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金豐公司伺服沖床發展現況及未來趨勢 引言 傳統金屬成形制造技術中，機械式沖床得到大量的應用，近年來隨著產業需求，如:粉末成形、難成形材料成形、復雜形狀零件成形、復合成形及高精度成形等技術開發，對沖壓設備的機能做出了更大的挑戰；隨著電子技術、控制技術及IT技術等進步，先進廠商遂結合切削工具機應用多年的伺服電動機，開發出更具彈性伺服沖床，以伺服電動機直接作為沖床動力源，透過螺桿、曲柄連桿及肘桿等方式，將電機驅動動能轉化至滑塊的直線運動，應用伺服電動機可應用程序編輯特性，實現滑塊運動達成可控制，以滿足沖壓加工的彈性及智能等需求，被譽為第三代沖床，目前已成為世界沖壓技術及裝備發展的主要潮流之一。 全球伺服沖床發展現狀 上世紀末日、歐等工業發達國家興起投入伺服電機驅動沖壓機械的研發工作，這種伺服沖床與傳統機械式沖床相比。具有節能環保、結構簡單、生產效率高、滑塊運動彈性廣、產品精度高及新材料成形性佳等優點。這類沖床于日本已非常普及，在汽車零件及電子零件等難成形零件加工、高精度加工應用中，已經顯示了其機能之優越性，日本在伺服沖床研發設計、制造技術及商品化等方面，于國際間皆位處領先位置。日本廠商有AIDA，KOMATSU、AMINO、AMADA、FUJI-STEEL、放電精密，H&F及YAMADA DOBBY等廠家，相繼發展出不同傳動方式及應用產業的伺服沖床，在日本的沖壓行業已經把伺服沖壓當作了支撐未來日本經濟發展的國策，在日本制造中的機械式沖床有30%以上是伺服沖床，是全球伺服沖床制造最為積極的國家，目前生產伺服沖床的沖壓能力已達25000KN。 其他區域沖壓設備于伺服沖壓領域發展雖然較晚，不過一些沖壓設備廠商亦相繼投入這行列中，發展速度不顯遜色，美國的WIEDEMANN和W.A.WHITNEY公司、德國的TRUMPF和NIXOORF DARADORN公司，西班牙的FAGOR和瑞士的RASKIN公司都對伺服壓力機進行了研究，但以SCHULER為代表，發展最快，SCHULER 公司于2010年推出新一代伺服驅動沖床，此新落料與成形沖床公稱能力范圍從2500~30000KN，采用了SDT可編輯伺服直接驅動技術，搭配高性能扭矩電動機、指定模具及周邊自動化設施，無飛輪及離合剎車器，讓作業增加很高的靈活度。 臺灣金豐、協易及中國濟二、齊二、廣鍛、江蘇中興西田數控等亦有伺服沖床相關產品，產品沖壓能力已達10000KN；其中江蘇中興西田數控為中、日兩國所共同投資，全力發展伺服數控沖床。 伺服沖床具有滑塊速度可控、難成形材料易制性、節能環保、一機多功之彈性及智能化等優點，因此各國皆投入此領域研究發展及應用，伺服沖壓設備已是未來各國競相發展的重要沖壓裝備。 伺服沖床的應用 伺服沖床主要應用于引伸、沖裁、彎曲、冷鍛及壓印等生產線以及試模沖床。因采用計算機控制，利用數字技術及回饋控制方法達到高級精度控制：既可對沖床滑塊位置進行控制，透過監控系統及補償控制，滑塊的位置重復控制精度±0.01mm；因運動模式可采用程序編輯，可對滑塊速度及軌跡進行控制，大幅降低沖壓域的速度，降低沖壓噪音及震動，改善了沖壓的工作環境，延長模具使用壽命；同時，還可對滑塊的輸出力進行控制，控制精度可達滑塊的最大輸出力的±1.6%。從而使汽車制造中采用高強度鋼板、鋁合金板材的大型覆蓋件的成形成為可能；難成形材料如鎂合金、鋁合金及鈦合金等，配合模具設計及周邊系統控制，使新材料易于成形。 金豐伺服沖壓設備發展 金豐自2002年即投入伺服沖壓設備相關研究及開發，第一代產品CM1-110參加2005年臺灣第二屆數控工具機研究開發創新產品榮獲佳作獎，這是臺灣第一臺發布的伺服沖床，其主要傳動模式由小型伺服電動機為主要動力源，透過減速及扭矩放大機構的設計，將動力傳遞至滑塊作各種曲線模式的運動，因當時沖壓設備專屬伺服電動機研究開發尚未成熟，所以只能以較小動力的伺服電動機透過扭矩放大機構作應用，因機構內部零件制作不易及后續大型伺服電動機被開發量產應用，因此此機型未作商品化，但金豐對于控制系統、界面傳輸整合及監控系統等研究有了深入研究成果，這使臺灣伺服沖壓設備邁入新的里程。
CM1系列CNC數字化成形沖床 CF1系列單曲軸直驅式數字化成形沖床 2005年起隨著國外大型伺服電動機相繼開發上市，使得沖壓設備動力傳遞變得更簡單化，因而有CF1系列C形單曲軸直驅式數字化成形沖床、GTX-S系列門型雙曲軸伺服沖床、iLS1系列、SL1系列及DLS系列多用途連桿式伺服沖床等產品相繼開發及商品化上市，并已成功銷售至北美及東南亞等地區，因此在伺服沖壓設備領域的產品線逐步擴大及予以完善。
開發的伺服沖床機構傳遞模式有伺服電動機+齒輪+曲軸、伺服電動機+皮帶輪+齒輪+連桿、伺服電動機+減速機構+省力連桿+曲軸等三種模式，可適用于不同產業應用，iLS1系列多用途連桿式伺服沖床于2011年TIMTOS榮獲工具機研發創新競賽佳作獎；i-motion連桿伺服沖床技術開發計劃(SL1系列)則于2010年通過臺灣經濟部科技研發發展項目審查，透過政府單位、產學、研等單位共同合作開發新一代伺服沖壓設備， 其主要特色有: 1、省力連桿式傳動技術:省力連桿式傳動技術，不僅可以放大伺服馬達扭矩，以達到能力發生點時工作所需扭矩。更可透過省力連桿技術，有效降低伺服馬達扭力規格克服直驅式伺服沖床對大扭力伺服馬達的需求，達到采用市販標準規格品目的，借此有效降低伺服馬達成本。 2、下死點穩定度監控技術: 透過在滑塊上方安裝一傳感器，根據實際滑塊下死點位置實時回饋訊號給控制器，若回饋的訊號超過用戶設定標準，即會驅動滑塊下死點調整機構對滑塊下死點位置進行補正，透過此項技術不僅可以確保下死點位置不會隨著潤滑或溫度變化因而變動，進而影響加工精度，確保加工質量。 3、沖擊力監視系統技術:經由于滑塊板四角邊緣安裝傳感器，進而量測于實際沖壓時，工件受到沖壓力作用后，傳遞至滑塊板四角之沖擊力，依據四角傳感器量測的沖擊力差異值，依據此量化數值，調整模具前后左右位置，進而使工件質心位置與沖床滑塊中心呈一直線，借此提高加工成品精度及提升模具壽命。 4、i-motion連桿伺服沖床技術: i-motion不僅以伺服馬達與省力連桿機構取代離合剎車器，避免離合剎車器因摩擦與空轉造成的能量損耗，更以省力連桿降低馬達容量，進而達到節能目的。 實務沖壓所產出展現成效則有: 1、采用減速機構的減速比，提升馬達需求轉速降低馬達需求扭矩，搭配省力連桿機構，可將需求的伺服馬達功率降低到直驅式40%以下。 2、采用省力連桿能夠于能力發生點時，透過特殊連桿角度與架構，有效放大伺服馬達(輸入端)所輸入的扭矩，達到滿足沖壓(輸出端)扭矩的需求。 3、取消了飛輪及離合剎車器，使結構簡化，因此電能消耗大大降低。節能可達到和30%~60%。 4、行程中可對滑塊速度進行控制和調節，因此在沖壓中段控制滑塊使其停頓，并降低其進入板料時的速度，從而達到減少噪音的目的，通常降噪效果可達10分貝左右。另外，還能減輕滑塊進入板料時的沖擊，進而延長模具的使用壽命。 5、滑塊行程和速度能夠任意調整，可以以程序設定在接近下死點加工的成形動作為緩速，而在加工區域前與成型完離開之速度為快速移動。如此一來，即使將加工區域速度放慢到成形理想速度，也可較以往提升約1/3的生產效率。 i-motion連桿伺服沖床技術開發計劃產品，SL1-200以鎂合金(AZ31B)手機外殼為產品做實物沖制，使用模內加熱曲線模式得到良好的映證，取得難成形材料的作業參數。 金豐伺服沖壓設備開發瓶頸 金豐目前伺服沖床開發仍局限于3000KN以內產品，大型化是未來趨勢，目前主要因素為臺灣對于沖壓設備低轉速高扭矩專用的電動機，尚未有大功率產品開發，制限往大型化低成本的沖壓設備開發；伺服沖壓設備無飛輪及離剎裝置，作業中缺少能量儲存系統及回升電流能量儲存裝置，大容量的電容能量儲存系統裝置可反饋沖壓時能量，大容量的電容儲存能量系統開發目前仍有技術瓶頸；成形工藝作業參數因研究及應用不足，產業使用仍有疑慮，在推展伺服沖床上需對使用廠商作教導及協助規劃如模具及周邊系統的搭配；鍛造設備應用在鍛造時有在下死點高位如25mm開始沖壓，造成作業時間長，使得電動機需保持長時間的大電力，對于電動機發熱問題尚未有對策。 金豐伺服沖壓設備未來發展 金豐對于伺服沖床未來開發有幾個方向: 一、大型化:汽車產業沖壓生產線因汽車輕量化需求，使得高張力鋼板應用持續增加，在傳統機械式沖床不易成形的材料，需借助伺服自由運動模式予以克服，伺服大型化是無法避免發展趨勢，目前已規劃的沖床為SDS、SL2-SV及SL4-SV。 二、伺服鍛造機:鍛造機械要克服電機發熱及大電力保持問題，將有效達到長行程及精密沖壓。 三、大容量能量儲存系統:沖壓造成能量補充及回充，讓伺服沖床達到節電措施及能量的再利用。 四、難成形材料應用:3C產業及汽車輕量化多采輕合金應用，透過材料應用研究，協助廠商提升產品升級。 五、高精度:沖壓設備多采機構克服大容量電動機能力不足，但接口增加將造成運轉的下死點變位問題，位置自動偵測及補償系統的開發予以彌補下死點變位問題，讓制品精度提高。 總結 伺服沖床具有精密復合、彈性、高效及節能環保等特性，應用上越來越廣泛，在目前產業發展強調智能及綠色趨勢，是符合趨勢的先進沖壓設備，后續搭配IT及云端技術、自動化設備等軟硬件設施，將會產生很大的經濟及社會效益，因此伺服沖床在產業應用越來越重要，其發展是未來重要趨勢之一。 金豐在伺服沖壓領域雖面臨諸多瓶頸，技術上尚未能趕上先進設備廠，但仍將加速技術研發克服瓶頸，以趕上此世界裝備技術發展之潮流。
關于金豐 金豐集團創立于1948年，其前身是金豐鐵工廠，目前已發展成為一家國際化企業。經過一個甲子的淬煉茁壯，金豐集團已成為臺灣現在最大的沖鍛裝備制造廠，2011年集團營收金額超過70億臺幣。金豐集團營運總部設在臺灣中部的彰化市，主要產品及服務為沖鍛壓力機及零件之研究開發、生產制造、工程規劃及維護修理等業務。生產基地分布在臺灣彰化、浙江寧波及江蘇淮安等三地，集團人數超過1200人，產業應用領域甚廣，橫跨運輸、家電、機械、五金、3C（計算機、通訊和消費電子產品等電子產品）等多個領域，營銷網點遍及全球五大洲，產品銷售遍布全球50多個國家和地區，超過3500家的全球客戶皆為各領域翹楚，運輸產業有豐田、本田、福特等；家電產業有奇異、伊萊克斯、海爾等；3C產業有華碩、鴻海、偉創力等。產品質量廣受各界信賴與肯定。
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