油空压设备大多都是应用在属于模切冲压加工上，由于加工成型大多是需要藉由成型模具的配合，但是因为期望透过感测器，获得模具内的材料变化是相当困难的一件事，再加上开发这一方面的感测器难度也相当高，因此使得油空压设备要导入IoT、智慧化或工业4.0的环境，和其他工具机或加工生产设备都要来得慢。

另一方面，为冲压加工是透过模具，而完成成形的特性，即便是在前一波的自动化趋势中，进步速度都显得比较缓慢，使得油空压应用的模切冲压加工设备，在自我效能提升上相当不容易。

反观，工具机或是钣金等设备，因为加工品生产的过程中，是在材料外部进行加工，相对应的导入IoT或智慧化机制时，基本上相当容易对设备本身、加工零组件、加工品料件等部分，透过感测器的作动来进行收集资料、分析和预测，因此重点就会落在感测器的开发，而与加工设备没有太直接性的关系。所以无论在智慧化、网路化等方面，进展的速度相当的快速。

油空压加工设备不断面对生产环境改变，而需要提升技术

油空压技术是机械设备中发展速度最快的技术之一，透过油压缸和气压机制的驱动，来对加工品进行冲压或模切时，能够实现加工轴快速下降、冲、切、快速上升停止的重复性工作动作。

另外，包括铸造、锻压、焊接、热处理等设备的生产作业环境极为恶劣，温度高、粉尘多、湿度大、有腐蚀性气体、振动杂讯大。因此要求机器要有良好的适应性、可靠性和维护性。因此在锻造机、液压机、折弯机、剪切机等压力加工设备中，主要利用油空压传动传递力较大、便于压力调节控制和过载保护的特点，进行下料、成形加工等作业。

同时在造型机及浇铸机、焊接机、淬火机等铸造、焊接及热处理机器设备中，还是也可以透过油空压技术便于无级调速和远距离遥控作业等，进行造型及铸型输送与浇铸、高温零件抓取等作业，以减轻劳动者劳动强度、避免和减少热辐射和 有害气体对人身的侵袭并提高生产率。

虽然近年来，油空压模切冲压设备在提高行程次数的快速性技术、提高工作精度的主动抗偏技术、改善工作特性和降低工作杂讯的冲裁减震技术、降低安装功率 的节能混合传动技术，以及多压力点同步技术和滑块位置与传送的数控调节技术等方面进步很快，使得过去油空压机与机械压力机对比中的缺点已经接近消失。

但是另一方面，传统的油空压模切冲压设备，在技术性能、加工品质保证和可靠性以及运转经济性方面，已经越来越不适应现代大规模、高精度、自动化、智慧化的生产的需求。

图1 : 在极为恶劣的生产作业环境中，油空压设备有相当良好的适应性（source：Chicago White Metal Casting）

就像以油压传动来说，优点动力能在液压传动装置中平稳的传动，由于液压油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。此外油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，因此不像机械机构因加工和装配误差会引起振动撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向。因此广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了油压的传动。

不过，油空压传动也有缺点存在，油液压元件制造精度要求较高，因此系统元件的技术更为严格以及装配也比较困难，使得维护成本就相对地提高了。由于油压传动是以液压油液为工作介质，所以一定会出现不可避免的要泄漏问题，同时油液也不是绝对不可压缩的，因此不宜应用在传动比较要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。

另一方面，液压油液会受到温度的影响，因为液压油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。同时也不适宜进行远距离输送动力，这是由于采用油管传输压力油，会造成压力损失较大等的问题。此外，油中混入空气易影响工作性能，当油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和杂讯，使系统的工作性能受到影响，发生故障时不易检查和排除。

图2 : 液压油的旒度随温度的改变而改变，故不宜在高温或低温的环境下工作。（source：Northeast Hydraulics）

加工需求的变革推动传动技术的转换

以模切冲压的需求与技术层次来看，无异是很大一部分受到了汽车生产数量的影响，而汽车业者的需求与研发也反向扮演着模切冲压设备技术的提升动力。

根据一份日本经济产业省的预估报告，预计到2035年为止，全球汽车的销售数量与金额变化，日本经济产业省认为在2015年全球汽车的销售数量为8000万辆，而到了2025年将会有机会突破1亿辆。而日本经济产业省对于新世代汽车的各技术类型，包括传统的汽、柴油车到混合动力车（HV）、电动车（EV）、燃料电池车（FCV）等新车销售预估与政府目标，基于环境等问题和趋势的考虑，日本政府期望在2030年时，包括混合动力车（HV）、电动车（EV）、燃料电池车（FCV）等地新世代动力车的销售比例能够超越传统的汽、柴油车。而更强势性的英国也跟随着法国脚步，宣布在从2040年开始，将完全禁止销售使用汽、柴油的新车。

图3 : 汽车业者的需求与研发也推动模切冲压设备技术的提升（source：Automotive Training Centre）

这样的趋势变化，也将深深地影响了全球的模切冲压产业与相关设备，包括模切冲压业者、设备商、零件业、模具业等都将面临巨大的改变。就引擎方面来说，过去并不需要太过于考虑车辆的生产数量，但是对于新世代的汽车来说，这就变成非常重要的一件事情，因为对于市场来看，接下来驱动技术在过渡动力车之前的这10~15年之间的汽、柴油新车就必须面临非常多的生产挑战，包括更进一步的提升品质、各个零件的轻量化、透过各种工法和制程来大幅度地降低各项零件成本等重要的课题。

传统式油空压冲压模切设备面对难以进行加工的材料时，必需要进行各种调整和修正，甚至也有无法克服的情况，然而伺服冲压模切设备，因为可以透过数值设定的方式，来对各种不同的材料进行加工，并且具有维持高准位生产品质和生产效率的优点。

就如前述，轻量化已经是汽车制造产业无法避免的问题，因此，需要使用质轻但又具有高张力结构的材料来生产各种车用零件。例如包括已经最基本的高张力钢材，以及铝、钛、镁等的合金，甚至更进一步的碳纤维强化塑钢材料的加工，在面对这样各种的加工材料下，已经无法再采用传统式的冲压模切设备，而必须改用具有更高控制能力的伺服冲压模切设备。

因此面对这些各型各状的要求下，并非很单纯的将过去模切冲压技术予以修改来应对就可以达到要求，而是必须透过伺服模切冲压的能力，并且在设备中导入各种不同能力值的设计与技术，进而获得一个革命创新性的加工技术。然后才能够满足来自于不只汽车产业，还包括各领域产业的产品效能提升要求。

1990年代开始，日本就积极发展伺服传动技术

最近，透过伺服马达来驱动加压机构的伺服冲压模切设备不断的被开发出来。在过去，冲压模切设备对于有效及精准的控制加压机构的速度和加压次数，可以说是相当困难的一件事，对于这样的困难点，自从1990年开始，机械式的伺服模切、冲压技术开始发展以来，经过20多年的时间，已经可以透过CNC和伺服马达来对加压机构进行控制，进而完成更复杂的加压要求。

图4 : 伺服冲压模切设备跟机械式油空压传动最大的差别就是利用马达来进行驱动的动作。（source：KEYENCE）

伺服冲压模切设备跟机械式油空压传动最大的差别就是利用马达来进行驱动的动作。这一方面的优点简单来说就是环保和高效率，同时也相当容易导入IoT和智慧化，开发出新一代的冲压模切加工设备。

因此，从1990年代开始，日本就积极的发展伺服冲压模切加工设备的技术，此后一直领先全球其他业者，同时为了保有技术领先的优势，日本在2007年，透过各大相关企业与学术单位结盟，成立了伺服冲床技术委员，除了提升伺服冲压模切技术能力之外，更进一步的开发新材料和高精度加工技术。同时，更能够透过数值设定的方式，来对加工过程中的速度和位置，加压力量等的控制，而传统机械式冲压模切设备受限于设备结构，较难表示出多样化的正弦曲线（sine curve）滑动动作。

10多年前，伺服模切冲压设备刚开始推出的时候，设备的内部并没有离合器（Clutch）和制动器（Brake），所以在维修上比较不困难，另一方面，虽然无谓的电力损失，而导致耗能较高，但是由于当时的电费也不贵，因此和传统的气压、油压等模切冲压设备相比，显得非常具有优势性。

此外，和传统的气压、油压等机构设备相比之下，伺服冲压模切系统更可以设定如前述各式各样的滑动动作（Slide motion），这对于加工品进行各种尺寸精度，以及形状精度都会有相当大的帮助性。

而具有油压结构的伺服模切冲压设备，更可以透过多轴的成形能力，来大幅度的减少加工程序。而机械式伺服模切冲压设备，如果能再透过配合内置油压缸（Cylinder）的载台（Die Set）的话，更是可以改善加工的各种工程，这些都是传统模切冲压设备难以透过再改善工法而得以完成的。

下死点精度已经能够做到10微米

最早针对伺服传动技术开发的用意是在，能够透过设定移动（Motion）的能力，来达到提升加工品的精度，以及针对高张力钢材等难以加工的材料，能够扩充成品形状的加工能力，而这些目标都是过去传统结构下冲压或模切设备难以达到的。直到今天，不同能力值得伺服模切、冲压等设备陆续被开发出来，借以进行各种不同精度、加工材要求的加工作业。

例如，使用高复杂度模具来对板材进行冲压加工时，加压的速度是有一定的要求性，如果某部分出现加压力量过大时，就会出现加工物表面焦损的现象。因此，在以前的冲压设备对于冲压速度的控制相当谨慎，深怕一不小心就会对加工物造成损伤，而导致降低生产效率。这样一来，无论是良率或生产效率都能够达到最高的期望值。

对于像这样的问题，可透过设定控制的伺服冲压设备，冲压机构在初始与行进中时，都可以在高速度下进行动作，等到快接近下死点（加压的最下点）时，透过置动器来快速降低下降速度，而不至于对加工品造成影响。目前高阶的伺服模切冲压设备的下死点精度已经能够做到10微米的程度，甚至如果再多加努力的话，下死点的精度达到1微米也不是不可能的事情。

对于让冲压模切加工设备透过伺服马达的技术架构下，达到提升加工速度的目标，日本业者运用伺服冲压模切加工设备具有可控制设定的滑动作动（Slide motion）的特性，将冲压运动变速，发现盒状引伸加工时，不仅能增加引伸高度，也提升了加工速度，也就是产能提高。此外，在加工轴下降速度的控制设定中，透过单次下降运动中，进行多次停顿下，发现了可有效降低加工材料承受应力、材料变形量获得分散后，改善了盒状深引伸的不良率问题。

后来更进一步的，在载台（Die Set）内置油压缸（Cylinder）的设备组合结构下，各种多重作动加工的功能也被开发出来。例如在过去必须透过数道加工程序的转移式压机（Transfer Press）来完成各种新创意下所设计的结构模具，现在利用多轴的油压伺服模切、冲压就可以在单一制程下来完成。而这些等等的加工设备技术进步，也推动着提升各种加工精度与加工能力。

导入IoT和智慧化时不可或缺的感测器

因为透过IoT和智慧化的导入，可以让冲压模切加工设备的生产过程达到可视化，再加上加工数据的收集、以及不可或缺管理软体，可以让伺服冲压模切加工设备获得最佳的机械设计参考、提高加工品的精度、增加生产速度和延长模具的寿命，最终达到能够对难以成型材料进行加工，而产出最佳生产模式。当然，这并不只是对伺服冲压模切加工设备而言，这也是工业4.0、IoT为制造业带来的生产愿景。

以伺服冲压加工为例，期望透过IoT的智慧化获得更大的效益，就必须强化四大方面的讯息，包括材料、制动器、感测器及电脑。冲压加工进行时，在经由制动器推动冲头使材料成形时，材料的变化可以透过感测器获得各项数据，再将数据传送到电脑，计算出下一步的最佳冲压力量后，就将相关数据回传给制动器来进行下一次的冲压加工。所以，感测器的存在就显得非常关键和重要。

因此为了要让伺服冲压模切加工设备透过运用感应技术、IoT使工程智慧化，以及用数位生产技术、大数据提升生产系统等，必须在感测器上开发出更为适用的能力，除了为了放进模具中而必须缩小体积之外，非接触感应技术与可追踪性也是开发重点。

图5 : 为了放进模具中感测器除了必须缩小体积之外，非接触感应技术与可追踪性也是开发重点。 （source：Focus Technology）

例如对材料进行冲压加工时，就有学者就对压边力与冲压速度进行了研究，以及软体模拟的验证。压边力的控制主要是防止板材的法兰面出现皱纹，而控制冲压速度则是要避免板材的破裂。

发现到在进行冲压模拟时，可以透过伺服冲压设备的特性，再搭配对滑动作动进行设定，在多次即时的调整制程冲压力量后，就可以找出顺利通过起皱区域以及破裂区域的冲压曲线，来达到无皱褶、无破裂的冲压加工品。另一方面，也进行模拟压边力的分割，将压边面（Blank holder）切割成100个，对这100个压边块设定成个别不同的压力，这样一来也能做出复杂形状的冲压加工品。

期望完成这些设定与失败预防，都仍旧需要来自感测器的数据搜集与协助，因此，感应器的开发已经是眼下相当重要的工作，因为透过感测器收集这些数据之后，可以更加准确的设定加工条件而提升正整体的生产效能。

不过，即使已经知道研发感测器的重要，但是到目前为止，日本在冲压模切设备用的感应器研发上仍旧非常少，除了感测器本体的研发困难度不低外，还有一部分的原因是，来自于使用冲压模切设备的工厂不愿意提供加工过程的参数或数据，这使得感测器研发业者，在应用条件技术的开发上更无从下手，不过为了达到IoT与智慧化时代，感应器方面的布局仍是必须努力的方向。

**刊头图片来源:Northeast Hydraulics