工具機控制器技術開發成果報告

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 　　．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. 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： 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) 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) 控制器型號 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 3D加工模擬/防碰撞 IMC多軸運動控制核心 車削加工工件 汽車部品組件 • 功能暨性能驗證工件 • 關鍵機型驗證 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%) 渦輪葉片 加工件 引擎活塞 滑塊 綜合加工機 自行車腳踏軸心 複合加工件 車削中心機 自行車花鼓 電腦硬碟組件 Tapping Center 3C手機組件

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

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－ • 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. + VMP40A VMP32A 配機驗證 … ITRI 控制器 29項客製化人機介面機能 FVP1000A TC20α 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 中國經銷商產品發表 加工標的： 3C鋁鎂合金加工 鋁鎂合金手機/小筆電機殼加工 著重高精度零組件加工 ◎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

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 ) • 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

12. ◎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 ML-560S(新可大) BML-560S(義全) 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 腳踏車心軸二：1’47” 腳踏車心軸一：1’18” 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 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－ • 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 Simulation 圖控式刀具 對話式專家系統 切削參數自動調變 線上防碰撞 碰撞警告訊號 參數調整 時域資訊 頻域資訊 CNC Machining 座標資料 智慧加工軟體 整合： 製程know_how刀具資料 材料資訊 、、、 熱溫升補償 提升加工精度80% 誤差補償資料 防撞反應時30ms 101µm 6µm 雙系統車銑複合加工機 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) 台中精機 - VTX200九軸車銑複合加工機 台灣麗偉-TM1500 車銑五軸加工機 東台精機-TB25ATC 動力刀塔車床 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 2555x 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%) 捨棄試銑刀刀把 (機械組件*4) 車燈射出模 (模具類*5) 汽車引擎汽缸座 (汽機車組件*3) 綜合加工機 高爾夫球桿桿頭 鑽石型電極 滑塊 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 車削中心機 治具矩陣攻牙 遙控飛機碳纖結構件 平板後蓋公模 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) Tapping Center 凸輪軸 自行車花鼓 刀塔 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” 腳踏心軸工件 腳踏成品/應用 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： 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 MU 加工單元 奕達/程泰/凱巨/勝傑/健陞 • 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 製程應用技術 控制器示範運行廠商 TU 技術單元 BU 業務單元 高階車削工件 2軸+C軸(3軸)車削 東台/ 中精機/ 上銀/ 光陽….. 設計 模擬 驗證 接單 檢測 出貨 高階車削工件應用廠 2軸+C/Y軸(4軸)車削 加工經驗Know-how 浩捍/承鉅/義全/卡可斯….. 雙主軸(7軸)車削 ITRI示範加工廠 高階車削工件加工廠 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

20. 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）