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作者:梁碩芃、許志源、曾郁安、張鈺翎、王國維切削進給率優化技術

隨著航空產業走向節能、省碳的大趨勢，其零組件必須兼具輕量、安全、可靠等嚴苛要求，多數航太零組件廠商會將整塊胚料直接加工，一個工件的切削移除量往往超過九成，且零件形狀極其複雜。

要完成這樣複雜的工件，不僅牽涉到工件切削位置的精準度，刀具的進給速度和負載更是關鍵。在過去，都是仰賴資深工程師、老師傅的經驗，做壞了一件又一件工件，在失敗中找答案，才能完美切削出複雜的曲面結構件。

工研院所開發SpeedPro製程優化軟體，結合切削動力學與最佳化方法，可協助人們更精確地駕馭工具機。SpeedPro會根據不同工件的材質、形狀，計算出加工路徑上每點的刀具與工件受力狀況，規劃出最佳化的製程參數，達到保護高價零組件及發揮製造設備最大產能的目的。

最典型的應用案例，就是航太產業中的金屬渦輪葉片(blade)。只要在工具機導入SpeedPro軟體，便可在葉片首次加工前，完整預測加工路徑之切削力與主軸負載等變化，進而在加工路徑規劃時，藉由調整參數控制切削力道，確保加工過程的效率及穩定性，讓渦輪葉片等複雜工件在首次加工就能完美呈現，進而改善現有製造產業之生產效率。

作者:戴仲裕、黃啟榮、林啟正、彭達仁航太薄件加工虛擬製程預測技術

加工製程虛擬數位化對於製造效率提高而言是個關鍵，主要原因在於製程模擬可減少工件打樣的時間，並且更可降低製造過程開發的成本。為了在加工過程中實現高精度和保持穩定性，工件在每一製程狀態的結構動態特性勢必事先預測出來，且對於加工薄型工件的航太相關製造中是特別有用但比較困難的，例如渦輪葉片，主要原因在於薄壁工件加工過程結構輕薄，容易誘發顫振，且薄壁工件動態特性容易受到虎鉗夾持條件而有所影響，對於動態特性模擬而言，無法使用一般量測方法直接得到夾持條件，最終造成模擬不準確。本技術建構一套薄壁工件加工過程的動態特性與切削穩態預測方法，由模型更新法（model updating method）的虎鉗夾持條件辨識方法，將工件夾持於虎鉗上的系統動態特性進行模擬，將一般手動模擬法造成的模擬誤差14%降透過本技術的科學化調整至剩下1.5%。透過較符合實際的模擬模型可提升切削穩態預測的準確性，進而避免薄壁工件切削過程誘發顫振可能性，更可透過切削穩態預測得到最佳的加工效率。

作者:高永洲聯網切削模擬技術與應用

電腦數值控制（CNC）工具機使用的數值控制（numerical control, NC）程式通常是藉由使用CAD/CAM軟體或由技術熟練人員產生，而該NC程式之正確性驗證則是安全切削的重要一環。就目前之技術現況而言，大多數CAD/CAM軟體均能具備驗證其刀具路徑以及衍生之NC程式之切削正確性，然而，當NC程式上傳到CNC工具機之控制器之後，若因故更改了NC程式，使用CAD/CAM軟體或商用NC程式驗證軟體（例如Vericut）驗證變動過之NC程式的正確性，其流程將變得不順暢，因此，直接驗證即將被使用於實際加工之CNC控制器裡面的NC程式，變成逐漸被重視的實務需求。

隨著資通訊（information and communication technology, ICT）技術環境以及CNC控制器之聯網功能的普及，直接與CNC控制器透過網路連通不再是遙不可及。例如FANUC控制器可以透過FOCAS 2聯網、海得漢控制器可以透過其RemoTools SDK聯網、三菱控制器可以透過其CNC Communication聯網而研華寶元控制器可以透過其ReconLib聯網，因此，本文聚焦於探討整合聯網技術以及切削模擬技術之可行性，並實作聯網NC程式切削模擬技術，期能進一步瞭解此整合技術應用之實務可行性。

作者:許志源、梁碩芃、曾郁安、張鈺翎CNC工具機製程診斷及優化技術

工研院所開發的SpeedPro製程優化軟體，可依照加工機台的動力特性及使用者需求條件，調整製程程式的參數，達到保護高價零組件及發揮製造設備最大產能的目的。

SpeedPro可結合切削動力學與最佳化方法，計算出加工路徑上每點的刀具/工件受力狀況，規劃出加工路徑上每一點的最佳進給率，穩定刀具及主軸之負載；同時，也提供線上加工程式診斷機制，讓工程師不需返回電腦輔助製造（Computer-aided manufacturing, CAM）軟體，即可於現場機台進行製程診斷及優化作業，改善現有製造產業之生產效率。

作者:陳鳴吉、麥朝創雙系統車銑複合加工控制技術

本研究主要針對雙主軸雙刀塔雙系統車銑複合加工控制技術進行探討，以Fanuc車床控制器為例，介紹多系統車銑複合控制加工相關技術，針對等待M碼、平衡切削、同步控制、重疊控制、混合控制與主軸交換控制等功能進行說明，再介紹工研院多系統車銑複合控制器之架構與相關功能，最後再以實際加工結果，進行討論。

作者:李灃峻、高永洲銑削工具機3D數位操作模擬孿生系統之研究

在銑削加工操作流程中，經常會使用模擬軟體輔助加工，常見的加工模擬軟體功能有：產生數值控制程式碼（NC codes）、進行整機干涉檢查、輔助規劃製程等。然而一般的銑削加工模擬軟體幾乎都是獨立存在，幾乎沒有和實體工具機的CNC連線以及與實體手搖輪整合。本文聚焦在開發一般銑削加工模擬軟體較少見的功能，包括：整合實體手輪進行程式零點量測（透過尋邊和刀長量測）、整合機聯網於程式啟動（Cycle Start）時進行整機碰撞偵測、整合實體手輪建構教導式切削作動之操作模擬（可以沿刀具路徑往前或往後即時移動）、並進一步結合切削力學開發NC程式優化功能。本文將說明這些功能研究的雛型系統，建構一銑削工具機3D數位操作模擬的數位孿生系統並探討其實際之應用。

作者:許哲瑋、何銘浚、麥朝創、葉建南、葉哲愷感測刀把與路徑可視化之智慧加工技術

面對淨零碳排衝擊與工業4.0 (智慧製造)轉型的浪潮，藉由數位化與智慧化工具深化技術能力，以面對未來更嚴峻的挑戰，智慧加工與切削監控技術，為優化製程參數以及確保製造品質的關鍵，除了可判斷最佳的加工參數與提供準確的刀具使用，並可減少製造成本與資源浪費，本文介紹感測刀把切削技術與3D路徑多色階渲染的可視化界面技術，藉由感測刀把內嵌微型力感測器、客製化讀取電路與無線傳輸模組，整合切削理論模型演算分析，將切削資訊融合至加工路徑，藉由監控工具機設備加工製程中的刀刃狀態、刀具壽命，提升加工效率與降低能耗的製造能力，期待能提供國內加工業者進入低碳轉型的不同方法。

作者:何銘浚、林書宇基於EtherCAT通訊切削監控與刀具管理實現

對於金屬切削工具機來說，刀具為必要的耗材，輕微的刀具損耗會影響加工精度，初步可透過二次加工進行修正，但嚴重的刀具損耗，可能會造成工件報銷，當加工的成品越複雜、應用價值更高，此時刀具損耗帶來的損失則將越嚴重，不僅浪費了前期加工的時間、物料成本，甚至造成妥善率提升的困難，無法精進生產流程，以致無法接獲更多的訂單，此時切削監控功能則變得更加重要。本篇研究利用EtherCAT通訊技術，傳遞高速的監控資料，達成低延遲且不須額外感測器的切削監控技術，並結合刀具管理；透過刀具的管控，協助業者監控工件品質。

作者:蔡淳宇、馬勝銘、林豈臣、吳仲凱、彭達仁工具機機邊運算系統與智能加工監控技術

由於目前肺炎疫情影響全球經濟活動，2020年工具機消費額將下降15%以上(Gardner Intelligence)，為2009金融海嘯以來首次低於700億美元水準，在全球需求下滑的同時，工具機與加工市場勢必追求產品面的差異化，對於整個金屬製造加工業而言，隨著新產品的不斷求新求變，加工變得越來越複雜，要求的穩定程度也越來越高，例如加工時常發生切削振動、精度誤差、斷刀及碰撞等問題，輕者表面紋、精度不佳及效率低落等問題，重者設備損耗而迫使產線停機，技術難度越來越高，產品的生命週期卻越來越短，有鑑於此，需透過工具機機邊運算系統(Edge computing system)的開發與運用來滿足客戶需求，透過智慧方案協助業者掌握核心自主能力，透過模組整合應用加速業者於全球工具機市場的佈局，共創國內工具機產業的新藍海。

作者:白御宏、范盛維、吳鴻材、王俊傑切削液與機械潤滑液狀態監測技術

切削加工與機械設備運行時，潤滑油品質會隨著大量鐵屑產生或環境變化而下降，若潤滑不良可能造成加工品質下降或設備損壞等問題，因此近年來潤滑系統狀態監測在智慧製造中扮演重要角色。本文將以切削潤滑與機械潤滑兩大部分探討油品狀態監測技術，分別闡述切削液與設備潤滑液物理性質與品質之關係以及各感測器選擇原由。最後感測器資料皆由線上監測平台顯示，使用者能自定義警戒閾值，長期觀察各物理指標與油品品質之關係，建立補油或換油警告基準。

作者:廖建智、王承緯、林政傑、王仁傑切削加工表面缺陷肇因數位雙生分析技術

利用商用控制器通訊模組擷取切削機台之加工路徑、位置回授、位置誤差、進給速度等等資訊。並輸出加工路徑誤差、NC誤差、伺服誤差以及結構誤差…等四大類量化指標。依據最大占比進行缺陷肇因分析。切削過程中同步創建數位孿生模型，並將缺陷肇因以及量值標示於模型中，工程人員可更直觀的解析缺陷發生位置、成因以及量值，如此便可確認此位置是否重要、如何改善，或是可忽略。

作者:彭俊穎、王郁仁以控制器伺服馬達電流監測切削力變化及刀具磨耗技術研究

隨著工業 4.0 發展，製造業導入人工智慧與大數據技術，以提升生產效率與競爭力。傳統刀具磨耗監測需拆卸刀具，導致機器停機並增加成本。為克服此限制，本研究探討透過控制器伺服馬達電流監測切削力與刀具磨耗。實驗使用亞崴五軸工具機 (FV560)，變換切削參數以收集西門子控制器 (840D) 的主軸馬達電流訊號並建立切削力模型。透過快速傅立葉轉換 (Fast Fourier Transform, FFT) 與希爾伯特-黃轉換 (Hilbert-Huang Transform, HHT) 提取刀具磨耗相關特徵。結果顯示，切削力與主軸電流呈線性關係，且電流訊號會隨刀具磨耗變化而改變，FFT 與 HHT 分析結果高度吻合，驗證了電流監測方法的可行性。

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