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CNC 自動化——基礎、技術與經濟效益

現代化的自動化解決方案使中型企業也能提升生產力,並在國際競爭中立足。本文概述了 CNC 自動化領域的技術、應用案例及決策標準。

我們的 CNC 機器人

什麼是CNC 自動化

CNC 自動化是指無需人工介入,即可對 CNC 加工機進行自動裝卸的系統。當 CNC 控制系統負責工具的移動時,自動化系統則確保材料流的連續性:包括毛坯進料、夾持、取出加工好的零件並進行堆放。 目標在於:在減少非生產時間的同時,將主軸運轉時間最大化。手動操作的機台僅能在操作員在場時進行生產,而自動化系統則能實現晚班、夜班及週末的生產運作——且無需額外的人力成本。 其應用範圍涵蓋從用於處理相同零件的簡易積放式輸送機,到無需機械改裝即可處理各種工件幾何形狀的靈活、相機控制型機器人系統。

為何 CNC 自動化日益重要

人口結構的變化對金屬加工業造成沉重打擊。 合格的機台操作員越來越難覓得,特別是在鄉村地區。自動化提供了一種解決方案:專業技術人員得以從重複性工作中解脫,並能專注於更具挑戰性的任務——例如程式設計、品質保證及製程優化。

德國的勞動力成本明顯高於低薪國家。自動化技術使企業能在減少人力投入的情況下提高產量。這項優勢在處理緊急訂單時尤為明顯:當競爭對手必須依賴輪班工人時,採用自動化的企業則能通宵生產,並於隔天早晨完成交貨。

許多企業正考慮將生產從海外回流。原因包括:品質問題、運輸路程遙遠,以及供應鏈風險。自動化技術透過降低運輸成本、縮短反應時間,以及與研發部門的地理鄰近性,使這種回流在經濟上變得可行。

CNC 自動化技術

相同的工件會先儲存在輸送帶或料倉中,並依序送入。
優點:投資成本低、操作簡單、可靠性高
缺點:僅適用於相同零件、換線成本高、佔用空間大
應用:大規模量產且產品更換頻率低(汽車零組件產業)

工件托盤由外部裝載並自動更換。零點夾緊機制確保了高重複定位精度。
優點:換模時間極短、外部托盤裝載、高精度
缺點:托盤投資成本高,每件工件都需要一個托盤
應用領域:工具與模具製造、航空工業

工業機器人可處理各種形狀各異的工件。現代系統採用攝影機技術進行工件辨識,機械定位輔助裝置已大多被淘汰。
兩種主要方法:
直接工件處理:機器人直接抓取毛坯並將其放置於夾具中。此過程需使用液壓/氣動夾緊裝置,或針對機械式虎鉗使用電動扭力起子。
夾頭更換:更換配備零點夾緊功能的完整夾頭組。裝載迅速,但若零件種類繁多則成本較高。
優點:靈活性高、搭配攝影機的換線時間短、可整合附加功能
缺點:購置成本較高、啟用程序較複雜
應用場景:代工製造商,產品頻繁更換,且生產批次規模以中小型為主

攝影機會偵測工件的位置與姿態,機器人會自動調整抓取動作。因此無需機械定位元件。
優點:換線時間少於 5 分鐘,無機械限位裝置,可進行混合配置
經濟效益最佳區間:5 至 5,000 件的訂購量,且產品更換頻繁

何時值得採用CNC 自動化

決策標準

加工時間:當每個零件的主要加工時間約達 8 分鐘時,自動化便具有吸引力 批次大小:

  • 小批量生產(5至50件):相機控制的機器人
  • 中等批量生產(50至1,000件):機器人系統
  • 大規模生產(>1,000 件):亦包含積放式輸送機或托盤系統

其他影響因素

輪班運作:當機器在無人值守的情況下持續運作時(週末、夜間),此模式尤為經濟實惠
人力配置:在專業人才短缺的情況下,這往往是確保產能充分利用的唯一途徑
品質:工作品質穩定且可重複,不會因疲勞而產生失誤

CNC 自動化系統的實施

規劃階段

現況分析:

  • 哪些機器可以實現自動化?
  • 零件種類與批量?
  • 是否有現成的介面?
  • 空間狀況?
物料流動:半成品應放置於何處?成品又該運往何處?
夾持方案:是否配備旋轉接頭?若無,則需使用電動扭力起子。

技術整合

介面:現代化機台:Profibus、Profinet、EtherNet/IP。舊式機台:M 功能及無電位觸點。
安全:光柵、安全雷射、符合《機械指令》的人身安全門驅動裝置。
夾具:視工件而定:鉗口夾具、夾頭、真空夾具。

設備啟用與培訓

專業的系統啟用服務包含動作調整、通訊測試及操作員培訓。配備圖形化介面的現代化系統:新任務可在數分鐘內完成設定,無需具備程式設計知識。

挑戰與解決方案

無需旋轉接頭的機器連接

問題:許多現有機器未配備旋轉接頭。事後加裝通常需花費高達五位數的費用。
解決方案:電動扭力起子機可實現機械虎鉗的自動化。成本:僅需機器改裝費用的極小部分。

零件多樣性與靈活性

問題:承接各類零件訂單的代工製造商——機械系統的換線時間過長。
解決方案:相機控制系統可自動識別工件。透過調整夾爪的夾持尺寸,換線時間可控制在 5 分鐘內。

有限的自主運行時間

解決方案:

  • SpaceBox 系統:每個 SpaceBox 單元可容納超過 1,500 件小零件
  • 托盤倉:中等批量
  • 推車:大型工件
  • 可在運作期間進行補充

品質保證

解決方案:

  • 整合式測量技術
  • 基於攝影機的瑕疵檢測
  • CNC 控制系統的進程監控
  • 透過簡訊/電子郵件發送警報的遠端診斷

關於 CNC 自動化的常見問題

若產品更換頻繁,建議起訂量為 5 至 10 件。透過攝影機控制的最適量:5 至 5,000 件。

通常為 1 至 3 年。若進行夜班及週末生產,週期會更短。

是的。可透過 M 功能進行介接。電動扭力起子可取代缺失的旋轉接頭。

使用現代系統時:建立新訂單僅需 3 至 5 分鐘,無需具備程式設計知識。

透過簡訊/電子郵件進行遠端診斷與警報通知。許多問題皆可透過遠端維護解決。

相機控制系統:幾分鐘內即可完成改裝。

緊湊型機器人工作站:除機器本身外,約需額外佔用 4 至 6 平方公尺的空間。

經過培訓後,一般機器操作員即可操作該系統。

來自工業界的實務案例

企業報告顯示成效顯著:某精密零件製造商在未增聘技術人員的情況下,提升了交貨準時率——緊急訂單的響應時間從數天縮短至24小時內。 某外殼製造商優化了工作流程,讓員工能專注於品質保證。某位於鄉村地區的代工製造商,儘管面臨技術人才短缺,仍透過週末及夜間生產確保了生產作業。

更多案例研究請參閱我們的客戶報告

我們成功的CNC 自動化系統

DMG MORI M1 play
DMG MORI M1

配備氣動虎鉗的 DMG MORI M1 銑床自動化。

HEDELIUS Acura 65 Marathon play
HEDELIUS Acura 65 Marathon

配備機械虎鉗的 HEDELIUS Acura 65 Marathon 通用加工中心機自動化。

MT EVO T32FSY play
MT EVO T32FSY

MT EVO T32FSY 車床的自動化,用於在配備卡盤的主軸與配備夾頭的副主軸上加工軸類工件。

DN Solutions Puma 3100L play
DN Solutions Puma 3100L

配備 Fanuc i Series 控制系統的 DN Solutions Puma 3100L 車床自動化。可選附加模組:托盤、堆疊與翻轉。

SPINNER TC800 play
SPINNER TC800

配備 SIEMENS 控制系統以及主軸與副主軸的 SPINNER TC800 車床自動化。從兩個托盤上料/卸料。

DMG MORI DMU 50 play
DMG MORI DMU 50

配備 Heidenhain 控制系統(CELOS 應用程式)的 DMG MORI DMU 50 五軸加工中心機自動化。於氣動虎鉗上進行切削加工。

HERMLE C12 play
HERMLE C12

配備 Heidenhain TNC 640 控制系統的 HERMLE C12 自動化。配備氣動夾具的五軸加工機床。

TSUGAMI M08DE-II play
TSUGAMI M08DE-II

配備 FANUC Oi-TF 控制系統的 TSUGAMI M08DE-II 自動化。於配備夾頭的主軸上進行切削加工。

HURCO VMX 30i play
HURCO VMX 30i

配備虎鉗的 HURCO VMX 30i 三軸加工機床自動化。毛坯置於 Spacebox 中,透過攝像頭識別。

OKUMA LB3000 EX III play
OKUMA LB3000 EX III

配備 OSP-P500L 控制系統以及配備三爪卡盤主軸的 OKUMA LB3000 EX III 車床自動化。

HAAS VF-2SS play
HAAS VF-2SS

HAAS VF-2SS 三軸銑床的自動化,毛坯以形狀配合方式供料,並由真空夾爪取放。

GF Machining MILL E 700 U play
GF Machining MILL E 700 U

配備虎鉗的 GF Machining MILL E 700 U 五軸銑床自動化。毛坯置於 Spacebox 中,透過攝像頭識別。

 DN SOLUTIONS PUMA GT3100 LM play
DN SOLUTIONS PUMA GT3100 LM

配備帶卡盤主軸的 DN Solutions Puma GT3100 LM 車床自動化。毛坯以堆疊方式置於兩個托盤上供料。

HERMLE C20U play
HERMLE C20U

HERMLE C20 U 五軸加工中心機的自動化,配備由電動扭矩扳手操作的機械虎鉗。

 HERMLE  C400 play
HERMLE C400

HERMLE C400 五軸銑床的自動化,用於加工鋼材切割件,透過 Spacebox 供料

 DMG MORI DMU 60 eVo play
DMG MORI DMU 60 eVo

DMG MORI DMU 60 eVo 五軸銑床的自動化,用於加工鋼材切割件,透過 Spacebox 供料

 HAAS ST-25Y play
HAAS ST-25Y

HAAS ST-25Y 車床的自動化,用於加工塑膠件,以堆疊方式置於歐標托盤上供料

 MAZAK QuickTurn 200 MSY play
MAZAK QuickTurn 200 MSY

MAZAK QT200 MSY 車床的自動化,用於加工圓棒切割件,置於 SpaceBox 上供料

HAAS VF-3 play
HAAS VF-3

HAAS VF-3 五軸機床的自動化,用於加工易損的塑膠外殼,透過 Spacebox 供料

HERMLE C42U play
HERMLE C42U

HERMLE C42 U 五軸銑床的自動化,用於加工塑膠件,透過 Spacebox 供料

DOOSAN DVF5000 play
DOOSAN DVF5000

DOOSAN DVF5000 五軸機床的自動化,用於加工塑膠件,透過 Spacebox 供料

AXA HFB1 duo play
AXA HFB1 duo

AXA HFB1 duo 端面加工機的自動化,用於加工重型軸類,置於歐標托盤上供料

SPINNER U-2520 play
SPINNER U-2520

配備第四軸的 SPINNER U-2520 三軸銑床自動化,用於加工型材,透過 Spacebox 供料。

DMG MORI CTX beta 800 play
DMG MORI CTX beta 800

DMG MORI CTX beta 800 車床的自動化,用於加工鑄件,透過 Spacebox 供料。

HURCO VMX30Ui play
HURCO VMX30Ui

HURCO VMC30Ui 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,置於台車上供料。

DMG MORI CTX beta 1250 TC play
DMG MORI CTX beta 1250 TC

DMG MORI CTX beta 1250 TC 車銑中心的自動化,用於加工鑄件,置於台車上供料。

HWACHEON Hi-Tech 450BL YMC play
HWACHEON Hi-Tech 450BL YMC

HWACHEON 450BL YMC 車床的自動化,用於加工大型圓柱體,置於歐標托盤上供料。

POSmill E-1100 play
POSmill E-1100

POSmill E-1100 三軸銑床的自動化,用於加工堆疊板材,置於歐標托盤上供料。

DMG MORI CMX 70 U play
DMG MORI CMX 70 U

DMG MORI CMX 70 U 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,置於台車上供料。

MORI SEIKI NL2000 play
MORI SEIKI NL2000

MORI SEIKI NL2000 車床的自動化,用於加工鑄件,置於台車上供料。

MORI SEIKI SL-400 play
MORI SEIKI SL-400

MORI SEIKI SL-400 車床的自動化,用於加工鋸切方塊,置於台車上供料。

GROB G550a play
GROB G550a

GROB G550a 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,置於歐標托盤上供料。

HERMLE C20 U play
HERMLE C20 U

HERMLE C20 U 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,置於台車上供料。

CHIRON Mill 3000 play
CHIRON Mill 3000

CHIRON Mill 3000 三軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,透過 Spacebox 供料。

MORI SEIKI NTX2000 play
MORI SEIKI NTX2000

MORI SEIKI NTX2000 車銑中心的自動化,用於加工鑄件,置於台車上供料。

MAZAK VCN-530C play
MAZAK VCN-530C

MAZAK VCN 530C 三軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,透過 Spacebox 供料。

DMG MORI DMU 65 FD play
DMG MORI DMU 65 FD

DMG MORI DMU 65 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,透過 Spacebox 供料。

SPINNER U-1520 play
SPINNER U-1520

SPINNER U-1520 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,透過 Spacebox 供料。

MAZAK QuickTurn 250M play
MAZAK QuickTurn 250M

MAZAK Quick Turn 250M 車床的自動化,用於加工圓柱形鋸切件,透過 Spacebox 供料。

DMG MORI CTX800 beta play
DMG MORI CTX800 beta

DMG MORI CTX800 beta 車床的自動化,用於加工大型圓柱體,置於歐標托盤上供料。

GILDEMEISTER CTX 420 linear play
GILDEMEISTER CTX 420 linear

GILDEMEISTER CTX 420 車床的自動化,用於加工圓環,透過 Spacebox 供料。

HERMLE C400 play
HERMLE C400

HERMLE C400 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,透過 Spacebox 供料。

GROB G350 play
GROB G350

GROB G350 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,置於台車上供料。

MAZAK Integrex i-400 ST play
MAZAK Integrex i-400 ST

MAZAK Integrex i-400 ST 車銑中心的自動化,用於加工圓柱體,置於台車上供料。

OKUMA SimulturnLU300-M play
OKUMA SimulturnLU300-M

OKUMA Simul Turn LU300-M 車床的自動化,用於加工圓環,置於台車上供料。

GILDEMEISTER CTX 400 play
GILDEMEISTER CTX 400

GILDEMEISTER CTX 400 車床的自動化,用於加工堆疊鋸切件,置於歐標托盤上供料。

MAZAK QuickTurn 200MS play
MAZAK QuickTurn 200MS

MAZAK Quick Turn 200MS 車床的自動化,用於加工圓柱形鋸切件,透過 Spacebox 供料

DOOSAN Puma 2600S play
DOOSAN Puma 2600S

DOOSAN Puma 2600S 車床的自動化,用於加工大型圓柱體,透過歐標托盤供料。

MAZAK Integrex 200-II SY play
MAZAK Integrex 200-II SY

MAZAK Integrex 200-II SY 車銑中心的自動化,用於加工圓柱體,透過 Spacebox 供料。

DMG MORI CLX 350 play
DMG MORI CLX 350

DMG MORI CLX 350 車床的自動化,用於加工圓環,透過 Spacebox 供料。

MAZAK QuickTurn250 MY play
MAZAK QuickTurn250 MY

MAZAK QT250 MY 車床的自動化,用於加工軸類,置於歐標托盤上供料。

HAAS UMC 750 play
HAAS UMC 750

HAAS UMC 750 五軸銑床的自動化,用於加工鋸切方塊,置於台車上供料。

DMG MORI CTX beta 1250 TC play
DMG MORI CTX beta 1250 TC

DMG MORI CTX beta 1250 TC 車銑中心的自動化,用於加工軸類,置於歐標托盤上供料。

OKUMA LB3000 EX play
OKUMA LB3000 EX

OKUMA LB3000 EX 車床的自動化,用於加工圓柱形鋸切件,置於台車上供料。

MORI SEIKI SL-250 play
MORI SEIKI SL-250

MORI SEIKI SL-250 車床的自動化,用於加工圓柱形鋸切件,置於台車上供料。

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OKUMA LB35-II

OKUMA LB35-II 車床的自動化,用於加工圓柱形鋸切件,置於台車上供料。

DOOSAN Puma TL 2400 LM play
DOOSAN Puma TL 2400 LM

DOOSAN Puma TL2400 LM 車床的自動化,用於加工軸類,置於歐標托盤上供料。

MORI SEIKI SL-204 play
MORI SEIKI SL-204

Mori Seiki SL-204 車床的自動化,用於加工鋸切件,置於台車上供料。

MAZAK QuickTurn250 MY play
MAZAK QuickTurn250 MY

MAZAK QT250 MY 車床的自動化,用於加工圓柱形鋸切件,置於台車上供料。

測量模組 play
測量模組

整合於卸料流程中的座標量測儀,為品質檢驗提供可靠數據

翻轉模組 play
翻轉模組

整合於上料流程中的工位,用於在 OP2 之前翻轉工件

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預壓印模組

整合於生產工藝中的壓印虎鉗,適用於從窄到極寬的工件

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清潔模組

整合於卸料流程中的工位,用於清除已加工工件上的切屑與冷卻潤滑液

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標記模組

整合於卸料流程中的標記工位,配備可靠的硬質合金針與大型標記窗口

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切斷模組

切斷擴展模組,可從單一毛坯製作多個半成品

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對齊模組

對齊工位,用於預先定位成型件,以便定向放置至加工機床中

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電動主軸驅動

無旋轉接頭的機用虎鉗自動化,並對擰緊扭矩進行扭矩精確控制

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