切削振動監控方案賦予CNC加工機智能化保障企業利潤

隨著CNC加工機設備供應商接觸大量振動資訊，一旦結合大數據分析，對於訊號變化與機台故障之間的關聯性，有更為透徹的理解。

現今智慧型手機已從過往塑膠後蓋，轉變為輕薄金屬機身，儘管俐落外型吸引消費者，但手機殼零件供應商的產製過程卻更為艱難，只因機殼的切削加工需要相當高的精度，哪怕僅是微小偏差，都可能造成工件報廢現象，連帶侵蝕利潤。

為求提升CNC加工良率，手機殼業者往往被迫頻繁更換刀具，以確保CNC機台維持正常生產節拍，但此舉導致耗材成本上揚，同樣影響利潤。除此之外，手機殼加工業者極為重視稼動率，生怕因為CNC切削機驟然失效，引發產能下滑、交期延誤等負面連鎖反應，損及客戶滿意度與商譽，因而配置人力實施定期巡檢，並委託外包商提供二線維修支援，惟這些方式流於被動，很難在出現異狀的第一時間有效處理。

手機機殼是CNC機台應用的其中一個案例。CNC切割被廣泛應用在各種加工製造中，各種供應商均面臨類似的利潤保衛戰。凌華科技量測與自動化產品事業處經理徐常益認為，不論想要提升加工精度，或拉高稼動率，斧底抽薪之計便是在切削製程中執行監控，尤其需要進行振動監控，主要是因為，一旦機器肇因於失衡、共振或不對齊等種種緣故，使振動值上升到合理範圍之外，便容易影響機器運行，導致故障停機。

捕捉細微振動訊號  PC-based監測方案更勝PLC解決方案

CNC加工機若能被賦予智能，內建一套全時運轉的振動監測機制，即可隨時診斷機器健康狀態，無需像過去僅能等待最終成品產出、事後判斷異常原因，而是透過事前的預防性檢測，即時探知加工機開始出現不尋常狀態，迅速採取對應的處理措施，包括優化調整加工參數(例如變更主軸轉速)，或更換刀具等等，立即解決小偏差，避免釀成日後大禍害。

不可諱言，CNC加工機的切削振動監控，並非此刻才誕生的新議題，以往即有一些以簡單方便為訴求的PLC解決方案，標榜只要一接上CNC機台，便能快速產生效用；因此難免有人好奇，既然有PLC協助做切削振動監控，為何還需要採用PC-based監測方案？

正所謂魔鬼藏在細節，有些細微的振動訊號、或者高頻訊號，某種程度皆反應了一些事實，可能是連結機構開始出現不平衡，旋轉主軸軸承滾珠破裂而影響傳動動力，或緊固件產生鬆脫現象，意指CNC加工機開始「生病」，且隨著機台特性的不同，病徵也不盡一致；這些細微且多變的徵兆，憑藉具有低採樣率、支援有限頻寬範圍、演算法固定等特質的PLC解決方案，反而不易擷取，若CNC監控解決方案能捕捉微小變化，幫助用戶迅速掌握可能導致精度降低或產能滑落的關鍵因子，即可及早應變。

有鑑於此，凌華推出一項名為MCM-100切削振動監控方案，它標榜能在高精度、高採樣率的狀態下，針對旋轉機械與設備，進行24小時不間斷的數據採集與振動測量，並將資料蒐集、振動分析演算、運算、上網等功能多合一，協助CNC加工機的使用者順利解決傳統切削製程所面臨之各種挑戰，用最輕鬆無負擔的方式賦予CNC加工機智能化。

藉由高精度監測  達到預防維護妙效

徐常益解釋，一般而言，CNC加工機最想建立的偵測情境有3種，一是「Spindle Vibration Detection」，意在監測主軸於切削時的振動情況，做法是直接量測時域(Time Domain)訊號的RMS值，若逾越臨界值，即降低轉速或停止運轉；二是「Bearing Quality Diagnostic」，意在診斷軸承健康狀況，在CNC不執行切削、僅高速空轉的狀態下進行；三是「Spindle Collision Detection」，用以探測主軸碰撞情形，當振動波型符合某些預設條件，即研判已產生碰撞，立即緊急停止主軸移動。

上述第1與第2種情境，都與振動訊號的精度、頻寬範圍息息相關，PLC解決方案所能擷取的資訊甚少，難以協助用戶建立應變策略；反觀MCM-100不僅具備24 bit高解析能力(一般落在12或16 bit範圍)，並可憑藉高達128KS/s採樣率(一般僅支援20KS/s甚或更低)內捕捉高頻訊號，為用戶提供更多的振動分析素材。

CNC加工機設備商的新商機

另一方面，切削振動監控方案亦可為CNC加工機設備商創造出新的商機。隨著CNC加工機設備供應商接觸大量振動資訊，一旦結合大數據分析，對於訊號變化與機台故障之間的關聯性，有更為透徹的理解，CNC加工機設備商可善用不斷累積的知識資產，催生加值服務，甚至順勢調整商業模式，從賣斷設備變成賣機台運轉時數，建立長遠的穩定收益。

根據PC-based切削振動監控方案的業者凌華科技表示，振動監控方案已經進入落地階段，陸續為各家知名CNC工具機廠商所採用，其需求在2017年攀升幅度尤其顯著，足見無論CNC加工業者或CNC工具機廠商對於CNC切削振動監控方案的需求，確實愈來愈殷切。