AI 數位師傅,為精密加工機台做預防性維護

11 / 23 . 2021
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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。

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。

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。

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!