回顧世界各國自去(2015)年起已陸續推出與工業4.0相關政策，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，預測工具機產業將面臨的兩大挑戰，包括：加(Additive manufacture ,AM)/減法複合製造，以及鈦合金、複合材料等創新材料加工領域。同時訴求高效率生產，導入感測器、軟體應用，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架構裡大數據分析的關鍵。

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

　　尤其是在創新材料加工趨勢出現後，刀具的使用參數、加工產生的切削力，已直接左右了機台規格。例如在航太業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計，得到較佳動態特性。

圖1 : 可針對量產型目標工件及材料加工特性開發機台。

　　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。所具備多面、同動加工能力，可針對量產型目標工件及材料加工特性開發機台；還能讓加工使用者更清楚對應須選購的機器款式？提供彈性製造更寬廣的應用空間，對應不同工序。其中，工具機製造廠除了透過感測器輔助，做為監控用途外，還能分析加工時的訊號並發展演算法，用於改善加工切削參數，在每批量加工結束後提供改善數據，呼應工業4.0發展方向。

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

車銑複合加工應用　擴大高規刀具需求

　　此外，為因應現今客戶要求傳統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展出的刀把系統已有很大比例配備HSK-T規格使用，”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等車銑複合刀把規格展示，若是採用BT刀把系統，還應加裝如Brother的plunger lock鎖固機構，以確保刀具指向正確及強化剛性。

　　精機中心經理沈建華進一步指出，據他觀察去年EMO展出的工具機產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。

　　為了因應一般主軸及刀把系統上實施重車削時，將難以承受產生的徑向力，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：「因為在機台側掛了車削頭，使得旋轉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。但台灣刀塔廠較少投入開發刀座，導致難以控制定位、重覆精度，此是未來業者可投入提升的方向。

圖2 : 台灣刀塔廠應投入開發刀座，以加強控制定位、重覆精度，促進工具機產業升級。 (圖片來源：i.ytimg.com/)