臺灣博碩士論文加值系統

本論文之目的在於探討軸承預壓對工具機進給系統軸向剛性的影響，並設計製作可變預壓裝置來控制軸承預壓，欲使進給系統在螺桿熱溫升的狀況下軸向剛性能不受影響保有冷機時的剛性。
研究中以渦電流位移計裝設於螺桿尾端來量測其變位的方法，用來觀察進給系統軸向的剛性變化。但根據文獻顯示螺桿熱溫升會嚴重影響其尾端的變位，使得量測結果產生誤差，因此研究者設計一套量測方法，利用工作台往復振盪運動配合頻寬100Hz的位移量測系統，在3秒內完成振盪變位的量測。經實驗結果顯示振盪的3秒內軸承座及螺帽溫升不顯著，故可判定此快速量測所得到的振盪變位量可忽略螺桿熱溫升的影響。在軸承預壓對軸向剛性影響方面，軸承分別以定位輕預壓、定壓輕預壓及定壓重預壓等3種型式，配合冷機及溫機狀態來進行振盪測試。經實驗結果顯示，定位預壓在螺桿溫升影響下會造成軸向剛性下降，而定壓預壓則無此現象。故本研究所設計之可變預壓裝置，軸承組配以定壓預壓設計，確實有保持軸向剛性的功能。而振盪測試檢測軸向剛性的方法也可被應用於螺桿預拉力之調校，以提升組裝時軸向的剛性精度。

The aim of this paper is to investigate the effect of the bearing preload on the axial rigidity of a feed drive system: how the variable preload equipment design controls the bearing preload. Rigidity performance is not affected with the use of a feed drive system to maintain the temperature、and avoids the conditions of increasing screw heat in the axial.
Research was conducted with an Eddy current sensor installed at the end of a screw in the axial to measure displacement and observe variation in the rigidity in the axial of the feed drive system. The related literature shows that an increase in screw heat will seriously affect the displacement at the end of the screw、leading to measurement errors during production. Because of this effect、the researchers designed a different measurement method using a transverse oscillation system with a measurement bandwidth at 100Hz; the transverse oscillation measurement was completed within three seconds. The experimental results showed that the oscillation within three seconds is not significant on the bearing and screw nut temperature; it is determined that the effect of this rapid oscillation measurement on screw temperature can be ignored. With regards to the bearing preload influence on axial rigidity、there is light bearing respective positioning for the preload. There are three types of light constant pressure preload and heavy constant pressure preload、which are compatible with cool machines and warming-up machines for oscillation test measurements. The results show that the an increase in the positioning preload screw temperature causes a decrease in axial rigidity influence、but this effect is not seen in the constant pressure preload. Therefore the variable preload equipment design used in this study、with the bearing constant pressure preload design、does have the function of maintaining axial rigidity. Detecting axial rigidity using the oscillation measurement method may also be applied to adjusting the pre-tension of screws in order to increase the assembly axial rigidity accuracy.

誌謝........ I
摘要.......... II
ABSTRACT III
目錄........ V
圖目錄...... X
表目錄..... XVI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 問題點描述 4
1.4 研究方法與步驟 6
第二章 進給系統可變預壓裝置規劃與設計 7
2.1 進給系統可變預壓裝置規劃 7
2.1.1進給系統 7
2.1.2 可變預壓裝置系統規劃 9
2.2 可變預壓機構之設計 10
2.2.1進給系統剛性的探討 10
2.2.2可變預壓機構設計 13
2.3 感測裝置之設計 21
2.3.1感測原理 22
2.3.2感測裝置設計 26
2.4 預壓力測試台設計 28
2.5 控制電路與程式設計 30
2.5.1微控制器模組之電路與程式設計 30
2.5.2電腦程式設計 39
2.6 系統之整合 46
第三章 量測誤差分析與克服 50
3.1 量測頻寬不足與克服 51
3.2 量測位置差異所產生的誤差 52
3.3 感測器的線性問題與誤差 55
3.4 雜訊誤差 57
3.5 其它之誤差 59
第四章 實驗設備與方法 60
4.1 實驗設備 60
4.1.1 X軸進給系統 60
4.1.2溫度、加速度及位移量測系統 60
4.1.3雷射干涉儀量測系統 62
4.1.4靜態預壓力量測系統 63
4.1.5可變預壓裝置 64
4.1.6接觸式槓桿千分錶 64
4.2 實驗規劃與方法 65
4.2.1 實驗規劃 65
4.2.2實驗方法 68
第五章 實驗結果與討論 73
5.1 變異分析檢定位移量測系統之檢測能力 73
5.2 進給系統可變預壓裝置之預壓力 76
5.3 進給系統可變預壓裝置之靜態預壓力對螺桿變位之影響 78
5.4 不同預壓型態對進給系統精度之影響 80
5.5 不同預壓型態之組裝對進給系統剛性之影響 82
5.6 螺桿溫升對不同預壓型態之影響 87
5.7 不同預壓型態於振盪測試下對螺桿變位之影響 89
5.8 振盪測試之加速度與靜變位分析 93
第六章 結論與未來展望 98
6.1 結論 98
6.2 未來展望 100
參考文獻 102
附錄一：可變預壓裝置組合圖 104
附錄二：可變預壓裝置剖視圖一 105
附錄三：可變預壓裝置剖視圖二 106
附錄四：可變預壓裝置剖視圖三 107
附錄五：可變預壓裝置剖視圖四 108
附錄六：可變預壓裝置剖視圖五 109
附錄七：可變預壓裝置爆炸圖 110
附錄八：可變預壓裝置零件圖一 111
附錄九：可變預壓裝置零件圖二 112
附錄十：可變預壓裝置零件圖三 113
附錄十一：可變預壓裝置零件圖四 114
附錄十二：可變預壓裝置零件圖五 115
附錄十三：可變預壓裝置零件圖六 116
附錄十四：可變預壓裝置零件圖七 117
附錄十五：可變預壓裝置零件圖八 118
附錄十六：可變預壓裝置零件圖九 119
附錄十七：可變預壓裝置零件圖十 120
附錄十八：可變預壓裝置零件圖十一 121
附錄十九：可變預壓裝置零件圖十二 122
附錄二十：預壓力測試台組合圖 123
附錄二十一：預壓力測試台剖視圖 124
附錄二十二：預壓力測試台爆炸圖 125
附錄二十三：預壓力測試台零件圖一 126
附錄二十四：預壓力測試台零件圖二 127
附錄二十五：預壓力測試台零件圖三 128
附錄二十六：預壓力測試台零件圖四 129
附錄二十七：預壓力測試台零件圖五 130
附錄二十八：預壓力測試台零件圖六 131
附錄二十九：預壓力測試台零件圖七 132
附錄三十：預壓力測試台零件圖八 133
附錄三十一：自述 134

[1] Paweł Majda*、2012、「Modeling of geometric errors of linear guideway and their influence on joint Kinematic error in machine tools」 Precision Engineering ,Volume 36、Issue 3、pp 369–516.
[2] 廖子恩，2000，滾珠螺桿溫昇熱變位量測之研究，國立中正大學，嘉義。
[3] 林育賢，2012，進給系統溫機智能化模組開發之研究，國立勤益科技大學，台中。
[4] Cheng-Hsien Wu* and Yu-Tai Kung、2003、「Thermal analysis for the feed drive system of a CNC machine center」 ,International Journal of Machine Tools and Manufacture、Volume 43、Issue 15、pp 1521-1641.
[5] J. Braasch、2004,「Accuracy of Feed Axes」、Johannes Heidenhain Technical Information、pp.1-12.。
[6] Guo-Hua Feng and Yi-Lu Pan、2012、「Establishing a cost-effective sensing system and signal processing method to diagnose preload levels of ball screws」、Mechanical Systems and Signal Processing、Volume 28、pp78-88.
[7] HIWIN，2012，滾珠螺桿技術手冊。
[8] THK，2011，綜合產品目錄，直線運動系統 B 技術支援書。
[9] NSK，2011，滾動軸承技術手冊。
[10] 黃冠鈞，2012，工具機進給系統動態模擬研究，國立中興大學，台中。
[11] NACHI，2012，精密滾動軸承目錄。.
[12] Young Kug Hwang、Choon Man Lee、2009、「Development of a newly structured variable preload control device for a spindle rolling bearing by using an electromagnet」、International Journal of Machine Tools and Manufacture、Volume 50、Issue 3、pp 253-259.
[13] TRELLEBORG，2011，液壓密封件型錄。
[14] KEYENCE，1993，高精度渦電流式位移計感測器操作手冊。
[15] 阜聯科技，2010，VoCON操作手冊。
[16] MICROCHIP，2010，dsPIC30F3014／4013資料手冊。
[17] 陳政雄，2006，智能化工具機，機械月刊第三十二卷第三期。
[18] 陳紹賢，2008，工具機進給系統設計，逢甲大學機電系課程講義。
[19] 范逸之、江文賢、陳立元，2003，C++ Builder 與 RS-232 串列通訊控制，初版，文魁資訊股份有限公司，台北。
[20] 曾百由，2009，dsPIC 數位訊號控制器原理與應用 MPLAB C30 開發實務增訂版，3版，宏友圖書開發股份有限公司，台北。
[21] RENISHAW，2007，雷射干涉儀操作手冊。
[22] 蔡國銘，2013，實驗設計，國立勤益科技大學機械系課程講義。