即使多年來臺灣齒輪及螺桿加工業(yè)者陸續(xù)透過自製機臺、刀具，甚至於PC-based控制器，逐步建立開發(fā)能量，進而透過內外併購來提升競爭力。但至今該體系仍相當封閉，並非傳統(tǒng)綜合加工機、CAD/CAM軟體商可涉入，而相當倚重製造加工業(yè)者多年累積的數(shù)學式資料庫、專用機種，但在應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)轉機。
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，往往迎來的就是當下製造業(yè)對於資本設備支出、關鍵零組件等庫存?zhèn)淞洗笤觯俪尚乱徊ㄜ姡ㄔO）備競賽，也是臺灣機械設備產業(yè)的商機所在，除了自家增資擴產，對內外併購投入新市場亦時有所聞。
如齒輪、滾珠螺桿等關鍵傳動零組件的應用範疇極為廣泛，涵括汽車、工具機、基礎工業(yè)、能源、礦業(yè)、農業(yè)設備以及風力發(fā)電等，近幾年來更因為新能源車興起、自動化與風力電機等產業(yè)急速擴大，造成齒輪製造業(yè)生產相當活絡，驅使大模數(shù)、高強度及高精度齒輪之需求量逐年增加。
但早期臺灣廠商加工齒輪所使用的刀具和機器設備皆須仰賴進口，且齒輪設計能力落後先進國家許多，全憑經驗探索技術。1990年起政府也推動一連串輔導計畫，陸續(xù)向歐、美採購引進CNC工具機設備，讓齒輪產量和精度因此大幅提升，促進了齒輪業(yè)的蓬勃發(fā)展。最成功的例子，便是由工研院機械所執(zhí)行的開發(fā)計畫「齒輪電腦輔助設計軟體」，共有大同齒輪、久大、新恆等14家廠商參與，透過軟體提升了臺灣廠商在圓柱齒輪的設計和製造能力。
另外是引進義大利Samputensili滾齒刀及刮齒刀的設計和生產技術，交由全宏、僑星和臺灣工機、久大等6家廠商在1994年合資成立「陸聯(lián)精密公司」，由於刀具供應自主性高，交期短和價格低，而大幅提升臺灣齒輪製造的競爭力。
| 圖1 : 齒輪、滾珠螺桿等關鍵傳動零組件的應用範疇極為廣泛，涵括汽車、工具機、基礎工業(yè)、能源、礦業(yè)、農業(yè)設備以及風力發(fā)電等。（source：inegi.pt） |
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掌握精密螺桿自主能量 內外併購強化競爭力
滾珠螺桿則屬於技術與資本密集產品，除了所需鋼珠的數(shù)量不多、規(guī)格不一，均採外購；還須仰賴螺桿及螺帽精密加工設備。加上因為生產過程複雜、工時冗長，必需具備嫻熟工藝的技術人員，所以產地主要集中於歐美日等工業(yè)先進國家，應用上也從傳統(tǒng)NC/CNC工具機為主，至今已逐漸擴散至半導體與產業(yè)機器人領域的比重逐漸升高，未來仍極具潛力。
臺灣雖身為工具機暨零組件生產大國，在內銷市場上，向來以日本為主要競爭對手；外銷市場則有日本和中國大陸。但直到1982年臺灣首家滾珠螺桿專業(yè)製造廠何豐精密才正式成立，自英國引進世界一流的生產技術開工量產，當時在臺灣市占率從1983年33.3%、1984年36.3%逐年遞增，在1985年達到50%。
卻因為當時投資金額過為龐大，市場規(guī)模又不足以支持何豐擴大產能，降低單位成本，導致於1987年由時任交通銀行主任秘書卓永財接手重整，接著另行成立上銀科技公司。旋即於1992年成為全球滾珠螺桿廠商中，首家通過ISO國際品保認證工廠，臺灣滾珠螺桿品質才逐漸獲得國內外廠商肯定，正式由進口替代的內需市場占有率僅約5%增至85%，進而反攻國際市場，外銷30餘國。
如近年來再被上銀併購的英國百年螺?磨床大廠邁萃斯精密公司（Matrix）早期便與日本三井精機挾成本優(yōu)勢，共同掌握全球導螺桿加工設備產能，當時在何豐廠內清一色採用Matrix加工及檢驗設備，並由上銀接手取得。但在大陸、印度等新興市場崛起後，造成Matrix設備取得不易，也形成被上銀併購的契機。
2015年上銀再為了取得日本不願出售的專用齒輪刀具，以加工機器人所需諧波減速機（Harmonic drive），而決定併購陸聯(lián)精密，並改名Matrix行銷全球，但當時陸聯(lián)其實已具備可加工短行程導螺桿能力，正逐漸朝向長行程及自主開發(fā)刀具升級之路，如今則交由第二代卓文恆接任董事長，期待早日轉虧為盈。
| 圖2 : 滾珠螺桿因為生產過程複雜、工時冗長，必需具備嫻熟工藝的技術人員，應用上也從傳統(tǒng)NC/CNC工具機為主，至今已逐漸擴散至半導體與產業(yè)機器人領域。（source：balancesystems.com） |
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開創(chuàng)齒輪加工專用不易 臺廠走來篳路藍縷
目前對於齒輪製造約可概分為3大領域：圓柱齒輪、蝸桿/蝸輪及傘齒輪，但因為切削齒輪時，對於齒形精度的要求較一般機械零件嚴格，必須使用特殊刀具及工具機才能加工，其機臺結構複雜且剛性要強，再搭配專用齒輪設計製造軟體，所以鮮少有臺灣廠商能介入，全球齒輪工具機的製造商主要分佈在日本、德國、瑞士和美國，生產機臺產量約佔全球總數(shù)70%以上。
其中，圓柱齒輪粗加工的工具機大都使用滾齒機和插齒機。在粗加工後，尚未淬火前的齒形精加工則利用刮齒機，並大量用於機車產業(yè)；至於淬火後的精加工，大都施以磨齒（Grinding）和珩齒（Honing）。目前為克服內齒輪加工問題，最新推出的技術為?力刮齒（Power skiving）和滾插（Scudding），其刀具採用類似插齒刀設計，切齒動作則類似滾齒，加工效率宣稱比插齒加工快了5~6倍。
然而，因為圓柱齒輪生產的技術門檻不高，難與大陸及新興國家做價格競爭，在臺灣齒輪產業(yè)力求轉型之下，漸漸朝向齒輪箱次系統(tǒng)利基領域發(fā)展。如自動化領域的行星齒輪減速機，代表性廠商有臺灣精銳、利茗、成大、臺灣工機和晃益；工具機方面有大同、錫昌、僑星和六星等。汽機車領域中的齒輪箱和傳動軸系統(tǒng)，代表性廠商有和大、倉佑、中華臺亞、介隆興和華鏞；基礎重工業(yè)設備使用的大型精密減速機，代表性廠商有上和、臺朔重工、久大和聰穎機械廠；橡塑膠機械齒輪箱領域，代表性廠商為三隆齒輪、臺穩(wěn)精密和永大精機。
且考量在各種齒輪中，傘齒輪的技術門檻最高，故較具競爭力，臺灣的代表性廠商有僑星齒輪、亞格齒輪和旻成齒輪。傘齒輪常用的切製法有兩大類，早期以美國Gleason傳統(tǒng)搖臺式切齒和磨齒設備為主，以面銑法（Face-milling）來加工傘齒輪。製造者可從Gleason提供的齒輪計算表來計算刀具和齒胚參數(shù)，以及機械設定和修正量，針對個別需求實施特定的加工方法；後製程還須經過表面硬化熱處理，最後再施以研磨來提高齒輪精度，由於刀具設計簡單且取得容易，非常適合小量乃至大量的製造方式。
另外一類是德國Klingelnberg傘齒輪加工機為代表，以面滾法（Face-hobbing）來加工傘齒輪的生產速度比較快。但因為由多根條狀刀棒所組成刀具，使之刀刃設定較為複雜，需要額外刀具校正設備；且藉此加工的傘齒輪無法施以研磨，故在臺灣較少有廠商採用，卻非常適合為汽車產業(yè)生產大量傘齒輪，對於齒輪精度要求不高，還能在熱處理後以研齒製程（Lapping process）來調降噪音，代表性廠商為中華臺亞。
至於臺灣齒輪刀具製造商首推陸聯(lián)精密，研發(fā)自製的工具機包含滾齒刀鏟齒車床、刮齒刀插槽機及CNC滾齒刀鏟磨機和磨銳機等。且在建立齒輪機專門技術後轉而開發(fā)CNC蝸桿磨床、CNC成形磨齒機和CNC蝸桿砂輪形磨齒機，其工具機品質已獲得國際認可，銷售遍及臺、日、美、大陸和土耳其等國家。近年來和大工業(yè)挾其多年齒輪生產實務經驗，自行設計製造齒輪工具機，並成功開發(fā)出CNC刮齒機和滾齒機行銷全球。
倘若引導得當，臺灣機械廠商將能建立起對於齒輪、齒輪箱及傳動系統(tǒng)最適化的設計能力，開發(fā)附加價值高的產品；與齒輪製造業(yè)者也提高生產力、更新老舊設備，爭取車輛傳動方面市場，必使臺灣與齒輪相關的機械工業(yè)在世界市場上占有一席之地，並帶動整體機械業(yè)發(fā)展。
例如機器人的關鍵零組件中以減速機構為最關鍵，為能滿足小空間單階大減速比的需求，一般皆採用諧波式減速機或擺線減速機（Cycloid reducer）。除了前者關鍵在於撓性齒輪的材料選用和齒形設計，試量產製造出來的減速機壽命猶待國際驗證；後者的技術門檻在擺線齒輪齒形設計和製造精度，已有臺灣廠商逐漸克服其中困難，並持續(xù)改善品質。其他應用在鋼鐵、石化等重工業(yè)或基礎工業(yè)的大型減速機，則重點訴求安靜、高強度和高效率，以及風力電機所需的增減速箱，為其關鍵零組件。
| 圖3 : 機器人的關鍵零組件中以減速機構為最關鍵，為能滿足小空間單階大減速比的需求，一般皆採用諧波式減速機或擺線減速機。（source：cdn.neugart.com） |
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導入瑞士齒輪加工整體方案 產業(yè)可望軟硬體同步升級
值得一提的是，目前也有瑞士齒輪加工專用機控制器大廠NUM已在臺灣成立子公司–臺灣力盟公司，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)助臺灣傳統(tǒng)綜合型工具機、OEM設備製造廠商開發(fā)新款成形齒輪磨床、滾齒機、插齒機、創(chuàng)成磨齒機等專用加工機，並搭配人機介面軟體Flexium CAM，跨足新創(chuàng)應用領域；同時也著重舊機改新市場，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。
臺灣力盟公司業(yè)務經理吳松憲表示，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，近年來還與建暐精密科技公司合作開發(fā)成形磨床案例，後者係基於現(xiàn)今機器人系統(tǒng)通常使用配備漸開線齒輪的行星齒輪箱，或是減少外擺線轉子和定子組合的擺線驅動，但要製造擺線齒輪的難度大且成本高。
因此建暐於2015年決定自行開發(fā)磨床，生產自家齒輪箱以便掌控質量、縮短交貨時間並降低成本，甚至能向其他齒輪製造商銷售機器。最初也曾採用傳統(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)擺線齒輪的輪廓複雜程度，CMM得到數(shù)據不足以控制整體製程，且不希望客戶採購機器還須要投資引進昂貴的CAD/CAM系統(tǒng)和增加人員。
所以決定引進一套能從齒輪設計理論開始，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定的齒輪參數(shù)，該系統(tǒng)就能即時補足機器修整和磨削過程的各個層面，NUM則願意提供在齒輪磨削應用的專業(yè)知識，並共同開發(fā)CNC數(shù)控系統(tǒng)，包含特定應用的人機介面（HMI）軟體和各種專用控制功能，並搭配NUM新一代Flexium+ 68 CNC平臺，實現(xiàn)了在同一部機臺上製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，並搭配NUM新一代Flexium+ 68 CNC平臺，實現(xiàn)了在同一部機臺上製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在臺灣及世界上許多其他國家的CNC專家和開發(fā)措施，就能得到非常快速的反應服務，以協(xié)助其顯著縮短上市時間。同時結合了NUM瑞士總公司齒輪產品團隊的專業(yè)知識和經驗所形成的完整解決方案，包含：人機介面軟體、加工技術和數(shù)學公式，以及所有NC循環(huán)。」
吳松憲也認為：「NUM的開放式架構平臺，加上願意與機器製造商合作開發(fā)特定應用解決方案的意願，是客戶選擇CNC系統(tǒng)供應商時的關鍵差異化因素。」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介面，並由雙方共同討論產生漸開線/擺線的數(shù)學公式，這也是在臺灣子公司的優(yōu)勢之一，還為此培養(yǎng)了人機介面工程師，能即時就近解決問題，不讓強調靈活應變的臺灣中小企業(yè)，再耗費已吃緊的人力、時間編程，今年還將在臺灣衝刺開發(fā)客製化加工非圓工件的圓筒磨床市場。
**刊頭圖（source：sampspa.com）
