|工業基礎專欄|透過組裝設計確保工具機運動精度可靠度的方案

作者:

林冠廷、吳相儒、黃韋倫、吳仲偉

刊登日期:2020/04/30

前言
工具機的運動精度可靠度是指在容許使用條件與時間內,機台動運精度直線精度、定位精度…等) 表現符合規定範圍的機率,可靠度愈佳表示精度壽命越長久。因此良好的運動精度可靠度是高階工具機的必要條件,而影響運動精度可靠度良窳與否的重要關鍵是工具機的進給系統。
進給系統是將運動件沿著導軌,依指令速率平穩的運動,其組成的兩大關鍵元件分別是導軌及滾珠螺桿,導軌的功用是支撐與引導運動件,與進給軸向的直線度等幾何精度相關,而滾珠螺桿是將馬達旋轉運動轉換為直線運動並驅動運動件移動,其影響進給軸的定位精度。因此在組裝時,若能妥善設計、規劃進給系統組裝參數,增加組裝後的儲備精度與預估導螺桿磨耗狀態,有助於確保運動精度與可靠度。本文整理精密機械研發中心(PMC) 在工業基礎計畫組裝與可靠度技術於進給系統組裝所發展的措施與成果如下。
確保導軌組裝後直線運動精度的措施藉由改善導軌組裝參數,提升導軌組裝後的直線運動精度,以增加儲備精度,提升機台運動
精度可靠度。改善措施說明如下
1. 單一線軌雙滑塊跨距的優化設計,提升導軌的運動直度;妥善運用導軌組裝後精度均化誤差的原理[1,2],以移動件最小運動直度為目標,導軌上兩滑塊的距離為設計變數,計算得到移動件最小運動直度下的滑塊間距參數,透過此種方式,可決定線軌兩滑塊間的跨矩與安裝位置。
2. 適當的導軌螺絲鎖固扭矩,降低導軌與結構件的鎖固變形[3];目前業界在安裝線軌時,因為想鎖的牢靠並提高導軌接觸剛性,往往施加過大的鎖緊扭矩,但過大的鎖緊扭矩,會轉換成很大軸向鎖緊力造成導軌本身與結構件的變形,運動精度反而劣化,同時盲目加大鎖緊扭矩不會再增加結合面的剛性。因此,依安裝手冊建議的鎖緊扭矩實施,是較好的選擇。
3. 有較佳直線精度的導軌鎖固參數[3];由於線軌的螺絲孔分布密集且數目眾多,易受螺絲相互作用的影響,使得線軌螺絲的鎖緊順序與分次鎖緊扭矩的次數,會影響導軌裝配後軌道的直線精度變化,因此可透過有限元素實施分析,獲取較佳直線精度表現的螺絲鎖固順序等參數。
4. 合宜的導軌安裝面加工精度要求,確保組裝後的運動精度;當設計者設計選用線軌滑塊時,會遵循線軌廠家手冊提供之滑塊運行的精度要求,不過手冊並沒有提供單軌狀態該滑塊精度條件下最低的軌道安裝面精度。但可藉由線軌安裝手冊[1] 推算出滑塊安裝所需的安裝面容許值,包含:平面度、兩軌道安裝面高度差、兩軌道安裝面平行差等最大容許的精度值等,在公差擬定時可依
此為基礎,進一步的提升導軌面的安裝精度。

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