一、前言：
加工生產技術不斷的突破，各種設備的發展應用日新月異，讓生產線的選擇構建更能滿足加工業業者之投資需求。而在勞力短缺及降低成本之壓力下，生產線朝向省力化及自動化方向發展早已成為老生常彈的話題。而且加工機具之自動化發展，已從單機自動化、專用機生產線、FTL、FMC、FMS等結合了專用及汎用型設備及控制技術的方向演進，促使生產型態由大量生產、少量多樣等各種產能需求來滿足了人們追求富裕生活的願望。
對於不同型態之加工物而言，根據製程的差異如何整合相關設備來達成不同產能需求，並符合最少投資及最大效益之目的，成為生產技術工程人員及投資者必需深入研究思考的課題。
汽機車的需求量不斷的成長是現代化社會人們生活品質提升的一種趨勢，而近年來中國大陸在機車方面需求量的成長最為可期，並且也大筆投資建廠，因此在此領域之加工設備需求投資吸引了工具機業者不斷的拓展市場，而台中精機也已投入相當多的心力，累積了數百台數控機械之銷售業積，並有不少應用案例。
在機車引擎之CASE鋁鑄件(Al die casting)，如氣缸頭、左右箱體、左右箱蓋、齒輪箱蓋等，此類零件之加工使用大量之綜合加工機及輔助專用設備來完成全部製程，以下將以左、右箱體之加工線為例介紹相關整合規劃考慮事項，作為相關從事此類加工需求之規劃設計者及投資者參考。
二、機車引擎左右曲軸箱體加工生產線
左右曲軸箱體是機車引擎之重要零件，曲軸在箱體內高速運轉，因此左右箱體之組合面及軸孔加工需達到高精度要求。本案例規劃之生產線，是針對100c.c.及125c.c.機車引擎之左右曲軸箱體規劃之加工量產線，全年之產量需求為15萬組及產出率為73 秒/組，廠房面積為53米 X 8.6米，工件材質為鋁壓鑄件，依據加工製程分析，其加工工序包含有： a.面銑加工 b.銑小平面、搪孔、鑽孔、攻牙 c.側孔加工 d.雙斜孔加工 e.結合後側孔加工 f.清洗烘乾 g.工程間進行半成品尺寸檢驗及最終成品檢驗。
要完成上述加工工序之主要設備包含有轉盤銑床、綜合加工機、清洗烘乾機、刀具系統、夾治具系統、綜合檢具等，另外為達省力化及自動化之目的所規劃之週邊設備有物流輸送系統、集中排屑冷卻系統及監控系統等。分別說明如下：
1、轉盤銑床：
曲軸箱體之兩結合面皆為較大之加工面，若使用綜合加工機進行加工時雖可 與搪、鑽孔、攻牙同時加工，不過加工工時較長。而轉盤銑床具備粗加工及精加工之大面銑刀，刀具直徑可達500mm。在轉盤一迴轉即可完成面加工，若轉盤直徑為1.6 米，可設計多組油壓夾治具，同時夾持多個工件，若選用之機台結構剛性佳，則加工後平面精度可滿足要求。因此對大量切削之面銑加工，一般加工方式可使用傳統銑床、加工中心機、轉盤銑床等加工設備，然在加工效率考量上，以圓盤銑床加工結合面效率較高，因此在大量生產加工線中採用此型設備加工出基準面後, 再進行下一工序加工是相當普遍而有效之選擇，也可明顯降低加工成本。不過面銑加工產生大量鋁屑及粉塵, 因此在安排生產線時可考慮將圓盤銑床集中於較獨立之生產區。
2、加工中心機：
以曲軸箱體之外型及加工部位分析可知其加工內容為面銑、搪孔、鑽孔、攻牙等工程，針對此項功能採用台中精機之高精度、高剛性之立式加工中心機 Vcenter-80，加工範圍在800mmX420mm內，工件夾持於工作台之夾具上進行切削。加工中心機具備自動換刀系統( ATC)使加工效率大為提高，另外可裝置自動托盤交換系統( APC)、刀具量測、機內工件量測、刀具壽命管理、負載監視系統、主軸中心給水功能、強力沖水裝置、高速主軸等機能，可使加工中心機發揮更大效能。 nextpage
3、立式鑽床：
對於有些工序若使用加工中心機來加工較不符合成本效益，以本案之左箱體為例，因有一雙角度之斜孔，針對此單孔加工只要使用立式鑽床配合簡單之夾具即可完成。
4、清洗烘乾機：
引擎零件在組裝時必須達到極高之清淨度，是加工此類零件重要的工程，因此在切削加工後必須加以清洗烘乾。另外左右箱體必須經結合後加工側孔，所以結合前必須先經過清洗，針對此項需求規劃使用隧道式連續清洗機，分別作為中間清洗機及最終清洗烘乾機，來清洗結合加工前之半成品及加工完成品，來達到精度之要求。此清洗烘乾機設計時特別針對零件盲孔加以噴洗使達到要求的清淨度，同時也必需特別考慮對生產線周圍環境影響的問題，並使之降至最小，而使機台操作簡單、維護容易。
5、刀具系統：
採用耐高速切削、長壽命、合理成本及滿足精度要求之刀具是在製程分析時就必須詳細評估的要項。一般刀具使用高速鋼材質，不過刀具領域技術不斷進步已經為加工工程提供可廣汎應用之選擇，如鎢鋼刀具、鑽石刀具、CBN刀具、 TiN(TiC、TiC+TiN、AlCN)被覆(Coating)刀具。
除了在材質方面之多樣選擇之外，針對加工部位的特性及精度要求，我們搭配選用組合刀具來提高左右箱體之加工效率，由於使用多階鎢鋼刀具及捨棄式刀片之多階組合刀具使得不僅加工速度提高且減少換刀次數及時間，這是因刀具上製作加工不同尺寸之刀刃，可以在一次進給將數道工程完成，因此加工工時大幅減短，提高了加工效率，而機台的數量得以下降至最少，為投資者創造最大之利益。
在生產線上設置刀具室使刀具運用及管理得到充分的支援，使生產稼動率得以發揮，並使加工品質的穩定獲得保證。由於此生產線使用大量刀具，因此刀具的維護及設定需要快速、簡易，因此規劃有刀具預設定機(tool presetter)。對於刀具預設定機可選擇有以下功能之設備： a.可對刀具長、刀具切削直徑進行量測，可迅速穫得刀具資料。 b.配備有電腦及刀具管理軟體可與機台直接連線，而另外對於大量備用刀具的存放須有效且妥善的管理，因此在刀具室內設置刀具架使得刀具管理更為嚴謹。
由於對刀具進行合理之管理，所以能夠使刀具的使用效率提高，成本降低， 並且使刀具的壽命得到充分的運用，這將對整個生產線之營運更為合理且節省刀 具成本。
6、夾治具系統：
夾治具是加工必備之輔助工具，在自動化之要求下夾治具之設計以採用氣、油壓方式作為夾持動力，操作者只要按啟動鍵即可使夾具夾持工件而進行加工。夾治具設計時特別對夾持力與夾持支撐點、定位基準點、排屑難易度、油氣管路設計、輔助支撐設計、毛胚基準等諸多因素皆需充份考慮。
夾具的種類隨工件加工特性而不同，以本案為例，在加工機加工範圍內同時夾持多個工件，且將不同機型之工件設計在同一組治具，換線時只要將部份零件更換即可，如壓板、定位銷、基準塊、油壓缸等，以達到快速換線之彈性功能。
7、綜合檢具：
加工品質為生產線良劣的主要標準，因為在大量生產的狀況下，若品質控制不良勢必造成大量的不良品，造成生產資源之極度浪費，目前作業現場加工品質控制方式有下列幾種供選擇：
1）線上量測：
加工中心機可以加裝量測頭如同刀具一樣自動交換檢測，此類產品如 Renishaw、Marposs等可對工件進行線上檢測，不過此種應用將因量測複雜程度須佔據相當長的加工工時，對於量產型生產線之產量有一定程度的影響，因此可依需求作彈性應用。
2）線外工件量測：
各工序加工完畢時可使用線外量測設備進行尺寸檢驗，一般使用之量測工具有塞規、牙規、量錶檢具、位置度量測之綜合檢具、孔徑氣壓量具、電子量具、 三次元量床等，選用時需依據工件量測所需之精確度及效率來規劃適當的裝置。 以本案例而言，規劃了綜合檢具在製程的終點進行量測。 nextpage
8、集中冷卻排屑系統：
產業競爭日益激烈，除了品質要求不斷的改進，製程中降低不良率及生產效率有效的提升，在在的考驗每一個參與生產作業的每一個人。然而當前國際社會在環保意識上的抬頭，未來投資者不只在經營管理上的努力外，更應重視製造業所造成之污染問題，為地球環境生態盡一份心力，如何在規劃一個生產線時不只要講求品質效率之外，更應注重在製程中如何作到降低污染物的產生，有效的物質回收再生之使用，減廢的目的不只在於環保上的責任，更重要的是減低不必要的損耗及更高的回收再生率，如此不僅能藉由生產製造作為成就製造業的目的，亦盡了一份環保公民的世界責任。
傳統的機械加工廠在加工製程中須大量使用切削液 (coolant)，其目的在使加工中之熱量帶走，並鞤助切削之進行，但傳統之coolant 均配合工作機械作單獨之配置，故在大型加工廠就會產生不易管理之困擾。尤其水性 coolant，不論是乳化型或是合成型均含90% 以上之水，在不當的管理之下，將會造成 coolant之品質劣化、細菌快速滋生，進而發臭，故以往之工廠常常須將 coolant抽換原因就在不易管理上。
集中排屑冷卻系統，簡言之，就是以預先設置之進水及回水之管線使經過濾處理之coolant 供應工具機加工之使用，經使用過之含切屑之 coolant經管統作不斷的循環運轉作業。左右箱體加工線之排屑冷卻系統工作流程。
集中排屑冷卻系統之優缺點：
優點：
1)coolant的管理容易，只有一主要油槽可由一專責工程人員定期來檢查 coolant之濃度、酸鹼度、細菌數使coolant的品質保持穩定。
2)過濾主機過濾精度較高且較無過多之死角，使得沉積之污泥減少、細菌較不易滋生。
3)coolant的壽命可有效延長，減少coolant抽換的環保問題。
4)切屑(鋁合金)之回收率高減少物料之損失。
5)切屑連同coolant一併流回過濾主機，不須額外之人力來廠內搬運鋁屑。
6)長期運轉成本低且具環保作用之週邊設備。
缺點：
1)生產線之layout因進回水之管線不可作太大之更動。
2)初期設置成本高。
3)較適用在新建之生產線，舊生產線導入不易。
4)管理及設計不當時易造成全廠生產線停機之問題。
5)coolant只能選用一種無法混用。
切削液及排屑使用單機及集中方式處理之效益評比：
形式 效果 項目 單機式 集中冷卻式使用設備 單機水箱、切屑輸送機 管路、(回流水溝)、集中水槽、過濾機生產效率 100% 約130% 加工品質 提高切削液平均壽命 100% 約300% 切屑處理 各單機水箱必須處理非常費人、時、費用高 由一個地方集中回收，非常輕鬆，費用降低切削液管理 各單機水箱之PH、濃度管理非常麻煩，一般均不作管理，故影響加工品質，需常更換切削油 ，油壽命短，油槽小，易受外界溫度、加工熱影響。 PH、濃度管理可容易判斷切削液狀態，具優越之安定性並可設定最適合之加工條件。因油槽容量大，不易受外界氣溫及加工機械發熱之影響，油溫安定，加工精度也不受熱影響而變化大。廢水處理 費用降低最初成本 便宜 昂貴佔地面積 增加環境影響 易造成切屑切削液流散 廠區整潔
9、物流系統：
在加工生產線中之物流是針對工件由毛胚至加工完成之一連串活動，依靠著物流系統將各工序機台連接起來及傳送工件。左右箱體加工時是以人工進行上下料，而前後工程工件之搬運則使用全自動FREE FLOW 輸送機所構成之物流系統。此生產線是將左、右箱體兩種工件合理的配置於同一加工廠區，為易於做監控管理及使工件傳送合理，減少人員的流動，因此將機台以一字型排開的方式配置。
工件由毛胚區→圓盤銑床→綜合加工機區→立式鑽床→鉗工檢測台→中間清洗機→組合台→綜合加工機區→拆卸台→最終清洗烘乾機→成品區，工件傳送的輸送機是由一雙層自流(Free Flow) 式輸送機所構成，工件以托盤承載，托盤在輸送機上以自流的方式運送。各工序之加工機前設置有暫存台，分為入料暫存站、中間暫存站及出料暫存站。雙層自流式輸送機之前後端各設有昇降機 (lifter)，而下層為空托盤回收線。托盤進出各機台前之暫存站是以昇降式動力滾筒所構成之移行機(up/down)控制正反轉使托盤移進或移出暫存站。 nextpage
10、監控系統
生產線之資訊流通及監控功能可依據需求設計成不同程度之監控能力。本案例所使用之加工設備為 CNC加工中心機、圓盤銑床、立式鑽床、物流輸送機、清洗機、集中冷卻排屑系統等，其中加工中心機本身即為自動化機械具備有完整之控制與監控能力，而其他機台也使用 PLC作為控制，因此整廠之運作模式是混合了自動物流(輸送機)設備及人工上下料之作業，因此在物流監控作業只要以可程式控制器(ＰＬＣ) 來控制輸送機即可滿足。
然若要對整廠之運作資訊集中監管，則可增加監控電腦或適當之人機介面終端機設計規劃圖型監控畫面並透過可程式控制器(ＰＬＣ)及連線分別監控不同加工區之狀態，而監控內容可規劃如下：
10.1生產線監控劃面：
可顯示機台之使用狀態，以現場佈置示意圖中機台之顏色來顯示機械的停機、待料、加工狀態，同時於每台機台上亦有加工數量以及計劃產值之顯示。
10.2機台生產實績以表列方式說明各機台各班的生產量記錄，由使用者書入各機台之預定生產值，而計算出各機台於各班之達成率，分析日實績、月時績、年實績等三功能。
10.3稼動率分析： 以圖表或表列方式記錄，分析各機台之稼動率。
10.4加工資料： 可得每一機台加工物件之起始、結束時間以及加工所需時間，並記錄以往之加工資料。
10.5機台預先保養管理： 操作者預先設定各機台保養週期與機台實際運轉時間對比，適時提醒操作者進行機台預先保養工作。
10.6計劃產量輸入： 可輸入預定產量。
10.7資料列印： 可列印生產報表。
10.8NC程式傳輸管理: .NC程式儲存 .NC程式傳送 .NC程式編輯 .NC程式列印 .NC程式管理 .NC程式模擬
三、結語：
生產線之規劃朝向彈性化之要求，使加工製程相近之不同工件可以在同一量產線中生產，符合最大的投資效益。對於引擎殼類零件如左、右箱體一般僅止於生產排程合理化專用機型之生產線，然而在使用大量專用機後，造成加工件更換型式(尤其目前在產品生命周期短的狀況下 )時，專用機換線不易，使得相當多的資源浪費，因此目前之規劃方向已朝泛用之CNC 加工中心機發展，所以本案例之左右箱體生產線之構建採用 CNC加工中心機以達到改善上述之問題點，另外對於較適合使用非CNC機床之加工部位則減少高成本加工中心機之使用數量，如圓盤銑床，立式鑽床等設備的運用。
而對於工件之上下料及搬運傳送之工作，並不採用機械手或特殊自動機構去執行工件上下料，而保持傳統人工操作方式，最主要是考慮左右箱體之工件一次裝夾數個工件、工件定位、變形、夾具固定方式等，使用上述自動上下料設備將需投入大量資金、人員維護，其效果有限，因此著力於夾治具之規劃以消除上述問題，而搬運傳送之物流規劃，所考慮方向是朝向降低半成品或成品於加工線內交差搬運之工作量，避免工件堆積紊亂之現象發生，所以各加工工序間採用自流式 FREE FLOW輸送機以托盤承載工件來作為物流傳送系統。
刀具運用配合機台之特性及能力，對於加工效率、產品品質、刀具壽命等將有重大影響，因此選用符合成本之刀具，並特別針對適合合併加工之尺寸使用組合刀具來提高加工效率。
而在工件量測方面，考慮線外量測功能，配備適當之綜合檢具作為現場之量測，對於精確孔位則配合三次元量床檢驗以確保加工品質。集中冷卻排屑系統可根據效益評比及優缺點比較，作為是否設立之參考。
在整廠監控方面，因加工中心機為自動化設備，本案搭配其它專用設備，並以輸送機為物流設備及以人工上下料，一般工廠可只以高功能之可程式控制器 PLC)來作為控制，然若為考慮於監控室作即時掌握加工現場狀況，可考慮加裝監控電腦或人機介面終端機監控線上機台狀態。
總之，不盲目追求自動化而朝向追求更合理化之加工流程、選用合適的加工設備，建立具有彈性之加工量產線以得到最大之效益，才是規劃加工生產線時追求之目標。
