芝浦机械 ULC／ULG 系列涵盖超精密车削、磨削、自由曲面以及多轴同步加工。六种主要机型虽然具有相近的基础架构，但彼此差异并不是单纯依照轴数多少或机型等级来区分，而是针对加工精度、工件材料、曲面几何形状以及刀具姿态等不同需求，配置相对应的机械结构与控制能力。

若将各机型的规格变化，与型录中所列出的塑料透镜模芯、玻璃透镜、自由曲面、微细槽及透镜阵列等加工实例放在一起比较，可以更清楚看出整个 ULC／ULG 系列的产品发展逻辑。

 

一、ULC-100F(S)：以 0.1nm 控制提升超精密车削能力

ULC-100F(S) 的核心定位是高精度车削。相较于 ULC-100D(S)，主要技术变化在于导入 0.1nm 控制，进一步提升形状精度与表面粗糙度控制能力。

这项变化的重点并不是增加更多加工轴，而是将既有超精密车削架构的控制分辨率与加工稳定性再往上提升。对于塑料透镜模芯、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，而是能否获得极高的形状精度与表面质量。

尤其在光学模具应用中，模芯表面形状会直接复制到后续成形的光学元件，因此模具本身的加工质量将直接影响最终产品性能。

ULC-100D(S) 超精密车削架构
→ 导入 0.1nm 控制
→ ULC-100F(S) 强化高精度车削能力

 

二、ULG-100D(HYS)：增加工具主轴，建立车削／磨削复合平台

当加工材料从金属模芯延伸到玻璃及其他硬脆材料时，加工方法也必须从单纯车削进一步扩展到磨削。

ULG-100D(HYS) 的关键结构变化，就是在原有超精密加工平台上增加高速工具主轴，使设备能够安装不同型式的砂轮与刀具。

增加工具主轴之后，设备可以同时对应超精密车削与磨削，因而涵盖玻璃透镜模芯磨削、玻璃透镜直接磨削、纵轴磨削、斜轴磨削以及超精密车削等加工方式。

因此，HYS 的意义不只是“多了一支主轴”，而是将加工材料与工艺范围由金属模芯车削，进一步扩展到玻璃与硬脆材料磨削。

ULC 超精密车削
→ 增加高速工具主轴
→ ULG-100D(HYS) 建立“车削＋磨削”复合加工能力

也因此，HYS 可以视为后续 ULG 系列发展的重要基础平台。

 

三、ULG-100E(HYC)：以小型化架构聚焦磨削应用

ULG-100E(HYC) 的发展方向与 HYS 不完全相同。它并不是单纯增加更多功能，而是将设备定位转向小型化与磨削专用化。

对于主要加工玻璃透镜、玻璃模芯或其他硬脆材料的生产环境而言，如果不需要完整的车削／磨削复合能力，磨削专用设备反而更符合实际工艺需求。

HYC 保留超精密磨削所需要的核心能力，同时缩小设备安装面积，主要对应玻璃透镜直接磨削、玻璃透镜模芯磨削、纵轴磨削及斜轴磨削等应用。

因此，HYC 与 HYS 并不是单纯的高低阶关系。

HYS 强调的是车削与磨削的复合能力；HYC 则将功能集中在磨削工艺，藉此降低设备复杂度并节省生产空间。

这也反映出精密加工设备选型的一项重要原则：设备功能并非越多越好，而应与实际工艺需求相匹配。

 

四、从非球面进入自由曲面：加工自由度开始成为关键

传统旋转对称非球面主要可以透过工件旋转，再搭配 X、Z 轴控制加工轮廓。

但是当加工对象进一步延伸到 f-θ 透镜、自由曲面、直槽、曲线槽或透镜阵列时，表面高度可能随 Y 方向持续变化，传统以 X-Z-C 为核心的加工方式便无法完整涵盖所有加工轨迹。

这时候，Y 轴就不能再只是刀具高度或位置调整用途，而必须成为可以进行高精度同步运动的正式加工轴。

ULG-100D(H3) 正是针对这项需求所发展的机型。

 

五、ULG-100D(H3)：Y 轴直线电机化，形成四轴自由曲面加工

ULG-100D(H3) 将 HYS 架构中的 Y 轴改为直线电机驱动，使 X、Y、Z 三个直线轴都具备高精度动态控制能力。

这项结构变化，使 Y 轴从原本偏向刀具高度调整用途，正式转变位参与同步加工的运动轴。

在 X-Y-Z-C 同步控制之下，H3 可以进行四轴自由曲面加工，并对应 f-θ 透镜、飞刀加工、直槽、曲线槽及透镜阵列等需要 Y 向位置连续变化的加工。

换句话说，H3 解决的核心问题，是自由曲面加工点的“位置控制”。

HYS：Y 轴主要负责刀具高度与位置调整
→ H3：Y 轴直线电机化
→ Y 轴正式参与同步加工
→ 形成 X-Y-Z-C 四轴自由曲面加工能力

 

六、ULG-100D(HYBS3)：增加 B 轴，解决高倾角与刀具姿态问题

ULG-100D(HYBS3) 与 H3 并不是单纯的前后代机型，而是由 HYS 平台向不同加工需求发展出的两条技术路线。

H3 强化的是 Y 向位置控制；HYBS3 则是在 HYS 架构上增加 B 轴，使刀具姿态可以根据加工曲面的倾斜角度进行调整。

当非球面或自由曲面的局部斜率持续提高时，如果砂轮或刀具始终维持固定方向，可能产生机械干涉、接触点偏移，甚至无法维持理想的磨削条件。

B 轴的加入，使 HYBS3 可以对应 70°以上的高倾斜角，同时搭配 B 轴对中心与 W 轴显微镜等机构，提高刀具设定及加工过程的可控性。

因此，可以用两个不同的问题来区分 H3 与 HYBS3：

H3：加工点“要移动到哪里？”
→ 强化自由曲面的“位置控制”。

HYBS3：刀具“应该朝哪一个方向？”
→ 强化高倾角加工的“刀具姿态控制”。

这也是为什么 H3 与 HYBS3 应视为两条平行发展的技术路线，而不是彼此取代的关系。

 

七、ULG-100D(5A)：整合位置控制与刀具姿态，形成五轴自由曲面加工

ULG-100D(5A) 可以视为 H3 与 HYBS3 两条技术路线的整合。

一方面，它具备 H3 的 Y 轴直线电机控制能力；另一方面，又加入 HYBS3 所代表的 B 轴刀具姿态控制，最终形成 X-Y-Z-B-C 五轴同步加工。

五轴加工的真正价值，不只是控制轴数从四轴增加到五轴，而是能够同时处理两个问题：

1. 加工点应该位于哪一个 X、Y、Z 坐标？
2. 刀具到达该位置后，应以什么 B 轴角度接触工件？

对于曲面高度、局部斜率以及加工方向都持续变化的工件而言，单靠位置控制或刀具姿态控制其中之一，都可能不足以完成优化加工。

因此，5A 可以进一步对应自由曲面衍射光栅槽、透镜阵列、晶圆级 Lens Array、复杂自由曲面以及立式车削等高自由度加工。

H3：位置控制
＋
HYBS3：刀具姿态控制
→ ULG-100D(5A)：形成完整五轴自由曲面加工能力

 

八、加工对象的变化，决定机械结构如何演进

将芝浦机械型录中的加工实例与六种机型对照，可以看出机械规格的变化，主要由以下四项加工需求所驱动。

1. 加工精度
   当主要需求是超精密模芯车削及表面质量时，以 ULC-100F(S) 的 0.1nm 控制提升加工精度。
2. 工件材料
   当加工对象从金属模芯延伸到玻璃与其他硬脆材料时，必须增加高速工具主轴与磨削能力，因此形成 HYS；若生产需求集中于磨削，则进一步发展出小型磨削专用的 HYC。
3. 曲面自由度
   当工件不再只是旋转对称曲面，而需要加工点在 Y 方向持续改变位置时，Y 轴必须成为同步加工轴，因此形成 H3。
4. 刀具姿态
   当曲面倾角提高并可能产生刀具干涉时，需要利用 B 轴改变刀具方向，因此形成 HYBS3；当加工位置与刀具姿态需要同时控制时，则进一步整合为 5A。

由此可以看出，从塑料透镜模芯、玻璃透镜，一路延伸到 f-θ 透镜、自由曲面、微细槽与透镜阵列，工件越复杂，设备所需要的加工自由度也随之增加。

 

九、机型选择的核心不是轴数，而是加工需求

ULC／ULG 系列不宜单纯以“轴数越多、机型等级越高”的方式理解。

超精密加工设备每增加一项运动轴或机械结构，同时也会增加控制、校正、热变形管理以及设备复杂度。因此，设备选择的核心应该是依照工件需求，决定真正必要的加工自由度。

若加工内容主要为高精度车削，ULC-100F(S) 即具有非常明确的定位；如果需要兼顾车削与玻璃磨削，可选择 HYS；磨削专用工艺则可以考虑 HYC；自由曲面位置控制需要 H3；高倾角及刀具姿态控制则对应 HYBS3；当两类需求同时存在时，5A 才能发挥完整五轴加工的优势。

因此，六种机型的差异，本质上是芝浦机械依照“精度、材料、加工方法、曲面自由度与刀具姿态”所建立的不同设备配置。

从加工对象反推机械结构，比单纯比较轴数，更能理解整个 ULC／ULG 系列的产品定位。

相关链接：ULC/ULG 系列产品页