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推進多軸複合應用 EMO刀具亮出新「把」戲
 

【作者: 陳念舜】   2016年01月14日 星期四

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回顧世界各國自去(2015)年起已陸續推出與工業4.0相關政策,直到10月歐洲工具機展(EMO)期間,更可見到工具機大廠具體落實的成果。以「That’s build the future」未來製造為主題,預測工具機產業將面臨的兩大挑戰,包括:加(Additive manufacture ,AM)/減法複合製造,以及鈦合金、複合材料等創新材料加工領域。同時訴求高效率生產,導入感測器、軟體應用,促成多款智慧化控制器、螺桿等核心零組件傾巢而出;就連以往長期被忽略的刀塔、刀(把)具等零配件,也因為同時與工件、主軸接觸,而成為在CPS架構裡大數據分析的關鍵。


  若從應用的角度來觀察工具機開發趨勢,其已非常符合「目標導向」設計需求,包括針對加工材料,需考量機械剛性設計;或針對加工路徑,考量驅動能力。精密機械研發中心(PMC)工程師吳仲偉表示,現今開發工具機花費的成本(cost)已不再僅直接對應於性能(performance),而是要求更高階層的效率(efficiency);進而以加工為最主要考量,驅使最新的刀具應用、工法,達到最有效、低成本的生產加工應用。


  尤其是在創新材料加工趨勢出現後,刀具的使用參數、加工產生的切削力,已直接左右了機台規格。例如在航太業大量使用的鈦合金加工,便以擺線銑削(Trochoidal milling)大量移除材料的效果最佳;並搭配線性馬達和相對輕量化的傳動元件設計,得到較佳動態特性。



圖1 : 可針對量產型目標工件及材料加工特性開發機台。
圖1 : 可針對量產型目標工件及材料加工特性開發機台。

  吳仲偉指出,雖然目前多軸、複合化工具機在歐洲已相當成熟,不算是全新的亮點技術。所具備多面、同動加工能力,可針對量產型目標工件及材料加工特性開發機台;還能讓加工使用者更清楚對應須選購的機器款式?提供彈性製造更寬廣的應用空間,對應不同工序。其中,工具機製造廠除了透過感測器輔助,做為監控用途外,還能分析加工時的訊號並發展演算法,用於改善加工切削參數,在每批量加工結束後提供改善數據,呼應工業4.0發展方向。


  刀具商KOMET也在展場內以工業4.0展示牆說明該公司產品加入了各式App應用,包括:斷刀檢測、刀具磨耗檢測等,再搭配加速規、扭力、電流等感測器,可用來偵測切削振動值,做為後續最佳化切削參數的參考。


車銑複合加工應用 擴大高規刀具需求

  此外,為因應現今客戶要求傳統以銑削為主的五軸工具機,再將車、磨削功能進一步整合,讓車銑複合系統的刀把除了銑削,還必須肩負車削功能。在今年EMO展出的刀把系統已有很大比例配備HSK-T規格使用,”T”字代表車削Turning,在鍵槽的精度公差比HSK-A更嚴苛,使得車刀刀尖能確保與主軸同心,提升複合加工精度;另有CAPTO、KM等車銑複合刀把規格展示,若是採用BT刀把系統,還應加裝如Brother的plunger lock鎖固機構,以確保刀具指向正確及強化剛性。


  精機中心經理沈建華進一步指出,據他觀察去年EMO展出的工具機產品以多軸複合機種居多,除了提升效率、精度外,最常被忽略的是能省下空間及刀具成本。惟若銑車複合加工機未裝刀把,恐讓切削液或切屑進入主軸,縮短使用壽命;加了刀把則要防干涉,限制了車刀至主軸中心的車削行程範圍。


  為了因應一般主軸及刀把系統上實施重車削時,將難以承受產生的徑向力,Breton的ULTRIX 1000 RT五軸車銑複合加工機系列便在主軸頭上附掛車削刀把介面,除了可允許較廣泛的車削條件,也增加了加工空間的可能性。沈建華說:「因為在機台側掛了車削頭,使得旋轉軸不在整個搖擺軸的中心,能具備更大的外圓車削範圍。」


  若搭配的兩軸頭模組屬於head to head型式,刀把搭配圓鼻/面銑刀的差異性不大,比起table to table、table to head型式更容易控制主軸頭精度。然而大部份兩軸頭都採雙耳式分45°配置,較占用空間,使深槽加工易受限。去年還首度看到採30°配置設計,體積相對較小,可用來深槽加工,擴大加工範圍。


  值得一提的是,還有工具機製造廠選擇在臥式車床的動力刀塔+刀座上,配置+/-110°搖擺刀把,將比起整顆搖擺頭的成本更低。沈建華建議:「目前動力刀塔規格可分為VDI、BMT兩類,若將刀塔+刀座配置將更容易在高速下控制精度。但台灣刀塔廠較少投入開發刀座,導致難以控制定位、重覆精度,此是未來業者可投入提升的方向。



圖2 : 台灣刀塔廠應投入開發刀座,以加強控制定位、重覆精度,促進工具機產業升級。 (圖片來源:i.ytimg.com/)
圖2 : 台灣刀塔廠應投入開發刀座,以加強控制定位、重覆精度,促進工具機產業升級。 (圖片來源:i.ytimg.com/)
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