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創新平台/SpeedPro優化製程 把工具機變聰明

2016-10-20 04:33經濟日報 ▉李珣瑛

想像一下,當你想把一顆蘋果刻出鏤空的雕花圖案,愈是精細的地方愈須要小心運刀,速度自然也要跟著放慢。

同樣地,用以切削各種金屬零組件的工具機,當遇上渦輪葉片等多曲面複雜工件時,為避免刀具斷裂或工件損壞,工具機的刀具移動速度自然也要跟著放慢,連帶使得生產效率難以提升。然而,對於航太零組件加工廠商而言,「速度」就是拿訂單的關鍵,在品質相同的前提下,廠商的交期愈快愈有競爭力。

2011年,在工研院小鴻鵠計畫的支持下,智慧機械科技中心組長羅佐良前往加拿大的英屬哥倫比亞大學MAL研究室跟隨Yusuf Altintas院士進修,揭開邁向「加工數位化」的研發序幕。

「當時想的,就是希望將工具機的加工製程模擬化,要達到這樣的願景,不僅需要許多專業人才投入、量測各式機器,還要蒐集數據建立資料庫」,羅佐良指出。

這一趟遠渡重洋,除了將數位製造軟體的核心技術帶回國內,在回台灣之後,延請了英屬哥倫比亞大學博士Dr. Doruk Merdol擔任智能化軟體開發技術顧問,讓既有研究團隊注入全新的開發思維,打破過往不斷往上疊加各類功能的軟體開發思維,改成針對使用者需求、聚焦不同功能的軟體開發模式。

歷經無數次實驗、蒐集各式材質、刀具的切削應用數據,建立龐大資料庫後,工研院研究團隊逐步構建出SpeedPro製程優化軟體,讓工具機彷彿內建虛擬的專業技師,能夠計算出加工路徑上每點的刀具與工件受力狀況,就像專業廚師在快速雕刻蘋果一般,能將每個工件完美且一致地生產出來,並確保刀子不斷裂,達到保護高價零組件及發揮製造設備最大產能等目的。

「所有加工產品就屬航太零件的製程最費時、成本也最高。研究團隊做過實測,人工操作機器得花20幾個小時才能切削出來的航太零件,透過製程優化軟體SpeedPro,最快可在六小時就完成精度極佳的產品,效率提升了四倍之多」,羅佐良興奮地表示。

事實上,隨著航空產業走向節能、省碳的大趨勢,其零組件必須兼具輕量、安全、可靠等嚴苛要求,多數航太零組件廠商會將整塊胚料直接加工,一個工件的切削移除量往往超過九成,且零件形狀極其複雜。

一般的輔助製造軟體,只考慮切削位置的準確度,忽略切削力學對加工品質的影響,往往得仰賴資深工程師、老師傅的經驗,在做壞一件又一件工件後,才能找出合適的進給率參數來控制工具機的刀具速度,且一段加工路徑只能設定一個固定的進給率,無法根據直線、曲面等不同路徑連續變化進給率。

SpeedPro製程優化軟體結合切削動力學與最佳化方法,協助人們更精確地駕馭工具機。SpeedPro會根據不同工件的材質、形狀,計算出加工路徑上每點的刀具與工件受力狀況,規劃出最佳化的製程參數,並依據不同加工路徑連續調整進給率,「讓加工過程在該快的時候快、該慢的時候慢。」

羅佐良進一步指出,在不久的未來,透過不同的智能化軟體,可讓航太零組件等複雜工件的生產流程,變得像3D列印技術般簡單,只要輸入工件圖檔與材料,工具機就能精準計算出所有加工流程,包含把圖檔轉換為加工路徑、加工路徑自動優化等,讓渦輪葉片等複雜工件可在首次加工就完美呈現。

航太工研院蘋果

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