帳號:
密碼:
智動化 / 文章 /

鋸床鋸切技術扮演現代精密加工的尖兵
高速化+智慧化
[作者 王景新]   2018年03月21日 星期三 瀏覽人次: [2507]

精密製造,已是全球機械加工不可逆的趨勢,不僅消費性電子產品有此需求,工業、航太、建築、運輸和設備製造等,也全面朝向更精密的製造生產方向前進;另一方面,精密加工所涉及的零組件和材料也相較於過去更加多元,例如更強悍的複合材料等,不但需要達到更高的精準度,效能與產量更是業者所關心的項目,因此,如何滿足產業的需求並突破此一挑戰,加工技術的提升是關鍵的一環。


魏進忠看好帶鋸床鋸切(Band Saw)技術發展

現代製造業正朝著高效能、高精度和經濟性方向發展,虎尾科技大學動力機械工程學系教授魏進忠指出,帶鋸床為金屬與非金屬材料初級加工最有效率的工具母機。他說,圓鋸機、往復式弓鋸機、雷射切割、水刀、火焰切割,皆無法進行厚實且大面積材料或大型設備的精密切割,且帶鋸床優點為材料耗損低、材料質變低、鋸切尺寸範圍大、鋸切成本低等,已成為金屬零件初級加工不可或缺的重要組成環節。


魏進忠介紹,隨著鋸切材料多樣化與高速鋸切需求,近年來鎢鋼鋸帶(Tunson Carbon Sawing Blade)需求亦日益增加,所謂鎢鋼鋸帶是指鋸帶刃部以鎢鋼製成或是在高速鋼刀尖上以電弧銲接鎢鋼顆粒,並經過研磨所形成的刃部。鎢鋼鋸帶可以達到普通鋸帶兩倍以上鋸切速率,並產生更光滑鋸切表面,其成本約為雙金屬鋸帶三倍以上,但是鋸切壽命並未如預期產生倍數增加,原因在於鎢鋼具有硬脆特性,因此帶鋸機在鋸切時的震動,將嚴重影響鎢鋼鋸帶的鋸切壽命。


現今為達到高速鋸切的要求,鋸帶表面塗層、波浪型帶背鋸帶、弦波進給式進刀機構、智慧化進刀與監控技術已陸續應用在新一代帶鋸機上。


帶鋸床鋸切應用趨勢部分,舉凡鋼構、橋樑、建築界、設備製造、機器加工、精密科技、汽車製造、航空運輸製造、航海船運製造、石化設備、模具製造及風力發電等,為各業界前端取材或設備切割等金屬材質材料的鋸切工具母機,如圖1所示,應用在結構用H型鋼與方管裁切上。



圖1 : 左: 龍門型帶鋸機鋸切H型鋼與方管機台照片。右: 龍門型帶鋸機鋸切H型鋼與方管機台照片。(source: 魏進忠)
圖1 : 左: 龍門型帶鋸機鋸切H型鋼與方管機台照片。右: 龍門型帶鋸機鋸切H型鋼與方管機台照片。(source: 魏進忠)

近來由於航空與汽車工業需求大量複合材料以達到節能環保之目的,因此應用在複合材料(如蜂巢版、玻纖與碳纖複合材)的精密切割的需求亦日益增加。鋸床產業(不含鋸帶)年產值可達數十億台幣。


全球鋸床發展趨勢:高速化與智慧化

魏進忠引用數據表示,全球主要雙金屬帶鋸條生產大國為歐洲,美國、日本和德國,2015年中國出口全球市場規模的雙金屬帶鋸條需求如圖2所示。目前雙金屬帶鋸片市場已經成熟和穩定,需求增長主要來自中國和印度等新興經濟體。近年由於高速化與難切削材料需求日增,但是切削條件選用端賴經驗設定,不適當切削條件使用,將降低生產速率與增加鋸帶耗損。如何實現切削條件選用最佳化以提昇切削速率,延長鋸片使用壽命,為降低切削成本提高效益唯一路徑,「因此開發高速化與智慧化鋸床為目前全球發展趨勢。」


圖2 :  2015年前十大中國出口雙金屬帶鋸條的國家(source: researchinchina)。
圖2 : 2015年前十大中國出口雙金屬帶鋸條的國家(source: researchinchina)。

同時,魏進忠認為,帶鋸機的智慧化在近幾年的發展亦日益競爭,由鋸切工況的健康診斷到機台的狀態監控與故障排除,其發展腳步如同工具機智慧化發展一般,只是其刀具所面臨的問題不同於一般加工刀具,鋸帶本身刀路長且支撐點少,因此鋸切工況的量測困難度高,且帶鋸機的單價不如一般工具高,因此如何發展有效且便宜可靠的診斷方法,為各大帶鋸機廠目前努力目標。


智慧化系統輔助 具三大優勢

此外,高速帶鋸床具有高切削率的優點,但高切削率必會隨著鋸帶於切削時振動加大風險,以及刀具增加負荷損耗風檢,所以從減少振動進行著手,機台結構制震設計須與工具機一般,並簡化結構,達到較高耐震程度,加強刀具有效支撐以及鋸弓剛性,監控均勻齒負荷著手,來達到快速且順暢切削,增加鋸切速度及穩定性。


魏進忠說,由於帶鋸機所鋸切材料種類繁多,不同鋸切材料與鋸切工況應需選擇相對應鋸帶以及調適到適合的鋸切工況,傳統上均由操作人員經驗來判斷是否為正常鋸切,然而無深厚經驗操作人員其實並無法得知鋸切工況以及鋸帶殘餘壽命,因此亟需智慧化系統來加以輔助,除了可以得知鋸帶殘餘壽命外,「更可藉由自動微調鋸切工況,達到延長鋸帶壽命、高效率鋸切以及節省人力與成本目的。」



圖3 : 智慧化龍門型帶鋸機技術關聯圖 (source:高聖精密機電C320 NC;魏進忠2017)
圖3 : 智慧化龍門型帶鋸機技術關聯圖 (source:高聖精密機電C320 NC;魏進忠2017)

圖4 : 魏進忠教授是台灣帶鋸床鋸切技術研究權威之一。(source: 魏進忠)
圖4 : 魏進忠教授是台灣帶鋸床鋸切技術研究權威之一。(source: 魏進忠)

魏進忠指圖3所示智慧化龍門型帶鋸機所需的關鍵技術,除了各項鋸切性能監控技術外,結合機電控制系統達到智慧化鋸切以及主動制振的目的。並藉由鋸切力學模擬的開發,可以更加準確判斷異常鋸切工況的產生,進一步建立機械深度學習機能。魏進忠建議,台灣廠商在軟體、資通訊、機械結構與傳動以及系統整合人才方面的培育腳步應更加積極,方能趕上此發展趨勢。


保護性塗層技術 成不可或缺關鍵

魏進忠以常用金屬圓棒與建築用型鋼鋸切為例,帶鋸機的鋸切機制屬於連續式切削,因此鋸帶上的各個切削齒存在緊密的依存關係,如何在對應不同材料、工件外型以及切削工況下使用適當齒型的鋸帶,或是進行特殊齒型的研發,可使得各鋸齒平均負擔切削力,為達到高效長鋸帶壽命關鍵。


但因為台灣並無相關鋸帶製造商,故齒型設計為台灣刀具業者所缺乏的關鍵技術;另一關鍵技術為降低鋸切阻抗與保護鋸齒幾何外型所需塗層技術,此為各家廠商的商業機密,目前具有保護塗層的鋸帶應用亦不多,但是可以預見未來在高速長鋸帶壽命的技術發展下,保護性塗層技術為不可或缺的關鍵。


相關文章
先進包裝機械方案商專訪-虹興機械與貝加萊
自動化與客製化成包裝機械顯學
機聯網智慧鏈接 工具機設備稼動率全面提升
智慧CNC加工控制 台灣業者有ICT利基
高度人工智慧化的切削加工設備
comments powered by Disqus
  相關新聞
» 達梭系統2018 SIMULIA台灣用戶大會 探討智慧製造的3D技術應用
» R&D 100 Awards舉行頒獎典禮 資策會親赴領獎
» 施耐德電機宣布更變官網網址
» 科思創攜手啟聰學校 打造平權科學教育平台
» 國研院科普活動「科學家的秘密基地」於今開展
  相關產品
» 凌華科技發佈兩款強固型CompactPCIR 2.0刀鋒處理器
» Aruba推出創新的AI行動安全技術 實現最佳邊緣運算體驗
» u-blox與Iskraemeco和EMH合作 將藍牙顯示介面整合至智慧量錶
» 泓格推出無線通訊三色燈監控模組
» 是德科技新型資料擷取系統 助工程師縮短測試系統開發時間


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2018 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@hope.com.tw