即使多年来台湾齿轮及螺杆加工业者陆续透过自制机台、刀具，甚至于PC-based控制器，逐步建立开发能量，进而透过内外并购来提升竞争力。但至今该体系仍相当封闭，并非传统综合加工机、CAD/CAM软体商可涉入，而相当倚重制造加工业者多年累积的数学式资料库、专用机种，但在应用工法不断推陈出新及瑞士控制器大厂介入下，可望出现转机。

回顾自2006~2008年以来，每逢全球出现原物料飙涨的景气循环热潮，往往迎来的就是当下制造业对于资本设备支出、关键零组件等库存备料大增，促成新一波军（设）备竞赛，也是台湾机械设备产业的商机所在，除了自家增资扩产，对内外并购投入新市场亦时有所闻。

如齿轮、滚珠螺杆等关键传动零组件的应用范畴极为广泛，涵括汽车、工具机、基础工业、能源、矿业、农业设备以及风力发电等，近几年来更因为新能源车兴起、自动化与风力电机等产业急速扩大，造成齿轮制造业生产相当活络，驱使大模数、高强度及高精度齿轮之需求量逐年增加。

但早期台湾厂商加工齿轮所使用的刀具和机器设备皆须仰赖进口，且齿轮设计能力落后先进国家许多，全凭经验探索技术。 1990年起政府也推动一连串辅导计画，陆续向欧、美采购引进CNC工具机设备，让齿轮产量和精度因此大幅提升，促进了齿轮业的蓬勃发展。最成功的例子，便是由工研院机械所执行的开发计画「齿轮电脑辅助设计软体」，共有大同齿轮、久大、新恒等14家厂商参与，透过软体提升了台湾厂商在圆柱齿轮的设计和制造能力。

另外是引进义大利Samputensili滚齿刀及刮齿刀的设计和生产技术，交由全宏、侨星和台湾工机、久大等6家厂商在1994年合资成立「陆联精密公司」，由于刀具供应自主性高，交期短和价格低，而大幅提升台湾齿轮制造的竞争力。

图1 : 齿轮、滚珠螺杆等关键传动零组件的应用范畴极为广泛，涵括汽车、工具机、基础工业、能源、矿业、农业设备以及风力发电等。（source：inegi.pt）

掌握精密螺杆自主能量　内外并购强化竞争力

滚珠螺杆则属于技术与资本密集产品，除了所需钢珠的数量不多、规格不一，均采外购；还须仰赖螺杆及螺帽精密加工设备。加上因为生产过程复杂、工时冗长，必需具备娴熟工艺的技术人员，所以产地主要集中于欧美日等工业先进国家，应用上也从传统NC/CNC工具机为主，至今已逐渐扩散至半导体与产业机器人领域的比重逐渐升高，未来仍极具潜力。

台湾虽身为工具机暨零组件生产大国，在内销市场上，向来以日本为主要竞争对手；外销市场则有日本和中国大陆。但直到1982年台湾首家滚珠螺杆专业制造厂何丰精密才正式成立，自英国引进世界一流的生产技术开工量产，当时在台湾市占率从1983年33.3%、1984年36.3%逐年递增，在1985年达到50%。

却因为当时投资金额过为庞大，市场规模又不足以支持何丰扩大产能，降低单位成本，导致于1987年由时任交通银行主任秘书卓永财接手重整，接着另行成立上银科技公司。旋即于1992年成为全球滚珠螺杆厂商中，首家通过ISO国际品保认证工厂，台湾滚珠螺杆品质才逐渐获得国内外厂商肯定，正式由进口替代的内需市场占有率仅约5%增至85%，进而反攻国际市场，外销30余国。

如近年来再被上银并购的英国百年螺?磨床大厂迈萃斯精密公司（Matrix）早期便与日本三井精机挟成本优势，共同掌握全球导螺杆加工设备产能，当时在何丰厂内清一色采用Matrix加工及检验设备，并由上银接手取得。但在大陆、印度等新兴市场崛起后，造成Matrix设备取得不易，也形成被上银并购的契机。

2015年上银再为了取得日本不愿出售的专用齿轮刀具，以加工机器人所需谐波减速机（Harmonic drive），而决定并购陆联精密，并改名Matrix行销全球，但当时陆联其实已具备可加工短行程导螺杆能力，正逐渐朝向长行程及自主开发刀具升级之路，如今则交由第二代卓文恒接任董事长，期待早日转亏为盈。

图2 : 滚珠螺杆因为生产过程复杂、工时冗长，必需具备娴熟工艺的技术人员，应用上也从传统NC/CNC工具机为主，至今已逐渐扩散至半导体与产业机器人领域。 （source：balancesystems.com）

开创齿轮加工专用不易　台厂走来筚路蓝缕

目前对于齿轮制造约可概分为3大领域：圆柱齿轮、蜗杆/蜗轮及伞齿轮，但因为切削齿轮时，对于齿形精度的要求较一般机械零件严格，必须使用特殊刀具及工具机才能加工，其机台结构复杂且刚性要强，再搭配专用齿轮设计制造软体，所以鲜少有台湾厂商能介入，全球齿轮工具机的制造商主要分布在日本、德国、瑞士和美国，生产机台产量约占全球总数70%以上。

其中，圆柱齿轮粗加工的工具机大都使用滚齿机和插齿机。在粗加工后，尚未淬火前的齿形精加工则利用刮齿机，并大量用于机车产业；至于淬火后的精加工，大都施以磨齿（Grinding）和珩齿（Honing）。目前为克服内齿轮加工问题，最新推出的技术为?力刮齿（Power skiving）和滚插（Scudding），其刀具采用类似插齿刀设计，切齿动作则类似滚齿，加工效率宣称比插齿加工快了5~6倍。

然而，因为圆柱齿轮生产的技术门槛不高，难与大陆及新兴国家做价格竞争，在台湾齿轮产业力求转型之下，渐渐朝向齿轮箱次系统利基领域发展。如自动化领域的行星齿轮减速机，代表性厂商有台湾精锐、利茗、成大、台湾工机和晃益；工具机方面有大同、锡昌、侨星和六星等。汽机车领域中的齿轮箱和传动轴系统，代表性厂商有和大、仓佑、中华台亚、介隆兴和华镛；基础重工业设备使用的大型精密减速机，代表性厂商有上和、台朔重工、久大和聪颖机械厂；橡塑胶机械齿轮箱领域，代表性厂商为三隆齿轮、台稳精密和永大精机。

且考量在各种齿轮中，伞齿轮的技术门槛最高，故较具竞争力，台湾的代表性厂商有侨星齿轮、亚格齿轮和旻成齿轮。伞齿轮常用的切制法有两大类，早期以美国Gleason传统摇台式切齿和磨齿设备为主，以面铣法（Face-milling）来加工伞齿轮。制造者可从Gleason提供的齿轮计算表来计算刀具和齿胚参数，以及机械设定和修正量，针对个别需求实施特定的加工方法；后制程还须经过表面硬化热处理，最后再施以研磨来提高齿轮精度，由于刀具设计简单且取得容易，非常适合小量乃至大量的制造方式。

另外一类是德国Klingelnberg伞齿轮加工机为代表，以面滚法（Face-hobbing）来加工伞齿轮的生产速度比较快。但因为由多根条状刀棒所组成刀具，使之刀刃设定较为复杂，需要额外刀具校正设备；且借此加工的伞齿轮无法施以研磨，故在台湾较少有厂商采用，却非常适合为汽车产业生产大量伞齿轮，对于齿轮精度要求不高，还能在热处理后以研齿制程（Lapping process）来调降噪音，代表性厂商为中华台亚。

至于台湾齿轮刀具制造商首推陆联精密，研发自制的工具机包含滚齿刀铲齿车床、刮齿刀插槽机及CNC滚齿刀铲磨机和磨锐机等。且在建立齿轮机专门技术后转而开发CNC蜗杆磨床、CNC成形磨齿机和CNC蜗杆砂轮形磨齿机，其工具机品质已获得国际认可，销售遍及台、日、美、大陆和土耳其等国家。近年来和大工业挟其多年齿轮生产实务经验，自行设计制造齿轮工具机，并成功开发出CNC刮齿机和滚齿机行销全球。

倘若引导得当，台湾机械厂商将能建立起对于齿轮、齿轮箱及传动系统最适化的设计能力，开发附加价值高的产品；与齿轮制造业者也提高生产力、更新老旧设备，争取车辆传动方面市场，必使台湾与齿轮相关的机械工业在世界市场上占有一席之地，并带动整体机械业发展。

例如机器人的关键零组件中以减速机构为最关键，为能满足小空间单阶大减速比的需求，一般皆采用谐波式减速机或摆线减速机（Cycloid reducer）。除了前者关键在于挠性齿轮的材料选用和齿形设计，试量产制造出来的减速机寿命犹待国际验证；后者的技术门槛在摆线齿轮齿形设计和制造精度，已有台湾厂商逐渐克服其中困难，并持续改善品质。其他应用在钢铁、石化等重工业或基础工业的大型减速机，则重点诉求安静、高强度和高效率，以及风力电机所需的增减速箱，为其关键零组件。

图3 : 机器人的关键零组件中以减速机构为最关键，为能满足小空间单阶大减速比的需求，一般皆采用谐波式减速机或摆线减速机。 （source：cdn.neugart.com）

导入瑞士齿轮加工整体方案　产业可望软硬体同步升级

值得一提的是，目前也有瑞士齿轮加工专用机控制器大厂NUM已在台湾成立子公司–台湾力盟公司，总公司早在1961年就已开发出首款CNC控制器，比起现今CNC/NC控制系统的普及使用早了10年之久。该公司现除了可提供NUMgear控制器，以协助台湾传统综合型工具机、OEM设备制造厂商开发新款成形齿轮磨床、滚齿机、插齿机、创成磨齿机等专用加工机，并搭配人机介面软体Flexium CAM，跨足新创应用领域；同时也着重旧机改新市场，与工研院、天益齿轮、三隆齿轮等合作，改装已使用数十年的LIEBHERR、Gleason滚齿机。

台湾力盟公司业务经理吴松宪表示，该公司不仅在2014年即曾与陆联合作开发创成磨齿机，近年来还与建暐精密科技公司合作开发成形磨床案例，后者系基于现今机器人系统通常使用配备渐开线齿轮的行星齿轮箱，或是减少外摆线转子和定子组合的摆线驱动，但要制造摆线齿轮的难度大且成本高。

因此建暐于2015年决定自行开发磨床，生产自家齿轮箱以便掌控质量、缩短交货时间并降低成本，甚至能向其他齿轮制造商销售机器。最初也曾采用传统Fanuc数控系统、CAD/CAM软体及自家三次元量床（CMM），却很快发现摆线齿轮的轮廓复杂程度，CMM得到数据不足以控制整体制程，且不希望客户采购机器还须要投资引进昂贵的CAD/CAM系统和增加人员。

所以决定引进一套能从齿轮设计理论开始，就完全支援齿轮磨削的CNC数控系统，让客户只须输入其设定的齿轮参数，该系统就能即时补足机器修整和磨削过程的各个层面，NUM则愿意提供在齿轮磨削应用的专业知识，并共同开发CNC数控系统，包含特定应用的人机介面（HMI）软体和各种专用控制功能，并搭配NUM新一代Flexium+ 68 CNC平台，实现了在同一部机台上制造摆线齿轮和渐开线齿轮的能力和灵活性。

图4 : 建暐精密科技公司与NUM合作开发成形磨床，并搭配NUM新一代Flexium+ 68 CNC平台，实现了在同一部机台上制造摆线齿轮和渐开线齿轮的能力和灵活性。 （source：num.com）

台湾力盟公司亚洲区销售总监Adrian Kiener指出：「这次成功案例凸显了NUM分散支持战略的重要性，客户只须要直接通过NUM在台湾及世界上许多其他国家的CNC专家和开发措施，就能得到非常快速的反应服务，以协助其显著缩短上市时间。同时结合了NUM瑞士总公司齿轮产品团队的专业知识和经验所形成的完整解决方案，包含：人机介面软体、加工技术和数学公式，以及所有NC循环。」

吴松宪也认为：「NUM的开放式架构平台，加上愿意与机器制造商合作开发特定应用解决方案的意愿，是客户选择CNC系统供应商时的关键差异化因素。」在协助建暐从无到有，开发成形齿轮磨床的过程中，NUM还特别量身打造所需人机介面，并由双方共同讨论产生渐开线/摆线的数学公式，这也是在台湾子公司的优势之一，还为此培养了人机介面工程师，能即时就近解决问题，不让强调灵活应变的台湾中小企业，再耗费已吃紧的人力、时间编程，今年还将在台湾冲刺开发客制化加工非圆工件的圆筒磨床市场。

**刊头图（source：sampspa.com）