芝浦機械 ULC／ULG 系列涵蓋超精密旋削、研削、自由曲面以及多軸同步加工。六種主要機型雖然具有相近的基礎架構，但彼此差異並不是單純依照軸數多寡或機型等級來區分，而是針對加工精度、工件材料、曲面幾何形狀以及工具姿態等不同需求，配置相對應的機械結構與控制能力。

若將各機型的規格變化，與型錄中所列出的塑膠透鏡模仁、玻璃透鏡、自由曲面、微細溝槽及透鏡陣列等加工實例放在一起比較，可以更清楚看出整個 ULC／ULG 系列的產品發展邏輯。

 

一、ULC-100F(S)：以 0.1nm 控制提升超精密旋削能力

ULC-100F(S) 的核心定位是高精度旋削。相較於 ULC-100D(S)，主要技術變化在於導入 0.1nm 控制，進一步提升形狀精度與表面粗糙度控制能力。

這項變化的重點並不是增加更多加工軸，而是將既有超精密旋削架構的控制解析度與加工穩定性再往上提升。對於塑膠透鏡模仁、高精度非球面模具及 Toric 面等工件而言，真正重要的往往不是加工自由度，而是能否獲得極高的形狀精度與表面品質。

尤其在光學模具應用中，模仁表面形狀會直接複製到後續成形的光學元件，因此模具本身的加工品質將直接影響最終產品性能。

ULC-100D(S) 超精密旋削架構
→ 導入 0.1nm 控制
→ ULC-100F(S) 強化高精度旋削能力

 

二、ULG-100D(HYS)：增加工具主軸，建立車削／研削複合平台

當加工材料從金屬模仁延伸到玻璃及其他硬脆材料時，加工方法也必須從單純旋削進一步擴展到研削。

ULG-100D(HYS) 的關鍵結構變化，就是在原有超精密加工平台上增加高速工具主軸，使設備能夠安裝不同型式的砂輪與工具。

增加工具主軸之後，設備可以同時對應超精密車削與研削，因而涵蓋玻璃透鏡模仁研削、玻璃透鏡直接研削、縱軸研削、斜軸研削以及超精密旋削等加工方式。

因此，HYS 的意義不只是「多了一支主軸」，而是將加工材料與製程範圍由金屬模仁旋削，進一步擴展到玻璃與硬脆材料研削。

ULC 超精密旋削
→ 增加高速工具主軸
→ ULG-100D(HYS) 建立「車削＋研削」複合加工能力

也因此，HYS 可以視為後續 ULG 系列發展的重要基礎平台。

 

三、ULG-100E(HYC)：以小型化架構聚焦研削應用

ULG-100E(HYC) 的發展方向與 HYS 不完全相同。它並不是單純增加更多功能，而是將設備定位轉向小型化與研削專用化。

對於主要加工玻璃透鏡、玻璃模仁或其他硬脆材料的生產環境而言，如果不需要完整的車削／研削複合能力，研削專用設備反而更符合實際製程需求。

HYC 保留超精密研削所需要的核心能力，同時縮小設備安裝面積，主要對應玻璃透鏡直接研削、玻璃透鏡模仁研削、縱軸研削及斜軸研削等應用。

因此，HYC 與 HYS 並不是單純的高低階關係。

HYS 強調的是車削與研削的複合能力；HYC 則將功能集中在研削製程，藉此降低設備複雜度並節省生產空間。

這也反映出精密加工設備選型的一項重要原則：設備功能並非越多越好，而應與實際製程需求相匹配。

 

四、從非球面進入自由曲面：加工自由度開始成為關鍵

傳統旋轉對稱非球面主要可以透過工件旋轉，再搭配 X、Z 軸控制加工輪廓。

但是當加工對象進一步延伸到 f-θ 透鏡、自由曲面、直線槽、曲線槽或透鏡陣列時，表面高度可能隨 Y 方向持續變化，傳統以 X-Z-C 為核心的加工方式便無法完整涵蓋所有加工軌跡。

這時候，Y 軸就不能再只是工具高度或位置調整用途，而必須成為可以進行高精度同步運動的正式加工軸。

ULG-100D(H3) 正是針對這項需求所發展的機型。

 

五、ULG-100D(H3)：Y 軸線性馬達化，形成四軸自由曲面加工

ULG-100D(H3) 將 HYS 架構中的 Y 軸改為線性馬達驅動，使 X、Y、Z 三個直線軸都具備高精度動態控制能力。

這項結構變化，使 Y 軸從原本偏向工具高度調整用途，正式轉變為參與同步加工的運動軸。

在 X-Y-Z-C 同步控制之下，H3 可以進行四軸自由曲面加工，並對應 f-θ 透鏡、飛刀加工、直線槽、曲線槽及透鏡陣列等需要 Y 向位置連續變化的加工。

換句話說，H3 解決的核心問題，是自由曲面加工點的「位置控制」。

HYS：Y 軸主要負責工具高度與位置調整
→ H3：Y 軸線性馬達化
→ Y 軸正式參與同步加工
→ 形成 X-Y-Z-C 四軸自由曲面加工能力

 

六、ULG-100D(HYBS3)：增加 B 軸，解決高傾角與工具姿態問題

ULG-100D(HYBS3) 與 H3 並不是單純的前後代機型，而是由 HYS 平台向不同加工需求發展出的兩條技術路線。

H3 強化的是 Y 向位置控制；HYBS3 則是在 HYS 架構上增加 B 軸，使工具姿態可以根據加工曲面的傾斜角度進行調整。

當非球面或自由曲面的局部斜率持續提高時，如果砂輪或刀具始終維持固定方向，可能產生機械干涉、接觸點偏移，甚至無法維持理想的研削條件。

B 軸的加入，使 HYBS3 可以對應 70°以上的高傾斜角，同時搭配 B 軸對心與 W 軸顯微鏡等機構，提高工具設定及加工過程的可控性。

因此，可以用兩個不同的問題來區分 H3 與 HYBS3：

H3：加工點「要移動到哪裡？」
→ 強化自由曲面的「位置控制」。

HYBS3：工具「應該朝哪一個方向？」
→ 強化高傾角加工的「工具姿態控制」。

這也是為什麼 H3 與 HYBS3 應視為兩條平行發展的技術路線，而不是彼此取代的關係。

 

七、ULG-100D(5A)：整合位置控制與工具姿態，形成五軸自由曲面加工

ULG-100D(5A) 可以視為 H3 與 HYBS3 兩條技術路線的整合。

一方面，它具備 H3 的 Y 軸線性馬達控制能力；另一方面，又加入 HYBS3 所代表的 B 軸工具姿態控制，最終形成 X-Y-Z-B-C 五軸同步加工。

五軸加工的真正價值，不只是控制軸數從四軸增加到五軸，而是能夠同時處理兩個問題：

1. 加工點應該位於哪一個 X、Y、Z 座標？
2. 工具到達該位置後，應以什麼 B 軸角度接觸工件？

對於曲面高度、局部斜率以及加工方向都持續變化的工件而言，單靠位置控制或工具姿態控制其中之一，都可能不足以完成最佳化加工。

因此，5A 可以進一步對應自由曲面繞射光柵溝槽、透鏡陣列、晶圓級 Lens Array、複雜自由曲面以及立式車削等高自由度加工。

H3：位置控制
＋
HYBS3：工具姿態控制
→ ULG-100D(5A)：形成完整五軸自由曲面加工能力

 

八、加工對象的變化，決定機械結構如何演進

將芝浦機械型錄中的加工實例與六種機型對照，可以看出機械規格的變化，主要由以下四項加工需求所驅動。

1. 加工精度
   當主要需求是超精密模仁旋削及表面品質時，以 ULC-100F(S) 的 0.1nm 控制提升加工精度。
2. 工件材料
   當加工對象從金屬模仁延伸到玻璃與其他硬脆材料時，必須增加高速工具主軸與研削能力，因此形成 HYS；若生產需求集中於研削，則進一步發展出小型研削專用的 HYC。
3. 曲面自由度
   當工件不再只是旋轉對稱曲面，而需要加工點在 Y 方向持續改變位置時，Y 軸必須成為同步加工軸，因此形成 H3。
4. 工具姿態
   當曲面傾角提高並可能產生工具干涉時，需要利用 B 軸改變工具方向，因此形成 HYBS3；當加工位置與工具姿態需要同時控制時，則進一步整合為 5A。

由此可以看出，從塑膠透鏡模仁、玻璃透鏡，一路延伸到 f-θ 透鏡、自由曲面、微細溝槽與透鏡陣列，工件越複雜，設備所需要的加工自由度也隨之增加。

 

九、機型選擇的核心不是軸數，而是加工需求

ULC／ULG 系列不宜單純以「軸數越多、機型等級越高」的方式理解。

超精密加工設備每增加一項運動軸或機械結構，同時也會增加控制、校正、熱變位管理以及設備複雜度。因此，設備選擇的核心應該是依照工件需求，決定真正必要的加工自由度。

若加工內容主要為高精度旋削，ULC-100F(S) 即具有非常明確的定位；如果需要兼顧車削與玻璃研削，可選擇 HYS；研削專用製程則可以考慮 HYC；自由曲面位置控制需要 H3；高傾角及工具姿態控制則對應 HYBS3；當兩類需求同時存在時，5A 才能發揮完整五軸加工的優勢。

因此，六種機型的差異，本質上是芝浦機械依照「精度、材料、加工方法、曲面自由度與工具姿態」所建立的不同設備配置。

從加工對象反推機械結構，比單純比較軸數，更能理解整個 ULC／ULG 系列的產品定位。

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