〈工業技術與資訊〉TIMTOS 2023 展現臺灣工具機關鍵實力

整理／陳進輝

工具機是製造業不可或缺的重要機械，其功能及精密度左右了產品的品質及價值，臺灣更是世界重要的工具機生產基地之一。今年的「台北國際工具機展」（TIMTOS）集結逾千家廠商、近 6,200 個攤位，吸引國內外逾 4 萬 5 千人進場參觀，其中，國外買主共來自 100 多個國家及地區，人數近 6,000 人，前五大買主國依序為日本、馬來西亞、印度、南韓、泰國，而土耳其、越南、印尼、西班牙、阿爾及利亞等國家亦有買主團前來觀展採購。

經濟部技術處處長邱求慧表示，全球工具機產業面臨通膨、碳中和與疫情等挑戰，對市場帶來不小影響，但臺灣工具機業仍憑藉著優秀競爭力逆勢突圍，根據機械公會統計，2022 年整年臺灣工具機產值相比 2021 年出口成長超過 8%，表現不俗。經濟部技術處身為產業最佳幫手，針對業者痛點投入近 5 億元的科專資源補助法人研發，開發國產高階工具機、精密機械及智慧製造等軟硬整合技術，協助產業面對變化中的市場，搶先佈局國際大廠供應鏈。2022 年整年在技術處推動下，技術合作逾 150 家廠商、促成衍生產值超過 100 億元，幫助臺灣再次擦亮工具機王國的美名。

目前技術處針對工具機產業布局策略，是透過軟硬整合技術，讓工具機精度更高、效率更快、壽命更久。今年展區亮點聚焦於四大項技術：可大幅提升 4 倍加工精度的「工具機抑振模組 」、有利機台效能提升 30% 的「工具機高精密切削技術」、臺灣第一套「高效能主軸驅動器」 及工具機零組件壽命可提升 1.5 倍的「加工機智慧監控預警系統」。

工具機抑振模組　切削轉骨打入空巴供應鏈

工具機進行加工材料移除時，刀具的振動會誘發機台產生結構低頻振動，可能造成加工表面產生振紋與精度不良的現象，後端使用者就需要再耗時數小時甚至數天，來進行工件表面的拋光；過往，廠商需採用進口抑振模組來解決相關問題，因此，工研院開發「工具機抑振模組」，協助國內廠商不再需耗資百萬元汰換機台，只要在機台上安裝阻尼器，就能直接改善振動問題，提高 4 倍的加工表面精度。

工具機抑振模組的技術特色就在於外掛式抑制裝置可配合各家廠商機型，也具備線上調整抑制能力，並運用主動式阻尼設計，依其結構振動頻率擷取訊號後，透過專用控制模組驅動馬達自動追蹤，產生相反振頻，抑制低頻振動，相較於過去只能透過變更結構設計以求改善，提供了更快速有效的方案。

在國產機械手臂整合抑制系統進行單一旋轉軸跑合驗證後，可進行機械手臂不同姿態的系統控制，發現收斂時間縮短 39%，降至 1.45 秒，動態位置振動更降低達 81%。國內廠商的電極自動修整產線結合機器人振動抑制系統後，成功提升機器人定位系統效率，帶動產值增加 1,800 萬元。

目前已協助國內大型千萬級龍門機台專業廠商亞太菁英，導入南韓飛機設備製造商供應鏈，並切入全球航太市場，用於製作全球暢銷機種空中巴士 A320 等之機翼樑結構零件的生產製造。

鍛造自動調機軟體　自動導航打入電動車龍頭供應鏈

工具機台的控制精準度，需透過高階控制器來達成。過去控制器在控制機台時會有參數設定，但控制器廠商為了讓國內工具機廠交出的設備穩定，會採用一般的調法，但較保守的參數，可能使機器只發揮 60% 的效能。

工研院「工具機高精密切削技術」首創跨控制平台之自動調機技術，讓工具機高精密切削技術猶如汽車導航器一樣，可以依照工具機動態性能與環境現況，提供最佳的操作設定導航，快速滿足高速高精加工需求。透過自動調機、運算的方式，可達到自動參數優化，針對設備量身訂作出一個最適合的參數，完全不用更動機台、零組件，調整後，機台效能可提升 30%。不僅能讓加工時間縮短，效率進一步優化，未來更有利於企業降低碳排，因應全球減碳技術趨勢。

目前已導入工具機大廠高鋒工業，開發高階鍛造輪圈加工應用系統，鍛造鋁輪圈切削效能提高 20%，並已將相關成果售予臺灣最大汽車齒輪傳動零件公司，協助廠商布 0 局高單價的鍛造鋁輪圈歐美市場及美系電動車龍頭廠供應鏈，協助國內廠商全方位打入電動車傳動系統，如減速機、輪圈、輪胎等供應鏈。

高效能主軸驅動器　工具機強而有力的心臟

「高效能主軸驅動器」如同工具機的心臟，配合工具機大腦智慧控制器下達的指令，精準且高反應的動力輸出，可達成更高效能的加工應用。工研院研發此項技術，於 2022 年已技轉給臺灣指標控制器廠商寶元數控，完成產品亦導入多家工具機廠。而寶元數控技轉高效率主軸驅動器，不僅補足大功率（15KW）高階產品配套缺口，亦使國產的自主高階控制平台配套利潤再提高 10%，搶攻五軸及車銑複合等高階應用市場。

工研院研發的高效能主軸驅動器，透過驅動器中電路板設計的功率晶體和電子電路的演算，打造具備全數位 EtherCAT 通訊（乙太網控制自動化技術）、DC Cycle Time 250us，具備雙回授權機制（TTL、Sin／CIS），3 組內藏參數可依照需求動態切換，有利於臺灣從過往低瓦數的高效能主軸驅動器，突破發展為高瓦數，讓控制馬達更精準，整體工件完成時間可減少 10%，如與全球第一大廠日商發那科（FANUC）同等級產品相比，效率更高出 11%。

加工機智慧監控預警系統　工具機的專屬家庭醫生

工研院「加工機智慧監控預警系統」如同工具機的專屬家庭醫生，以運用 AI 人工智慧分析的刀具磨耗監測預警、沖壓加工狀態監測、潤滑油品及切削液狀態監控等 4 項預警技術，鎖定加工製程中的四大需求，可準確偵測出機台多項目標（刀具／模具、次周邊）問題，零時差提出警示，避免加工品質變異之變數，減少不必要的加工成本損失達 30% 以上。

其一大特色即在於具備專利技術的刀具磨耗監測預警，採用非監督式學習模型，不需逐筆標註訓練資料，會自行分析與以往狀態的不同，可線上自動計算當前刀具磨耗指數，以作為警示指標；透過此技術，讓過往需提前更換刀具的狀況減少，增加刀具使用週期，平均可延長 10% 至 15% 以上的時間，也可降低機台過載跳停頻率，有利於保護機台，同時減少加工件重新製作的成本損失達 30% 以上。偵測水準不僅媲美國際大廠，且已導入全球前十大之國內工具機大廠，讓臺灣工具機質量更上層樓，攻克國際市場。

而潤滑油品及切削液狀態監測可讓液位、清淨度、飽和含水量、溫度、PH 值、溶氧量等多種指標，因地制宜的進行運用，並可定義個別指標閥值。此外，「加工機智慧監控預警系統」更支援透過控制器連線來加強訊號品質、解析度和代表性，也可作為回授控制使用。

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 372 期 2023 年 4 月號，未經授權不得轉載。