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作者:陳政雄、邱顯俊、李明蒼、游本豐工具機機電一體化設計與驗證技術

本案以一部國產三軸立式綜合加工機為例，進行機台結構多重物理分析優化設計分析和機電一體化系統設計分析，內容包括：

1. 工具機機電一體化設計模擬技術
建立此立式綜合加工機的機電一體化模擬平台（mechatronic simulation system），此模擬平台整合CNC、伺服控制、機器動力模型與CAM等模組。在此模擬平台上進行此綜合加工機的機械、電氣和軟體的動態特性之匹配優化。也開發出一個CNC加值軟體，此軟體可以讓客戶依照速度、精度、表面粗糙度等三項加工指標需求，來動態調整CNC控制器參數。

2. 工具機多重物理耦合分析優化
在結構力學、振動學與熱流理論等學理基礎下，使用有限元素方法與最佳化方法建立工具機結構的多重物理耦合分析優化技術，以提升工具機的靜動態剛性、動態反應與熱誤差抑制等，並由實驗證實模擬分析所得之溫度場以及熱變形的吻合性。

作者:蔡孟勳、周家駿、吳明政、黃仁樹、莊易霖、陳文瑞感應馬達最大化加速度、最佳化效率與全數位控制之研究

工具機主軸馬達大多以感應馬達為主，其控制方法有純量控制與向量控制，純量控制方法就是俗稱的V/F控制，V/F控制大多操控在開迴路系統，特色是方法簡單，但是會有多餘的能量損耗、無法控制電磁轉矩與磁通大小等問題；向量控制則是相反，此方法可以將馬達三相座標系統，藉由空間座標轉換，將複雜的三相座標系統，轉換至d、q軸旋轉座標系統，進而可以將複雜且耦合的電磁轉矩與磁通解耦合，達到獨立控制的目的。然而就算使用向量控制來控制感應馬達，不同的d、q軸電流命令，仍然會有不同的影響產生，q軸電流命令可以由速度迴路計算得知，d軸命令則是使用者自訂，因此本文提出如何選定適當的d軸電流命令，使感應馬達可以得到最佳化效率及最大加速度。在全數位控制中，EtherCAT為目前所較流行的數位通訊，本研究亦說明如何將EtherCAT如何整合入整體控制。

作者:林錦德、王仁傑、黃少谷智慧化加工製程優化技術與可靠度

本文將介紹智慧化加工製程優化技術的現況與展望，以及顫振迴避基礎技術的執行情況，包含CNC通訊、訊號收集與處理、軟體可靠度與測試與決策模組的設計，並展示配合廠商的測試成果。

作者:何筱晨、廖建智、王嘉霈工具機結合面剛度對切削性能可靠度之影響

虛擬工具機技術的目標為結合切削過程的導向式設計，在工具機設計初期先分析目標製程定義一合理的切削性能接著導入虛擬工具機技術，以目標切削能力判定結構是否為最佳化設計，若要於設計階段就能預測機台之切削能力，必須具備高準確性的分析技術。工具機整機有限元素動態特性分析之準確性，不僅受每個鑄件的材料特性與機台地腳特性之影響，更受到鑄件與鑄件間及機台進給系統組裝結合介面之接觸行為的影響，故在模擬時必須準確地掌握組裝結合介面剛性之特性，但在傳統的設計過程中，大多將剛性或強度視為常數，然而，零件或結構本身的固有強度是受許多隨機性因素影響，本文在進行工具機整機有限元素動態特性分析時將考慮組裝結合介面剛度及其隨機性，模擬考慮接觸效應下切削能力的表現以及因組裝結合介面剛度隨機性之變化對整機切削性能失效機率的預估。

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: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:張雅玲、張正敏、臧錫智、邱國麟、吳昱勳應用蟻群演算法的永磁馬達自動化設計

永磁馬達因其具有高效率、高功率密度和控制性佳等特性而被廣泛地應用在工業領域，為追求更好的馬達品質，永磁馬達的設計常有提高轉矩、降低轉矩漣波，提高效率等需求。馬達設計常需耗時調整槽型尺寸，而馬達設計自動化便可節省手動操作調整的時間。此外，本文採用蟻群演算法來對進行最佳化設計，透過程式自動化調整尺寸，並且連結有限元素軟體來進行模擬分析，如此可縮短馬達設計者需自行調整尺寸所花的時間，降低開發成本。

作者:梁志瑄、黃宣諭、蔡明城鋁合金溫間伺服成型運動曲線品質預測與優化

近年來，汽車輕量化技術已成為現代汽車製造的核心研究領域；高強度鋁合金因其低密度、高強度及良好韌性，被廣泛應用於汽車與航太產業。然而，高強度鋁合金在常溫下的成型性較差，易產生回彈或扭曲變形，因此本文針對其溫間伺服成型製程進行沖壓成型優化，以提升成型性能與穩定性。本文採用基礎圓杯引伸成型作為載具，並透過Holding伺服運動曲線參數進行成型，進一步運用ANFIS-MOPSO方法進行品質預測與參數優化。首先，透過測試數據建立最大變薄率與最大沖頭負荷兩項品質特性的ANFIS預測模型，再利用MOPSO方法進行最佳化，並透過實驗驗證其優化結果。為評估優化效果，本文將優化後的Holding伺服曲線與傳統Crank伺服曲線進行比較，結果顯示，最大變薄率降低4.3%，最大沖頭負荷減少6.5%。此研究結果證明，透過ANFIS-MOPSO方法進行多目標優化，可有效平衡最大變薄率與最大沖頭負荷兩項品質特性，使其同時獲得改善，進而提升高強度鋁合金的溫間成型性能，為未來高強度鋁合金在汽車沖壓成型領域的應用提供了重要參考。

作者:彭達仁、汪正祺、杜維奈、杜冠威加工能耗監控與參數優化的研究應用

本文的目的是通過最佳化金屬切削製程參數來提升加工效能。本文著重於實現良好的表面粗糙度，同時顯著減少加工時間，從而有可能減少能源消耗和二氧化碳排放。透過田口方法來分析加工時間與能源消耗之間的相互影響，本文進一步利用NX CAM軟體，將虛擬模擬與CNC教學機整合進即時加工過程中。本文同時強調在追求加工效能與考量切削負載的雙重考量下，對參數的貢獻度及最佳組合進行評估和分析，以有效達到合理可實現的實際加工狀態。

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