回顧世界各國自去(2015)年起已陸續(xù)推出與工業(yè)4.0相關(guān)政策，直到10月歐洲工具機展(EMO)期間，更可見到工具機大廠具體落實的成果。以「That’s build the future」未來製造為主題，預(yù)測工具機產(chǎn)業(yè)將面臨的兩大挑戰(zhàn)，包括：加(Additive manufacture ,AM)/減法複合製造，以及鈦合金、複合材料等創(chuàng)新材料加工領(lǐng)域。同時訴求高效率生產(chǎn)，導入感測器、軟體應(yīng)用，促成多款智慧化控制器、螺桿等核心零組件傾巢而出；就連以往長期被忽略的刀塔、刀(把)具等零配件，也因為同時與工件、主軸接觸，而成為在CPS架構(gòu)裡大數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵。

　 若從應(yīng)用的角度來觀察工具機開發(fā)趨勢，其已非常符合「目標導向」設(shè)計需求，包括針對加工材料，需考量機械剛性設(shè)計；或針對加工路徑，考量驅(qū)動能力。精密機械研發(fā)中心(PMC)工程師吳仲偉表示，現(xiàn)今開發(fā)工具機花費的成本(cost)已不再僅直接對應(yīng)於性能(performance)，而是要求更高階層的效率(efficiency)；進而以加工為最主要考量，驅(qū)使最新的刀具應(yīng)用、工法，達到最有效、低成本的生產(chǎn)加工應(yīng)用。

　　尤其是在創(chuàng)新材料加工趨勢出現(xiàn)後，刀具的使用參數(shù)、加工產(chǎn)生的切削力，已直接左右了機臺規(guī)格。例如在航太業(yè)大量使用的鈦合金加工，便以擺線銑削(Trochoidal milling)大量移除材料的效果最佳；並搭配線性馬達和相對輕量化的傳動元件設(shè)計，得到較佳動態(tài)特性。

圖1 : 可針對量產(chǎn)型目標工件及材料加工特性開發(fā)機臺。

　　吳仲偉指出，雖然目前多軸、複合化工具機在歐洲已相當成熟，不算是全新的亮點技術(shù)。所具備多面、同動加工能力，可針對量產(chǎn)型目標工件及材料加工特性開發(fā)機臺；還能讓加工使用者更清楚對應(yīng)須選購的機器款式？提供彈性製造更寬廣的應(yīng)用空間，對應(yīng)不同工序。其中，工具機製造廠除了透過感測器輔助，做為監(jiān)控用途外，還能分析加工時的訊號並發(fā)展演算法，用於改善加工切削參數(shù)，在每批量加工結(jié)束後提供改善數(shù)據(jù)，呼應(yīng)工業(yè)4.0發(fā)展方向。

　　刀具商KOMET也在展場內(nèi)以工業(yè)4.0展示牆說明該公司產(chǎn)品加入了各式App應(yīng)用，包括：斷刀檢測、刀具磨耗檢測等，再搭配加速規(guī)、扭力、電流等感測器，可用來偵測切削振動值，做為後續(xù)最佳化切削參數(shù)的參考。

車銑複合加工應(yīng)用　擴大高規(guī)刀具需求

　　此外，為因應(yīng)現(xiàn)今客戶要求傳統(tǒng)以銑削為主的五軸工具機，再將車、磨削功能進一步整合，讓車銑複合系統(tǒng)的刀把除了銑削，還必須肩負車削功能。在今年EMO展出的刀把系統(tǒng)已有很大比例配備HSK-T規(guī)格使用，”T”字代表車削Turning，在鍵槽的精度公差比HSK-A更嚴苛，使得車刀刀尖能確保與主軸同心，提升複合加工精度；另有CAPTO、KM等車銑複合刀把規(guī)格展示，若是採用BT刀把系統(tǒng)，還應(yīng)加裝如Brother的plunger lock鎖固機構(gòu)，以確保刀具指向正確及強化剛性。

　　精機中心經(jīng)理沈建華進一步指出，據(jù)他觀察去年EMO展出的工具機產(chǎn)品以多軸複合機種居多，除了提升效率、精度外，最常被忽略的是能省下空間及刀具成本。惟若銑車複合加工機未裝刀把，恐讓切削液或切屑進入主軸，縮短使用壽命；加了刀把則要防干涉，限制了車刀至主軸中心的車削行程範圍。

　　為了因應(yīng)一般主軸及刀把系統(tǒng)上實施重車削時，將難以承受產(chǎn)生的徑向力，Breton的ULTRIX 1000 RT五軸車銑複合加工機系列便在主軸頭上附掛車削刀把介面，除了可允許較廣泛的車削條件，也增加了加工空間的可能性。沈建華說：「因為在機臺側(cè)掛了車削頭，使得旋轉(zhuǎn)軸不在整個搖擺軸的中心，能具備更大的外圓車削範圍。」

　　若搭配的兩軸頭模組屬於head to head型式，刀把搭配圓鼻/面銑刀的差異性不大，比起table to table、table to head型式更容易控制主軸頭精度。然而大部份兩軸頭都採雙耳式分45°配置，較占用空間，使深槽加工易受限。去年還首度看到採30°配置設(shè)計，體積相對較小，可用來深槽加工，擴大加工範圍。

　　值得一提的是，還有工具機製造廠選擇在臥式車床的動力刀塔＋刀座上，配置+/-110°搖擺刀把，將比起整顆搖擺頭的成本更低。沈建華建議：「目前動力刀塔規(guī)格可分為VDI、BMT兩類，若將刀塔＋刀座配置將更容易在高速下控制精度。但臺灣刀塔廠較少投入開發(fā)刀座，導致難以控制定位、重覆精度，此是未來業(yè)者可投入提升的方向。

圖2 : 臺灣刀塔廠應(yīng)投入開發(fā)刀座，以加強控制定位、重覆精度，促進工具機產(chǎn)業(yè)升級。 (圖片來源：i.ytimg.com/)