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    CNC數(shù)控推進磨削技術(shù)應(yīng)用升級 打造人型機器人關(guān)鍵零組件
    [作者 陳念舜]   2025年05月07日 星期三 瀏覽人次: [3696]

    迎合現(xiàn)今全球人型機器人市場正透過技術(shù)進步和市場需求推動其發(fā)展,與之相關(guān)的機構(gòu)、零組件供應(yīng)鏈,以及上游加工設(shè)備、工藝等挑戰(zhàn),隨之應(yīng)運而生。


    根據(jù)研調(diào)機構(gòu)相關(guān)預(yù)測,2027年全球人型機器人市場產(chǎn)值將超過20億美元,2024~2027年間的複合成長率(CAGR)達到154%。未來5~10年將迎來爆發(fā)性成長,至2035年產(chǎn)值可望達到260億美元,全球主要廠商正積極投入測試驗證,爭取在2025~2027年間量產(chǎn)上市。


    人型機器人產(chǎn)業(yè)鏈3大群組

    工研院產(chǎn)科國際所機械與系統(tǒng)研究組研究員陳佳盟進一步將目前人型機器人產(chǎn)業(yè)鏈概分為上中下游三個層次:上游主要是零部件和軟體系統(tǒng)供應(yīng)商,包括電機、關(guān)節(jié)、感測器、控制器、操作系統(tǒng)等;中游是人型機器人本體的製造商,負責(zé)將各個零部件組裝成完整的機器人產(chǎn)品;下游則是人型機器人的終端應(yīng)用市場,包括救災(zāi)救援、公共安全、生產(chǎn)製造等領(lǐng)域。


    核心構(gòu)造則包含感測模組、控制模組、執(zhí)行模組和能源模組,其中「執(zhí)行模組」可視為人型機器人的「小腦」,包含多自由度的關(guān)節(jié)與驅(qū)動裝置,每個關(guān)節(jié)通常由伺服馬達驅(qū)動,並搭配減速機以實現(xiàn)精準(zhǔn)的運動控制,因此設(shè)計須考量靈活性、穩(wěn)定性與負載能力。控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)(驅(qū)動器、伺服馬達、編碼器)、減速機等成本占比近7成,對臺灣廠商仍存在一定的技術(shù)門檻,須要從關(guān)鍵零組件的研發(fā)和製造上切入,以提升競爭力。


    例如透過空心杯馬達的結(jié)構(gòu)設(shè)計,減縮馬達的重量與體積,有助於提升高效率、低慣量和快速響應(yīng)特性,滿足人型機器人高精度、快速動作的需求。行星滾柱螺桿則能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動,並具備高精度、高效率及承受高負載的特性;可透過低摩擦設(shè)計降低能耗,並增加機器人的運動穩(wěn)定性與壽命。


    搭配諧波減速器為機器人驅(qū)動系統(tǒng)的核心零組件,可用於實現(xiàn)高精度的速度與扭矩控制,確保機器人關(guān)節(jié)動作的靈活性與穩(wěn)定性。以及人型機器人的結(jié)構(gòu)件通常採用輕量化與高強度的複合材料,不僅能降低機器人本體重量重,還能提高其續(xù)航力,從而提升運動性和能源效率。


    表一:關(guān)鍵零組件的加工製作方式與技術(shù)門檻(source:工研院/陳念舜整理)

    關(guān)鍵零組件

    加工製造方式

    技術(shù)門檻

    行星滾柱螺桿

    車削、銑削、磨削、熱處理及滾壓加工

    精度、功能可靠性、壽命、剛性

    諧波減速機

    車削、銑削、磨削、線切割、表面處理

    精度、疲勞強度

    複合材料件

    銑削、水刀切割、模壓成型

    分層與剝離問題、刀具磨耗

    空心杯馬達

    車削、銑削、精密繞線、電鍍與拋光、雷射切割

    繞線均勻性、散熱問題


    於今年臺北國際工具機展(TIMTOS 2025),也可看到包括國內(nèi)外CNC數(shù)控系統(tǒng)大廠新代科技、臺達、Num(力盟)分別針對AI與機器人打造生態(tài)系,以加速落實於百工百業(yè)。


    新代車銑磨削系統(tǒng) 導(dǎo)入高效智慧製造

    其中CNC工具機與機器人PC-based控制器大廠新代科技,長期深耕於相關(guān)領(lǐng)域運動控制的軟硬體技術(shù)研發(fā),也在今年TIMTOS展出新代22MA-PLUS控制器為核心的車/銑/磨床CNC數(shù)控系統(tǒng),包含:


    1.車床控制器,導(dǎo)入自動斷屑切削節(jié)能技術(shù)取代傳統(tǒng)高壓水泵、中心出水切削刀具,有效降低高壓水泵所造成的能源消耗、自動上下料效率,同時保證了加工品質(zhì),在為企業(yè)節(jié)約成本實現(xiàn)了環(huán)保目標(biāo)。


    2.磨床控制器,經(jīng)由創(chuàng)新的「智慧修砂」節(jié)能、主軸動平衡自動化與最佳化路徑,有效管理加工過程中的砂輪消耗,同時提高了加工效率,為企業(yè)帶來了雙重效益。


    例如在車削自動斷屑功能上,新代比起日系品牌控制器的優(yōu)勢便在於簡單易用。只要根據(jù)刀具進給條件,自動運算低週波斷屑參數(shù),即可透過畫面逐步導(dǎo)引使用者學(xué)習(xí);未來也不排除加入AI功能,甚至讓使用者不必設(shè)定即可執(zhí)行。


    相較於歐日系品牌CNC控制器近年來提供工具機大廠Digital twin虛實模擬切削功能,新代其實在採集加工參數(shù)、運動特徵等,以優(yōu)化表面品質(zhì)時都有專責(zé)團隊,可協(xié)助客戶完成在加工前模擬作業(yè)。


    加上新代在兩岸磨床市占率也高,所推出的「智慧修砂」功能,有別於傳統(tǒng)外接音頻感測器去偵測砂輪磨耗狀態(tài)的準(zhǔn)確性不佳而造成浪費,如今可利用AI輔助判斷修砂時機,再加上磨床主軸自動化動平衡功能模組,直接在設(shè)備上校正修磨,將進一步提升效率與品質(zhì)。


    於新版高階機種控制器已內(nèi)建AI晶片(NPU),具備一定程度算力;若需要更高算力也可在Edge PC進行,並提供離線模擬軟體防止干涉、計算節(jié)拍生產(chǎn)時間,讓設(shè)備客戶能搭配加工機臺隨插即用、自動上下料,減少缺工隱憂。


    如今對於生成式AI所需的LLM模型也有所著墨,初期較傾向於公司內(nèi)部輔助客戶語意服務(wù)、品管及追蹤判定,以及建立Digital twin路徑/參數(shù)最佳化算法,無論是新代或聯(lián)達,都可提供對應(yīng)平臺、工具等產(chǎn)品,降低客製化門檻。


    為迎合現(xiàn)今單機→自動化→雲(yún)端應(yīng)用趨勢,新代還推出生產(chǎn)智慧雲(yún)方案,從最上層雲(yún)端「功能應(yīng)用」開始,到了收集/平臺層開發(fā)出霧端解決方案,或是Edge Server、機聯(lián)網(wǎng);直到最底層設(shè)備端,利用新代控制器IoT技術(shù)將設(shè)備和生產(chǎn)的訊息數(shù)位化,進一步分析工廠潛能,使製造廠商能管理自動生產(chǎn)並提高效率。


    臺灣力盟Flexium Pro控制器 提供磨床軟硬體Turnkey Solution

    此外,面對現(xiàn)今電動車、機器人等精密零組件的磨削需求,臺灣力盟公司(NUM)同時展出新款CNC系統(tǒng)FlexiumPro,除了延續(xù)NUM數(shù)控系統(tǒng)可擴充、高品質(zhì)的硬體特色,專注於為利基和特殊專用機提供定制解決方案。讓OEM原始設(shè)備製造商客戶,可在不影響核心業(yè)務(wù)的情況下滿足需求,避免因開發(fā)內(nèi)部系統(tǒng)而耗費資源,確保了高可靠度和長期投資效益。


    同時整合軟硬體,為客戶轉(zhuǎn)型開發(fā)、調(diào)試和加值服務(wù)提供了新工具。包括Flexium Pro控制器與前一代Flexium+相比,便強調(diào)其利用內(nèi)部SOC晶片、RTK(實時內(nèi)核),整合了傳統(tǒng)CNC控制器和PLC等硬體合一而少了傳輸線、工業(yè)電腦等系統(tǒng)組件以優(yōu)化性能,大幅減少了元件,能進一步提高質(zhì)量穩(wěn)定性;從而進行浮點運算,強大的處理器擁有極高的運算速度和擴展智能佈局,提高了加工速度和精度30%。


    其PLC編程也符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn),為開發(fā)、調(diào)試和服務(wù)提供了全新工具,而確保了具有極高的保值能力。目前Flexium Pro共有約200軸及40個通道以上、4,000個IO,外接2顆感測器,使之可用來即時補正研磨路徑,減少砂輪磨耗;超過1GB的PLC存儲器和30MB以上的用戶內(nèi)存,可輕鬆控制最高要求的應(yīng)用完全擴展,呈現(xiàn)小型配置的優(yōu)勢,包括整合控制器及4軸驅(qū)動器縮小的電氣箱體積,都將提升節(jié)能減碳效益。


    因應(yīng)現(xiàn)有越來越多客戶使用為單一工具機應(yīng)用而優(yōu)化的特定功能,創(chuàng)造差異化。NUM的CNC系統(tǒng)不僅可獨特整合提供控制器、HMI組成數(shù)控系統(tǒng),實現(xiàn)一站式購足,並確保客戶能作得出來,避免因分散採購,容易造成後續(xù)插補誤差。


    且與Flexium+的相容性,確保了現(xiàn)有用戶的無縫遷移,包括相同的PLC 程式設(shè)計環(huán)境和向上相容的零件程式;重新設(shè)計的HMI支援觸摸、鍵盤和硬體輸入,並通過強大的SDK提供定制功能,允許使用者根據(jù)需要個性化HMI或整合其他模組。


    同時提供NUM的開放軟體NUMgrind外圓磨削應(yīng)用解決方案,包括9種內(nèi)圓和外圓磨削迴圈,可依CNC工具機的特定需求修改、調(diào)整,而不侷限於PLC程序或HMI模組,定制形狀(如凸輪輪廓)和預(yù)配置參數(shù)的砂輪輪廓,支援配備各種修整系統(tǒng)的立式和臥式磨床,適用於新機床和改造項目。


    甚至於將特定功能整合到CNC實時控制系統(tǒng),因此能輕鬆加密,防止出現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的複製行為;可與各種測量系統(tǒng)無縫集成,從而增強品質(zhì)保證。進而針對每個解決方案,都提供對應(yīng)的加工程式、匹配容易使用的HMI。


    例如NUMgrind外圓研磨解決方案,便使用友善的人機介面來設(shè)定研磨加工程式、砂輪修整及3D模擬,可用來即時補正研磨路徑,減少砂輪磨耗,大幅節(jié)省OEM設(shè)備研發(fā)、操作人員培訓(xùn)的時間。同時推薦新版刀具軟體New roto X,以解決客戶過去對於複雜的成型刀磨削模組設(shè)定不便的困擾,節(jié)省約50%設(shè)定時間。


    未來也不排除在線上售服和操作手冊導(dǎo)入AI技術(shù),讓客戶即使更新控制器,也能繼續(xù)使用原有功能軟體APP,延長工具機壽命。NUM還預(yù)計將在今年下半年,陸續(xù)推出蝸桿、螺紋磨削等專用HMI模組,甚至讓客戶提供工件的2D圖檔即可自動生成樣品,協(xié)助客戶節(jié)省約80%時間,只要最後檢查及微調(diào)即可。


    另針對新興的電動車蝸桿、螺紋磨削,將會創(chuàng)造磨床需求,與其他臺灣同業(yè)相較,力盟會提供包括CNC控制器+軟體、HMI等完整數(shù)控系統(tǒng),實現(xiàn)一站式整合購足,避免造成插補時落差,並確保客戶能作得出來。如大光長榮的異型研磨機,便搭配NUM的外圓/異型研磨Turnkey Solution,讓大光長榮、通展等使用者不必再重頭編寫程式;再加入自動量測與補正功能,而實現(xiàn)48hr無人化操作。


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