| 国内工具机2019年出口值约30亿美元，世界排名第五，因齿轮加工机的背后包含着高深的齿轮原理和诸多的数学运算，使得开发门槛高于一般机台，这也是厂商较少发展齿轮机的原因。藉由产官学研通力合作，部份国内厂商投入齿轮专用机的研发生产，也开始贩卖并得到不错的评价，比如迈萃斯(原为陆联精密)的成形磨齿机、创成磨齿机、蜗杆磨床、创成磨齿机、滚刀磨锐机、以及伞齿轮切齿机，和大工业的滚齿机和刮齿机。国内这些齿轮机的开发多是企业与学研单位如工研院、中正大学、台科大与逢甲大学等合作，以缩短国内产业跨足高智慧及高单价的齿轮专用机领域的时程，以下举几个近年产业与学研单位合作开发的实例。 |
| (一)和大工业与工研院、逢甲大学(徐瑞宏)、中正大学(冯展华)开发滚齿机、刮齿机 |
| 近年来为跟上「工业4.0」的革新脚步，和大工业于嘉义大埔美设立智能工厂，对于齿轮加工自动化、可视化、自动量测及品质监测与记录等各项需求与实践。除了使用自动化的生产设备，还透过物联网将整条生产线串联起来成为一个机联网，并利用许多感测器回馈生产现况与数据收集，大数据透过云端计算及比对，立即反馈及修改加工参数，这样的闭回路生产系统，不仅让刀具及机台的效能提高，更避免不良品的产出，且同步建立完整的生产履历与品管报告，据业者表示：不仅提高产品良率，更可减少八成的人力。 |
| 和大于2019 TIMTOS首次发表由CNC滚齿机HGH 250(CNC Hobbing Machine)如图6、齿轮倒角机HGD250-NC2(Gear Chamfering and Deburring Machine)、齿轮转动量测机(Gear Rolling Tester)及机械手臂等多台设备整合连线的齿轮智能化生产系统，系统包含齿轮加工、量测及倒角等自动化制程，并以机械手臂代替人工对所有工件自动夹取移动，且各机台状态讯号可开放撷取，其中更包括了自动量测及尺寸补偿更是系统中关键的智能化技术。生产过程的检测与记录可即时反应制程中的品质与问题，亦能透过记录统计追溯生产履历或进行生产改善，和大机械部对齿轮制程中的检测设备与生产记录整合也发展出齿轮啮合检测、自动内外径量测机、伺服压床搭配机械手、CCD、雷射雕刻机、QR(Bar)Code读取机的整合技术。 |
| (二)三隆齿轮股份有限公司与工研院开发智慧型IoT 齿轮箱寿命预测及保养技术 |
| 台湾的精密齿轮箱生产大厂三隆齿轮股份有限公司在智慧型IoT齿轮箱寿命预测及保养技术有重大突破，除了依AGMA(美国齿轮制造协会) 标准规范设计精密齿轮外，所有齿轮箱经电脑模拟运算及应力分析安全强度之计算，创造出最佳传递效率、低噪音、高扭力之优质齿轮箱组合架构，目前更在部分生产的齿轮箱，配备振动感知器、油温感测器、润滑油品质感测器等，配合IoT无线传输技术收集相关数据并透过频谱分析软体，协同客户推动齿轮箱预知保养及生产智慧化，因为有了负载相关数据的支持，客户能在安全的条件下提高产能，并能透过预知保养，避免设备临时停工的损失，更可将相关数据提供齿轮厂，优化设计的依据。三隆齿轮公司最近更投资设立齿轮新厂，投资设立直径三米以上的大型齿轮生产线，预期跨足风力发电等大型齿轮箱市场。 |
| (三)华镛机械工业股份有限公司引进齿轮干切削技术 |
| 华镛机械工业在台湾机车齿轮市占率超过40%，也是德国Linde、加拿大Bombardier、日本大金、大陆的潍柴(Weichai)等国际知名品牌的供应链，华镛机械引进日本三菱干式滚齿技术，是国内少数将齿轮干式滚齿技术运用到出神入化的厂商，其干式滚齿切削速度是传统滚切速度的3~5倍，达到了200~300m/min，使用特别镀膜的高速钢滚刀，这种镀膜有助于减小刀具与工件材料之间的摩擦，刀具寿命是一般湿式加工的5倍，而且表面粗糙度显着降低。
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| 华镛机械在干式滚齿切削技术深入钻研及实验，使其齿轮不仅在品质及精度上具有国际一流水准，在价格上也具有世界级的竞争力，更重要的是干式滚齿不用切削液，不但节省资源，降低制造成本，而且没有环境污染，符合华镛机械绿色制造的发展理念。 |
| (四)前瞻传动科技股份有限公司与中正大学(冯展华、刘德麒)、台科大(石伊蓓)、逢甲大学(徐瑞宏)研究团队合作开发伞齿轮加工机 |
| 中正大学在精密机械的研发已有多年，冯展华教授在齿轮机的研究更已超过30年，2017年科技部启动价创计画，开启中正大学齿轮技术商品化的契机。由中正大学所组成的前瞻传动科技团队，透过长期在齿轮机的研发成果，以虚实整合的智慧机械概念，设计出「F280六轴同动螺旋伞齿轮加工机」与「S280五轴同动数控伞齿轮研磨机」(如图7所示)。目前已通过产业界的加工稳定度测试验证，并荣获2019年科技部未来科技突破奖及学术创业先锋奖两项殊荣，亦于108年7月31日筹备成立「前瞻传动科技股份有限公司」。 |
| 前瞻传动科技的产品「F280六轴同动螺旋伞齿轮加工机」是100%的台湾制造，其设计图、有限元素分析等由刘德骐博士与林清源执行长共同开发，软体(如图8所示)则由冯展华教授、石伊蓓教授的团队所完成，此一机台包含了齿轮双面双切削工法、直立式机台设计、智慧化数控路径、适应性切削力、虚拟实体整合系统等关键技术，其虚实整合软体则可透过机联网的建立，即时侦测设备状态，并累积为大数据，提供上层云端平台分析应用，相较于国外大厂的齿轮机，前瞻传动科技的齿轮机，不但价位仅需国外大厂的一半，且目前所通过的各项测试，成效都不输国外设备。
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| 除了既有搭配的软硬体架构外，团队设计了Digital twin (数位双生)平台与健康诊断，在加工前先以软体模拟实际加工的状态，确认后再由机台实作。健康诊断则是侦测设备温度与震动，并与存放在分析平台的机台原始正确资料比对，随时校正设备零组件。整合智慧化功能，以加工性能、价格及服务等3大竞争优势抢攻精密齿轮加工设备市场，应用市场包括汽车(含电动车)、精密机械传动及工业机器人等领域。前瞻传动科技的产品自齿形设计至加工路径规划，均可提供客户完整之生产方案，且具备整合切齿、磨齿及量测等3大核心设备的优势，其设计之齿轮软体的设计参数与美国大厂Gleason及德国大厂Klingelnberg相符，可取代国内对欧美高阶齿轮加工设备之采购依赖，在同级产品的价格也低欧美大厂将近60%，相当具有竞争力。 |
| (五)上银科技股份有限公司与工研院及台科大石伊蓓教授与台大李志中教授开发摆线齿轮减速机设计技术 |
| 台科大机械系石伊蓓教授近几年为能使学术研究能应用于实务，积极与多家厂商合作执行产学计画。为便利厂商使用，因此研究团队投入相当多时间，建立C#程式结合OpenGL开发齿轮设计软体介面技术，期间编写数百个数学解值及齿轮计算类别库DLL(Dynamic-link library)。由于设计软体功能要求日趋复杂，近两年开始导入MVVM(Model-View-ViewModel)架构于C#程式开发，以增加设计软体的可扩充性。研发技术及开发软体已对国内产业做出重要之贡献。 |
| 石伊蓓教授、台大李志中教授与工业技术研究院及上银科技股份有限公司开发摆线减速机，摆线齿轮减速机为关节型机器手臂的关键零组件，其最重要的性能指标为(1)输出扭力、(2)角度传递误差、(3)背隙，及(4)使用寿命，因此如何在设计阶段，让减速机能满足各项性能需求为最重要课题。石伊蓓教授最近分别与工研院和上银公司合作计画，分析RV摆线减速机和上银自己开发的摆线减速机之各项性能。上银公司是国内最大传动零件厂，近几年来开始投入机器手臂减速机的开发。石教授研究团队透过软体开发以缩短减速机设计时程，并确保设计之减速机性能和寿命能符合需求。 |
| 软体以C#之MVVM 架构结合OpenGL开发，研究内容包含(1)摆线齿轮齿形数学模式、(2)三种摆线齿轮齿面修整方法、(3)SolidWorks API非标准和标准零件自动产生、(4)考虑制造误差下之多齿接触齿面接触分析、(5)角度传递误差分析、(6)背隙分析，以及(7)ANSYS 减速机接触应力和扭转刚性分析。 |
| (六)迈萃斯精密股份有限公司与中正大学合作开发创成磨齿机台 |
| 迈萃斯致力于齿轮加工技术的精进与开发，自1994年创立以来，延续台湾工业技术研究院机械所的刀具技术，整合一流大专院校的学术研究资源，建立了滚齿刀和刮齿刀的生产线，成功并稳定地销售于欧美、亚洲等市场。近年来积极投入研发创成磨齿机台的开发，包含：齿轮成形磨床、蜗杆磨床与刀具磨锐机等(如图9所示)，并于2019 TIMTOS展发表自行开发的PC-based智慧型交谈视窗软体(如图10所示)，支援完整的加工程序，操作者不需经过程式编写训练，只需要依据工件图纸上提供的参数设定，透过对话式步骤输入设定齿轮磨削条件，导入齿轮啮合原理(Gear Theory)、计算几何方法(Computational Geometry)与最佳设计方法(Optimum Design Method)，计算出修砂厚度、压力角补偿等资讯，并自动产生NC程式，大幅提升工作效率，使得齿轮制造技术得到落实。 |
| 目前国内对砂轮材料的烧结技术与机台颤振的改善能力也逐年上升，然控制器的开发仍然较为缓慢，若国内能自主研发控制器，透过产、学、研的共同合作方式，落实产品的精度与可靠度并创造高价值之齿轮对，更提升了在市场上的竞争及主导权力，故开发新机型磨齿机也是国内一项创新的挑战。 |
| (七)中央大学吴育仁教授研发珩齿关键技术、与迈萃斯精密股份有限公司开发连续蜗杆砂轮创成磨齿之抗曲面扭曲及降噪磨削纹理控制技术 |
| 齿轮模组大量应用领域在于汽车市场，随着电动车的快速发展[5,6]，2013年全世界总共销售了140万辆油电混合车及纯电动车，但预期将成长至2020年的660万辆，中国大陆更提出了2025年全面禁止汽油车，大量的带动了电动车零组件的需求量，电动车使用马达和变流器取代原有变速箱的功能，也使得齿轮传动必须承受更大的负荷扭力，因此高速、高刚性、低噪音的齿轮制造成为了近几年产业的发展趋势，为达此目的，齿轮珩、磨加工为制造高品质齿轮的核心技术[7, 8]。 |
| 珩磨加工法适用于硬化齿面研磨，且具有可加工长轴齿轮工件、研磨效率高、可产生低噪音齿面磨削纹理之优点，中央大学机械系吴育仁教授研究团队[9-11]于2015年对内、外啮合珩齿(Gear honing)关键技术展开研究(如图11所示)，在外啮合珩齿加工部份提出Anti-Twist齿面珩磨技术，并证实具Twist-Free鼓型齿面相较于不具无扭曲修整的鼓型齿面，可降低齿轮对传动误差及改善齿面接触应力分布。此外，在CNC内啮合珩齿加工及齿面修整技术之研究，创新提出可在具有长齿面宽之齿轮件上珩磨出双鼓型修整之加工方法及数学模型；更提出在CNC珩齿机上进行闭回路齿面拓朴修整之方法及数学模型。目前国内齿轮制造厂现行之珩齿机为欧美厂牌，国内尚无自行研发珩齿机之厂商，若可掌握前述关键技术，未来可有助于CNC珩齿机之开发。 |
| 此外，吴育仁教授于2019年取得科技部优秀年轻学者研究计画，对于现今较为先进之「连续蜗杆砂轮创成磨齿之降噪磨削纹理控制技术(如图12所示)与抗曲面扭曲(Anti-Twist)技术」以及「强力刮齿(Gear skiving)加工关键技术」进行研究，并与迈萃斯精密股份有限公司进行产学合作计画，结合学界以及业界的资源，预期将可提升国内磨齿机[12]及数控工具机之附加价值，并提升齿轮精加工品质。 |
