1 圣 約 翰 科 技 大 學(xué) 專(zhuān)題研究報(bào)告 液晶面板玻璃自動(dòng)化輸送系統(tǒng)之研究 機(jī)械與電腦輔助工程系 林 守 儀 副教授 中華民國(guó)九十六年三月 2 摘要 我國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，奠定了雄厚的制造 (代工、裝配 )能力，但設(shè)計(jì)能力卻十分薄弱，因此始終無(wú)法提升產(chǎn)品的附加價(jià)值，要擺脫代工裝配的陰影，設(shè)計(jì)能力的提升刻不容緩。本研究旨在結(jié)合產(chǎn)、官、學(xué)資源，訓(xùn)練培育兩兆雙星 實(shí)設(shè)備本土化之目標(biāo)，并協(xié)助產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。研究?jī)?nèi)容共分軟體 、硬體兩方面，軟體方面：擬利用 機(jī)械設(shè)計(jì)理論開(kāi)發(fā) 設(shè)計(jì)分析各種條件下所需的零組件。硬體方面：本研究將使用所設(shè)計(jì)的軟體，實(shí)際設(shè)計(jì)制作乙套卡匣自動(dòng)化升降輸送設(shè)備，配合現(xiàn)有設(shè)施，完成自動(dòng)化存取、輸送系統(tǒng) (S)，并以 方面驗(yàn)證軟體的可行性，另一方面作為培育人才訓(xùn)練之用。 關(guān)鍵字： 板玻璃； 動(dòng)化存取、輸送系統(tǒng) (S)； 制 系統(tǒng) 3 ur is it is to it as is A CD is to be by of an (1). AE (2). S 3). to + to CD It or to S/RS As of NC It is C In to an to of S; 錄 4 中文摘要 . 英文摘要 目錄 . 表索引 . 4 第一章 緒論 . 1 言 . 1 究目的 1 5 . 械系統(tǒng)探討 . 1 第二章文獻(xiàn)回顧 . 2 第三章 基礎(chǔ)理論 . 3 桿軸的設(shè)計(jì) . 3 桿軸的制作范圍 . 3 裝方法 . 3 許軸向負(fù)荷 . 4 許轉(zhuǎn)速 . 5 桿設(shè)計(jì)之注意事項(xiàng) . 6 帽的設(shè)計(jì) 7 6 帽形式的選擇 7 向負(fù)荷的計(jì)算 8 螺帽設(shè)計(jì)上的注意事項(xiàng) . 9 10 動(dòng)螺桿系統(tǒng)的剛性 10 位精度 15 命 . 17 珠螺桿的壽命 . 17 勞壽 命 . 17 珠溝槽的容許負(fù)荷 . 19 料與硬度 . 19 處理檢驗(yàn)證明 . 20 滑 . 21 塵 . 21 動(dòng)扭矩 . 22 珠螺 桿之扭矩 . 22 達(dá)之驅(qū)動(dòng)扭矩 . 23 第四章 c+ 程式設(shè)計(jì) . 25 7 準(zhǔn)扭矩的計(jì)算 . 25 桿軸的制作范圍 . 25 許軸向負(fù)荷 25 許轉(zhuǎn)速 . 26 預(yù)壓螺帽的剛性 . 27 第五章 系統(tǒng)驗(yàn)證 . 30 械結(jié)構(gòu)設(shè)備介紹 30 計(jì)要求項(xiàng)目 32 統(tǒng)驗(yàn)證 33 制系統(tǒng)之探討 . 36 第六章 結(jié)論 . . 38 參考文獻(xiàn) . 39 附錄 . 40 8 圖表索引 圖 裝方式：固定 . 3 圖 裝方式：固定 . 3 圖 裝方式：支持 . 4 表 卷數(shù)與其要求特性 . 7 圖 平 搬運(yùn)裝置簡(jiǎn)圖 . 8 圖 直搬運(yùn)裝置簡(jiǎn)圖 . 9 圖 張預(yù)壓 13 圖 縮預(yù)壓 13 圖 點(diǎn)接觸預(yù)壓 . 13 9 圖 位導(dǎo)程預(yù)壓 13 圖 螺帽之定位預(yù)壓 . 14 圖 位預(yù)壓變形關(guān)系圖 . 14 圖 性變形曲線 15 圖 作臺(tái)受力示意圖 23 圖 匣輸送帶的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 30 圖 送帶 . 31 圖 出庫(kù)機(jī)構(gòu) . 31 圖 輪 . 31 圖 統(tǒng)驗(yàn)證流程圖 33 表 荷 因數(shù) 18 表 珠螺桿的材料與硬度 . 19 表 滑劑之檢視與補(bǔ)給間隔 . 21 表 作臺(tái)要求規(guī)格 . 32 10 第一章 緒論 言 在產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)彼此強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)的今日。如何使生產(chǎn)成本降至最低，以增加利潤(rùn)，一向是企業(yè)家頭痛的問(wèn)題，在生產(chǎn)成本除了機(jī)器設(shè)備、加工、物料成本之外，物料的搬運(yùn)成本占有極大的比例，但它的重要性確是常常被一些廠商所忽略。如何降低生產(chǎn)成本， 發(fā)揮機(jī)器設(shè)備最大效率 ,根據(jù)國(guó)外相關(guān)研究的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，平均一個(gè)產(chǎn)品從原料到成品，約只僅有 5%25%的制造時(shí)間是花在裝卸設(shè)定及機(jī)械加工上，其余 75%95%之制造所費(fèi)時(shí)間，如物料輸送時(shí)間，加工作業(yè)后之靜置時(shí)間，故障產(chǎn)生之修理及等待時(shí)間，作業(yè)流程相關(guān)的停留時(shí)間等等，對(duì)產(chǎn)品的附加價(jià)值將毫無(wú)幫助。因此，輸送成本與所耗費(fèi)的時(shí)間成本往往可達(dá)總售價(jià)的 40%以上，而這一點(diǎn)也正是最易被一些廠家所忽略的地方。若想降低成本，提高生產(chǎn)力就必須以降低物件之搬運(yùn)成本，而工業(yè)界目前也朝向 24小時(shí)無(wú)人化工廠的實(shí)現(xiàn)。 畫(huà)目的 目的在于能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)輸送設(shè)備的了解，進(jìn)而將設(shè)計(jì)的理論與方法結(jié)合在實(shí)務(wù)當(dāng)中，實(shí)際架構(gòu)輸送系統(tǒng)，可以增加學(xué)生對(duì)輸送設(shè)備制造的經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生加深各種儀器結(jié)構(gòu)的概念。 為了想降低成本，提高生產(chǎn)力，以降低物件之搬運(yùn)成本為目的，而工業(yè)界目前也朝向 24 小時(shí)無(wú)人化工廠的實(shí)現(xiàn)，所以將物流搬運(yùn)系統(tǒng)電腦化，可以與生產(chǎn)管理連線，使得： 達(dá)到 24 小時(shí)全天工作的目地。 物料搬運(yùn)依然可達(dá)到一定水準(zhǔn)。 為疏失所導(dǎo)致的產(chǎn)品損失。 機(jī)械系統(tǒng)探討 機(jī)械系統(tǒng)探討這部份針對(duì)輸送機(jī)構(gòu)做為重點(diǎn)討論，機(jī)械系統(tǒng)分析包括螺桿強(qiáng)度分析，大小選擇以及輸送設(shè)備結(jié)構(gòu)的介紹。這些零組件關(guān)系著輸送設(shè)備優(yōu)劣，假若強(qiáng)度設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，不只精度不準(zhǔn)確，甚至有可能會(huì)導(dǎo)致相關(guān)零組件的損壞。因此，完整的規(guī)劃是不可或缺的。 11 第二章 文獻(xiàn)回顧 臺(tái)灣大型液晶面板產(chǎn)值已位居世界前兩大，產(chǎn)業(yè)上下游及其周邊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展舉世關(guān)注，國(guó)內(nèi)各主要面板場(chǎng)均有新世代面板場(chǎng)的建廠計(jì)畫(huà)。由于新世代面板尺寸朝向大型化發(fā)展，其生產(chǎn)過(guò)程中的搬運(yùn)與儲(chǔ)存作業(yè)勢(shì)必 更加倚賴(lài)自動(dòng)化設(shè)備，且因?yàn)樵跓o(wú)塵室環(huán)境下運(yùn)作，使得這些自動(dòng)化設(shè)備的規(guī)格與技術(shù)層次要求更高。而這些趨勢(shì)所衍生的技術(shù)發(fā)展，及其帶來(lái)的商機(jī)，是自動(dòng)化搬運(yùn)設(shè)備及其相關(guān)系統(tǒng)廠商所因該關(guān)注的。早期半導(dǎo)體工業(yè)所有制程設(shè)備皆掌握在外國(guó)廠商手中，其精密的設(shè)備很多都是仰賴(lài)外國(guó)應(yīng)用公司，臺(tái)灣投資如此巨額之經(jīng)費(fèi)在發(fā)展八吋晶元或是十二吋晶圓廠，但設(shè)備技術(shù)幾乎都被國(guó)外廠商所壟斷，有此前車(chē)之鑒，應(yīng)該避免再次重蹈覆轍，臺(tái)灣 該發(fā)展本土設(shè)備。借鏡韓國(guó)最強(qiáng)的三星 (子，它本身就是采取發(fā)展自己設(shè)備制造的策略，其建廠時(shí)設(shè)備部 分是先由韓國(guó)本土廠商包下來(lái)，不能承接的才分出去給日本廠商，以培養(yǎng)本土技術(shù)能力。以一座面板廠來(lái)看，最大的成本就是設(shè)備，如何加強(qiáng)本土設(shè)備發(fā)展是很大的挑戰(zhàn)，也是必須發(fā)展出來(lái)的技術(shù)。本專(zhuān)題研究 了訓(xùn)練設(shè)備設(shè)計(jì)之能力，使自己提升設(shè)備研制之能力，另一方面也對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)之運(yùn)作情況有初步之了解。 未來(lái)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的主力為兩兆雙星產(chǎn)業(yè)，包括半導(dǎo)體、影像顯示、數(shù)位內(nèi)容、生物技術(shù)與醫(yī)藥工業(yè)。不論兩兆雙星產(chǎn)業(yè)或新興十大產(chǎn)業(yè)均與自動(dòng)化輸送設(shè)備有密切之關(guān)系，因此 國(guó)內(nèi)發(fā)展自動(dòng)化輸送設(shè)備以配合產(chǎn)業(yè)之需，實(shí)為刻不容緩 之事。 說(shuō)是國(guó)內(nèi)目前光電產(chǎn)業(yè)中發(fā)展最為迅速之明星，不僅我國(guó) 備投資金額更高居全球首位。不過(guò)在龐大設(shè)備資本支出背后，卻也顯現(xiàn)設(shè)備 90%以上進(jìn)口，不僅造成外匯流失，更無(wú)法提升國(guó)內(nèi)機(jī)械產(chǎn)業(yè)，因此必須設(shè)備國(guó)內(nèi)化，降低業(yè)者成本，提升 自動(dòng)化搬運(yùn)與保管設(shè)備主要有以下幾大類(lèi)： 1. 要由各式支架與起重機(jī)具所組成。這一類(lèi)自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)在無(wú)持室內(nèi)保管卡匣 (每一卡匣內(nèi)收納數(shù)十片玻璃機(jī)板。 有軌裝置臺(tái)車(chē)，搬運(yùn)卡匣用。 3. 裝、拆卸卡匣內(nèi)玻璃機(jī)板支機(jī)器。 另一方面，液晶面板尺寸越來(lái)越大型化，重量更為增加，生產(chǎn)過(guò)程中材料的自動(dòng)化搬運(yùn)系統(tǒng) (電腦整合系統(tǒng) (現(xiàn)場(chǎng)管控系統(tǒng)更加重要。 在玻璃基板運(yùn)送方式目前主要有回轉(zhuǎn)板輸送帶方式，然而長(zhǎng)度超過(guò)兩米的七代以上之玻璃枚夜市運(yùn)送，則已有國(guó)外廠商開(kāi)發(fā)出高速搬送、振動(dòng)較少的壓縮氣體懸浮式。輸送帶視需要內(nèi)建轉(zhuǎn)換、旋轉(zhuǎn)玻璃方向或暖沖裝置等機(jī)構(gòu)。 12 第三章 基礎(chǔ)理論 桿軸的設(shè)計(jì) 桿軸的制作范圍 精密級(jí)滾珠螺桿的制作范圍： 最小外徑 10長(zhǎng)可達(dá) 400大外徑 80長(zhǎng)可達(dá) 6000造及滾珠螺桿的制作范圍： 最小外徑 14長(zhǎng)可達(dá) 1000大外徑 50長(zhǎng)可達(dá) 3000 安裝方法 安裝方法對(duì)于選擇滾珠螺桿的規(guī)格時(shí)為重要的項(xiàng)目， 舉三種最常用安裝方法。節(jié)有詳細(xì)的公式解說(shuō)。 圖 裝方式：固定 圖 裝方式：固定 13 圖 裝方式：支持 許軸向負(fù)荷 (1) 挫屈負(fù)荷： 因?yàn)楣ぷ_(tái)、工件等自重，對(duì)螺桿產(chǎn)生的壓縮負(fù)荷，所以必須驗(yàn)算其對(duì)螺桿軸挫屈的安全性。 如公式 (示： )(10 32 422 k g ( ：安全系數(shù) (取 ) E ：縱彈性系數(shù) ( 24 /101.2 ) 螺桿軸牙底直徑 ( 珠直徑螺桿節(jié)圓直徑 ) I ：螺桿的軸斷面之最小二次力矩 ( 44 64/ ) L ：安裝間距 (螺桿兩端安之相對(duì)距離 ) ：依滾螺桿之安裝方法而定之系數(shù) 支持支持 m=5 =1) 固定支持 m=N=2) 固定固定 m=N=4) 固定 自由 m=1 =1/4) (2) 容許拉伸壓縮負(fù)荷： 當(dāng)安裝的距離比較短時(shí)，安裝方式差異影響較小，需由另外兩種方法驗(yàn)算之： a. 螺桿軸之降伏應(yīng)力的容許拉伷壓縮負(fù)荷： 42 ( ：容許拉伸壓縮應(yīng)力 ( ) A ：螺桿軸牙底直徑之?dāng)嗝娣e ( ) 螺桿軸牙底直徑 (b. 滾 珠溝槽部之容許負(fù)荷： 14 最大軸方負(fù)荷必須遠(yuǎn)小于的基本靜額定負(fù)荷。參照第四章，第三節(jié)滾珠溝槽部之容許負(fù)荷。 許轉(zhuǎn)速 (1) 危險(xiǎn)速度： 當(dāng)發(fā)生共振時(shí)之速度，稱(chēng)之為危險(xiǎn)速度。共振產(chǎn)生時(shí)的影響之大戶(hù)加工品質(zhì)不良，甚而造成機(jī)器損壞，所以一定要極力避免馬達(dá)之轉(zhuǎn)速和滾珠螺桿的自然頻率發(fā)生共振。如公式 (示： )(10260 7222 r p ( n ：容許轉(zhuǎn)速 (rp m) a ：安全系數(shù) ( a =E ：縱彈性系數(shù) ( 24 /101.2 ) I ：螺桿的軸斷面之最小二次力矩 ( 44 64/ ) 螺桿軸牙底直徑 (A ：螺桿軸斷面積 ( 22 4/ ) L ：安裝間距 (螺桿兩端安之相對(duì)距離 ) g ：重力加速度 ( 23 /108.9 ) Y ：材料之比重 ( 36 /108.7 ) f, ：依滾螺桿之安裝方法而定之系數(shù) 支持支持 f = ) 固定支持 f = =固定固定 f = =固定自由 f = =(2) 滾珠螺桿之節(jié)圓直徑、 n 為滾珠螺桿的最大轉(zhuǎn)速，所以 dm,n 值即表示滾珠之公轉(zhuǎn)速度。其為影響滾珠螺的噪音、工作溫度、壽命循環(huán)系統(tǒng)之最大因素。一般 而言滾珠螺桿值的限制如下式： (注一 ) 精密級(jí)： 70000轉(zhuǎn)造級(jí)： 50000但隨著制技術(shù)的提升， 值已不再受此限制。值甚至已有高達(dá)十萬(wàn)以上的滾螺桿。 注一：此種 值之限制，僅供一般參考。事實(shí)上同一牙底直徑的螺桿，其值是隨螺桿兩端之安裝方式、安裝間距之變化而有不同的容許值。 15 桿設(shè)計(jì)上之注意事項(xiàng)： (1) 完全牙： (使用內(nèi)循環(huán)式螺帽時(shí) ) 當(dāng)為內(nèi)循環(huán)滾珠螺桿時(shí)，由于螺帽裝配時(shí)之需要，在設(shè)計(jì)軸端時(shí)至少必須有一端是完全牙，且至末端為止的直徑都必須比牙底直徑小 上。 (2) 螺桿軸端及螺帽周邊之設(shè)計(jì)： 機(jī)臺(tái)的設(shè)計(jì)，必須注意滾珠螺桿安裝時(shí)的周邊機(jī)構(gòu)。避免因周邊機(jī)構(gòu)的影響或限制，造成安裝滾珠螺桿于機(jī)臺(tái)上時(shí)，必須將螺帽和螺桿分離拆開(kāi)。因?yàn)榉蛛x時(shí)難免會(huì)引起鋼珠的脫落，螺帽的組裝精度及預(yù)壓力變化，滾珠螺桿外循環(huán)彎管破損等情形發(fā)生，嚴(yán)重者將會(huì)造成滾珠螺桿的損壞而不堪使用。 (3) 有效螺紋兩側(cè)端部的硬度： 滾螺桿的熱處理是采用中周感應(yīng)熱處理，所以螺紋 兩端各15不在有效熱處理圍內(nèi)，硬度會(huì)較低，故決定有效螺紋長(zhǎng)度時(shí)請(qǐng)加以考慮。 (4) 中間支撐座： 螺桿過(guò)長(zhǎng)時(shí)，由于自重而中間產(chǎn)生下垂現(xiàn)象，此現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致螺桿承受徑向負(fù)荷，也會(huì)有因螺桿軸之回轉(zhuǎn)而給軸端加上過(guò)大的彎曲應(yīng)力之危險(xiǎn)。在此建議可以在螺桿下方多加設(shè)中間支撐構(gòu)造，以抑制螺帽因自重所產(chǎn)生的下垂量。支撐構(gòu)造有裝置于螺桿的螺帽周?chē)?，能在軸方向做移動(dòng)軸偏震抑制裝置以及于機(jī)臺(tái)上之固定式軸偏震抑制構(gòu)造等兩種。但使用固定式時(shí)須注意當(dāng)工作臺(tái)通過(guò)其上方時(shí)，要能避開(kāi)。 16 帽的設(shè)計(jì) 帽型式的選擇 (1) 型式： 選定型式時(shí)，請(qǐng)考慮要求之精度、尺寸 (螺帽長(zhǎng)度、內(nèi)徑、外徑 )、預(yù)壓力、交貨期等。 (2) 循環(huán)方式； a. 外循環(huán)： 經(jīng)濟(jì)性 因鋼珠回流的路徑較長(zhǎng)，故而噪音較小 最適合量產(chǎn) 可采用于導(dǎo)程 /螺桿軸外徑較大者。 螺帽外徑精巧 (節(jié)省空間 ) 適合于導(dǎo)程 /螺桿軸外徑較小者 (3) 珠卷數(shù)： 選定珠卷數(shù)要考慮要求的性能、壽命等，其比較如表 示。 (4) 凸緣形狀 ( 本公司備有三種標(biāo)準(zhǔn)型式 (A 型式、 B 型式、 C 型式 )請(qǐng)配合螺帽安裝部分之空間加以選定。 (5) 油嘴孔： 精密用標(biāo) 準(zhǔn)螺帽設(shè)有油嘴孔，設(shè)計(jì)時(shí)請(qǐng)標(biāo)明其尺寸。 表 卷數(shù)與其要求特性 要求特性 外循環(huán) 內(nèi)循環(huán) 動(dòng)作性 、 、 1 卷 、 1 卷 剛性 、 1 卷 17 向負(fù)荷的計(jì)算 平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 圖 平搬運(yùn)裝置簡(jiǎn)圖 一般的搬運(yùn)裝置，螺帽作水平的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其軸向負(fù)荷分析如下： 向左等加速 1 ( 3 . 2 . 1 ) 向左等速 2 ( 3 . 2 . 2 ) 向左等減速 3 ( 3 . 2 . 3 ) 向右等加速 4 ( 3 . 2 . 4 ) 向右等速 5 ( 3 . 2 . 5 ) 向右等減速 6 ( 3 . 2 . 6 ) 直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 一般的搬運(yùn)裝置，螺帽作重直的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其軸向負(fù)荷分析如下： 上升等加速 1 ( 3 . 2 . 7 ) 上升等速 2 ( 3 . 2 . 8 ) 上升等減速 3 ( 3 . 2 . 9 ) 下降等加速 4 ( 3 . 2 . 1 0 ) 下降等速 5 ( 3 . 2 . 1 1 ) 下降等減速 6 ( 3 . 2 . 1 2 ) a ：加速度 為最高速度 t：為加速度時(shí)間 18 ：摩擦系數(shù) f ：無(wú)負(fù)荷時(shí)的阻力 m ：總質(zhì)量，機(jī)臺(tái)的重量加搬運(yùn)物的重量 圖 直搬運(yùn)裝置簡(jiǎn)圖 帽設(shè)計(jì)上的注意事項(xiàng) 偏斜負(fù)荷 (扭矩負(fù)荷及徑 向負(fù)荷 ) 滾珠螺桿的動(dòng)作特性的發(fā)揮關(guān)鍵在使螺桿軸與螺帽間的所有鋼珠均能承受均勻的負(fù)荷而滾動(dòng)。所以當(dāng)有扭矩負(fù)荷作用于螺帽上時(shí)，此時(shí)負(fù)荷集中于少數(shù)的鋼珠上，不僅動(dòng)作特性受到影響，連壽命也會(huì)有極顯著的縮短。因此在機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及裝配上必須特別注意。 19 性 動(dòng)螺桿系統(tǒng)的剛性 螺桿的周邊結(jié)構(gòu)剛性太弱乃是造成失位 (主因之一。因此在綜合加工機(jī)等精密機(jī)械為了要獲得良好的定位精度，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮傳動(dòng)螺桿各部位零件軸向剛性的平衡及其扭曲剛性。 動(dòng)螺桿系統(tǒng)之軸向剛性 傳動(dòng)螺桿的軸向彈性變形及剛性，可由下列公式求出 ( ( ：傳動(dòng)螺桿系統(tǒng)軸向彈性變形量 ( m ) 動(dòng)螺桿系統(tǒng)所承載之軸向負(fù)荷 (傳動(dòng)螺桿系統(tǒng)之 軸向剛性 桿軸之軸向剛性 帽之軸向剛性 支持軸承之軸向剛性 螺帽及軸承安裝部之軸向剛性 (1) 螺桿軸之軸向剛性： 安裝方式的不同，做以下的分析： a. 固定 310 x (桿軸 之軸向剛性 ( ) A ： 螺桿軸斷面積 ( 22 4/ ) 螺桿軸牙底直徑 (桿節(jié)圓直徑鋼珠直徑 E ： 縱彈性系數(shù) ( 24 /101.2 ) x ：負(fù)荷作用點(diǎn)間距離 (b. 固定 310)( (螺桿軸之軸向剛性 ( ) L ：安裝間距離 (注： x=L/2 的位置時(shí)會(huì)產(chǎn)生最大的軸向變形。 20 (2) 螺帽之軸向剛性： KN a. 無(wú)預(yù)壓螺帽的剛性 軸向負(fù)荷 軸向彈性變形a之關(guān)系如 (所示 )(s 2 (C ：依材料、形狀、尺寸所決定的常數(shù)。 (參考：中徑精密級(jí) C ：鋼珠與溝槽的接觸角度 珠直徑 (Q ：每個(gè)鋼珠之負(fù)荷 ( k a s ) Z ：鋼珠數(shù)量 ：精度、內(nèi)部構(gòu)造系數(shù) 以 30%的基本 動(dòng)額定負(fù)荷做為軸向負(fù)荷施加于滾珠螺桿上，此時(shí)藉由產(chǎn)生于溝漕與鋼珠之間的彈性變形量可求得剛性理論值 K。若連同螺帽一同考慮則剛性值 K 取尺寸表內(nèi)值之 80%較適宜。 當(dāng)軸向負(fù)荷 用 30%的基本動(dòng)額定負(fù)荷 基準(zhǔn)時(shí)，剛性值 用下式求出。 3/ (K ：尺寸表的剛性值 ( ) 向負(fù)荷 ( 本動(dòng)額定負(fù)荷 ( b. 有預(yù)壓螺帽的剛性 施加 10%(過(guò)尺寸預(yù)壓方式時(shí)取 5%)的基本動(dòng)額定負(fù)荷的預(yù)壓力于滾珠螺桿內(nèi)。藉由軸向負(fù)荷的作用所產(chǎn)生于螺桿溝槽與鋼珠間的彈性變形量可計(jì)算求得剛性理論值 K(見(jiàn)本型錄各螺桿尺寸表 )。若連同螺帽本體一同考慮時(shí)，則取尺寸表值 80%較適宜。 當(dāng)預(yù)壓力0%的基本動(dòng)額負(fù)荷性值 3/ ( 21 K ：尺寸表的剛性值 壓力 ：剛性計(jì)算基準(zhǔn)系數(shù) =壓片預(yù)壓及偏位導(dǎo)程預(yù)壓 ) =尺寸 預(yù)壓 ) (3) 支撐軸承的剛性： 做為滾珠螺桿的支撐軸承并且廣泛使用于機(jī)密機(jī)器方面的組合止推斜角滾珠軸承的剛性以下式可求出。 03K (0a：施予預(yù)壓時(shí)的軸向彈性變形量 s 20 (a ：鋼珠與溝槽的接觸角度 珠直徑 Q ：每個(gè)鋼珠之負(fù)荷 Z ：鋼珠數(shù)量 (4) 螺帽及軸承安裝處之剛性： 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)之初就必須注意加強(qiáng)此安裝處的剛性。 動(dòng)螺桿系統(tǒng)之扭曲剛性 因回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的扭曲產(chǎn)生定位精度誤差的因素有： 1. 螺桿軸的扭曲變形 2. 聯(lián)軸器部位的扭曲變形 3. 馬達(dá)的扭曲變形 但由于上述變形量在一般的工具機(jī) (非高速機(jī) )使用時(shí)，比起軸向變形量為小，故省略 不予考慮。 珠螺的預(yù)壓與效果 為求達(dá)到高定位精度，一般方法有消除滾珠螺桿的間隙到零，另一個(gè)方法即為提高剛性以減低承受軸向負(fù)荷時(shí)的彈性變形量，此兩種方法均可藉由對(duì)滾珠螺桿施加預(yù)壓來(lái)達(dá)成。 22 (1) 預(yù)壓的方法 a. 雙螺帽的中間放入預(yù)壓片施加預(yù)壓，可分為下面兩種： 如圖 示，根據(jù)預(yù)壓力的大小選擇相對(duì)厚度的預(yù)壓片放入螺帽之間，施加預(yù)壓力，由于螺帽 A、 B 產(chǎn)生伸張負(fù)荷，故稱(chēng)為伸張預(yù)壓力。 如圖 示，根據(jù)預(yù)壓力的大小選擇相對(duì)簿度的預(yù)壓片放入螺帽之間，施加預(yù)壓力，由施螺帽 A、 B 產(chǎn)生伸張負(fù)荷，故稱(chēng)為壓縮預(yù)壓力。 圖 張預(yù)壓 圖 縮預(yù)壓 b. 單螺帽滾珠螺桿的預(yù)壓方法： 如圖 (示在滾溝槽內(nèi)置入較溝槽空間稍大直徑的鋼珠，使?jié)L珠與溝槽做四點(diǎn)接觸的預(yù)壓方式，適用于輕預(yù)壓。 如圖 (示在螺帽中央位置附近的螺紋導(dǎo)程依所需之預(yù)壓量使其偏位或位移 (其移位量為預(yù)壓量 )適用于中預(yù)壓。此種螺帽雖為單個(gè)，但經(jīng)此法施予預(yù)壓之后，作用如同雙螺帽，且剛性更佳。 圖 點(diǎn)接觸預(yù)壓 圖 位導(dǎo)程預(yù)壓 23 (2) 預(yù)壓力與 彈性變形之關(guān)系 圖 螺帽 A、 B 乃藉由預(yù)壓力合后在各個(gè)螺帽之彈性變形量為0a。在此狀態(tài)將外部負(fù)荷 時(shí)，見(jiàn)圖 示，螺 A、 B 之彈性變形為： 彈性變形為： 1010 這時(shí)加于螺帽 A、 B 之負(fù)荷是 00(注： F A 與 F B 方向相反 ) 圖 螺帽之定位預(yù)壓 24 圖 位預(yù)壓變形關(guān)系圖 亦即 藉螺帽 B 之變形減少而被緩沖吸收，結(jié)果螺帽 A 之彈性變形變小，此效果一直會(huì)持續(xù)到因受到外部負(fù)荷而產(chǎn)生之彈性變形等于，而螺帽 B 之預(yù)壓消失為止。軸向負(fù)荷與彈性變形之關(guān)系式如下所示： 2/2/203/2013/2103/20 所以預(yù)壓力為最大軸向負(fù)荷的 1/3。過(guò)大的預(yù)壓力，對(duì)壽命、散熱會(huì)帶來(lái)不良影響。最大預(yù)壓力定為基本動(dòng)額定負(fù)荷的 10%。 如 圖 示，有預(yù)壓的滾珠螺桿和無(wú)預(yù)壓的滾珠螺桿之彈性變形曲線，當(dāng)施加預(yù)壓力的 3 倍之軸向負(fù)荷時(shí)，有預(yù)壓的滾珠螺桿其彈性變形只有無(wú)預(yù)壓滾珠螺桿的 1/2。 圖 性變形曲線 位精度 給精度誤差的因素 進(jìn)給精度誤差的因素中，導(dǎo)程精度、進(jìn)給系統(tǒng)的剛性是研究的重點(diǎn)，其他像因溫升所產(chǎn)生的熱變形、導(dǎo)引面的組裝精度等因素也需加以考慮。 程精度的選定 累積基準(zhǔn)導(dǎo)程與公稱(chēng)導(dǎo)程相同，但由于運(yùn)轉(zhuǎn)中的溫升所導(dǎo)致的螺桿伸長(zhǎng)，或因外部負(fù)荷致使螺桿伸縮時(shí)，為了要加以補(bǔ) 25 正乃將螺桿軸 的基準(zhǔn)導(dǎo)程往負(fù)或正方向加以補(bǔ)償。另外，在補(bǔ)正軸伸長(zhǎng)的對(duì)策方面，于安裝時(shí)可在螺桿軸上施予預(yù)拉力。一般是以支撐軸承的負(fù)荷能力以上另加溫升 230C 的預(yù)拉力。 變形對(duì)策 螺桿軸因熱而伸長(zhǎng)變形，會(huì)導(dǎo)致定位精度惡化。熱變形的多寡，可由 (計(jì)算求得。 (L：熱變形量 ：熱膨系數(shù) ：螺桿軸的平均溫升 L ：指滾珠螺桿的全長(zhǎng) 上式可解釋為 1000的螺桿在每升 10C 就會(huì)有產(chǎn)生12 m 的伸長(zhǎng)量。因此即使?jié)L螺桿的導(dǎo)程經(jīng)過(guò)高精度的加工、也會(huì)因溫升所產(chǎn)