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科技專案成果

AI數位師傅 為精密加工機台做預防性維護
發佈日期:2022-05-21
單位:財團法人工業技術研究院
案例年度:2021
簡介:
經濟部技術處以科技專案計畫支持工研院研發出工具機前端智能監控系統,從加工機台的狀態監控到引導調校設定,全都有數位設備輔助,從此精密加工不只有老師傅,還有數位化師傅。

特色:

精密加工失之毫釐,差之千里
 

金屬加工在現代工業中,絕對是不可或缺的要角。小至手機裡的一顆螺絲釘,大到飛機引擎的渦輪葉片,只要生產金屬零件,金屬加工製程就得派上用場。相較於其它工業製程,金屬加工有著更高的精密度要求,因此又稱為精密加工。另一方面,金屬加工的「減法」工序大多是以刀具與加工件「硬碰硬」進行,加工時大量依靠切削、銑磨等工法,除去多餘的原料。

這些因素造就了每一件加工成品,卻也堆積出金屬加工的難度所在。在進行加工時,刀具以非常高的轉速運轉,與加工件接觸時才得以創造出切削效果。然而刀具時常產生切削振動、碰撞等問題,使得斷刀與其它機台損壞成了工廠最困擾的問題。不僅是振動,持續運作後使得機台溫度上昇,加工時便容易產生誤差,這些機台的問題,輕者造成加工品表面波紋、精度不佳等成品品質問題,重者設備損耗而迫使產線停機,使得整體效率不佳。
 

機台調校,同款不同師父
 

因此,金屬加工機台不僅需要定時保養維修,每次加工時也要針對機台狀況、加工品項差異,在機台電腦中進行微調設定參數。機台調校是精密加工的重中之重,過往皆依賴人為判斷。師傅參考過往經驗,以試誤方式一邊進行測試、一邊進行調整,最終才能找到符合該次加工的最適設定。

再者,人為判斷難免受到主觀干擾,不同師傅各有一套心法,過度依靠經驗反而更不利於傳承與新進人員訓練。金屬加工的挑戰,就在於如何找到對應各加工品與機台狀態的最佳設定,以及在量產過程中保持穩定一致的產出品質。
 

數位轉型,讓數字說話
 

因此經濟部技術處開始與工研院合作,針對精密加工需求,以科技專案計畫支持工研院研發出工具機前端智能監控系統,從加工機台的狀態監控到引導調校設定,全都有數位設備輔助,從此精密加工不只有老師傅,還有數位化師傅。一套完整的工具機前端智能監控系統包括誤差量測、數據分析、補償控制三大模組。

系統的最前端,在加工機台上設置多點感測器,量測機台運作時所產生的振動程度,並且監控主軸軸承處與加工環境之溫度。當工作溫度過高時,系統除了計算溫差造成的精度差異之外,也可發送警報提示停機,避免因持續升高的溫度損壞機台。

感測器所收集到的各項數據,會被送到內建有分析溫度補償演算法的機邊電腦,即時運算出在當下各項條件的總和,預估可能發生的誤差情況。接著,在計算出誤差值之後,系統便會啟動補償機制,預留誤差值的前置量空間,主動對主軸做出導正回補,以達到改善加工精度的效果。整套系統的原理邏輯並不複雜,關鍵就在於如何算出正確的補償量。光靠程式設計師是不夠的,還得有真正具有機台調校經驗的師傅才行。
 

工具機智能監控,增產又高效
 

另外,相較於工具機大廠大多將振動感測功能與自家機台綁定,工研院採用外掛式設計,透過機邊運算系統連結工具機控制器與安裝於主軸的加速規,跳脫工具機與控制器品牌型號的限制,透過安裝機邊運算系統,即可進行機台智慧升級。經過實際上機測試,開了外掛的機台可以提高47%的表現,在主軸轉速、工件前進速度、切削時間等面向,有全方位的提昇。

消費者對於商品多樣化的需求日益增加,工具機前端智能監控系統能提助金屬加工更容易滿足此一需求,同時也達到提高效率、減少廢料與磨耗、預防性保養,更加節能的多種好處!


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