账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
四/五轴将成工具机升级关键
推动智慧机械产业成败

【作者: 陳念舜】2017年08月24日 星期四

浏览人次:【11063】
  


随着全球经济景气反弹回温,机械业突破兆元产值又在今(2017)年台北国际工具机展(TIMTOS)成为话题,而顺应航太、基础建设产业成长可期,台湾机械公会也以航太国机国造、智慧机械、美国制造等五箭,来指引未来工具机厂商可先达到千亿元产值助攻的方向。尤其因为国内外工具机发展正趋向多轴化及高效率化为主流,须有高品质零组件,才能使工具机更加多功能化与高效率化,进而提升工具机产业价值与竞争优势。


而高阶五轴及复合加工机由於对零组件设计、加工及组装技术要求门槛较高,向来被视为台湾工具机产业提高开发能力,升级加值的指标,预料将再成为焦点,带动周边产业链需求。台湾厂商如何透过自主开发或外购组装的营运模式获利,同时维持出厂前後的精度与品质可靠,将是未来能否在国际竞争胜出的关键!


对於有意投入开发的整机制造厂商而言,除了少数有能力的一线大厂,才会考虑由内部自主开发四/五轴,以掌握更广通路,却未必都能自制关键零组件,而台湾比起欧日系大厂,还有待努力提升的空间。多数习惯中部精密机械产业群聚的业者,还是倾向专业四五轴厂商外购的营运模式,再依所要求的速度及扭力、精度,决定四五轴之零组件,配合结构的质量、惯性、元件尺寸大小与匹配的控制器叁数,既少了承受过大开发风险与成本,也免得客户为此修改结构,将更不划算。


高阶五轴复合机种 考验四/五轴组装技术

依现今四五轴的结构,约可概分为:单/双臂两轴工作台、两轴/万向/90度摆动头,而其主要用於将动力元件(驱动马达)出力传递到转动件(转盘或主轴)的传动元件,则可依其对加工产品表面品质的好坏、重或轻切削条件需求而设计。


其中,蜗杆/蜗轮系利用两元件面磨擦与滚动传递不同能量,并以组装来填补、调整背隙,移除率较大;另有低磨耗蜗杆蜗轮,可经过特殊处理及应用材料来达到耐磨目的,维持稳定??转精度和寿命。滚子凸轮(Roller Gear Cam)则透过滚动原理,虽是日本独有技术,也已逐渐被台厂取得,主要用於五轴、车铣/铣车复合加工机的四五轴。


目前台湾四五轴厂商仍采蜗杆/蜗轮传动机构居多,除了要求加工、组装转轴也须维持同心外;考量长期使用的磨耗问题,业者还须透过双/变导程机构设计蜗杆,再以螺牙、弹簧、垫片等机构,调整间隙误差。至於轴承型式的差异,则可依要求承受力大小、轴/径向、精度等级,以及组装容易与否而设计,通常斜角滚珠的??转精度高,滚柱滚珠(Tapered Roller)精度低但可受径向力高,经验不足者将难以预压。


内藏式DD直驱马达响应速度较快,若在两轴头(叉式结构)搭配DD马达设计,将更有效缩减空间、避免干涉,进而提高扭矩。惟须留意加工时的同心问题,若两侧DD马达能准确同心,扭矩相加的速度、出力都会较大;自制DD马达还可配合较大扭矩、空间,容纳更大刹车机构之外径与出力;同时采用较短的内藏式主轴,搭载DD马达必备的编码器(encoder),量测结果将影响後续补偿精度。


旋转工作台机构也可任选DD马达或蜗杆/蜗轮设计,但为了确保组装完成後的偏摆公差小、可调整,须先靠加工或铲花达成「圆要同心、面要平」的难度高。目前虽可搭配编码器反??资讯补偿,仍须视其安装位置有别,不仅希??越接近轴承、转台等旋转中心越好,还要可防水、防尘且容易组装,才能更顺利校正偏摆。


看好智慧机械需求 零组件厂强化自制力

过去因为四五轴整合难度高,关键零组件蜗杆/蜗轮、直驱马达、高阶控制器等无法操之在我,导致价格始终居高不下。如传统蜗杆/蜗轮约使用1年後,机械结构就会产生背隙,造成误差等问题,已有四/五轴供应商在设计减速结构时,改用欧系DD马达替代。如今受惠於这两年来台湾四/五轴、旋转台厂商,与关键零组件蜗杆/蜗轮、直驱马达等厂商持续发展,大幅降低成本,可选择的型式也越来越多样。也让过去屡屡大叹「用不起」或「不敢用」的终端使用者航太、模具等加工业者接受度大为提高。


自上届台湾国际工具机展(TMTS)上银科技发表四/五轴专用DD马达,率先推动五轴机国产化以来,到了去(2016)年TMTS已可见到开花成果。为摆脱以往对进囗的倚赖,上银集团旗下陆联精密还再接再厉,首度将国产直驱马达四/五轴(A/C、C轴)安装在量产型五轴机上,揭示台湾工具机产业整合群聚的集体力量展现,在技术上成长已进入全新世代。现除了工研院智慧机械科技中心正式展出高精度两轴旋转主轴头,甚至能见到旭阳、普森等零组件厂商自制或搭配台厂,纷纷发表相关系列产品。


其中,有别过去搭载在五轴加工机上的两轴旋转主轴头,进囗价高达500~600万元,且有交期长、维修与售服无法即时处理等问题,不利我工具机厂商对外报价接单,现在透过工研院自行研发该产品,利用国产化热处理、精车/铣加工、高精研磨与组装调校等手段,已将生产成本大幅降低一半,促成工具机大厂协鸿公司下单采购,将搭载在大型龙门加工机使用,行销到国际市场。


旭阳国际精机迎合国内外工具机厂商与机械加工客户,在金属加工寻求升级的需求,所展出的直驱式数控分度盘,系该公司专为第四轴加工需求所研发上市。在自行研发出首款直驱马达後,经实地测试在相同规格条件下,发现其扭矩数值比欧洲大厂同级产品还高,可与同业在市场区隔。分别搭载於钻孔攻牙中心机(Tapping enter)及立式加工中心机;或作为第四轴,组装到五轴加工机O170mm~1m不等的交换工作台盘面上。因为搭载该项新产品的成本增加不多,却可利用其零背隙及磨耗特性,大幅提升加工效率、精度与可靠度、延长使用寿命,成为台湾精密机械产业降低生产成本,促进升级加值的最隹武器。


普森精密主轴也在现场发表其投入大量资源,开发出全新CNC直驱马达立/卧两用旋转分度盘,即采用大银微系统直驱马达,并率先推出O170/250/350mm共3种规格新品,分度单位可达0.001。、定位精度10arc-sec、重复精度4arc-sec,将成为客户在发展工业4.0与智能化生产的最隹夥伴。


执行一度一分割 确保几何与定位精度

值得一提的是,现今大部份台湾厂商对於五轴、复合工具机的观念仍只停留在工作台上多了一具旋转/摇摆头,虽然可在出厂前经过??补,符合几何、定位精度检测,却在真正五轴加工时失误。「甚至在去除??补叁数後,反而更准。」可见在实际加工前,量测四/五轴精度的重要性,并将旋转轴量测角度单位定义为arc-sec。一般业界会认为国际规范ISO230-2的定位精度值比德国VDI3441小而准,也逐渐形成主流;也不能忽略几何精度的重要性,ISO230-1则对五轴误差定义为43项(三轴21项+四五轴22项),包括:三轴几何异常、三轴与四五轴相对位置异常、四五轴模组异常等。此涉及四五轴模组本身几何,与制造、组装厂商的品质管控机制,不能只靠四五轴厂商出具精度报告即可,而应确认旋转轴与三轴轴向的正确性。


否则,若将四五轴模组建立於错误基准,即可能导致三轴几何异常;三轴与四五轴相对异常,也会造成补偿过度或不足的弦波误差,应管控旋转轴品质;四五轴模组几何精度异常,或肇因於旋转模组本身转动偏摆误差,须透过品质管控机制排除。


此外,虽然目前台湾已有许多整机组装厂强调在安装四/五轴前,会先在厂内校正。大多数却只用光学尺量测A轴轴心定位精度,忽略了整机出厂後,遇到结构变形或刚性不足时,轴心准也不一定有用,容易在出货到客户端时发生问题。因此,整机组装厂应在补偿後,确认A轴0?原点有没有跑掉、90?有无偏摆?在对摇摆头补偿前,则要确认是否与工作台对准0??


若须外购四五轴组装前,对於旋转轴角度量测应有别於线性轴,应先关闭光学尺/角度编码器,取得机构原始量测值,提高重覆性;再以「一度一分割」方式,才能发现四五轴厂商以往被编码器隐藏在机构硬体内的缺陷,免得如以往出货到终端客户处才收到抱怨,对机台开发也有帮助。即便每部机器未必都能安装编码器,自主要求达到国外五轴同动机的精度等性能,也能考虑与精密机械研发中心(PMC)等法人单位合作。


相关文章
迈萃斯之质量竞争力 宋贤德:将藉产品模组化来提升产量与品质
智慧化需求 传动元件逐步整合感测技术
布局产业机器人 台湾机会与挑战何在?
擘划未来工厂蓝图 iMTduo 2018聚焦智慧机械
智慧CNC加工控制 台湾业者有ICT利基
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新闻
» 汉翔航太国防展 展示整合供应链能量
» 回顾815两周年 伊顿可一次解决企业用电痛点
» 看台北自动化展如何布局制造业升级之路
» 【EMO 2019预览】igus数位化解决方案 实现从设计到维护智慧化
» 大银预估最快9月上市 看好明年景气回温
  相关产品
» Fluke首款可携式囗袋热像仪上市
» Fluke首款工业声学成像仪ii900上市
» Fluke四款640 x 480解析度热像仪齐登场
» 明纬扩充EPP-500系列
» KNX用於现代建筑 可降低事後维护与火灾风险

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2019 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw