即使多年來臺(tái)灣齒輪及螺桿加工業(yè)者陸續(xù)透過自制機(jī)臺(tái)、刀具，甚至于PC-based控制器，逐步建立開發(fā)能量，進(jìn)而透過內(nèi)外并購(gòu)來提升競(jìng)爭(zhēng)力。但至今該體系仍相當(dāng)封閉，并非傳統(tǒng)綜合加工機(jī)、CAD/CAM軟體商可涉入，而相當(dāng)倚重制造加工業(yè)者多年累積的數(shù)學(xué)式資料庫(kù)、專用機(jī)種，但在應(yīng)用工法不斷推陳出新及瑞士控制器大廠介入下，可望出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。
回顧自2006~2008年以來，每逢全球出現(xiàn)原物料飆漲的景氣循環(huán)熱潮，往往迎來的就是當(dāng)下制造業(yè)對(duì)于資本設(shè)備支出、關(guān)鍵零組件等庫(kù)存?zhèn)淞洗笤觯俪尚乱徊ㄜ姡ㄔO(shè)）備競(jìng)賽，也是臺(tái)灣機(jī)械設(shè)備產(chǎn)業(yè)的商機(jī)所在，除了自家增資擴(kuò)產(chǎn)，對(duì)內(nèi)外并購(gòu)?fù)度胄率袌?chǎng)亦時(shí)有所聞。
如齒輪、滾珠螺桿等關(guān)鍵傳動(dòng)零組件的應(yīng)用范疇極為廣泛，涵括汽車、工具機(jī)、基礎(chǔ)工業(yè)、能源、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)設(shè)備以及風(fēng)力發(fā)電等，近幾年來更因?yàn)樾履茉窜嚺d起、自動(dòng)化與風(fēng)力電機(jī)等產(chǎn)業(yè)急速擴(kuò)大，造成齒輪制造業(yè)生產(chǎn)相當(dāng)活絡(luò)，驅(qū)使大模數(shù)、高強(qiáng)度及高精度齒輪之需求量逐年增加。
但早期臺(tái)灣廠商加工齒輪所使用的刀具和機(jī)器設(shè)備皆須仰賴進(jìn)口，且齒輪設(shè)計(jì)能力落后先進(jìn)國(guó)家許多，全憑經(jīng)驗(yàn)探索技術(shù)。 1990年起政府也推動(dòng)一連串輔導(dǎo)計(jì)畫，陸續(xù)向歐、美采購(gòu)引進(jìn)CNC工具機(jī)設(shè)備，讓齒輪產(chǎn)量和精度因此大幅提升，促進(jìn)了齒輪業(yè)的蓬勃發(fā)展。最成功的例子，便是由工研院機(jī)械所執(zhí)行的開發(fā)計(jì)畫「齒輪電腦輔助設(shè)計(jì)軟體」，共有大同齒輪、久大、新恒等14家廠商參與，透過軟體提升了臺(tái)灣廠商在圓柱齒輪的設(shè)計(jì)和制造能力。
另外是引進(jìn)義大利Samputensili滾齒刀及刮齒刀的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)，交由全宏、僑星和臺(tái)灣工機(jī)、久大等6家廠商在1994年合資成立「陸聯(lián)精密公司」，由于刀具供應(yīng)自主性高，交期短和價(jià)格低，而大幅提升臺(tái)灣齒輪制造的競(jìng)爭(zhēng)力。
| 圖1 : 齒輪、滾珠螺桿等關(guān)鍵傳動(dòng)零組件的應(yīng)用范疇極為廣泛，涵括汽車、工具機(jī)、基礎(chǔ)工業(yè)、能源、礦業(yè)、農(nóng)業(yè)設(shè)備以及風(fēng)力發(fā)電等。（source：inegi.pt） |
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掌握精密螺桿自主能量 內(nèi)外并購(gòu)強(qiáng)化競(jìng)爭(zhēng)力
滾珠螺桿則屬于技術(shù)與資本密集產(chǎn)品，除了所需鋼珠的數(shù)量不多、規(guī)格不一，均采外購(gòu)；還須仰賴螺桿及螺帽精密加工設(shè)備。加上因?yàn)樯a(chǎn)過程復(fù)雜、工時(shí)冗長(zhǎng)，必需具備嫻熟工藝的技術(shù)人員，所以產(chǎn)地主要集中于歐美日等工業(yè)先進(jìn)國(guó)家，應(yīng)用上也從傳統(tǒng)NC/CNC工具機(jī)為主，至今已逐漸擴(kuò)散至半導(dǎo)體與產(chǎn)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的比重逐漸升高，未來仍極具潛力。
臺(tái)灣雖身為工具機(jī)暨零組件生產(chǎn)大國(guó)，在內(nèi)銷市場(chǎng)上，向來以日本為主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手；外銷市場(chǎng)則有日本和中國(guó)大陸。但直到1982年臺(tái)灣首家滾珠螺桿專業(yè)制造廠何豐精密才正式成立，自英國(guó)引進(jìn)世界一流的生產(chǎn)技術(shù)開工量產(chǎn)，當(dāng)時(shí)在臺(tái)灣市占率從1983年33.3%、1984年36.3%逐年遞增，在1985年達(dá)到50%。
卻因?yàn)楫?dāng)時(shí)投資金額過為龐大，市場(chǎng)規(guī)模又不足以支持何豐擴(kuò)大產(chǎn)能，降低單位成本，導(dǎo)致于1987年由時(shí)任交通銀行主任秘書卓永財(cái)接手重整，接著另行成立上銀科技公司。旋即于1992年成為全球滾珠螺桿廠商中，首家通過ISO國(guó)際品保認(rèn)證工廠，臺(tái)灣滾珠螺桿品質(zhì)才逐漸獲得國(guó)內(nèi)外廠商肯定，正式由進(jìn)口替代的內(nèi)需市場(chǎng)占有率僅約5%增至85%，進(jìn)而反攻國(guó)際市場(chǎng)，外銷30余國(guó)。
如近年來再被上銀并購(gòu)的英國(guó)百年螺?磨床大廠邁萃斯精密公司（Matrix）早期便與日本三井精機(jī)挾成本優(yōu)勢(shì)，共同掌握全球?qū)輻U加工設(shè)備產(chǎn)能，當(dāng)時(shí)在何豐廠內(nèi)清一色采用Matrix加工及檢驗(yàn)設(shè)備，并由上銀接手取得。但在大陸、印度等新興市場(chǎng)崛起后，造成Matrix設(shè)備取得不易，也形成被上銀并購(gòu)的契機(jī)。
2015年上銀再為了取得日本不愿出售的專用齒輪刀具，以加工機(jī)器人所需諧波減速機(jī)（Harmonic drive），而決定并購(gòu)陸聯(lián)精密，并改名Matrix行銷全球，但當(dāng)時(shí)陸聯(lián)其實(shí)已具備可加工短行程導(dǎo)螺桿能力，正逐漸朝向長(zhǎng)行程及自主開發(fā)刀具升級(jí)之路，如今則交由第二代卓文恒接任董事長(zhǎng)，期待早日轉(zhuǎn)虧為盈。
| 圖2 : 滾珠螺桿因?yàn)樯a(chǎn)過程復(fù)雜、工時(shí)冗長(zhǎng)，必需具備嫻熟工藝的技術(shù)人員，應(yīng)用上也從傳統(tǒng)NC/CNC工具機(jī)為主，至今已逐漸擴(kuò)散至半導(dǎo)體與產(chǎn)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。 （source：balancesystems.com） |
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開創(chuàng)齒輪加工專用不易 臺(tái)廠走來篳路藍(lán)縷
目前對(duì)于齒輪制造約可概分為3大領(lǐng)域：圓柱齒輪、蝸桿/蝸輪及傘齒輪，但因?yàn)榍邢鼾X輪時(shí)，對(duì)于齒形精度的要求較一般機(jī)械零件嚴(yán)格，必須使用特殊刀具及工具機(jī)才能加工，其機(jī)臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且剛性要強(qiáng)，再搭配專用齒輪設(shè)計(jì)制造軟體，所以鮮少有臺(tái)灣廠商能介入，全球齒輪工具機(jī)的制造商主要分布在日本、德國(guó)、瑞士和美國(guó)，生產(chǎn)機(jī)臺(tái)產(chǎn)量約占全球總數(shù)70%以上。
其中，圓柱齒輪粗加工的工具機(jī)大都使用滾齒機(jī)和插齒機(jī)。在粗加工后，尚未淬火前的齒形精加工則利用刮齒機(jī)，并大量用于機(jī)車產(chǎn)業(yè)；至于淬火后的精加工，大都施以磨齒（Grinding）和珩齒（Honing）。目前為克服內(nèi)齒輪加工問題，最新推出的技術(shù)為?力刮齒（Power skiving）和滾插（Scudding），其刀具采用類似插齒刀設(shè)計(jì)，切齒動(dòng)作則類似滾齒，加工效率宣稱比插齒加工快了5~6倍。
然而，因?yàn)閳A柱齒輪生產(chǎn)的技術(shù)門檻不高，難與大陸及新興國(guó)家做價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，在臺(tái)灣齒輪產(chǎn)業(yè)力求轉(zhuǎn)型之下，漸漸朝向齒輪箱次系統(tǒng)利基領(lǐng)域發(fā)展。如自動(dòng)化領(lǐng)域的行星齒輪減速機(jī)，代表性廠商有臺(tái)灣精銳、利茗、成大、臺(tái)灣工機(jī)和晃益；工具機(jī)方面有大同、錫昌、僑星和六星等。汽機(jī)車領(lǐng)域中的齒輪箱和傳動(dòng)軸系統(tǒng)，代表性廠商有和大、倉(cāng)佑、中華臺(tái)亞、介隆興和華鏞；基礎(chǔ)重工業(yè)設(shè)備使用的大型精密減速機(jī)，代表性廠商有上和、臺(tái)朔重工、久大和聰穎機(jī)械廠；橡塑膠機(jī)械齒輪箱領(lǐng)域，代表性廠商為三隆齒輪、臺(tái)穩(wěn)精密和永大精機(jī)。
且考量在各種齒輪中，傘齒輪的技術(shù)門檻最高，故較具競(jìng)爭(zhēng)力，臺(tái)灣的代表性廠商有僑星齒輪、亞格齒輪和旻成齒輪。傘齒輪常用的切制法有兩大類，早期以美國(guó)Gleason傳統(tǒng)搖臺(tái)式切齒和磨齒設(shè)備為主，以面銑法（Face-milling）來加工傘齒輪。制造者可從Gleason提供的齒輪計(jì)算表來計(jì)算刀具和齒胚參數(shù)，以及機(jī)械設(shè)定和修正量，針對(duì)個(gè)別需求實(shí)施特定的加工方法；后制程還須經(jīng)過表面硬化熱處理，最后再施以研磨來提高齒輪精度，由于刀具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且取得容易，非常適合小量乃至大量的制造方式。
另外一類是德國(guó)Klingelnberg傘齒輪加工機(jī)為代表，以面滾法（Face-hobbing）來加工傘齒輪的生產(chǎn)速度比較快。但因?yàn)橛啥喔鶙l狀刀棒所組成刀具，使之刀刃設(shè)定較為復(fù)雜，需要額外刀具校正設(shè)備；且借此加工的傘齒輪無法施以研磨，故在臺(tái)灣較少有廠商采用，卻非常適合為汽車產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)大量傘齒輪，對(duì)于齒輪精度要求不高，還能在熱處理后以研齒制程（Lapping process）來調(diào)降噪音，代表性廠商為中華臺(tái)亞。
至于臺(tái)灣齒輪刀具制造商首推陸聯(lián)精密，研發(fā)自制的工具機(jī)包含滾齒刀鏟齒車床、刮齒刀插槽機(jī)及CNC滾齒刀鏟磨機(jī)和磨銳機(jī)等。且在建立齒輪機(jī)專門技術(shù)后轉(zhuǎn)而開發(fā)CNC蝸桿磨床、CNC成形磨齒機(jī)和CNC蝸桿砂輪形磨齒機(jī)，其工具機(jī)品質(zhì)已獲得國(guó)際認(rèn)可，銷售遍及臺(tái)、日、美、大陸和土耳其等國(guó)家。近年來和大工業(yè)挾其多年齒輪生產(chǎn)實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，自行設(shè)計(jì)制造齒輪工具機(jī)，并成功開發(fā)出CNC刮齒機(jī)和滾齒機(jī)行銷全球。
倘若引導(dǎo)得當(dāng)，臺(tái)灣機(jī)械廠商將能建立起對(duì)于齒輪、齒輪箱及傳動(dòng)系統(tǒng)最適化的設(shè)計(jì)能力，開發(fā)附加價(jià)值高的產(chǎn)品；與齒輪制造業(yè)者也提高生產(chǎn)力、更新老舊設(shè)備，爭(zhēng)取車輛傳動(dòng)方面市場(chǎng)，必使臺(tái)灣與齒輪相關(guān)的機(jī)械工業(yè)在世界市場(chǎng)上占有一席之地，并帶動(dòng)整體機(jī)械業(yè)發(fā)展。
例如機(jī)器人的關(guān)鍵零組件中以減速機(jī)構(gòu)為最關(guān)鍵，為能滿足小空間單階大減速比的需求，一般皆采用諧波式減速機(jī)或擺線減速機(jī)（Cycloid reducer）。除了前者關(guān)鍵在于撓性齒輪的材料選用和齒形設(shè)計(jì)，試量產(chǎn)制造出來的減速機(jī)壽命猶待國(guó)際驗(yàn)證；后者的技術(shù)門檻在擺線齒輪齒形設(shè)計(jì)和制造精度，已有臺(tái)灣廠商逐漸克服其中困難，并持續(xù)改善品質(zhì)。其他應(yīng)用在鋼鐵、石化等重工業(yè)或基礎(chǔ)工業(yè)的大型減速機(jī)，則重點(diǎn)訴求安靜、高強(qiáng)度和高效率，以及風(fēng)力電機(jī)所需的增減速箱，為其關(guān)鍵零組件。
| 圖3 : 機(jī)器人的關(guān)鍵零組件中以減速機(jī)構(gòu)為最關(guān)鍵，為能滿足小空間單階大減速比的需求，一般皆采用諧波式減速機(jī)或擺線減速機(jī)。 （source：cdn.neugart.com） |
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導(dǎo)入瑞士齒輪加工整體方案 產(chǎn)業(yè)可望軟硬體同步升級(jí)
值得一提的是，目前也有瑞士齒輪加工專用機(jī)控制器大廠NUM已在臺(tái)灣成立子公司–臺(tái)灣力盟公司，總公司早在1961年就已開發(fā)出首款CNC控制器，比起現(xiàn)今CNC/NC控制系統(tǒng)的普及使用早了10年之久。該公司現(xiàn)除了可提供NUMgear控制器，以協(xié)助臺(tái)灣傳統(tǒng)綜合型工具機(jī)、OEM設(shè)備制造廠商開發(fā)新款成形齒輪磨床、滾齒機(jī)、插齒機(jī)、創(chuàng)成磨齒機(jī)等專用加工機(jī)，并搭配人機(jī)介面軟體Flexium CAM，跨足新創(chuàng)應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)也著重舊機(jī)改新市場(chǎng)，與工研院、天益齒輪、三隆齒輪等合作，改裝已使用數(shù)十年的LIEBHERR、Gleason滾齒機(jī)。
臺(tái)灣力盟公司業(yè)務(wù)經(jīng)理吳松憲表示，該公司不僅在2014年即曾與陸聯(lián)合作開發(fā)創(chuàng)成磨齒機(jī)，近年來還與建暐精密科技公司合作開發(fā)成形磨床案例，后者系基于現(xiàn)今機(jī)器人系統(tǒng)通常使用配備漸開線齒輪的行星齒輪箱，或是減少外擺線轉(zhuǎn)子和定子組合的擺線驅(qū)動(dòng)，但要制造擺線齒輪的難度大且成本高。
因此建暐于2015年決定自行開發(fā)磨床，生產(chǎn)自家齒輪箱以便掌控質(zhì)量、縮短交貨時(shí)間并降低成本，甚至能向其他齒輪制造商銷售機(jī)器。最初也曾采用傳統(tǒng)Fanuc數(shù)控系統(tǒng)、CAD/CAM軟體及自家三次元量床（CMM），卻很快發(fā)現(xiàn)擺線齒輪的輪廓復(fù)雜程度，CMM得到數(shù)據(jù)不足以控制整體制程，且不希望客戶采購(gòu)機(jī)器還須要投資引進(jìn)昂貴的CAD/CAM系統(tǒng)和增加人員。
所以決定引進(jìn)一套能從齒輪設(shè)計(jì)理論開始，就完全支援齒輪磨削的CNC數(shù)控系統(tǒng)，讓客戶只須輸入其設(shè)定的齒輪參數(shù)，該系統(tǒng)就能即時(shí)補(bǔ)足機(jī)器修整和磨削過程的各個(gè)層面，NUM則愿意提供在齒輪磨削應(yīng)用的專業(yè)知識(shí)，并共同開發(fā)CNC數(shù)控系統(tǒng)，包含特定應(yīng)用的人機(jī)介面（HMI）軟體和各種專用控制功能，并搭配NUM新一代Flexium+ 68 CNC平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了在同一部機(jī)臺(tái)上制造擺線齒輪和漸開線齒輪的能力和靈活性。
| 圖4 : 建暐精密科技公司與NUM合作開發(fā)成形磨床，并搭配NUM新一代Flexium+ 68 CNC平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了在同一部機(jī)臺(tái)上制造擺線齒輪和漸開線齒輪的能力和靈活性。 （source：num.com） |
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臺(tái)灣力盟公司亞洲區(qū)銷售總監(jiān)Adrian Kiener指出：「這次成功案例凸顯了NUM分散支持戰(zhàn)略的重要性，客戶只須要直接通過NUM在臺(tái)灣及世界上許多其他國(guó)家的CNC專家和開發(fā)措施，就能得到非常快速的反應(yīng)服務(wù)，以協(xié)助其顯著縮短上市時(shí)間。同時(shí)結(jié)合了NUM瑞士總公司齒輪產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)所形成的完整解決方案，包含：人機(jī)介面軟體、加工技術(shù)和數(shù)學(xué)公式，以及所有NC循環(huán)。」
吳松憲也認(rèn)為：「NUM的開放式架構(gòu)平臺(tái)，加上愿意與機(jī)器制造商合作開發(fā)特定應(yīng)用解決方案的意愿，是客戶選擇CNC系統(tǒng)供應(yīng)商時(shí)的關(guān)鍵差異化因素。」在協(xié)助建暐從無到有，開發(fā)成形齒輪磨床的過程中，NUM還特別量身打造所需人機(jī)介面，并由雙方共同討論產(chǎn)生漸開線/擺線的數(shù)學(xué)公式，這也是在臺(tái)灣子公司的優(yōu)勢(shì)之一，還為此培養(yǎng)了人機(jī)介面工程師，能即時(shí)就近解決問題，不讓強(qiáng)調(diào)靈活應(yīng)變的臺(tái)灣中小企業(yè)，再耗費(fèi)已吃緊的人力、時(shí)間編程，今年還將在臺(tái)灣沖刺開發(fā)客制化加工非圓工件的圓筒磨床市場(chǎng)。
**刊頭圖（source：sampspa.com）
