即使多年來台灣齒輪及螺桿加工業者陸續透過自製機台、刀具，甚至於PC-based控制器，逐步建立開發能量，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，並非傳統綜合加工機、CAD/CAM軟體商可涉入，而相當倚重製造加工業者多年累積的數學式資料庫、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，可望出現轉機。

回顧自2006~2008年以來，每逢全球出現原物料飆漲的景氣循環熱潮，往往迎來的就是當下製造業對於資本設備支出、關鍵零組件等庫存備料大增，促成新一波軍（設）備競賽，也是台灣機械設備產業的商機所在，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、能源、礦業、農業設備以及風力發電等，近幾年來更因為新能源車興起、自動化與風力電機等產業急速擴大，造成齒輪製造業生產相當活絡，驅使大模數、高強度及高精度齒輪之需求量逐年增加。

但早期台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，促進了齒輪業的蓬勃發展。最成功的例子，便是由工研院機械所執行的開發計畫「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，透過軟體提升了台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、僑星和台灣工機、久大等6家廠商在1994年合資成立「陸聯精密公司」，由於刀具供應自主性高，交期短和價格低，而大幅提升台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、能源、礦業、農業設備以及風力發電等。（source：inegi.pt）

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，除了所需鋼珠的數量不多、規格不一，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先進國家，應用上也從傳統NC/CNC工具機為主，至今已逐漸擴散至半導體與產業機器人領域的比重逐漸升高，未來仍極具潛力。

台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年台灣首家滾珠螺桿專業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，當時在台灣市占率從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，台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），而決定併購陸聯精密，並改名Matrix行銷全球，但當時陸聯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NC/CNC工具機為主，至今已逐漸擴散至半導體與產業機器人領域。（source：balancesystems.com）

開創齒輪加工專用不易　台廠走來篳路藍縷

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，其機台結構複雜且剛性要強，再搭配專用齒輪設計製造軟體，所以鮮少有台灣廠商能介入，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，生產機台產量約佔全球總數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；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，在台灣齒輪產業力求轉型之下，漸漸朝向齒輪箱次系統利基領域發展。如自動化領域的行星齒輪減速機，代表性廠商有台灣精銳、利茗、成大、台灣工機和晃益；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，代表性廠商有和大、倉佑、中華台亞、介隆興和華鏞；基礎重工業設備使用的大型精密減速機，代表性廠商有上和、台朔重工、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、台穩精密和永大精機。

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，台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傳統搖台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，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，故在台灣較少有廠商採用，卻非常適合為汽車產業生產大量傘齒輪，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，代表性廠商為中華台亞。

至於台灣齒輪刀具製造商首推陸聯精密，研發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，銷售遍及台、日、美、大陸和土耳其等國家。近年來和大工業挾其多年齒輪生產實務經驗，自行設計製造齒輪工具機，並成功開發出CNC刮齒機和滾齒機行銷全球。

倘若引導得當，台灣機械廠商將能建立起對於齒輪、齒輪箱及傳動系統最適化的設計能力，開發附加價值高的產品；與齒輪製造業者也提高生產力、更新老舊設備，爭取車輛傳動方面市場，必使台灣與齒輪相關的機械工業在世界市場上占有一席之地，並帶動整體機械業發展。

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，已有台灣廠商逐漸克服其中困難，並持續改善品質。其他應用在鋼鐵、石化等重工業或基礎工業的大型減速機，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）

導入瑞士齒輪加工整體方案　產業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已在台灣成立子公司–台灣力盟公司，總公司早在1961年就已開發出首款CNC控制器，比起現今CNC/NC控制系統的普及使用早了10年之久。該公司現除了可提供NUMgear控制器，以協助台灣傳統綜合型工具機、OEM設備製造廠商開發新款成形齒輪磨床、滾齒機、插齒機、創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，改裝已使用數十年的LIEBHERR、Gleason滾齒機。

台灣力盟公司業務經理吳松憲表示，該公司不僅在2014年即曾與陸聯合作開發創成磨齒機，近年來還與建暐精密科技公司合作開發成形磨床案例，後者係基於現今機器人系統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Fanuc數控系統、CAD/CAM軟體及自家三次元量床（CMM），卻很快發現擺線齒輪的輪廓複雜程度，CMM得到數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數控系統，讓客戶只須輸入其設定的齒輪參數，該系統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知識，並共同開發CNC數控系統，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平台，實現了在同一部機台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合作開發成形磨床，並搭配NUM新一代Flexium+ 68 CNC平台，實現了在同一部機台上製造擺線齒輪和漸開線齒輪的能力和靈活性。（source：num.com）

台灣力盟公司亞洲區銷售總監Adrian Kiener指出：「這次成功案例凸顯了NUM分散支持戰略的重要性，客戶只須要直接通過NUM在台灣及世界上許多其他國家的CNC專家和開發措施，就能得到非常快速的反應服務，以協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、加工技術和數學公式，以及所有NC循環。」

吳松憲也認為：「NUM的開放式架構平台，加上願意與機器製造商合作開發特定應用解決方案的意願，是客戶選擇CNC系統供應商時的關鍵差異化因素。」在協助建暐從無到有，開發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/擺線的數學公式，這也是在台灣子公司的優勢之一，還為此培養了人機介面工程師，能即時就近解決問題，不讓強調靈活應變的台灣中小企業，再耗費已吃緊的人力、時間編程，今年還將在台灣衝刺開發客製化加工非圓工件的圓筒磨床市場。

**刊頭圖（source：sampspa.com）