技術名稱 具無線傳輸之超音波刀把系統設計製造與驅動控制
計畫單位 國立勤益科技大學
計畫主持人 姚賀騰
技術簡介
航太、國防、醫材、消費性電子,這些與我們生活非常密切的產業,都包含有陶瓷、藍寶石與石英等高硬度特殊易脆材,而這些材料的加工在現今的技術面臨了一個全新的瓶頸,也就是生產速度遠不及出貨速度。會造成這樣的問題,就是傳統的製程技術已逐漸無法應付各種特殊的硬脆材料,關鍵就在於追求高端且高效率加工的生產方式,無法在這些材料加工上實現。相對地,受到生產品質與量能遲遲無法追上供貨需求的情況,生產速度就遠不及出貨速度了。現階段相關產業的環境,主要以銑削、研磨、鑽孔等加工為大宗,尤其是要在這些高硬度難切削材上進行極微小的鑽孔加工更是困難重重。然而如上述所提及,隨著材料科技日新月異,特殊硬脆材成為各大商品的主流材料,若再加工製程技術上不進行任何突破,終將會因為加工中的刀具極易毀損、工件嚴重磨損或破裂等問題,致使產能追不上供貨需求的問題而逐漸被大環境淘汰。針對上述問題,超音波加工為拯救已於大環境浪潮中載浮載沉的製造業的一艘救生艇,透過超音波加工的兩項主要的好處,其一不但可以有著如同傳統加工製程的需求,可基於傳統的技術及經驗進行製程及機床操作,並沒有大幅度的破壞原有的機床操作體驗,其二還可以高頻的振動對工件進行加工,於銑削、研磨、鑽孔等過程中同時進行研磨,製程上更加適合現在主流的脆硬性材料。然而,該技術卻因為開發成本昂貴以及技術門檻相對高的而停滯了許久,其原因為國內主要產業的結構為中小企業居多,僅有少數規模較大的廠商具有較足夠的研發資金及人力,再者超音波加工的相關技術牽涉到機械、電力電子、微處理機等相關機電整合技術,若是繼續停滯於傳統機械為主的研發思維,恐怕難有較大的重點技術突破。目前國內相關廠商已有利用接觸式電能傳輸的方式進行刀把振盪子電能傳輸技術,其透過滾珠軸承進行電能傳輸,但滾珠軸承在高速旋轉下有其壽命的限制,所以常常導致電能傳輸中斷,影響超音波刀把振動加工機能。本技術團隊秉持協助國內產業技術提升的精神,整合各專業領域的知能,開發具無線電能傳輸超音波刀把,可以克服有線傳輸之超音波刀把的技術限制,不僅解決刀把電能傳輸壽命問題,亦透過電流回授控制技術維持高穩定的超音波刀把加工振幅,此方法可以有效解決高硬度難切削材加工瓶頸,特別是在極微細鑽孔技術更可透過本無線傳輸刀把克服其技術瓶頸,該技術的深耕能帶領國內產業技術提升並足以與世界大廠競爭,切入高端加工製造市場,以雄厚的技術力基礎立足於世界。
科學突破性
非接觸式電力傳輸超音波刀把,其最主要的價值及目的即為應用在難切削材加工,尤其極微細孔鑽孔更是可以透過超音波刀把來提升品質及產能。而為使超音波刀把能發揮最大效果,本團隊已經順利克服了無線電力傳輸、刀把結構、驅動器及振幅最佳化問題,使這些關鍵技術不在只掌握於國際大廠手中,追趕國際不再是個口號。
產業應用性
此技術的目標非常明確,就是透過超音波刀把產生的微振動來輔助加工,以不大幅度破壞操作體驗為前提大幅度的增加產值、提升品質、降低成本,對於國內廠商的加工技術及額外附加的商業價值極具有貢獻。
關鍵字 智慧製造 加工應用 機電整合 超音波加工 無線電能傳輸 特殊合金材加工 特殊硬脆材加工 微振動輔助切削 高效率超音波刀把控制 高效能超音波驅動
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