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顛覆傳動產業的行星 行星式滾柱螺桿的專家-優士特精密

摘要"

螺桿是現今廣泛被應用於機械傳動的重要元件,絕大部分的自動化及加工設備都少不了它。而利用「球型滾珠」作為使機構得以自由直線滑動的媒介,是產業界常見且成熟的設計,一般稱之為滾珠螺桿。在直線傳動的世界,其實有另一種厲害的傳動元件具備高負重、高精度、高剛性之特徵,因其技術多被掌握在歐美,應用領域又特殊,鮮少讓人提起討論。就讓本期 《機械新刊》為您介紹這神秘的元件 -「行星式滾柱螺桿」。
洪總經理的大半輩子都與螺絲共舞,在前往高雄岡山的路上,他一面為採訪團隊介紹著所謂「岡山螺絲窟」的產業生態,一面調侃著自己。他指著道路右側工廠說:「這家是抽鐵線的,他們是螺絲廠的上游。再過去一點就是最上游的鋼捲工廠。」等紅燈時他望著載滿螺絲的小貨車,笑著說:「我們螺絲製造產業,已接近一片紅海。追求突破的廠商努力尋找新材料發展新商機,有人成功,不過大部分都不容易突破。哎,一顆螺絲才多少錢,近年來客戶還要求少量多樣,我都快不知道怎麼生產了。」

關鍵詞:行星式滾柱螺桿、優士特精密 、螺絲、滾珠螺桿、滾柱螺桿

 

出身螺絲製造的洪總在多年前的一個因緣際會,看到了行星式滾柱螺桿在遊戲模擬機台上的應用,友人向他透露,這外觀不起眼的元件目前百分之百歐洲製造,光幾支螺桿就佔了機台成本快一半。這不禁讓血液裡充滿螺絲螺紋DNA的他起了好奇心,開始從產業界與學術面研究起此元件的原理。

 


行星式運動就像行星繞著太陽公轉一樣,縱使在浩瀚宇宙億萬星球,天體運轉繞行軌跡絲毫不差,行星式滾柱螺桿的動作原理,是藉由螺桿與精密螺絲介於螺帽間的運動,將螺桿之滑動由螺絲囓合之迴轉動作轉換為直線運動。行星式滾柱螺桿學理早在百年前即被提出,由於關鍵零組件是被稱為立體齒輪的「滾柱螺絲」,製作難度極高,且必須考量摩擦系數、螺桿與螺絲承載及受力分配等眾多繁雜因素,結構設計與加工製程門檻高,全世界至今能夠量產的廠商屈指可數。

 

行星式滾柱螺桿  


來到辦公室,洪總一面從抽屜拿出厚厚的一疊學術論文,一面自信的說:「我花了非常多時間收集行星式滾柱螺桿相關的研究論文,翻遍世界各期刊,值得參考的都在這裡。」看見一份份被畫滿重點、寫滿方程式的論文攤在桌上,我們逐漸找到洪總之所以能夠跨過這技術門檻的理由。他說:「記得是在七八年前的農曆過年,初五那天老婆帶孩子出門,我一個人在論文堆中推導著赫茲接觸理論(Hertzian Contact Deformation)。不知是哪來的靈光乍現,我忽然想通了行星式滾柱螺桿的設計原理,找到了所有技術文章都不會交代的『設計計算基準點』!就這樣,我與公司研發團隊展開了一連串的樣品實作,逐一驗證自己的想法。」老天終會眷顧願意認真付出的人,優士特精密的U-Screws行星螺桿,就在那一瞬間誕
生了。
邁向商品化,洪總說:「要穩定生產行星式滾柱螺桿,困難才剛剛開始。」要將熱處理後,硬度超過60的材料以微米等級加工,洪總跑遍了南台灣的精密加工廠。有別於部份國外廠商為求製程容易,以滾牙加工後進行氮化處理的方式做量產,洪總堅持要精度與硬度兼顧,不辭辛勞的說服供應商夥伴們協助完成這極度困難的製程。「喔,我們不知做壞了幾千支滾柱螺絲!」他瞪大著眼睛說。行星式滾柱螺桿的機構看似普通,但滾柱上螺紋與螺紋間微米等級的螺旋線接觸,是產品成敗的核心。他解釋:「整條螺旋線Micro Meter等級的公差,加工與組裝一不小心就會造成機構硬干涉,開始看似正常,機器跑一個月後就出狀況。如果為了好做放大公差,就又犧牲了精度。」這鬆緊剛剛好的藝術,恐怕只有具備螺絲螺紋DNA的洪總,才能完美呈現。不過他謙虛的說:「今天這產品能夠量產,我真的要感謝優士特精密的研發團隊以及所有力挺我們的供應商。有公司研發單位工程師們對於產品設計與製程關鍵技術日以繼夜的努力,才能讓產品順利走入商用階段。而在外部陪著我們解決製程瓶頸的供應商們,真是讓我見識到台灣中小企業的金屬加工能量,實在是超乎我的想像。感謝每一位幕後英雄!」
談到行星式滾柱螺桿的應用面,洪總語帶保留的說:「因為它的螺旋線接觸產生了較同尺寸滾珠螺桿三倍以上的耐負荷特色,又因零背隙能表現出高精度及響應,而且超低噪音,現今部分被用在軍事用途、人造衛星等。飛行或遊戲模擬機的驅動可能算是比較不敏感的領域。我們的產品在通過客戶的驗證後,目前已進入穩定供貨的階段。」這高剛性的元件,其實也非常適用於需要高負載的產業機械上,譬如伺服沖床、折床、拉床等,另外全電式塑膠射出機也是優士特精密正積極著墨的應用領域。

 

 


訪談最後,洪總透露了他對行星式滾柱螺桿產品後續的規劃。他表示,哥德式行星式滾柱螺桿是公司下個階段的新星,目前已經取得台灣、中國、日本、美國及德國的專利。在高雄岡山,我們不只認識了著名的螺絲聚落,也發掘了一個有機會顛覆傳動產業,不折不扣的台灣之光。

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