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機械工業雜誌

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五軸工具機之動態軌跡精度誤差源分析技術

作者 陳鳴吉,林書宇

任職單位: 工研院機械所

刊登日期:2026/02/24

摘要

五軸工具機是滿足加工高複雜度產業零組件的利器。然而,目前市場上,針對五軸工具機精度與性能檢測優化的配套解決方案並不盡完善,缺乏快速檢測且數值量化之分析工具。因此,國內五軸工具機業者急需五軸工具機動態精度誤差源分析技術,快速擬定有策略且精準的性能提升方案。本文開發五軸工具機之動態軌跡精度誤差源分析技術之軟體平台,提供動態軌跡之誤差源解耦分析與誤差源可視化圖譜模組功能,支援有策略的性能提升方案擬定,滿足五軸機急迫需要對應的軌跡切削精度量測與性能評估測試需求,加速推升國內五軸工具機技術與提高產業價值。

Abstract

Five-axis machine tools are powerful tools for machining highly complex industrial components. However, the current market lacks comprehensive solutions for the accuracy and performance testing and optimization of five-axis machine tools, and there is a lack of rapid testing and numerical quantification analysis tools. Therefore, domestic five-axis machine tool manufacturers urgently need dynamic accuracy error source analysis technology for five-axis machine tools to quickly formulate strategic and accurate performance improvement plans. This article develops a software platform for dynamic trajectory accuracy error source analysis technology for five-axis machine tools, providing functions such as dynamic trajectory error source decoupling analysis and error source visualization graph modules. This supports the ormulation of strategic performance improvement plans, meeting the urgent needs of five-axis machine tools for corresponding trajectory cutting accuracy measurement and performance evaluation testing, accelerating the advancement of domestic fiveaxis machine tool technology and enhancing industrial value.

前言

近年來,因應零組件的複雜度與精度需求的提升,宣告五軸工具機應用市場的來臨。五軸工具機透過多軸同動控制技術進行空間軌跡切削,充分滿足航太、汽車、醫療、能源等高值化市場多樣化製程工藝的需求,帶動產業價值的提升。

國內五軸工具機業者常用試件加工來進行精度的檢驗,但工件尺寸誤差與設備間的關連性難以界定。再者,工具機業者對於五軸軌跡切削精度誤差來源,並沒有適當的輔助技術工具予以檢知,且如何擬定誤差源補償修正方向也束手無策。對此,國內業者急需五軸工具機動態精度誤差源分析技術,取代試誤型補償與修正,透過五軸工具機動態精度誤差源分析,擬定有策略且精準的性能提升方案。

本文目標為開發一套對應五軸工具機動態軌跡精度誤差源分析技術之軟體分析可視化平台。該技術提供五軸工具機動態軌跡誤差源解耦分析,導入快速解析動態軌跡誤差模組技術,建構精度誤差量測手段,快速反映動態軌跡精度及解耦軌跡精度誤差源誤差量,滿足五軸機急迫需要對應的動態軌跡切削精度量測、優化與性能評估測試需求。

五軸動態軌跡精度誤差源分析技術

使用五軸工具機進行加工,影響其加工軌跡精度之因素,在不考慮熱溫升造成形變誤差下,主要因素有:運動鏈誤差(Location Error)、元件誤差(Component Error)、伺服輪廓誤差(Servo Contour Error)和高速切削下機械結構變形產生的動態誤差(Dynamic Error)。其中運動鏈誤差與元件誤差屬於靜態誤差;伺服輪廓誤差屬於伺服馬達控制機構動作的伺服落後造成在切削軌跡上的輪廓誤差;而動態誤差屬於機台硬體結構在高速切削運動下,因速度急遽變化之加減速效應對機械結構產生變形的動態變形誤差。

五軸工具機在加工時,機台理論刀尖點位置與真實刀尖點位置之誤差,將導致加工尺寸的不正確與加工精度的不足,必須針對五軸工具機加工軌跡誤差之誤差源進行分析與解耦,才能對症下藥,使機台精度有效提升。

DOI:10.30256/JIM.202603_(516).0012

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