臺灣博碩士論文加值系統

中文摘要
　　自1970年以來，靜壓滑軌在工作母機工業上，已獲得廣泛的應用，此乃因其本身所具的優點，以及設計技術的改善，克服了重型機具精密定位受摩擦所發生的問題，而且根據世界先進國家磨床工具機製造廠的報告，使用靜壓滑軌的工作床台，在運轉十年後，仍無摩耗至需鏟花修護的地步。。
本文重點為設計－個可適用於精密外圓磨床之靜壓滑軌，並以我國榮光機械公司所提供GUP-32100外圓磨床為對象，將其原本強制供油潤滑的滑軌，先量測滑軌靜態油膜及動態狀況，並分析其剛度與因負荷變化的關係，以及滑板低速位移所產生stick-slip情況，而針對滑軌原有的缺失，設計以毛細管節流供油潤滑之靜壓滑軌，再以實驗探討靜壓滑軌的靜態特性及動態特性，並與原始滑軌的特性作比較，以確認靜壓滑軌之商品化可行性，作為磨床滑軌改善，提昇精度之參考。

Abstract
Because hydrostatic slideways have absolutely merits and the improvements of technologies in their design, Since 1970 hydrostatic slideways have been widely used by the machine tool . According to the recently reports of the grinder machinery companies in developed countries, the machines , which are equipped with hydrostatic slider and slideways , could been run continuously for a decade without any maintaining.
This study has emphasized on the design method of hydrostatic slideways, which can be used by the precision cylindrical grinding machines. First of all, in order to measure the characteristics of the cylindrical grinding machine －GUP-32100 made by PARAGON machinery company－such as static oil film of slider, stiffness, loading dynamic system and stick-slip friction system, we applied the capillary restriction hydrostatic slideways to the cylindrical grinding machine and then experimentally analysed the statistic characteristics and loading dynamic system of the capillary restriction hydrostatic guide ways. After comparing the characteristics of capillary restriction hydrostatic guide ways to the characteristics of non-capillary restriction slider, we can find the differences of them and ,in order to improve the precision of machinery, make it as a reference for the technologies of hydrostatic slideways’ design.

目錄
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅱ
致謝………………………………………………………………….Ⅲ
目錄Ⅳ
表目錄Ⅵ
圖目錄Ⅶ
第一章 導論1
1.1前言1
1.2文獻回顧2
1.3研究動機與目的6
第二章 滑軌簡介8
2.1開放式直線滑軌的種類及構造8
2.2滑軌的潤滑9
2.3滑軌的膠著滑動9
2.4靜壓滑軌特性11
2.5靜壓系統及工作原理12
2.6靜壓節流方式14
2.7靜壓滑軌之油腔構造16
第三章 靜壓滑軌之設計20
3.1靜壓滑軌的承載計算20
3.2油腔承載及剛度分配20
3.3油腔承載計算(面積係數法)25
3.4流量計算25
3.5剛度計算27
3.6功耗計算28
3.7節流器之工作原理29
3.8工具機靜壓滑軌之設計流程33
第四章 研究方法35
4.1滑軌現況分析35
4.2靜態與動態實驗測試36
4.3實驗分析39
第五章 滑軌之改善方案43
5.1滑軌及油腔承載計算43
5.2靜壓滑軌改善設計44
5.3雷諾數計算與節流器之選擇45
5.4毛細管節流分配器之設計46
5.5靜壓滑軌之實驗測試47
5.6靜壓滑軌之實驗分析48
5.7滑軌改善前後之性能比較49
第六章 結論50
參考文獻51
表目錄
表2.1 油腔結構形式及尺寸(單位 )54
表4.1 Mobil Vacuoline 1409特性55
表4.2 榮光磨床無負載時油箱潤滑油溫度及黏度之變化55
表4.3 L1處正向激振數據56
表4.4 L2處正向激振數據57
表4.5 正向激振剛度與阻尼係數計算結果58
表5.1 軌道用油特性59
表5.2 功耗（流量）－溫度60
表5.3 節流相關參數61
圖目錄
圖2.1 常用導軌基本結構62
圖2.2 不對稱之稜形滑軌62
圖2.3 滑軌組合方式62
圖2.4 滑軌油腔位置63
圖2.5 滑動摩擦特性63
圖2.6 工作台進給機構系統64
圖2.7 工作台進給機構系統之簡化模型64
圖2.8 膠著滑動64
圖2.9 靜壓滑軌65
圖2.10 靜壓滑軌油壓系統65
圖2.11 單邊式靜壓滑軌66
圖2.12 以薄膜反饋為節流器之對稱式靜壓滑軌66
圖2.13 不同構造之毛細管節流器67
圖2.14 小孔節流器67
圖2.15 滑閥反饋節流器67
圖2.16 薄膜反饋節流器68
圖2.17 不同節流器形式之靜壓滑軌剛度比較68
圖2.18 具橫向油溝之溝槽式油腔68
圖3.1 工作台負載及力矩69
圖3.2 各軌承載力69
圖3.3 單一滑軌之負載及力矩70
圖3.4 兩油腔滑軌70
圖3.5 三油腔滑軌71
圖3.6 四油腔滑軌71
圖3.7 五油腔滑軌71
圖3.8 矩形油腔壓力分佈與面積係數相關面積72
圖3.9 毛細管節流器流量計算示意圖72
圖3.10 孔口節流器流量計算示意72
圖3.11 靜壓滑軌設計流程73
圖4.1 串聯方式供油之靜壓滑軌74
圖4.2 垂直方向之靜態負荷實驗備架設示意75
圖4.3 靜態負荷實驗之工作台位置76
圖4.4 水平向的靜態負荷實驗架設76
圖4.5 單點負荷之正向靜態實驗，工作台於位置L1、L2及
L3加負載，平軌三個量測位置77
圖4.6 單點負荷之正向靜態實驗，油膜厚度隨負荷變化情形
，平軌三個量測位置78
圖4.7 雙點負荷之正向靜態實驗，工作台於位置(L1+L2)、
(L2+L3)、(L1+L3)加負載平軌三個量測位置79
圖4.8 雙點負荷之正向靜態實驗，油膜厚度隨兩位置同時施
加負荷變化情形，平軌三個量測位置80
圖4.9 單點負荷之正向靜態實驗，工作台於位置L1、L2及
L3加負載81
圖4.10 單點負荷之正向靜態實驗，油膜厚度隨負荷變化情形
，V軌三個量測位置82
圖4.11 雙點負荷之正向靜態實驗，工作台於位置(L1+L2)、
(L2+L3)、(L1+L3)加負載83
圖4.12 雙點負荷之正向靜態實驗，油膜厚度隨兩位置同時施
加負荷變化情形84
圖4.13 側向靜態實驗，工作台於位置F1、F2及F3加負載
，以空載之膜厚為基準時，V軌三點P1、P2、P3量
測所得之膜厚變化85
圖4.14 激振器架設85
圖4.15 工作台之激振點與量測點86
圖4.16 正向動態實驗，於L1點激振，量測M1點之位移振
幅( )及施力與位移響應之相位差( )87
圖4.17 正向動態實驗，於L1點激振，量測M2點之位移振
幅( )及施力與位移響應之相位差( )88
圖4.18 正向動態實驗，於L2點激振，量測M1點之位移振
幅( )及施力與位移響應之相位差( )89
圖4.19 正向動態實驗，於L2點激振，量測M2點之位移振
幅( )及施力與位移響應之相位差( )90
圖4.20 工作台受不同負荷所造成之傾斜91
圖4.21 工作台運動模型91
圖4.22 鑑別之K192
圖4.23 鑑別之C192
圖4.24 鑑別之K293
圖4.25 鑑別之C293
圖5.1 工件、V軌及平軌間之相對位置94
圖5.2 三油腔滑軌94
圖5.3 以目前床台構造作全靜壓滑軌油腔之改善設計95
圖5.4 工作台滑軌油腔加工尺寸96
圖5.5 以Mobil Vacuoline 1405為潤滑油之功耗97
圖5.6 毛細管節流分配器97
圖5.7 垂直方向之靜態負荷實驗設備架設示意98
圖5.8 側向之靜態負荷實驗設備架設示意99
圖5.9 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化100
圖5.10 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化101
圖5.11 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化102
圖5.12 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化103
圖5.13 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化104
圖5.14 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化105
圖5.15 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化106
圖5.16 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化107
圖5.17 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化108
圖5.18 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化109
圖5.19 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化110
圖5.20 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化111
圖5.21 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化112
圖5.22 調整空載時油腔壓力與供油壓力之壓力比分別為
0.3，0.4，0.5，工作台於位置L1加負載分別為
10Kg，20Kg，30Kg，量測各油腔之壓力變化113
圖5.23 調整空載時油腔壓力與供油壓力之壓力比分別為
0.3，0.4，0.5，工作台於位置L1加負載分別為
10kg，20kg，30kg，量測各油腔之壓力變化114
圖5.24 調整空載時油腔壓力與供油壓力之壓力比分別為
0.3，0.4，0.5，工作台於位置L1加負載分別為
10kg，20kg，30kg，量測各油腔之壓力變化115
圖5.25 調整空載時油腔壓力與供油壓力之壓力比分別為
0.3，0.4，0.5，工作台於位置L1加負載分別為
10kg，20kg，30kg，量測各油腔之壓力變化116
圖5.26 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化117
圖5.27 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化118
圖5.28 工作台位置L1、L2、L3加負載；以空載之膜厚為
基準時，平軌三點（M’1、M’2、M’3），V軌三點
（M1、M2、M3）量測所得之膜厚變化119
圖5.29 側向靜態實驗，調整空載時各油腔壓力與供油壓力
之壓力比為0.3，工作台於位置L1、L2、L3加負載
，負載載重分別為10kg、20kg、30kg，量測各油腔
之壓力變化120
圖5.30 側向靜態實驗，工作台於位置F1、F2及F3加負載
，以空載之膜厚為基準時，V軌三點P1、P2、P3量
測所得之膜厚變化121

參考文獻1. Tarng Y. S. and Cheng H. E.“An investigation of stick-slip friction on the contouring accuracy of CNC machine tools”, 1995. Int. J. Mach. Tools Manufact., Vol. 35, No. 4, pp.565-576.2. Etsuo Marui, Hiroki Endo, Masatoshi Hashimoto and Shinobu Kato. “Some considerations of slideway friction characteristics by observing stick-slip vibration” , 1996, Tribology International, Vol. 29, No. 3, pp. 251-262.3.O’Donoghue, J. P., Rowe W. B., “Hydrostatic Bearing Design”, Tribology, February, pp. 25-71(1969).4.Rowe W. B.,“hydrostatic and Hybrid Bearing Design”, Butterworths, London(1983).5.Bassani R. and Piccigallo B., “Hydrostatic Lubrication”, Elsevier Amsterdam, London(1992).6.余鴻鈞, “流體靜壓主軸”, 機械工業出版社, 1985年.7.孫恭壽, 馮明, “流體動靜壓混合軸承設計”, 世界圖書出版公司, 北京(1993).8.陳燕生, “流體靜壓支承原理及設計”,國防工業出版社,北京(1980).9.張冠坤, 鍾洪, “流體動靜壓軸承”, 科學普及出版社, 廣州(1988).10.王啟義, 蔡羣禮, 胡寶珍, “金屬切削機床設計”, 東北工學院出版社, 沈陽(1989).11.戴曙, “金屬切削機床設計”, 機械工業出版社, 北京(1980).12.Stanley Heller and Wibur Shaprio, “A Numerical Solution for the Incompressible Hybrid Journal Bearing With Cavitation ”, Journal of Lubrication Technology, Transactions of the ASME, Vol. 91, No. 3, pp. 508-515(1969).13.O’Donoghue J. P., Rowe W. B. and Hooke C. J., “Design of Hydrostatic Using An Operating Parameter”, Wear, Vol. 14, pp. 355-362(1969).14.Rowe W. B., O’Donoghue J. P. and Cameron A., “Optimization of Externally Pressurized Bearings for Minimum Power and Low Temperature Rise”, Tribology, Vol. 3, No. 3, pp. 153-157(1970).15.Ghosh B., “An Exact Analysis of a Hydrostatic Journal Bearing With a Large Circumferential Sill”, Wear, Vol. 21, pp. 367-375(1972).16.Ghosh B.,“Load And Flow Characteristics of Capillary-Compensated Hydrostatic Journal Bearing”, Wear, Vol. 23, pp. 377-386(1973).17.Majumdar B. C. and Mukherjee J. P., “Multi-recess Hydrostatic Oil Journal With Cyclic Squeeze”, Wear, Vol. 19, pp.425-438 (1972).18.Leonard R. and Rowe W. B., ”Dynamic Force Coefficients the Mechanism of Instability in the Hydrostatic Journal Bearings”, Wear, Vol. 23, pp.277-282(1973).19.Rowe W. B.,“Dynamic and Static Properties of Recessed Hydrostatic Journal Bearings by Small Displacement Analysis”, Journal of Lubrication Technology, Transactions of the ASME, Vol. 102, No. 1, pp. 71-79(1980).20.Stout K. J., and Rowe, W. B., “Externally Pressurized Bearings-Part 3:Design of Hydrostatic Bearings Including Tolerancing Procedures”, Tribology International, Vol. 7, No. 5, pp. 195-212(1974).21.Ghosh M. K. and Majumdar, B. C., “Design of Multirecess Hydrostatic Oil Journal Bearings”, Tribology International, Vol. 13, pp. 73-78 (1980).22.Ghosh M. K. and Majumdar B.C., “Dynamic Stiffness and Damping Characteristics of Compensated Hydrostatic Thrust Bearings”, Journal of Lubrication Technology, Transactions of the ASME, Vol.104, pp. 491-496(1982).23.Safar Z. S., “Centrifugal Effects in Misaligned Hydrostatic Thrust Bearings”, Journal of Lubrication Technology”, Transactions of the ASME, Vol.105, pp621-624(1983).24.Ghosh M. K. and Viswanath N. S., “Recess Volume Fluid Compressibility Effect on The Dynamic Characteristics of Multi-recess Hydrostatic Journal Bearings With Journal Rotation”, Journal of Tribology, Transactions of the ASME, Vol. 109, pp. 417-426(1987).25.Braun M. J., Choy F. K. and Zhou Y. M., “The Effects of a Hydrostatic Pocket Aspect Ratio, Supply Orifice Position, and Attack Angle on Steady-State Flow Patterns, Pressure, and Shear Characteristics”, Journal of Tribology, Transactions of the ASME, Vol. 115, No. 4, pp. 678-685(1993).26.Braun M. J. and Dzodzo M. B., “Effects of the Feedline and the Hydrostatic Pocket Depth on the Flow Pattern and Pressure Distribution”, Journal of Tribology, Transactions of the ASME, Vol. 117, No. 2, pp. 224-233(1995).27.Braun M. J. and Dzodzo M. B., “Three-Dimensional Flow and Pressure Patterns in a Hydrostatic Journal Bearing Pocket”, Journal of Tribology, Transactions of the ASME, Vol. 119, No.4, pp. 711-719(1997).