建立五轴工具机技术助业者脱离红海
发布者：13620081895 发布时间：2022-02-25 16:11:41 访问次数：197
建立五轴工具机技术助业者脱离红海（五轴工具机技术）
为推动工具机产业实力升级，工研院机械系统研究所的工具机技术团队藉由推动机械准确性共通基础技术，将工具机精度由微米提升至次微米，产品等级由中品级提升至高品级。台湾工具机产业过去抢攻全球市场，主要是靠平价机种，不论精度、效率、质量及稳定性和德国、日本等领导品牌有相当差距。面对韩国在工具机技术急起直追必须提升产业技术以保有目前工具机优势。有鉴于此工研院机械系统研究所工具机技术团队积极投入五轴工具机研发，以期为台湾工具机产业打开活路。
整体而言工具机技术提升的方向，主要就是建立工具机切削加工精度、精密运动控制技术深度及发展信赖度技术，工研院机械与系统研究所智慧机械组组长苏兴川强调技术水平的提升可促使产品价值提升数倍，协助台湾工具机产业摆脱竞争红海。据了解工具机产品平均单价约为德国的二分之一、日本的万分之三，陷入低价竞争的局面，因此极需藉由产品升级扩展利润空间，并促使产业朝高附加价值方向发展。
建立五轴工具机共通技术、缩短开发时间
此次计划主要锁定五轴工具机的研发。相较于三轴机五轴工具机多出两个机构上的自由度可资运用，此二个自由度多半为转动式。苏兴川进一步指出五轴工具机的开发成功具有两项意义，其一是五轴工具机能制造三轴机所无法做出的特殊形状；第二项意义则是五轴工具机能进一步实现生产自动化。
五轴工具机的附加价值较高，相对的生产及操作难度也很高，因此目前国际上能制造五轴工具机的厂商仅为少数，能成功制造出五轴工具机便代表该地区的工具机技术已达到更高的境界。简而言之五轴工具机的制造是判断一个地区工具机产业水平的主要指标。如今工研院团队成功开发五轴工具机，代表台湾工具机产业已能与其他先进地区并驾齐驱。
为协助产业提升水平，此科专计划首重建立扎实的共通技术基础，这些共同关键核心技术可分为两大部分，分别为高精度机台设计共通研发平台及控制与软件共通研发平台。前者包含精密进给设计、两轴旋转轴设计及精度稳定结构设计；后者则包括在线防碰撞加值软件、加工模拟加值软件及人机界面加值软件等。
这些五轴工具机技术除了来自此工研院科专计划外，项目团队还为加入新世代五轴工具机研发联盟的厂商规划了德国取经之行，苏兴川表示这些业者远赴德国，所学到的不仅是制作一台五轴工具机所需的各种技术知识，甚至是观念的彻底颠覆。新世代五轴工具机研发联盟整合了台湾工具机业界的六大主力业者，投入研发经费约二点六亿，主要目的是根据未来新兴科技，例如生医、航天及绿能产业等等的应用需求，开发出六款机型，带领五轴工具机产业对准未来市场趋势。
德国五轴工具机取经之旅 颠覆思考方式
一般工具机业者与他人合作多是购买图面再依样画葫芦，仅能取得诀窍，而研发联盟前往德国学习，则是要了解高阶五轴工具机的制作原理，也就是诀窍。谈及此次德国学习之旅苏兴川深觉收获良多，研发联盟将此次的学习称为五轴工具机镜子项目，不同于过去业者多是花钱买技术，我们是付钱买员工的学习过程。此次德国学习之旅前后持续两年之久，其间每次约停留两星期，总计来回六次之多。
刚开始听说要去德国大家很兴奋，但实际情况却是待了一星期就受不了，生活不习惯，但是大家还是坚持下去。从设计、分析、生产到验证，经过每个环节的彻底拆解及学习，最终的成果便是能靠一己之力完成机台的制造。苏兴川并强调此次的收获还在于学习德国人的思考方式，然而这过程非常不容易，双方经过许多磨合。
他举例子说明台湾人和德国人的观念差异，同样要制造一只杯子，台湾人可能就是将市面上最畅销的杯款改成自己的杯子，在很短的时间内就可以搞定这件事。但是德国人的做事方式则是截然不同，他们会花三个月讨论影响杯子形状的各种因素，甚至是做出所有可能的杯子形状后再进行讨论。将这样的思考过程放在工具机的制造上，就是必需反覆讨论影响性能及精度的各个因素，针对各种设计进行评比后，再就最可行的方案进行仔细分析，之后又是一轮讨论后才决定最后方案。
由以上可知双方的逻辑思考差异之大，所以在学习之旅初期，台湾人员会质疑德国人的做事步调太慢了，但是德国人仍然坚持必需扎实地走过前端作业的各个程序之后才实际动手。在台湾人员耐住性子学习德国人的思考方式后，也深觉缜密的思考虽然节奏慢，但是却能节省后段不断试误的时间。
为了成就此次的五轴工具机镜子项目，工研院项目团队花了不少心思；必需透过各种管道寻求德国中小企业同意传授技术知识及带领实作。这是个不简单的任务，因为德国工具机产业其实颇为封闭。苏兴川谈及如何突破德国工具机业者的心防，我们主要锁定德国中小企业，这些厂商在老一代的经营下，多数仅锁定国内市场不愿走向国际，但我们观察到现在德国许多中小型工具机业者多已由年轻一代接受，而新的经营者较有走出德国的意愿；尤其是希望能打入亚洲市场。
德国中小企业业主有迈向亚洲的想法， 然而未必可掌握管道，看准此点项目团队便以双方合作可互蒙其利的角度出发，说服他们愿意将技术知识分享出来。克服包括前置作业在内的种种困难，新世代五轴工具机研发联盟的六家业者最后皆成功开发验证载具，完成五轴工具机镜子项目。这些机台分别是亚崴的高精度天车式五轴工具机、程泰的复合化多轴车铣加工机、台中精机的动柱式铣车五轴工具机、永进的高精度两轴直驱加工机、百德的动柱式车铣五轴工具机，以及大立的直驱式卧式五轴工具机。
五轴工具机价值高、兆元产业有望
过去这些业者多是生产销售三轴机，附加价值相对较低，而这些五轴工具机技术的开发能协助业者摆脱价格竞争的困境。苏兴川强调联盟的功能除了提供业者共通技术，使其能缩短研发时间外，还有一个重要作用就是在联盟成立之初就协调各家业者开发不同的机器，如此才不致于大家一窝蜂开发同样的机器，如此难保在未来不会又沦入恶性竞争的境地。透过彼此的分工及协调业界才能一起走出红海，投入另一片蓝海市场中。展望未来工研院团队仍将积极建构本地高阶五轴工具机产业，带领台湾成为高阶工具机供应商之列，同步提升相关应用产业竞争力，开启工具机产业兆元产值新纪元。
五轴工具机组长苏兴川感言
主导台湾六家领导厂商与德国公司合作，建立高阶工具机研发工具、关键组件技术及精密组装诀窍守住关键人才。并以高阶工具机技术带动前十大工具机厂导入五大关键研发联盟，提供产业在性能及效能提升所需之关键核心技术，提升精度十倍及建立诀窍软实力。主导台湾工具机二十余家主力厂商新机种研发四十余种，也协助台湾放电加工机从无到有，成为世界第三大慢走丝生产基地生产国。藉由机械准确性共通基础技术推动，将工具机精度由微米提升至次微米，是推动工具机产业迈向智慧化的主导者及整合者、工具机产值倍增及百亿级旗舰厂的推手。团队很庆幸能加入工具机这个温暖有活力的产业，价值来自持续的深化，获奖靠团队努力，解决次微米加工机研发、控制器垄断问题。
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