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智机产业化加持竞争力
传动系统引外援无缝接轨

【作者: 陳念舜】2024年02月25日 星期日

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展??2024年国际地缘政治冲突,且在航太、半导体、电动车、新能源等次世代产业领域竞争势必加剧,除了工具机已妥为分散布局,对於关键零组件中规模更小的传动系统厂商,也正积极引进国内外大厂支援数位化、环保减碳等元素无缝接轨,以加持国际竞争力。


根据台湾工具机暨零组件公会(TMBA)最新整理统计,在2024年1月工具机零组件包含工作物夹持器、分度头或其他工具机特殊配件,以及滚珠螺杆、线性滑轨、金属切削/成型工具机零附件等出囗值约1.27亿,年成长9.8%,表现优於整机(-18.2%)。在出囗占比超过5%的前3大出囗地区,光是中国大陆(含香港)就将近6成(57.9%),遥遥领先落後的美国7.3%、日本6.7%。


且以台湾工具机关键零组件单月进囗表现来看,同期进囗总额约为1,523万美元,较去年同期成长15.8%。至於进囗占比超过5%的主要地区,也以大陆(含香港)42.8%最多,其次依序为日本24.0%、义大利8.1%、德国5.5%。



图一 : 以台湾工具机关键零组件单月进囗表现来看,除了整机高度仰赖大陆为主要出囗市场之外,後者也是零组件主要进囗来源。(source:TMBA)
图一 : 以台湾工具机关键零组件单月进囗表现来看,除了整机高度仰赖大陆为主要出囗市场之外,後者也是零组件主要进囗来源。(source:TMBA)

可见除了台湾工具机暨零组件高度仰赖大陆为主要出囗市场之外,後者也是台厂主要进囗来源,符合台湾机械公会(TAMI)评估:「虽然目前於ECFA早收清单内的机械产品在台湾出囗占比已降至10%以下,且大厂可纷纷出走布局,唯有无力出走的中小企业若受创较深,也顶多影响1~2%左右。」


「然而,仍有部份业者是利用对岸便宜的原物料、零组件加工後,再回销台湾组装行销全球,则可能因此蒙受税损。」所以TAMI站在总体机械业的立场,还是希??两岸关税能降至最低,对两岸产业才有活路,ECFA早收清单一旦优惠中止,对於关键零组件厂商冲击相对较大。


聚焦高阶多轴复合机种 凸显关键零组件价值


图二 : 台厂正积极开发多轴高速龙门、立/卧式车铣复合、大型立式车床等高阶机种,更凸显於五轴同动/定位加工所需的传动系统价值!(摄影:陈念舜)
图二 : 台厂正积极开发多轴高速龙门、立/卧式车铣复合、大型立式车床等高阶机种,更凸显於五轴同动/定位加工所需的传动系统价值!(摄影:陈念舜)

否则,各地市场的贸易壁垒分明将注定不利於资源匮乏,更仰赖出囗导向经济的台湾制造业。如工具机等单一产业规模有限,便难以因应国际经济景气剧烈波动;且以中小企业为主,不若日本MAZAK一家营收足抵全台湾约400~500家机械设备厂商规模,更无力自主掌握采购、订制零组件及材料,甚至於普设全球产销据点的能力与成本。


尤其适逢电动车、航太、半导体、新能源等次世代产业的不同应用需求;加上少子高龄化社会影响,将导致劳动人力短缺,加速形成开发产品、技术的转捩点。台厂正积极开发多轴高速龙门、立/卧式车铣复合、大型立式车床等高阶机种,进行工序整合(Process Integration)模式加工,可在极短交期内提高整厂多样少量、客制化批量生产的效率,来实现24/7不间断自动化加工,更凸显於五轴同动/定位加工所需的传动系统价值!


??泽科引进日商营运资源 产学延寿传动系统


图三 : 台湾??泽也在2023年捐赠中兴大学机械工程学系共7套市价超过千万的「预兆诊断教学研究设备」,包含FANUC控制器、检测设备、试车台及周边耗材等。(摄影:陈念舜)
图三 : 台湾??泽也在2023年捐赠中兴大学机械工程学系共7套市价超过千万的「预兆诊断教学研究设备」,包含FANUC控制器、检测设备、试车台及周边耗材等。(摄影:陈念舜)

例如具备日商背景的CNC车床大厂台湾??泽科技,便利用母公司日本??泽甫获电动车用马达、减速机、冲床大厂尼得科公司(Nidec)收购契机,进行技术与情报交流;也期待能为台湾??泽注入更多资源,综合行销机会,以强化营运、销售业务的成长;经由密切合作cost down来提高综效,包括共同采购、零组件OEM代工释单,产品开发、品保等。


台湾??泽科技董事总经理戴云锦表示,目前日本工具机强项就是在高速机构、传动系统,将会直接影响机台效能与价值。例如一般台厂使用的传统主轴售价不过3万馀元,但是日系品牌用於钻铣加工机(Tapping Center)的BT40主轴维修费,可能就高达百万元,可见品级价值相差之远,对於研究主轴、传动系统寿命预测设备的重要性。


台湾??泽也在2023年捐赠中兴大学机械工程学系共7套市价超过千万的「预兆诊断教学研究设备」,包含FANUC控制器、检测设备、试车台及周边耗材等。强调不仅可为学生增添实体学习的机会,深入了解及延长智能化主轴使用寿命、滚珠螺杆运行预兆诊断等维运技术,达到减少碳足迹与资源最隹利用,进而改善能源及生产效率,共同引领绿色制造复兴!


德川智慧五轴转台 推进台厂AIoT减碳成效

至於旋转工作台也是高阶五轴工具机不可或缺的关键零组件,以满足次世代产业对於高度复杂与高精度零组件加工需求,对於工具机产业升级转型,推动智慧化和高效率发展至关重要。


在台湾具备高市占率的德川机械,便诉求将透过自制产品、技术和服务能力,获得全球高阶工具机用户肯定,突破德、日系大厂寡占市场的态势;再利用富有竞争力的高价值生产设备与高性价比服务,提供差异化产品,在全球供应链上占有关键地位。


包括针对碳中和的创新技术,须从机器本身在制造阶段的技术开发、应用阶段的节能、有效减碳等多方面创新技术,满足未来绿色工具机需求。德川也根据ISO-14955规范,加强转台的轻量化,於机械结构端导入合金元素、采用一体式主轴设计,大幅有效提升刚性与减轻重量;并选用高耐磨耗的蜗轮材质来增加使用寿命,实现节能减碳。


同时顺应目前自动化与弹性化趋势,德川也将快速交换模组全面导入於旗下转台系列产品,当客户若有快速交换盘需求时,不必重新设计就能快速导入,将大幅降低工件交换的周期时间(cycle time)。待工具机厂引进後,还能弹性扩充自制的分配器,再结合客户的夹治具应用,达成高度自动化功能,可大幅降低驱动产品能耗,延长使用寿命周期。


据悉,目前包括国际转台大厂NIKKEN、LEHMANN等,均已导入工业物联网(IIoT)模组;以及德、日工具机百年大厂,都陆续向德川提出共同开发需求,未来目标将致力於导入资讯化、可视化管理系统强化,并结合人工智慧(AI)远端监控及减碳关键技术建立竞争门槛,成为世界级转台制造厂。


近期推出的「智能摇篮式五轴旋转工作台GTFA(E)-350H」,便结合德川自行开发的i4.0 RT智慧盒及软体,再透过MQTT通讯协定上传感测器资讯,实现即时状态监控、异常纪录追踪、保养履历跟踪和「自动背隙补偿」功能,达到预知保养目标,满足客户在弹性制造及数位化监控管理上的需求。


进而导入产品品质数位管理、耐磨合金钢材料、精度验证量测系统、故障检测与诊断系统、AIoT零组件智慧售服系统,协助大型设备厂实现智慧制造,提升产品的品质与後续售服价值。另为了满足工业4.0和远端售服需求,德川也持续透过产学合作,投入创新研发及整合工程,提升机台加工效能并创造新价值。


并利用厂内建置IAS售服平台,以便未来将地端的故障资讯回报,与平台的集中化管理,为各大工具机厂和代理商带来精确售服、产品改善等效益;可支援自建的AR数位指引和MR远端专家协作系统,实现精准售服而快速复工。



图四 : 德川近期推出的「智能摇篮式五轴旋转工作台」,便结合德川自行开发的i4.0 RT智慧盒及软体,满足客户在弹性制造及数位化监控管理上的需求。(source:台湾精品奖)
图四 : 德川近期推出的「智能摇篮式五轴旋转工作台」,便结合德川自行开发的i4.0 RT智慧盒及软体,满足客户在弹性制造及数位化监控管理上的需求。(source:台湾精品奖)

威腾斯坦齿轮+齿条方案 协助提升大型五轴机竞争力

此外,因应航太制造加工业所需龙门铣床具备超大工作区,要求极高动态与铣削能力,以及优异的表面加工性能。德商威腾斯坦公司(WITTENSTEIN)也提出以低背隙行星/伺服直角减速机+齿条成套的传动单元,并率先推出Galaxie传动系统及cymex 5选型软体。


其中采取「模组化」设计的HPLS(High Performance Linear System)齿条齿轮传动系统,可让开发团队信任利用齿条来满足极长工作轴的需求;并提供高扭转与侧倾刚度的RP高性能行星式减速机,使之完整轴长上具有极高的系统刚度。


如此一来在进行高速切割(High Speed Cutting,HSC)精密加工时,X-Y-Z线性轴均能达到极高速度、加速度和精准度;Z轴上高性能行星式减速机则能吸收所有的力量,完全舍弃所谓的液压补偿配重,并且减少组件数量,降低组装与控制的需求。


并藉此让机器的工作区在所有线性轴上(X轴40,000mm-Y轴6,000mm-Z轴3,000mm),均能完成平顺而有力的运动导引;表面加工精度完全符合最高标准,容积精度达到55μm,而成为滚珠螺杆??尘莫及之处;与其他使用线性马达的解决方案相较之下,该公司的系统运作上显然具有更高的能源效益。



图五 : 亚太菁英感谢威腾斯坦多年以来,总是可以透过选型软体,精准提供设计上选型的最隹化马达、减速机及模数配比,明确分析技术叁数对於设备整体规划的成本和耗能效率。(source:威腾斯坦)
图五 : 亚太菁英感谢威腾斯坦多年以来,总是可以透过选型软体,精准提供设计上选型的最隹化马达、减速机及模数配比,明确分析技术叁数对於设备整体规划的成本和耗能效率。(source:威腾斯坦)

由於在台湾的东台集团也看好航太、电动车等次世代产业应用需求,将带来一线曙光,旗下荣田、亚太菁英等大型机种,也藉此成为贡献2023年营收的少数亮点,将延续成为2024年动能。其中亚太菁英长期以生产高速线性马达龙门型加工机为人熟知,基於线性马达驱动固然有很多优点,但在於重型移动件和长行程驱动的应用上,将面临成本及耗能上的议题。


对应现今航太业一体式长桁型零件加工需求,务必要采用10m以上长行程的龙门型加工机,并於轴向采用减速机齿轮+齿条的配置,才能在切削??合金或高刚性钢材时,有效率提供所须快进给、大推力的加工特性需求,与满足优异的加工表面品质。


在这样的应用条件上,齿轮+齿排解决方案将具有相对优势及性价比,所以亚太菁英多年来与威腾斯坦密切合作,分别导入旗下符合前述应用条件的GF系列(GF5080)、G系列(G50100)、GM系列(GM3040)、MC系列(MC30200/MC50170/MC30100)机种。


并感谢双方合作多年以来,威腾斯坦总是可以透过选型软体,精准提供亚太菁英设计上选型的最隹化马达、减速机及模数配比,明确分析技术叁数对於设备整体规划的成本和耗能效率,更有助於达到平衡点以避免浪费,在目前实施减碳的全球化议题上,会是显着有效的做法。


易格斯扩大在地研发能力 带动台德产业同步成长

台湾易格斯公司(igus)也即将在今年TMTS展示最先进的工业科技与制造解决方案,包括毋须工具即可开/关的E4Q拖链,确保简易安装和填充,可节省约40%的装配时间和减轻10%重量;YE混合型拖链则可确保安全及可靠,向上引导软管和电线电缆。


首件3D列印的readychain p-rack全装配拖链输送架,强调所有零附件都可以玉米淀粉材质列印,还能完全重新造粒和重复使用,有效减少安装时间66%、重量80%而节省资源,并使搬运更加轻松、安全。


再透过triflex三维拖链收纳管线,完美结合FANUC工业机器人,并展示Low Cost Automation低成本自动化产品系列、drylin ZLW电动滑台、PRT转盘轴承、drylin WJRM免上油线性滑块、guidelok 导向系统、欧日系接头等。基於过去10年来在内部实验室中进行的200多亿次循环测试,igus现在可为整个chainflex耐弯曲电缆系列提供业界独一无二的4年保固,为客户提供了更多的选择和规划保障。



图六 : 台湾易格斯公司将在今年TMTS展示最先进的工业科技与制造解决方案,包括毋须工具即可开/关的E4Q拖链,可节省约40%的装配时间和减轻10%重量(source:igus)
图六 : 台湾易格斯公司将在今年TMTS展示最先进的工业科技与制造解决方案,包括毋须工具即可开/关的E4Q拖链,可节省约40%的装配时间和减轻10%重量(source:igus)

值得一提的是,易格斯也在今年农历春节前,获准成为首家进驻中科中兴园区的德商,母公司德国igus GmbH为全球最大动态工程塑胶制造商,并拥有业界最大研发测试实验室;且与英国Mura Technology公司合作,将回收的混合塑胶废料重新组合成新的工程塑胶产品,可达成循环经济之效益。


预计厂房建设完成後将超过本案投资金额的1亿元。於进驻後将结合中部精密机械软硬体实力及台湾在地产业特性,设立动态工程塑胶、智慧制造、智慧机器人3大应用技术研发中心,引进高性价工业机器人,提供台湾企业在地客制服务,增进其生产效率及降低生产成本,增加台湾企业产品於世界上的竞争力。


并将台湾研发成果反??母公司,成为igus GmbH亚洲技术研发中心,服务涵盖产业面更广。藉此将带动台湾整体产业升级、技术累积及人才养成,增进国家及产业的成长动力,有助於台湾推动智慧制造及循环经济。


**刊头图(source:ins-news.com)


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