隨著全球經濟景氣反彈回溫，機械業突破兆元產值又在今(2017)年台北國際工具機展(TIMTOS)成為話題，而順應航太、基礎建設產業成長可期，台灣機械公會也以航太國機國造、智慧機械、美國製造等五箭，來指引未來工具機廠商可先達到千億元產值助攻的方向。尤其因為國內外工具機發展正趨向多軸化及高效率化為主流，須有高品質零組件，才能使工具機更加多功能化與高效率化，進而提升工具機產業價值與競爭優勢。

而高階五軸及複合加工機由於對零組件設計、加工及組裝技術要求門檻較高，向來被視為台灣工具機產業提高開發能力，升級加值的指標，預料將再成為焦點，帶動週邊產業鏈需求。台灣廠商如何透過自主開發或外購組裝的營運模式獲利，同時維持出廠前後的精度與品質可靠，將是未來能否在國際競爭勝出的關鍵！

對於有意投入開發的整機製造廠商而言，除了少數有能力的一線大廠，才會考慮由內部自主開發四/五軸，以掌握更廣通路，卻未必都能自製關鍵零組件，而台灣比起歐日系大廠，還有待努力提升的空間。多數習慣中部精密機械產業群聚的業者，還是傾向專業四五軸廠商外購的營運模式，再依所要求的速度及扭力、精度，決定四五軸之零組件，配合結構的質量、慣性、元件尺寸大小與匹配的控制器參數，既少了承受過大開發風險與成本，也免得客戶為此修改結構，將更不划算。

高階五軸複合機種　考驗四/五軸組裝技術

依現今四五軸的結構，約可概分為：單/雙臂兩軸工作台、兩軸/萬向/90度擺動頭，而其主要用於將動力元件(驅動馬達)出力傳遞到轉動件(轉盤或主軸)的傳動元件，則可依其對加工產品表面品質的好壞、重或輕切削條件需求而設計。

其中，蝸桿/蝸輪係利用兩元件面磨擦與滾動傳遞不同能量，並以組裝來填補、調整背隙，移除率較大；另有低磨耗蝸桿蝸輪，可經過特殊處理及應用材料來達到耐磨目的，維持穩定迴轉精度和壽命。滾子凸輪(Roller Gear Cam)則透過滾動原理，雖是日本獨有技術，也已逐漸被台廠取得，主要用於五軸、車銑/銑車複合加工機的四五軸。

目前台灣四五軸廠商仍採蝸桿/蝸輪傳動機構居多，除了要求加工、組裝轉軸也須維持同心外；考量長期使用的磨耗問題，業者還須透過雙/變導程機構設計蝸桿，再以螺牙、彈簧、墊片等機構，調整間隙誤差。至於軸承型式的差異，則可依要求承受力大小、軸/徑向、精度等級，以及組裝容易與否而設計，通常斜角滾珠的迴轉精度高，滾柱滾珠(Tapered Roller)精度低但可受徑向力高，經驗不足者將難以預壓。

內藏式DD直驅馬達響應速度較快，若在兩軸頭(叉式結構)搭配DD馬達設計，將更有效縮減空間、避免干涉，進而提高扭矩。惟須留意加工時的同心問題，若兩側DD馬達能準確同心，扭矩相加的速度、出力都會較大；自製DD馬達還可配合較大扭矩、空間，容納更大剎車機構之外徑與出力；同時採用較短的內藏式主軸，搭載DD馬達必備的編碼器(encoder)，量測結果將影響後續補償精度。

旋轉工作台機構也可任選DD馬達或蝸桿/蝸輪設計，但為了確保組裝完成後的偏擺公差小、可調整，須先靠加工或鏟花達成「圓要同心、面要平」的難度高。目前雖可搭配編碼器反饋資訊補償，仍須視其安裝位置有別，不僅希望越接近軸承、轉台等旋轉中心越好，還要可防水、防塵且容易組裝，才能更順利校正偏擺。

看好智慧機械需求　零組件廠強化自製力

過去因為四五軸整合難度高，關鍵零組件蝸桿/蝸輪、直驅馬達、高階控制器等無法操之在我，導致價格始終居高不下。如傳統蝸桿/蝸輪約使用1年後，機械結構就會產生背隙，造成誤差等問題，已有四/五軸供應商在設計減速結構時，改用歐系DD馬達替代。如今受惠於這兩年來台灣四/五軸、旋轉台廠商，與關鍵零組件蝸桿/蝸輪、直驅馬達等廠商持續發展，大幅降低成本，可選擇的型式也越來越多樣。也讓過去屢屢大嘆「用不起」或「不敢用」的終端使用者航太、模具等加工業者接受度大為提高。

自上屆台灣國際工具機展(TMTS)上銀科技發表四/五軸專用DD馬達，率先推動五軸機國產化以來，到了去(2016)年TMTS已可見到開花成果。為擺脫以往對進口的倚賴，上銀集團旗下陸聯精密還再接再厲，首度將國產直驅馬達四/五軸(A/C、C軸)安裝在量產型五軸機上，揭示台灣工具機產業整合群聚的集體力量展現，在技術上成長已進入全新世代。現除了工研院智慧機械科技中心正式展出高精度兩軸旋轉主軸頭，甚至能見到旭陽、普森等零組件廠商自製或搭配台廠，紛紛發表相關系列產品。

其中，有別過去搭載在五軸加工機上的兩軸旋轉主軸頭，進口價高達500~600萬元，且有交期長、維修與售服無法即時處理等問題，不利我工具機廠商對外報價接單，現在透過工研院自行研發該產品，利用國產化熱處理、精車/銑加工、高精研磨與組裝調校等手段，已將生產成本大幅降低一半，促成工具機大廠協鴻公司下單採購，將搭載在大型龍門加工機使用，行銷到國際市場。

旭陽國際精機迎合國內外工具機廠商與機械加工客戶，在金屬加工尋求升級的需求，所展出的直驅式數控分度盤，係該公司專為第四軸加工需求所研發上市。在自行研發出首款直驅馬達後，經實地測試在相同規格條件下，發現其扭矩數值比歐洲大廠同級產品還高，可與同業在市場區隔。分別搭載於鑽孔攻牙中心機(Tapping enter)及立式加工中心機；或作為第四軸，組裝到五軸加工機O170mm~1m不等的交換工作台盤面上。因為搭載該項新產品的成本增加不多，卻可利用其零背隙及磨耗特性，大幅提升加工效率、精度與可靠度、延長使用壽命，成為台灣精密機械產業降低生產成本，促進升級加值的最佳武器。

普森精密主軸也在現場發表其投入大量資源，開發出全新CNC直驅馬達立/臥兩用旋轉分度盤，即採用大銀微系統直驅馬達，並率先推出O170/250/350mm共3種規格新品，分度單位可達0.001°、定位精度10arc-sec、重複精度4arc-sec，將成為客戶在發展工業4.0與智能化生產的最佳夥伴。

執行一度一分割　確保幾何與定位精度

值得一提的是，現今大部份台灣廠商對於五軸、複合工具機的觀念仍只停留在工作台上多了一具旋轉/搖擺頭，雖然可在出廠前經過插補，符合幾何、定位精度檢測，卻在真正五軸加工時失誤。「甚至在去除插補參數後，反而更準。」可見在實際加工前，量測四/五軸精度的重要性，並將旋轉軸量測角度單位定義為arc-sec。一般業界會認為國際規範ISO230-2的定位精度值比德國VDI3441小而準，也逐漸形成主流；也不能忽略幾何精度的重要性，ISO230-1則對五軸誤差定義為43項(三軸21項+四五軸22項)，包括：三軸幾何異常、三軸與四五軸相對位置異常、四五軸模組異常等。此涉及四五軸模組本身幾何，與製造、組裝廠商的品質管控機制，不能只靠四五軸廠商出具精度報告即可，而應確認旋轉軸與三軸軸向的正確性。

否則，若將四五軸模組建立於錯誤基準，即可能導致三軸幾何異常；三軸與四五軸相對異常，也會造成補償過度或不足的弦波誤差，應管控旋轉軸品質；四五軸模組幾何精度異常，或肇因於旋轉模組本身轉動偏擺誤差，須透過品質管控機制排除。

此外，雖然目前台灣已有許多整機組裝廠強調在安裝四/五軸前，會先在廠內校正。大多數卻只用光學尺量測A軸軸心定位精度，忽略了整機出廠後，遇到結構變形或剛性不足時，軸心準也不一定有用，容易在出貨到客戶端時發生問題。因此，整機組裝廠應在補償後，確認A軸0?原點有沒有跑掉、90?有無偏擺？在對搖擺頭補償前，則要確認是否與工作台對準0?？

若須外購四五軸組裝前，對於旋轉軸角度量測應有別於線性軸，應先關閉光學尺/角度編碼器，取得機構原始量測值，提高重覆性；再以「一度一分割」方式，才能發現四五軸廠商以往被編碼器隱藏在機構硬體內的缺陷，免得如以往出貨到終端客戶處才收到抱怨，對機台開發也有幫助。即便每部機器未必都能安裝編碼器，自主要求達到國外五軸同動機的精度等性能，也能考慮與精密機械研發中心(PMC)等法人單位合作。