｜由液靜壓專利現況分析液靜壓軸承發展趨勢

摘要：液靜壓軸承是目前台灣工具機設備廠最容易踏入頂尖高精度設備最快的捷徑之一，但是液靜壓軸承使用上必須面對油品回收與組裝還有分析設計上的難處。市面上最成熟頂尖的產品首推德國Hyprostatik的液靜壓相關產品，而背後產品的思維為何?而液靜壓軸承發展的這五十年間又有哪些專利產出，方向為何，這是本篇文章探討的主題
。

Abstract: The hydrostatic bearing technology is most likely to step into one of the fastest shortcut leading high precision equipment for Taiwan machine tool plant, but using the hydrostatic bearing must to face of the difficulties on the oil recovery and assembly as well as analysis and design. The most mature market leading products devaluation hydrostatic in Hyprostatik Germany related products, and what is the thinking behind ? But why the five decades of the development of the hydrostatic bearing what patent output, the direction, this is the moment. the article explores the theme.

關鍵詞：液靜壓、加工、精度壽命、專利

Keywords：Hydrostatic, Machining, Accuracy life, Patent

前言
1.1 超精密加工設備
2006~2008年由於智慧型手機的興起以及小型光學元件的大量使用，因此超精密加工設備的使用量大增，而日本專精於超精密加工設備更興起一股超精密加工設備風潮。2008的JIMTOF工具機展日本更一口氣展出五型超精密加工設備以因應未來更見吃重的光學產品需求。I-PAD、I-Phone與智慧型手機的風行造成手機用光學膜仁加工的大量需求。表1將展場上的超精密加工設備做一整理。由表1可以看出五台超精密加工設備中有三台應用液靜壓軸承技術與線性馬達的結合。這可以說明液靜壓產品是在超精密加工設備中的關鍵技術。而超精密加工設備大多加工小型元件，所使用的刀具較小型因此主軸的使用是30000轉以上的HSK32~HSK25內藏式主軸，有的加工設備更標榜配備液靜壓或氣靜壓主軸。這說明在2008年更早以前工具機市場上開始液靜壓軸承在超精密加工設備上的應用，並有增多的趨勢。表1列出的超精密加工設備中，五型有四型使用液/氣靜壓主軸，而有三型使用液靜壓軌道配合線馬作為其主要進給。而架構上全部使用小龍門架構或者也可以說小龍門的液靜壓軌道結構是超精密加工設備的基礎元素，而伸縮護罩大多使用摩擦力低的鱗片是伸縮護罩以取代傳統的鐵片式伸縮護罩。本篇主要針對液靜壓軸承與其專利現況探討液靜壓軸承應用與未來發展方向，提供國內業者在精度提升以及大型化加工設備有一個全面的發展方向。

超精密加工設備除了硬體的提升，大部分的廠商也多加入一些振噪抑制軟體，或是切削監測軟體或是溫度監控等智慧化軟體以保持其加工設備於加工過程的穩定性。這份2008年製作的整合資料到了2012年，硬體部分改變的不多但是軟體部分確有增加的趨勢。像是刀長即時監測，切削狀態即時監測，結構熱抑制，整機恆溫控制裝置等軟體的開發。

1.2 大型化加工設備
大型化加工設備在設計上有兩項困難點，其一是大型旋轉軸承取得不易而且價格昂貴，其二是軌道磨擦力過大，需要相當龐大的動力驅動，鏟花的過程也費時費工。而也因此在精度上有相當的限制。液靜壓軸承因為是非接觸軸承，且掌握關鍵技術後可以簡化組裝與加工程序，所以液靜壓軸承系統最早導入的便是這種高單價的加工設備，表2將市面上大型落地塘床做一彙整。由 表2可以看出將液靜壓旋盤與V軸座結合是大型落地塘床的標準配備之一，這樣的設計使用可以提升大型工件在加工的精度穩定性。在眾多的大型加工設備中，其共通性除了液靜壓元件的使用，其工作台的負重大多在25噸以上，這樣工件負荷重量的旋盤要使用一般軸承其精度不易保持且不易製作，筆者實際訪查的結果超過1M以上內徑的軸承價格高達140~250萬台幣，而其精度只能提供中低等級的加工設備使用。這是由於大型軸承由於體積龐大，軸承鋼的加工與熱處理不易控制，往往在良率與精度上有極大的問題。加工時程與良率是造成價格昂貴與超長交期的主因。而大型風力發電設備元件或是大型航空元件精度要求相對高於中等級大型加工設備。而由於加工元件重量相當沉重，因此參考圖1，JUARISTI公司的大型落地塘床。其旋盤為液靜壓型式，且為了使大型工件重量不至於影響整機精度，因此放置工件的B軸往往會配備一組V軸向的進給，此進給的軌道系統也是採用液靜壓系統。圖2就是此大型塘床使用的液靜壓旋轉工作台與液靜壓V軸結合產品。此外在旋盤的設計上大部分採用雙齒輪消除背隙的方式驅動，這樣除了增加扭力以外還可以減少傳統蝸輪蝸桿組裝與加工上的不便。