竞争优势的基石：应用切削力感测技术，迈向高价值制造
文◆沃龙工业股份有限公司 执行长 曾泳润
台湾还剩多少时间，精密加工产业的转型迫切性
台湾的精密加工产业正处于一个关键的十字路口。数十年来，凭借卓越的技术和弹性，台湾在全球制造业供应链中扮演了不可或缺的角色。然而，全球经济脉动的转变正带来前所未有的挑战。一方面，标准化的CNC加工订单正持续向成本更低的地区外移，导致传统以量取胜、以价格竞争的商业模式面临巨大压力。另一方面，地缘政治的变动与供应链重组，促使全球高科技产业寻求更稳定、更可靠、技术层次更高的合作伙伴。
在这样的背景下，台湾的加工企业若要维持竞争力并实现永续增长，单纯的制造已不足够。转型的方向清晰而明确：必须从传统的「按图施工」(Make-to-Print) 供货商，升级为能够提供制程保证、具备数据分析能力的「数据驱动制造伙伴」(Data-Driven Manufacturing Partner)。这种转变不仅是技术的升级，更是商业模式的根本变革。高附加价值的产业，如航天与半导体，他们所购买的不仅仅是一个符合图面尺寸的金属零件，更是对制程稳定性、质量一致性与完整可追溯性的信心。这正是切削力感测技术发挥其战略价值的所在。
无论是航天的巨力挑战，还是半导体的微力控制，两者共通的最高原则是「零缺陷」(Zero Defect) 的质量要求以及完整的制程可追溯性。任何单一零件的失效，都会击穿加工现场的信心，其下游成本远非零件本身价值所能比拟。因此，客户要求的不再只是一份出厂前的检验报告，而是要求供货商提供证据，证明每一个零件在制造的每一秒钟，其制程都处于受控状态。切削力数据，作为加工物理行为最直接、最实时的纪录，便成为了这份「数字质量证书」的核心 。全球航天供应链2025年预估达1.5兆美元，半导体市场逾6,000亿美元，台湾企业透过导入感测技术，可突破障碍，实现永续成长。
切削力 — 隐藏在制程突破背后的关键驱动力
机台与刀把需要高刚性，是因为切削过程中产生的力会导致振动，若刚性不足，将放大误差，影响加工精度。例如：刀具磨耗时发出异音，源自切削力不均匀分布，造成摩擦增加与材料应力集中；硬脆材料加工过快则易破裂，因为切削力超过材料断裂韧性，引发微裂纹扩散。这些现象的核心就是切削力—它是加工技术的关键因素，决定了制程稳定性、工具寿命与成品质量。不同的刀径、涂层材质、刀把结构、主轴设计，以及金属材料的非线性特性或硬脆材料的破裂转换曲线，都对应特定切削受力上限。这是每间加工厂经年累月累积的加工策略背后隐含逻辑，透过切削力监测，可预测并优化这些变量，避免浪费与缺陷。
追求更低的成本已经不再是企业取得竞争力的有效方法。如何将师傅经验进行有效的量化与传承、如何透过加工参数与刀具的调配取得更大的材料移除率等加工策略的有效管理，将会是企业转型与获利增长的关键。
切削力感测相关的技术应用
在航天叶盘（Blisk）五轴加工方面，也有学者应用了来自德国Pro-micron公司的SPIKE感测刀把进行在线监控。Lee等人在Science Progress期刊发表的研究中，利用SPIKE无线刀把在叶盘粗加工时实时分析切削力，并评估主轴偏摆和刀具装夹状态。透过感测刀把提供的力讯号，他们优化了五轴路径和加工策略，使总加工时间缩短了16.5%。在一篇探讨喷射引擎叶片近净形自适应数控加工的文章中，针对复杂、高精度需求的航天喷射引擎叶片，开发并验证了数控制程与加工工具的自适应调控技术，示此技术直接应用于国家航天引擎制造的一线单位。该研究导入了瑞士Kistler的旋转式动力计，透过量化五轴叶片加工时的切削力，设计夹具和夹持顺序，实现了叶片的高精度制造，有效解决了低刚性和定位挑战。
由图可见，金属刀具随着磨耗值由20μm增加至85μm，其切削力系数随之由1380N/mm²提升至1460N/mm²，证实刀具磨耗将直接导致切削负荷提升，进而影响加工稳定性。
氧化铝陶瓷加工中，透过切削力曲线可区分出钻石磨棒的「轻微磨耗」、「显著磨耗（表面堵塞）」及「严重磨耗（金属载体磨耗）」等不同阶段。这一过程证明感测刀把技术可有效辨识刀具状态，有助于加工参数实时调整、提前预警刀具异常及提升产品良率。
辉煌的过去、辉煌的未来
前辈们曾经缔造台湾的经济奇迹，过去前辈们经历并克服了各式各样的困难，不过随着加工逐渐复杂与困难，我们有足够的理由坚信，切削力监测将会是次世代复杂加工的制程关键，不论是德国Pro-micron、瑞士Kistler、台湾沃龙都在切削力刀把的临床实验上取得了足够多的证明，证明切削力感测系统是优化制造工艺的利器。透过精确分析刀具的刃角设计与涂层材料行为，制造商可以系统性地优化其产品性能，确保刀具在实际生产中的稳定性与耐用度。道阻且长，行则将至。
