2024 JIMTOF重點技術分析

前言

本屆2024 JIMTOF展覽主軸為透過一系列的技術整合與互補，數位轉型(Digital Transformation, DX)與綠色轉型(Green Transformation, GX)的整合，完全的呈現對使用者有利之加工製造的轉型(Manufacturing Transformation, MX)。主要的技術環節的整合為透過細細的拆解每一個加工製程的環節，針對無效空切的工程區段、有能源浪費疑慮的關鍵模組及浪費人力的部份，透過具像化的應用案例體現整合與創造價值並給予解決方案。觀後心得共分4大部份如圖1，分別為自動化輔助配套、高效加工性能、節能配套、Smart Twin及AI (Artificial Intelligence)配套。

自動化輔助配套

隨著許多技術工人即將退休，而進入勞動市場的人越來越少，自動化的發展將得到大力推動。今年反覆出現的主題是自動化，其中協作機器人（Cobot）發揮突出作用。從加工設置到物料搬運，協作機器人的多功能性和易於編輯動作，凸顯了它們簡化操作和提高生產率的潛力。本次展場中大部份皆有提各種自動化解決方案，例如托盤庫系統或是協作機器人(Cobot)等。其主要重點如下：

• 混線生產為將是未來製造業的一大課題。工件製程更換則需進行主軸夾爪的變更，一旦產品是可變批量或是混貨生產，這一類的變更就會花去大量時間和精力，本次展出包含有DMG、MURATEC、TAKAMAZ，直接透過機械手臂、自動倉及快拆式夾爪卡盤之整合解決可變批量的自動化生產難題。此外於工件的夾取，MAZAK的協作系統提供「Hand Changer」的新功能，透過改變車床夾爪的組合，可應對不同的工件外形，且可自動切換單手和雙手，可以進行高效的多品種、小批量生產。
• 殘料取出。一般透過機械手臂搭配組成之自動化系統，手臂之大部份功用都是用來進行上下料及組裝匯整使用。但本次DMG的ROBO2GO，透過視覺輔助提供殘料取出新機能(加工後仍有未斷除之殘料黏存於工件上，透過手臂折斷摘取移除)，可謂自動化串接的新思維。
• 工件夾持上，DMG搭配其模組廠ROEMHELD HALDER提供長工件夾持的輔助配套，稱之為虎鉗浮動功能。原虎箝除了固定夾持之外，配有浮動機構，透過與並聯使用多個單元及浮動機構的校準，可以有效地夾緊工件及校正工件。例如長型工件夾持，由於虎鉗的定位誤差，致使夾持後會有扭曲的狀況產生，此時即可透過浮動機構之機制，進行校正。該配套中表示 ±2 mm的範圍內進行校正，不使工件因夾持誤差產生扭曲。
• 針對Work Cell於移動式協作機器人之配套上，進一步優化了使用的便利性，尤其在系統的設置與工具機的交握上。例如OKUMA之「OMR系列」的移動式協作系統可進行預先設定，可配對10台CNC機台之運用，且對於工件類可登入30種，此一舉將協作系統之便利性配套運用再往前推進一步，並且標榜與CNC串接僅須15 min即可完成。MAZAK提出「Ez LOADER系列」，該系列配有專用人機軟體，大幅度的簡化示教作業。此外該協作系統提供”Ez LOADER Application”，並可整合於MAZAK的控制器平台中，可在同一控制平台中進行CNC與協作系統的操作與監控並減少應用設定時間。DMG於協作機械人的運用配套上，更著重於各系統的介面連結之效率及支持性，透過配屬的視覺系統(協助手臂定位精度校正可達0.5 mm)，對於工件料盤及工具機的相對座標的對位，可快速運用座標資訊交握，達成快速自動化整合運用。
• AMR (Autonomous Mobile Robot)與AI運算的整合：AMR 使用先進的地圖技術來找到從 A 點到 B 點的最有效路線。對於AMR系統運動路徑的控制，配有偵測系統可於狹小的運送路徑中，自動切換由萬向輪進行轉彎(旋轉半徑大)或是直線式的橫縱運行搭配進行轉彎(旋轉半徑小)。
• 次周邊系統的輔助提升，則以新日本工機株式会社為最具代表性，其於自動刀倉端導入視覺檢查模組檢知刀具外型與種類。當刀具置入刀庫時，視覺模組自動測量與檢知刀具。如果檢知結果與切削加工程式資料不一致(例如該工段為球刀的曲面銑削，但刀具裝配確為端銑刀)，此功能會發出警報，用以防止工具錯誤或其他人為造成的錯誤。
• 對應電動車產業的需求，車齒加工機為本次展出的重點機型。筆者認為該類機型可視之為專用機，故本次展出的廠商，對使其設備於操作上具有便利性，故在人機端大都採用15吋面板以上及配有導引式人機設定，提高使用性。操作面版上，提供切換機制，讓現階段(目前運行階段)無需使用之按鍵燈號熄滅，強化操作的直接性。
• 齒輪軸加工之方案配套，除滾齒配套機能外，對應於電動車傳動系統中之靜肅要求，齒輪的精度要求亦會同步要求進行齒面的研磨，以符合傳動接合的降噪。所以在滾齒後的磨削要求與工程串接，最重要的是齒面研磨前的齒相位量測與補償。該部份在本次的展出特別可以觀察出來，例如DMG提出快速光學式相位檢知配套(相對於Probe檢知，速度高3倍)；Gleason對應於齒加工除專用機之外，亦有前端CAM(Computer-aided Manufacturing)設計與後端量測配成一環。
• 線上量測不論是用於工件或是刀具，乃至精度管理，本次展出提出了一個全面性的配套。於工件及刀具量測上，不論是超音波，雷射，觸控式測量及CCD (Charge-coupled Device)視覺都有完整的配套，量測資訊都可與控制平台整合，進行加工校正或是刀具預警與補償。以Shibaura Machine為例，透過機上型影像式刀具分析，20秒測定91點，接續配合控制機能進行刀具尺寸誤差補正提高加工精度。最後透過機上型的工件量測進行工件之曲面與尺寸分析。透過一系列整合的配套完成線上量測補償之應用展示。此外，接觸式探頭進行機上量測已為工具機配套的主要趨勢。但接觸式探頭裝設完成後，仍須校正其所耗時間仍為使用者所困擾。OKUMA提出機內量具自動校正(由原20 min變2 min)。自動設定探頭，無需人工干預。