回顧近年來受到俄烏戰(zhàn)火與中國大陸封控影響，導(dǎo)致工具機(jī)與零組件產(chǎn)業(yè)景氣低迷，對(duì)於關(guān)鍵零組件之一的滾珠螺桿業(yè)者，更是首當(dāng)其衝。大多數(shù)廠商除了更專注於垂直整合精微、智慧化，協(xié)助上下游業(yè)者加強(qiáng)節(jié)能減碳競爭力；同時(shí)推進(jìn)模組化發(fā)展，橫向跨足生醫(yī)、電動(dòng)車等新興產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。
根據(jù)臺(tái)灣工具機(jī)暨零組件公會(huì)（TMBA）最新統(tǒng)計(jì)顯示，基於近年來工具機(jī)最大消費(fèi)市場的中國大陸，勵(lì)行防疫封控措施，造成內(nèi)需大幅降溫、製造產(chǎn)業(yè)鏈中斷，市場預(yù)期經(jīng)濟(jì)下行壓力極大；第二大市場美國，也受到俄烏戰(zhàn)火及供應(yīng)鏈?zhǔn)軘_情況下，承受極大通膨壓力；歐洲經(jīng)濟(jì)更因此陷入能源危機(jī)、使之經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)不如預(yù)期，加重臺(tái)灣工具機(jī)暨零組件產(chǎn)業(yè)競爭壓力。
TMBA理事長許文憲表示，目前臺(tái)灣工具機(jī)廠及零組件廠商，都已感受到大陸客戶下單趨緩、歐美市場訂單盛況不如去年至今年首季的表現(xiàn)。加上新臺(tái)幣貶值得不是時(shí)候，日廠因?yàn)檎莆杖請(qǐng)A貶值幅度更大與數(shù)控系統(tǒng)自製優(yōu)勢，將對(duì)於臺(tái)灣零組件廠商搶單產(chǎn)生殺傷力，雖然出口金額成長，卻被匯率抵消獲利。預(yù)估工具機(jī)產(chǎn)業(yè)今年Q3新接訂單年減30%~40%、Q4接單也會(huì)非常嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，公會(huì)已將今年初預(yù)估工具機(jī)出口值年成長20%~25%，下修為力保年成長15%。
滾珠螺桿等傳動(dòng)元件/系統(tǒng)大廠上銀科技董事長卓文恆也指出，因應(yīng)整體工具機(jī)產(chǎn)業(yè)暨零組件受到大陸疫情封控與限電衝擊，目前接單量較去年同期減少20%~30%，已有許多自動(dòng)化零組件廠商開始降價(jià)搶單。加上美國為降低通膨，催生貨幣緊縮政策挽救經(jīng)濟(jì)，導(dǎo)致日、韓等亞洲各國連帶受災(zāi)，日本工具機(jī)接單也明顯冷卻；歐洲到了今年冬天，又有能源危機(jī)未解，勢必影響Q4臺(tái)灣出口產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)旺季景氣，恐怕到了2023年都不容樂觀。
目前工具機(jī)公會(huì)正積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)共同規(guī)範(fàn)，分別透過「普惠，建立共通性介面」與「卓越，追求產(chǎn)品精度及品質(zhì)長效」兩大原則，落實(shí)工具機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。一開始先從設(shè)計(jì)和品質(zhì)規(guī)範(fàn)著手，將零組件標(biāo)準(zhǔn)化，並應(yīng)用於產(chǎn)品上解決客戶痛點(diǎn)；組件模組化，得以減少庫存及成本、縮短開發(fā)時(shí)程，達(dá)到產(chǎn)品樣式簡化減量目標(biāo)。建議當(dāng)國際經(jīng)濟(jì)局勢一夕數(shù)變，就應(yīng)該蹲好馬步，因應(yīng)市場風(fēng)險(xiǎn)。
進(jìn)而將介面標(biāo)準(zhǔn)化，統(tǒng)一資料格式，將有助於後續(xù)組立維修服務(wù)及提升品質(zhì)。可將品質(zhì)規(guī)範(fàn)落實(shí)於生產(chǎn)製程中，包括各工站、工序或事件執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)步驟、相關(guān)工具要求的作業(yè)規(guī)範(fàn)；正確執(zhí)行產(chǎn)品的檢查、量測、試驗(yàn)要求及步驟的指導(dǎo)文件，收集和追蹤生產(chǎn)及檢測數(shù)據(jù)，達(dá)到產(chǎn)品溯源管理目標(biāo)。
| 圖1 : 因應(yīng)國際經(jīng)濟(jì)景氣一夕數(shù)變，目前TMBA正積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)共同規(guī)範(fàn)，分別透過「普惠」與「卓越」兩大原則，落實(shí)工具機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。（攝影：陳念舜） |
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在今年剛落幕的臺(tái)北機(jī)器人與智慧自動(dòng)化展會(huì)期間，也可見到臺(tái)灣關(guān)鍵傳動(dòng)元件大廠如全球傳動(dòng)、銀泰、精浚等，除了積極擴(kuò)廠練兵，加強(qiáng)掌控一條龍式生產(chǎn)、智慧化能力，務(wù)求令自身及客戶皆符合節(jié)能減碳標(biāo)準(zhǔn)，避免更受到碳關(guān)稅衝擊；同時(shí)延續(xù)近年來螺桿等傳動(dòng)元件產(chǎn)品，紛紛投入精微化、模組化主流，跨足生醫(yī)、電動(dòng)車等新興產(chǎn)業(yè)。
前者因?yàn)檫^去滾珠螺桿生產(chǎn)採取減法製程，當(dāng)移除材料時(shí)會(huì)有耗電等問題，如今則有大廠開始改用ESG新型製程工法，包括：金屬射出、精密鑄造及3D列印等，減少移除材料而有效減少供應(yīng)商排碳量與材料加工耗電量。後者則主要利用傳統(tǒng)單軸機(jī)器人模組，開發(fā)出車用滾珠螺桿，並陸續(xù)量產(chǎn)切入大陸、歐系汽車零組件Tire 1供應(yīng)鏈。
THK剖析滾珠螺桿製程 將影響精度與循環(huán)方式
依日系滾珠螺桿大廠THK剖析滾珠螺桿的主要功能，係用於高效率將馬達(dá)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)互換，並利用在螺帽與螺桿軸之間裝入滾珠，取代傳統(tǒng)螺紋的關(guān)係，使之彼此之間磨擦力從滑動(dòng)時(shí)的磨擦係數(shù)0.3，降低為滾動(dòng)的磨擦係數(shù)為0.003，代表低扭力或轉(zhuǎn)換效率高，所以被廣泛使用。
又可將螺桿本體製程分為轉(zhuǎn)造、研磨不同等級(jí)，前者以輥壓機(jī)製軸、塑性變形來生成螺紋或溝槽的加工模式相對(duì)簡單，軸端形狀取決於軸徑；導(dǎo)程與重覆精度較低，而被廣泛應(yīng)用於搬運(yùn)輸送；後者導(dǎo)程則經(jīng)過車、磨削之後，可將軸端加工成為各種樣式，成本和精密程度也高，適用於要求高精度定位情境。
THK表示，現(xiàn)今滾珠螺桿所稱「導(dǎo)程」，係指螺桿軸轉(zhuǎn)一圈時(shí)，螺帽的移動(dòng)量（距離），其精度則代表移動(dòng)距離偏差的程度，包含絕對(duì)/反覆定位精度；「間距」，則是螺紋溝槽之間的距離，但在多螺紋時(shí)，導(dǎo)距並非間距，以免造成工作臺(tái)移動(dòng)距離不同。
但因?yàn)槁菝迸c螺桿軸之間存在軸向間隙，一旦過大時(shí)就容易導(dǎo)致定位出錯(cuò)，越小時(shí)定位精度越高，若客戶需要較高精度時(shí)，即可選用高導(dǎo)程螺桿。通常轉(zhuǎn)造滾珠螺桿因?yàn)閷?dǎo)程精度不高，主要取決於軸徑大小設(shè)定；精密研磨級(jí)螺桿則可透過預(yù)壓，指定G0~G3間隙，以客戶使用方式來指定間隙，也可得到較高剛性。
目前滾珠螺桿的螺帽的循環(huán)方式也有別，循環(huán)管、循環(huán)器式主要用於單螺紋，端蓋環(huán)式則適用於多螺紋，在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿、螺帽移動(dòng)時(shí)，也須利用循環(huán)器防止?jié)L珠掉落。其中最早使用的傳統(tǒng)「循環(huán)管式」，係將循環(huán)管插入螺桿溝槽上方，將滾珠引導(dǎo)回原本的位置，又可稱之為「外循環(huán)」。因其螺帽組裝容易而被廣泛使用、螺帽外徑也大，所以能隨著增加循環(huán)管而添加珠卷數(shù)，也就是循環(huán)迴路，具有豐富的軸徑、導(dǎo)程組合。
「循環(huán)器式」則是每轉(zhuǎn)一圈，就會(huì)在螺帽上增加循環(huán)器（框架），再透過循環(huán)器內(nèi)的引導(dǎo)溝槽，讓滾珠回到原本的位置不斷循環(huán)。THK指出，其軸徑雖與循環(huán)管式相同，但螺帽外徑更小，適用於導(dǎo)程較小螺桿，得以降低工作臺(tái)總高，方便搭配線軌後看起來的體積較小，因此能增加的循環(huán)器有限，只能藉此多增加一圈珠卷數(shù)，也代表螺帽可負(fù)荷的強(qiáng)度相對(duì)較小。
「端蓋環(huán)式」使用於軸端蓋環(huán)為主，採取通過螺帽端面的端蓋環(huán)來掬取滾珠，經(jīng)過螺帽內(nèi)部循環(huán)孔到反側(cè)的端蓋環(huán)，然後再回到原本溝槽的位置，而形成無限循環(huán)。由於導(dǎo)程大，適用於高速進(jìn)給，透過多螺紋方式製作螺帽的長度也較短，使之必須利用多條螺紋來增加珠卷數(shù)，不像「循環(huán)器式」的溝槽可採用不同迴路、或循環(huán)管式干涉配置。
且螺桿無法被單獨(dú)使用，必須安裝在底座上，於旋轉(zhuǎn)軸側(cè)搭配軸承，由內(nèi)部所有滾珠承受軸向負(fù)荷，包含其滾珠軸承在內(nèi)、外輪之間；以及LM導(dǎo)軌與軌道間，利用滑塊兩端蓋板間存在的滾珠進(jìn)行無限循環(huán)；其他來自徑向、力矩負(fù)荷則，由引導(dǎo)部位的LM導(dǎo)軌承受，以免若由滾珠螺桿、螺帽承受的話，恐會(huì)造成局部發(fā)生剝離，而導(dǎo)致過早損壞。
在防塵用選配件中，一般常用的迷宮式墊片未與螺桿軸接觸，主要用來防止異物入侵螺桿，維持正常潤滑；刮刷式墊片是針對(duì)無法使用迷宮墊片者，在螺桿移動(dòng)時(shí)清除異物。清潔環(huán)的潔淨(jìng)程度比兩者都高，採用接觸螺桿溝槽的密封墊片，能提高異物去除的性能，比起傳統(tǒng)密封墊片更能延長滾珠螺桿的壽命；在接觸同時(shí)，以最大限度減少發(fā)熱結(jié)構(gòu)；並使用耐磨耗性/化學(xué)性，低線膨脹係數(shù)的材質(zhì)。
| 圖2 : THK將螺桿製程分為轉(zhuǎn)造、研磨不同等級(jí)，後者導(dǎo)程經(jīng)過車、磨削之後，可將軸端加工成為各種樣式、成本和精密程度也高，現(xiàn)也推出花鍵等要求高精度定位產(chǎn)品。（攝影：陳念舜） |
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銀泰專注精進(jìn)螺桿精微化設(shè)計(jì) 強(qiáng)化垂直整合優(yōu)勢
銀泰科技近年來也持續(xù)推廣旗下高導(dǎo)程滾珠螺桿、滾珠花鍵螺桿、線性導(dǎo)軌、交叉滾柱軸承等全系列產(chǎn)品，分別用於Mini LED、晶圓升降平臺(tái)、工具機(jī)第四軸、專用機(jī)器人軸承及諧波減速機(jī)配件，有別於其他同業(yè)朝向系統(tǒng)化發(fā)展，轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)在垂直整合生產(chǎn)優(yōu)勢，持續(xù)精進(jìn)傳動(dòng)元件本體工藝。
其中「旋轉(zhuǎn)式滾珠花鍵螺桿」，不僅將產(chǎn)品特色定位於研磨等級(jí)的高定位精度、低噪音，運(yùn)動(dòng)流暢。在近年來全面升級(jí)精微進(jìn)化後，加以改善舊有規(guī)格設(shè)計(jì)、提高支撐軸承剛性，而能承受相同軸向與徑向力，並實(shí)現(xiàn)輕量化小型設(shè)計(jì)與安裝簡便需求。
在花鍵軸外徑上設(shè)有3列負(fù)荷鋼珠列，並採用哥德牙型設(shè)計(jì)，使之可同時(shí)承受順/逆時(shí)針扭矩，以增加使用壽命和剛性；各鋼珠列還可透過裝在花鍵帽內(nèi)的特殊合成樹脂循環(huán)器，持續(xù)進(jìn)行整列循環(huán)運(yùn)動(dòng)，所以即使將花鍵軸抽出，鋼珠也不會(huì)掉落；在施加預(yù)壓後，旋轉(zhuǎn)方向沒有間隙，能有效提高精度。花鍵帽外徑上還具有直接裝設(shè)的特殊軸承，可藉由花鍵帽旋轉(zhuǎn)或停止，同時(shí)具備旋轉(zhuǎn)與直線2種運(yùn)動(dòng)模式。
且將花鍵軸承套與支撐軸承設(shè)計(jì)為一體化結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)小型及輕量化設(shè)計(jì)，組裝時(shí)只須將螺絲及軸承套固定在支架上即可；作動(dòng)時(shí)精密花鍵側(cè)支撐軸承設(shè)計(jì)45度接觸角，承受具相同軸向與徑向力。
另於「PBSA精密螺桿花鍵」軸上，設(shè)計(jì)相交的滾珠螺桿及花鍵溝槽，螺帽和花鍵在外圍上有直接裝設(shè)的特殊軸承；可經(jīng)由精密螺桿花鍵，藉由花鍵螺帽的旋轉(zhuǎn)或停止，讓單軸同時(shí)具備運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、直線和螺旋動(dòng)作。同時(shí)採取創(chuàng)新端蓋式迴流模式，實(shí)現(xiàn)低噪音與平滑流暢運(yùn)動(dòng)，適用於SCARA型式機(jī)器人、自動(dòng)捲線機(jī)、工具機(jī)的ATC裝置等，兼具旋轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)組合的裝置。
為了提高生產(chǎn)效率與控管產(chǎn)品品質(zhì)，銀泰近年也持續(xù)加強(qiáng)垂直供應(yīng)鏈整合，採取一條龍式生產(chǎn)模式，將3D printing工法先導(dǎo)入於研發(fā)、打樣滾珠滑軌/螺桿循環(huán)器，但真正量產(chǎn)時(shí)仍維持傳統(tǒng)塑膠射出方式，逐步實(shí)現(xiàn)製程上節(jié)能減碳目標(biāo)。於滾珠螺桿採用端蓋式回流，以實(shí)現(xiàn)低噪音與平滑流暢的運(yùn)動(dòng)。
| 圖3 : 銀泰科技「PBSA精密螺桿花鍵」讓單軸同時(shí)具備運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、直線和螺旋動(dòng)作，並採取端蓋式迴流，實(shí)現(xiàn)低噪音與平滑流暢運(yùn)動(dòng)，適用於SCARA型式機(jī)器人、工具機(jī)ATC等裝置。（攝影：陳念舜） |
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全球傳動(dòng)著力系統(tǒng)模組化 迎接節(jié)能減碳趨勢
全球傳動(dòng)科技公司除了在線性滑軌、滾珠螺桿等精密傳動(dòng)元件的基礎(chǔ)上，持續(xù)發(fā)展一系列微型線性滑軌/螺桿、旋轉(zhuǎn)式滾珠花鍵、高導(dǎo)程螺桿、單軸機(jī)器人等模組化創(chuàng)新產(chǎn)品，還在今年展出汽車自動(dòng)轉(zhuǎn)向模擬器、自動(dòng)檢驗(yàn)設(shè)備等模組化系統(tǒng)應(yīng)用範(fàn)例。
其中微型螺桿係採取內(nèi)循環(huán)設(shè)計(jì)，空間小、輕量化且定位精度高，經(jīng)過全球傳動(dòng)克服製造門檻，特別適用於1~2mm小導(dǎo)程場合；滾珠花鍵可承受重荷載、扭矩，具備高剛性、零間隙、裝配簡單等特性，進(jìn)行線性/旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)場也展示其搭載於SCARA機(jī)器人的第四軸應(yīng)用。
近年來續(xù)推廣的「SFYA1632高導(dǎo)程螺桿組」，設(shè)計(jì)理念便有別於傳統(tǒng)滾珠螺桿，率先採用薄而富有彈性的材質(zhì)，強(qiáng)化刮刷效果，以達(dá)到高DN值、高速度、高剛性、強(qiáng)化防塵結(jié)構(gòu)等特性。於循環(huán)結(jié)構(gòu)中增加高剛性及高速化功能，使產(chǎn)品最大速限可達(dá)到24,000rpm、運(yùn)轉(zhuǎn)速度高於舊款2倍，以及提升整體壽命5%。因?yàn)槊哭掁D(zhuǎn)一次螺帽的可移動(dòng)行程越遠(yuǎn)也快速，減省搭配的馬達(dá)功率、尺寸大小及成本，更適合用於高速化工具機(jī)、自動(dòng)化機(jī)械等產(chǎn)業(yè)。
如單軸機(jī)器人等模組化產(chǎn)品，則同時(shí)具備線軌與螺桿的優(yōu)點(diǎn)，將螺帽和滑塊設(shè)計(jì)成一體式機(jī)構(gòu)，在鋼珠滾動(dòng)面採用2列哥德式圓弧及45度接觸角設(shè)計(jì)，提供了X-Y軸向可承受來自四方的負(fù)荷能力；並搭配高剛性U型軌最佳化斷面，以達(dá)到最佳化節(jié)省空間，及大幅減少組裝時(shí)間。藉此一體化設(shè)計(jì)來取代傳統(tǒng)須等待由單支螺桿、二支線軌組成的架構(gòu)，近年來當(dāng)製造業(yè)陸續(xù)遭遇疫情衝擊和供應(yīng)鏈瓶頸之下，減少待料時(shí)間，就能讓設(shè)備依序快速出貨、生產(chǎn)，省去現(xiàn)場調(diào)校程序，進(jìn)而減少製程碳足跡。適用於目前半導(dǎo)體、自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)業(yè)需求，在國內(nèi)外市場上與歐日系品牌分庭抗禮。
隨著近年來中大陸自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)需求有下滑跡象，電動(dòng)車電池等新能源產(chǎn)業(yè)需求反而持續(xù)成長，全球傳動(dòng)產(chǎn)品幾乎打入所有知名品牌電池生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)出貨給電動(dòng)車零組件設(shè)備商。除電動(dòng)車鋰電池設(shè)備外，全球傳動(dòng)也進(jìn)一步打進(jìn)磷酸鋰鐵、氫能燃料電池生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)鏈，看好越來越多廠商跨入電池生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，需求將持續(xù)擴(kuò)增。
| 圖4 : 全球傳動(dòng)推出的單軸機(jī)器人等模組化產(chǎn)品，則採用一體化設(shè)計(jì)，同時(shí)具備線軌與螺桿的優(yōu)點(diǎn)，且減少待料時(shí)間，就能讓設(shè)備快速出貨、生產(chǎn)，省去現(xiàn)場調(diào)校程序，進(jìn)而減少製程碳足跡。（攝影：陳念舜） |
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結(jié)語
展望未來，由於臺(tái)灣無論是如滾珠螺桿等關(guān)鍵零組件廠商或工具機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備業(yè)者，85%以上皆為中小企業(yè)，優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榻?gòu)完整產(chǎn)業(yè)聚落和供應(yīng)鏈體系，產(chǎn)業(yè)垂直分工能力強(qiáng)。但缺點(diǎn)則是恐無力面對(duì)當(dāng)前國際大環(huán)境景氣可能一夕數(shù)變，再好的優(yōu)勢都有可能會(huì)被消磨殆盡。如今包括跨產(chǎn)業(yè)業(yè)的水平合作能力也要迎頭趕上，更應(yīng)該加速提升自製率和數(shù)位轉(zhuǎn)型，打造韌性供應(yīng)鏈體系。
*刊頭圖（攝影：陳念舜）
