufacturing Suite的縮寫）技術以切削模擬技術提供高效率的干涉檢查[3]。由於內建於Mori Seiki機台內，於規劃階段使用不需要重建機台模型即可檢查是否有碰撞或干涉發生，並且標示碰撞發生處。