五軸體積空間精度機上型量測與補償方案

前言

根據工具機暨零組件工業同業公會(Taiwan Machine Tool & Accessory Builders’ Association, TMBA)統計整理，依據海關出口統計資料，2024年1-10月台灣工具機之出口總額為18.09億美元，較去年同期減少17.1%，其中金屬切削工具機出口累計金額為15.21美元，較去年同期減少18%。全球高通膨、高利率、地緣衝突等多重因素，對工具市場造成重大影響，加之國際經貿局勢瞬息萬變，產業與貿易間的連動性日益增強。在此背景下，台灣工具機產業面臨新興市場的激烈競爭，國際及區域競爭者紛紛聚焦於創新產品開發，並強調提供完整的產品解決方案與高附加值服務，以提升終端製造廠商的整體競爭力，同時透過提升產品精度與技術水準，努力鞏固市場優勢。作為全球工具機製造的重鎮，台灣憑藉完善的產業聚落、充沛且高素質的技術人才，以及具規模經濟效益的量產能力，展現強大的競爭實力。特別是在高階工具機系統設計、製程開發及組裝測試技術方面，台灣業者具備成熟能力，為高階五軸工具機技術的發展提供了堅實基礎，彰顯了在國際市場持續成長的潛力與優勢。

目前我國出口五軸加工機銷售量較大的工具機業者，均是以取得國外大宗代工訂單的方式營運，機台運抵國外之後交由當地代理商進一步優化機械精度並完成體積空間精度補償。故國內業者僅掌握整合關鍵模組與機台組裝成本優勢，彌補國外製造與人事費用過高問題。隨著後疫情時代製造業對生產力與市場應變能力的需求不斷提升，縮減操作空間、減少作業轉換時間、降低原物料輸送成本及縮短生產週期已成為業界保持競爭力的核心策略。在此背景下，供應鏈的全球化模式正逐步被區域化的「短鏈供應」取代，強調建立本地化的供應鏈，以效率與穩定性為主要考量，減少對廉價人力及土地成本的依賴。

工具機產業憑藉完整的產品線及技術實力，在中高階五軸工具機的研發與製造上具備相當的優勢。近十年間，業者已成功推出包括C型、小龍門及大型龍門在內的多種高階設備。然而，台灣五軸加工機在國際市場中的競爭力仍受到「Made in Taiwan」的刻板印象影響，這不僅限制了其在高階製造業供應鏈中的參與，也阻礙了技術向上突破的動能。面對全球市場的競爭壓力，工具機業者必須致力於突破現有的技術瓶頸。五軸加工機精度的提升與自主技術的強化，將是進軍高階工具機市場的關鍵。此外，在應對匯率波動及價格競爭的同時，持續提升產品價值與創新能力，將為台灣工具機產業開創更大的國際版圖。

機上型五軸加工機體積空間精度量測技術

本研究聚焦機上型五軸加工機體積空間精度量測技術，開發手提型量測基準點模組，作為快速量測體積空間精度關鍵誤差項目之用。該模組採用輕量化基座，透過非接觸式位移感測器與多組光學量測標準球，呼叫巨集指令來自動量測與分析體積空間精度之誤差項目。該項目包含: 定位精度、直線度、垂直度、旋轉軸定位精度、中心偏移精度及ISO 10791-6 K4圓弧插值精度等。其具備低熱膨脹係數之花崗岩基座並依據德國DIN876及875精度等級標準製作，規劃可於配備兩軸旋轉工作台的五軸加工機台上量測。花崗岩基座結合運用數位千分錶，可於行程範圍480 mm內量測直線軸之真直度，並於行程範圍289 mm內量測相鄰軸之垂直度，如圖1所示。斜邊上等距離設置3組光學量測標準球，搭配非接觸式位移感測器，能夠直線軸之定位精度，如圖2所示，以及旋轉軸之定位精度、中心偏移精度及ISO 10791-6 K4圓弧插值精度等精度項目，如圖3所示。如設備之直線軸行程大於480 mm，則可透過積木式量測的概念，採用分段及疊合方式涵蓋全部行程範圍，以符合ISO230-2規定(若機器軸之行程在2000 mm以下，則每公尺應設置少5個量測目標位置)。