工具機控制器技術開發成果報告

一、三大關鍵機型控制器的技術現況二、示範運行的驗證現況 . 產業推動策略及執行現況　　．三大關鍵機型導入　　． 50 件加工工作驗證　　．車削中心執行檢討及強化措施三、建立控制器自主的發展策略建議

中華民國 103 年 10 月 1 日1

2

一、三大關鍵機型控制器的技術現況◎ 車削中心控制器規格 (2Axes+C+Y+ 雙主軸 )

功能：1. 車削功能：支援 A, B, C type G 碼編輯與執行，具

車銑複合切削功能。2. 虛擬 Y 軸功能：支援將非正交的兩運動軸，複合

成 XY 軸的切削功能。3. Cs 軸功能： C 軸同動切削機能、圓柱座標插補功

能、極座標插補功能。4. 高精度前加減速輪廓控制：預覽 100 個單節。5. 高速高精度剛性攻牙：主軸攻牙或是動力刀塔攻

牙。6. 3D 快速模擬 50 blocks/ 秒。7. 奈米插值與 NURBS 功能，提高加工效率 10% 以

上。規格：Item Specification

Monitor 15”TFT LCD (with Touch screen )

CPU 1.6GHz (HMI), 800MHz(Motion)

Controlled Axes 6(General Servo), 16(Serial Servo)

Spindle 2

MPG Ports 3

A/D ports 8

Inputs / Outputs 64/64 (Opt. 384/384)

Storage 4G CF Card, Ethernet, USB

特色：1. 雙核心系統，分核心控制與人機控制。2. 觸控螢幕與全鍵式鍵盤，直覺式操作。3. 開放式人機介面，高階製程加值軟體。4. 可選用嵌入式創新 3D 防碰撞加值軟體。5. 嵌入式 2.5D CAD/CAM 對話式編輯功能。6. 應用在車床及車銑複合加工中心機台。7. 可應用各式相關之加工機與產業機械。

2

3

M100Touch

硬體

顯示器15 吋觸控液晶工業螢幕

( 解析度為 1024×768 pixels)

操作面板全鍵式整合型操作面板(2 鍵式直覺觸控操作 )

USB 支援 有

網路 Ethernet 10/100 Base-T

最大伺服軸數 5(Tool Center Point)

最大輸入 / 輸出點數

64/64( 標準 )

256/256( 選配 )

軟體

電器循圓量測 有

客製化軟體面板 有

3D 切削模擬 有

雷射量測手動輸入

報表匯入 ( 目前支援 Renishaw XL 80)

開放式人機介面 有

比較項目

控制器型號

◎ 銑削中心控制器規格 ( 全數位三軸 / 五軸 )

M100Touch

基本功能

最小插值單位

進给率 Cutting: 0~200% Jog: 0~200%

高速高精度

模具切削性能

高精度輪廓控制 有單節預覽數目 1,000

S 型曲線加減速 有自動轉角減速功能 有NURBS 插值機能 有

五軸銑削機能

刀具中心點控制 有工件設置誤差補償 有五軸機構誤差補償 有

手動刀具中心點控制 有前傾與側傾控制 有

μm001.0μm/01.0μm/1.0μm/1

比較項目

控制器型號

4

M100Touch

硬體

顯示器15 吋觸控液晶工業螢幕

( 解析度為 1024×768 pixels)

操作面板全鍵式整合型操作面板(2 鍵式直覺觸控操作 )

USB 支援 有

網路 Ethernet 10/100 Base-T

最大伺服軸數 5

最大輸入 / 輸出點數

64/64( 標準 )

256/256( 選配 )

軟體

電器循圓量測 有

客製化軟體面板 有

3D 切削模擬 有

雷射量測手動輸入

報表匯入 ( 目前支援 Renishaw XL 80)

開放式人機介面 有

比較項目

控制器型號

◎ 鑽削中心控制器規格 (2M1R+ 全數位Spindle)

M100Touch

基本功能

最小插值單位

進给率 Cutting: 0~200% Jog: 0~200%

高速高精度

模具切削性能

高精度輪廓控制 有單節預覽數目 1,000

S 型曲線加減速 有自動轉角減速功能 有NURBS 插值機能 有

高速高精度

剛性攻牙性能

剛性攻牙最高轉速(RPM)

8,000 (M3)

零相位誤差補償追蹤控制

有

高精度啄式攻牙 有大孔徑銑牙 有

伺服刀庫機能 有

μm001.0μm/01.0μm/1.0μm/1

比較項目

控制器型號

IMC 多軸運動控制核心

全數位整合伺服模組

3D 加工模擬 / 防碰撞

二、示範運行的驗證現況◎ 三大關鍵機型導入

工具機控制器三大應用關鍵機型(共佔70%)

功能暨性能驗證工件關鍵機型驗證

綜合加工機引擎活塞滑塊渦輪葉片

加工件

3C 手機組件電腦硬碟組件 汽車部品組件

Tapping Center

車削中心機 複合加工件 自行車花鼓車削加工工件

自行車腳踏軸心

5

◎ 產業推動摘要• ECFA 早收項目之現況及控制器發展座談會：項次 5~8 屬產業機械等級，採用

PLC ，國內工業電腦及控制器廠商皆已有能力提供，項次 1~4( 車床 / 鑽床 / 磨床 ) ，工具機廠商 ( 中精機、友嘉、福裕等 ) 有意願搭配國產控制器導入者，由控制器廠商或工研院專案一對一合作。

• 控制器產業育成 (Fanuc 模式 ) ：– 研華 + 寶元：使用科專運動控制核心，未來合作：全數位伺服，高階製程軟體。– 台達電：已技轉科專高階車床控制模組，服務中精機等廠商。

• 控制器產業育成 (Mazak 模式 ) ：– 繼原先友嘉等 9 家工具機廠商，程泰及慶鴻已導入車銑複合與五軸加工機深化驗證，

– >50 項具參考意義的終端驗證案例 ( 腳踏車、線軌、汽機車、手機、 NB…)

• 學界能量整合：目前有清華、交大、中正、中山、北科大、中興 ... 等 12 個控制實驗室參與導入，進行工具機控制系統自主化前瞻技術與加值軟體研發。

• 示範運行 ： 力勁

TC-510

協鴻 / 力得衛

MVP-10

奕達

ML-560S

益全

B6ACVMP-40A

友嘉 經匠

VMS-600

麥田

HANDYMAN 1270

凱巨

K-45T

車 / 銑 / 鑽三大關鍵機種示範運行

6

7

◎ 市場資訊

工研院運動控制模組

工研院高階製程軟體( 未來需求 )

ITRI 提供運動控制核心模組給研華寶元數控公司，主要用在雕銑機及車床，未來合作導入高階車削中心，共同建構”台灣品牌”控制器。

工研院核心

◎CNC 控制器產業化 (Fanuc 模式 )－研華寶元技術合作案例－

研華寶元控制器

8

999

◎ 車削控制器產業化 (Fanuc 模式 )－台達電技術移轉案例－

• 因應未來 ECFA 的需求與挑戰：台達電是台灣最大的伺服馬達和伺服驅動器製造廠商，技轉高階車削控制器，系統整合，因應 ECFA 控制器國產化的要求，提高競爭力。

• 加速台灣控制器發展：將科專現有控制器研發成果，技術移轉給積極開發控制器的台達電，協助其加速研發出精度與速度媲美國際大廠的控制器。

1. 提供車削控制器驗證• GMC700 軸卡、 IO卡 *2 、轉接板。• 螢幕、 IPC 、機箱、操作面板、鍵盤。

2. 提供車床原始碼和 GMC函式庫•人機介面、主程式 MAIN 、共通COM 、操作 OP 、解譯 INT 、運動MOT 等模組原始碼。

• 軟體 PLC 和 GMC平台介面函式庫。

3. 提供技轉文件和教育訓練• 操作手冊 4份， 28小時 (4天 )教育訓練、 3 個驗證工件程式。

• 已完成技轉簽約與教育訓練執行。

硬體架

構

軟體架

構

台達電控制系統

• 工研院開放式控制器配合廠商 30 項客製化人機開發，進行 4款機型配機驗證

• 廠商正式成立研發中心，搭配控制器發展，未來將成立工具機研究中心

◎綜合加工中心示範運行案例 (Mazak 模式 )

…VMP40A VMP32A

FVP1000A TC20α

+ITRI 控制器

29 項客製化人機介面機能 4款機型驗證

• 效益及附加價值提升1. 循圓切削精度媲美大廠 Fanuc 0iMD AICC II(真圓誤差 4.75μm), ITRI M100Touch (真圓誤差 5.02μm) 同時搭配 VMP40A 進行一對一比較的結果

2. 加工效率提升 主軸熱溫升補償減少停機暖機時間 90% 智慧自動進給率調整可減少加工時間 10%

3. 操作效率提升 觸控捷徑式操作減少操作時間 50%以上 多種校刀對話式機能減少對刀時間 80%以上

鋁鎂合金手機 / 小筆電機殼加工

配機驗證

加工標的：3C鋁鎂合金加

工

著重高精度零組件加工

中國 經銷商產品發表

11

◎ 全線馬高階五軸加工中心推動案例 (>500萬級，全自製，展出亮點 )

ITRI 五軸控制系統

國產自製大推力線型馬達

慶鴻五軸加工機

友嘉五軸加工機

三軸線馬 + 二旋轉軸 D.D. ，全五軸直驅無背隙高精度。不需二次加工或拋光，大幅提升加工效率。全國產全線馬五軸加工機 (含五軸控制器、線性馬達、二軸直驅旋轉模組 ) ，整體成本可較同等級歐日機台大幅減少，具備高度市場競爭力。

智慧化車削中心控制系統

主軸熱補償機能

◎ 車削中心控制器示範運行案例• 配合廠商開發 33 項客製化對話式人機介面與主軸熱溫升補償功能，完成 4 型機台驗證。• 進行終端客戶加工驗證，深入車床刀塔、手工具及腳踏車零組件之量產加工驗證。

效益及附加價值提升1. 媲美大廠加工效率優 (腳踏車心軸 )• Mitsubishi M70(1 分 18秒 )• ITRI 2010T (1 分 18秒 ) 新可大公司同時使用 ML-560S 機台驗證的結果2. 加工精度提升• 主軸熱溫升補償可將主軸誤差降至≦ 5µm• S 型加減速功能使腳踏心軸之加工表面粗度

Rmax 2.0μm≦3. 操作效率提升• 觸控式整合操作減少操作時間 50% 以上• 對話式 iTURN 模組可減少程式撰寫時間 60% 以上• 快速模擬系統可預知加工結果，防止程式錯誤

4款車削中心機型驗證

終端客戶驗證

加工標的：傳動及手工具零組

件加工

ITRI 對話式車削中心控制器33 項廠商客製化人機介面機能

控制器教育訓練

BML-560S(義全 )

ML-560S(新可大 )

ML-360Y BML-600M( 奕川 )

腳踏車心軸一：1’18”

分秒必爭之零組件製造應用

扳手： 45”浮動打刀座： 8’43”

腳踏車心軸二：1’47”

大幅提高加工效率

12

緣起：奕達由楊鐵資深幹部於 2004 成立，主力產品 CNC 車削中心及臥式加工中心機已行銷全世界。

問題：總經理蒲宏彥博士積極與國內外研究單位合作，致力於產品差異化的創新，以提昇其產品的附加價值與競爭力。 程式實境驗證

線上防碰撞

對話式專家系統

切削參數自動調變

熱溫升補償

圖控式 CAD/CAM

圖控式刀具 Simulation

提升加工精度 80%

101µm 6µm

時域資訊

頻域資訊

防撞反應時 30ms

Part program

誤差補償資料

參數調整

座標資料

碰撞警告訊號

CNC Machining

雙系統車銑複合加工機

智慧加工軟體整合：製程know_how 刀具資料材料資訊、、、

13

◎ 高智能車削中心控制器案例－奕達精機製程化人機與加值軟體－

◎ 高階工具機軟體自主案例• 協助國內台中精機、台灣麗偉及東台精機等大廠導入客製化製程軟體，預期將促使業者 3 軸工具機跨入 500~1000萬等級的 5 軸或複合加工機市場，預估每年可新增產 1000台的多軸複合工具機，產值達 50~100億元。

台灣麗偉 -TM1500車銑五軸加工機

東台精機 -TB25ATC動力刀塔車床

台中精機 - VTX200九軸車銑複合加工機

傳統 3 軸綜合加工機 (200~300萬 )

新世代高階工具機 - 製程人機介面開發成果 (TIMTOS 2011 展出 )

多軸複合加工機 (500~1000萬 )

封閉式人機介面

1414

程泰公司 ( 雙系統車床，預計 9 月開始加工驗證 )1.最高階機種 :希望從最高階導入挑戰。2.機台類型：雙主軸雙刀塔雙系統車床。3.機台規格： 3945 x 2555 x 2360 (mm) 。4.控制器規格： ITRI 雙系統車床控制器， X1Y1Z1 、 X2Z2Zs 、

Cs1Cs2 刀塔 1 刀塔 2 軸。 Panasonic MHME 3KW 、 MHME 2KW ，主軸馬達晟昌 18.5KW(6000rpm Max.) ，主軸驅動器 TDE 60A 。

5.驗證工件：腳踏車輪花鼓 (Done in one, 提高加工效率 ) 、變速箱齒輪及汽車傳動元件等工件。

15

ITRI 開發：車銑複合專屬人機

◎ 高階 10 軸車削中心控制器案例

◎50 件加工工作驗證 (詳如附件 )

工具機控制器三大應用關鍵機型(共佔70%)

功能暨性能驗證工件關鍵機型驗證

綜合加工機

Tapping Center

車削中心機

加工驗證領域

綜合加工機： 15 件汽 / 機車組件與模具機械零組件

汽車引擎汽缸座( 汽機車組件 *3)

高爾夫球桿桿頭

車燈射出模( 模具類 *5)

滑塊

捨棄試銑刀刀把( 機械組件 *4)

鑽石型電極

平板後蓋公模 治具矩陣攻牙

腳踏車踏板( 自行車組件 *3)

煞車燈具

遙控飛機碳纖結構件

自行車腳踏心軸( 車輛組件 *10)

刀塔 自行車花鼓

前端螺旋桿( 機械零組件 *9)

棘輪板手柄( 手工具組件 *4)

凸輪軸

Tapping Center ： 11 件3C 產品組件與模具自行車 /玩具組件

車削中心機： 26 件自行車零組件機械 / 手工具零組件

16

平板電腦外殼(3C 組件 *4)

◎ 車削控制器終端驗證案例－腳踏車零組件－

• 腳踏車組件長久終端驗證：專業自行車配件品牌廠浩捍公司，以 8 個月二班制使用搭配工研院控制器的奕達 (示範運行廠商 )CNC 車床，進行自行車腳踏心軸量產加工。

• 加工效率媲美國際大廠：心軸中段之徑向誤差滿足全檢出≦ 10µm 、加工時間 (1 分10秒 ) 與三菱控制器相同，加工精度與速度媲美國際大廠控制器。

1. 加工效率優，媲美國際大廠• Mitsubishi M70(1 分 11秒 ) • ITRI 2010T (1 分 10秒 )• 浩捍同時使用奕達 ML-560S 機台搭配三菱與

工研院控制器進行比較2. 加工精度與操作效率同步提升• 量產加工之徑向誤差全檢出≦ 10µm• S 型加減速，使心軸表面粗度 Rmax 2.0μm≦• 客製化對話式加工程式設定與觸控式整合操

作減少操作時間 50% 以上3. 系統穩定客戶滿意• 102年 7月交機生產至今無叫修與當機• 控制軟體精進，期間已更新 3 次• 浩捍最滿意：觸控操作簡易訓練二天即上工、

加工精度及效率、系統持續更新與精進• 預計導入奕達 ( 工研院 )Robot inside 機台，

進行工件自動上 /下料，年底擴廠將再添購2 台 驗證機台 - 奕達 ML-560S CNC 車床

腳踏心軸工件

腳踏車心軸： 1’10”

腳踏心軸胚料

腳踏成品 / 應用

17

18

A_問題：　 1. 出海口（高階應用）受限 user 及代理商對控制器的選擇主導權。　 2. 現有合作廠商已導入雙主軸＋ CY 軸，但出貨仍以二軸車床為

主。　 3.壟斷深度及力道超過想像，法人團隊很難即時對市場變動進行應變 ，建議內部建立高階加工驗證示範系統。

B_ 對策：　 1. 針對 2 axes+C/ 2axes+CY/ 雙主軸系統，規劃關鍵工件，比照

FANUC指標，完成驗證並積極導入 end user。　 2. 促成勝傑（ 2 axes+C ）、程泰（雙主軸雙刀塔）等加入驗證。　 3. 協調東台 / 中精機 / 上銀 / 光陽等公司，提供高階工件，建立

加工示範工廠，深化驗證。　 4. 在 2014 TMTS/ 2015 TIMTOS 規劃深度展出內容（高階控制器、

製程軟體、車削中心加工示範工廠、 50 組加工工件）。

◎ 車削中心執行檢討及強化對策(103.7實地查訪後之建議方案 )

◎ 高階車削中心控制器加工示範工廠 達成24種以上工件，每一加工件100~1000 PCS 的接單示範運行 針對2 軸+C、 2軸+C/Y、 雙主軸以及雙刀塔等4大關鍵機型進行深化驗證 驗證項目：性能、功能、切削可靠度 (Cpk)，並定期公佈成果

2 軸 +C 軸 (3 軸 ) 車削

2 軸 +C/Y 軸 (4 軸 ) 車削

雙刀塔 (10 軸 )(9月 )

雙主軸 (7 軸 ) 車削

4 大關鍵機型

MU加工單元

TU技術單元

設計模擬驗證

BU業務單元

接單檢測出貨

ITRI 示範加工廠 製程加值軟體

三次元量測儀

控制器示範運行廠商

奕達 / 程泰 /凱巨 /勝傑 /健陞

高階車削工件加工廠

浩捍 /承鉅 / 義全 /卡可斯… ..

高階車削工件應用廠

東台 / 中精機/ 上銀 / 光陽… ..

高階車削工件

加工經驗Know-how

製程應用技術

19

20

一、建立高階控制器的中衛體系（缺口？）　　 1. 控制器平台：寶元、新代、台達電、 ITRI　　 2. 高階軸向及主軸伺服：台達電、大銀微、東元　　 3. 智能加值軟體： ITRI 開發及推動應用聯盟

二、建立應用及軟體的合作聯盟 　　 1. 防碰撞軟體　　 2. iCAM等製程最佳化軟體　　 3. 溫控補償等智能軟體　　 4. Robot-inside等系統軟體　　 5. 人才培育　　建議：建構軟體優勢，來改變 User 對 FANUC 的依賴

※工研院的角色定位：（提供 關鍵技術缺口）　　．高階控制器　　．全數位伺服　　．高階製程軟體

（輔導→促成→支持）

三、建立控制器自主的發展策略建議