旋轉軸檢測技術探討dmlab.nchu.edu.tw/IMT/uiyroijdfliliilllisdsalidliaygjhbksja/teach/... · 技術創新服務貼心旋轉軸檢測技術探討中興大學精密機械研究發展中心

技術創新服務貼心

旋轉軸檢測技術探討中興大學

精密機械研究發展中心 PMC

機械檢測部 N4

廖志偉 Barry Liao

2015年11月24日

課堂講義

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版權所有翻印必究

講師簡介 • 姓名：廖志偉

• 現職 – 精密機械研究發展中心機械檢測部檢測工程師

• 精度檢測、年度校驗、合約驗收、計畫驗證

– TAF 工具機精度檢驗實驗室品質主管

• 品質系統管理

• 經歷： – 精密機械研究發展中心產業發展室產業分析師

• 學歷： – 雲林科技大學機械工程所

– 虎尾科技大學機械設計系

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課程宗旨 • 愛你所選，選你所愛

• 認識工具機

• 了解旋轉軸機構

• 學習標準檢驗分析

• 檢驗實務分享

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簡報大綱

一.工具機產業概況與介紹

二.位置控制介紹

三.精度檢測技術

四.精度影響因素分析

五.檢驗案例分享

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版權所有翻印必究一、工具機產業概況與介紹

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機械(工具機)為工業之母

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各式機械生產設備

通用機械

機械零組件

動力機械

產業機械

工具機

Best Future Life

Traditional Life

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工具機產業發展歷程

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•工業革命，用於紡織工業

•機器取代人力

18世紀

大事紀

主要生產國

主要消費國

20世紀前期

歐美各工業國家


•由於直昇機螺旋槳需求，首座NC工具機於1950年

代問世

•第二次工業革命，

•1930年代，汽車產業的大量生產促使工具機正式發展

歐美各工業國家歐美日

20世紀中期


歐美各工業國家、日本與少數有錢階級

(消費人口：5~6億人)

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工具機產業發展歷程

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大事紀

主要生產國

主要消費國

歐美、日本、台灣、

韓國

21世紀 20世紀後期

歐美各工業國家、日本、亞洲四小龍與拉丁美洲等新興

國家

(消費人口：10億人)

歐美各工業國家、日本、發展中亞洲國家、拉丁美洲與金磚金鑽等新興國

家

(消費人口：35億人)

日本、德國、中國大陸、義大利、台灣、美國、韓國

• 1990年代前後，原先以軍需為主的工具機市場停滯。直到近年，由於產業關聯性高，逐漸復甦，快速成長，目前市場以民生消費為主。

•工具機著重於客製化，且與民生消費息息相關

•中國大陸成為世界工廠

•冷戰前由於航太工業進展迅速，加以軍事需求，促使高精度工具機需求大增並持續發展

•台灣各大廠陸續創立

工具機轉往民生消費工業發展

台灣工具機業亦受汽車工業影響。國內無汽車工業，初期以售服市場(Job Shop)為主，爾後受到大陸汽車市場需求導引而起飛。現在則轉型製造3C產業相關設備。

汽車工業持續影響帶動工具機產業

發展

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工具機暨零組件產業範疇

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綜合加工機、車床、鑽床、銑床、磨床、鋸床、刨床、搪

床及其他切削工具機

壓延機械、沖床、剪床、鍛造床及其他金屬成型機

水刀加工/切割機、離子加工/切割機、放電加工機、線切割機

•以車、銑、刨、磨、鑽方式切割 •以沖、鍛、剪、壓方式使工件成型 •以雷射、水刀、火焰切割、超音

波、plasma等方式加工

控制器馬達軸承刀庫/ATC 線軌/螺桿分度盤主軸

造船工業

汽車工業

國防工業航太工業半導體工業

金屬加工業

民生工業

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全球工具機主要生產國

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全球工具機市場供需

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全球工具機產值排名

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全球工具機出口排名

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全球工具機進口排名

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台灣工具機產業概況

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台灣工具機產業概況

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廠家數就業人口

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台灣工具機企業營收排名

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車床簡介

• 車床又稱鏇床，1794年由英國人亨利．莫茲利發明，發展最早之工作母機。

• 工件旋轉、刀具直線移動，方形車刀刀柄夾持在刀架上，空油壓夾頭夾持圓形材料旋轉，刀架進給切削。

• 大致上分為立式與臥式兩種，加工難以搬運或難上下料之大型工件適合用立式。

• 工作範圍可完成內外徑車削、鑽孔、搪孔、切斷車槽、端面車削、鑽中心孔、車孔、鉸孔、錐度車削、車成形面、滾花、盤繞彈簧、螺紋車削、階級車削、切槽、切斷、偏心車削、圓球及曲面車削等加工程序。

• 主要車削平面為X-Z平面。 • 定義機台大小：立式以工作台大小；臥式以主軸中心點至床鞍距離(旋徑)而定。

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車床組成

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主軸頭

主軸變速箱

底座

鞍座

尾座刀架

臥式車床立式車床

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立臥式車床之特性

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項目立式臥式

工件板形、盤形大型、重型

箱形中小型、輕型

加工單面多面主軸方向與地面垂直與地面平行尺寸精度相同相同

切屑排出不易排出，可藉強力沖屑重力排出，切削液不易到位

彈性工件種類較受限制，難追加附件

工件種類彈性大，易追加附件

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銑床簡介

• 1818年由包括埃里·惠特尼等數位美國機械工程師共同發明銑床。以銑刀作為刀具加工工件表面這種方法叫做銑削。

• 工件直線移動、刀具旋轉，銑刀刀柄為圓柱型，挾持在主軸上旋轉，虎拑挾持方形材料，床台利用手輪進給。銑床係使具有若干刀刃的銑刀的銑刀迴轉，並同時移動工作物進給而切削的工作母機。

• 工作範圍可完成平面銑削、曲面銑削、溝槽銑削、螺旋槽銑削、齒輪銑削、凸輪銑削等。

• 主要銑削平面為X-Y平面。

• 定義機台大小：主軸大小、工作台移動範圍

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銑床組成

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臥式銑床立式銑床

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銑床種類

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臥式銑床立式銑床

龍門銑床

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綜合加工機種類

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立式臥式

立臥式龍門式

天車式

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五軸加工機定義

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旋轉台托架

支軸

C軸

A軸

主軸頭

立柱

鞍座

底座

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五軸加工機型式

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Table/Table 搖籃

Head/Table 混合

Head/Head 擺頭

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立式五軸加工機

27

備註：主軸端/工作台

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臥式五軸加工機

28

備註：主軸端/工作台

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車銑複合加工機

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自由度誤差 • 一軸有 6 個誤差，三軸的加工中心機則有 18 個誤差，再加上重合三軸的直角角度，共 21 個誤差。

• 三軸的定位誤差EXX、EYY、EZZ

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迪卡爾右手直角座標

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參考： ISO 841:1974 數值控制工具機－軸與動作術語 ISO 841:2001 工業自動化系統與整合－數值控制機器之坐標系統及運動術語

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五軸機軸向定義

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+X’

+Z

加工面

擺頭與搖籃軸向定義要特別小心。 X軸運動方向是否正確?

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33

+X’

+Z

+A’ (逆時針) 加工面

擺頭與搖籃軸向定義要特別小心。 A軸運動方向如何定義?

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34

+X’

+Z

+A (順時針)

+A’ (逆時針)

加工面

擺頭與搖籃軸向定義要特別小心。改成擺頭型 A軸運動方向如何定義?

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35

+Z

+C’ (逆時針)

加工面

擺頭與搖籃軸向定義要特別小心。

+X’

C軸運動方向如何定義?

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+Z

+C (順時針)

+C’ (逆時針)

加工面

擺頭與搖籃軸向定義要特別小心。

+X’

改成擺頭型 C軸運動方向如何定義?

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五軸加工機應用與優勢

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加工深穴模具加工倒勾區域

加工優勢

A B

一次工件夾持

D 縮短刀具長度

C

減少成型刀的使用，減少後製作流程(EDM及

拋光)

減少工件重覆裝夾時間，提高了加工精度

允許夾持短刀具加工陡峭側壁或凸島，降

低斷刀的風險

提高刀具剛性，延長刀具壽命

汽車工業

模具業

醫療科技業

工具機業

航太工業能源工業

造船工業

應用產業

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http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=yZwGwllOHzU�



旋轉軸進給結構

38

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旋轉軸進給結構

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型式結構國內國外整機廠自製

四五軸工作台

DD馬達歐權、潭興、潭佳、寶嘉誠、德川、旭陽、綜欣、工研院、上銀

德CYTEC、義LCM、日津田駒、日三共

亞崴、永進、(東台) 滾子凸輪

蝸桿蝸輪

四五軸頭

DD馬達

日紳

德KESSLER、德CYTEC、德TRAMEC、義DUPLOMATIC、義HSD

永進、喬福、(東台) 蝸桿蝸輪課堂講義

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車床C軸進給結構

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型式立式臥式進給方式特色

CS輪廓控制 CS Contour Control 齒輪

皮帶齒輪

皮帶+齒輪

主軸旋轉位置控制而由主軸馬達實現。裝於主軸(非主軸馬達)上的高解析度編碼器檢測，主軸作進給伺服軸工作。

高精度

CF軸控制 CF Axis control

蝸桿蝸輪齒輪無主軸旋轉位置控制和其它進給軸

一樣由進給伺服馬達實現。高扭力

皮帶馬達

皮帶

齒輪

馬達蝸桿蝸輪

馬達

FANUC CORPORATION

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各式進給結構之屬性

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型式特性

搖籃 • 需注意工作台與三軸幾何匹配問題 • 主軸剛性一般較好 • 適合加工多面加工。

擺頭

• 安裝設計上需留意旋轉軸軸心與主軸軸心是否相同 • 注意機構剛性及主軸剛性是否足夠 • 確認旋轉角度是否可無限旋轉(電線干涉) • 加工動作較靈活 • 適合加工複雜加工。 • 加工機種較為大型，例如：龍門型、天車型、落地型

車床C軸

• CS式精度較高，適合輪廓加工之輕切削 • CF式扭力較高，適合定位加工之重切削 • 加工時應留意煞車夾持力道、煞車是否影響精度表現及加裝角度編碼器等議題。

PMC技術通報224期

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版權所有翻印必究二、位置控制介紹

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位置控制迴路系統

• 開迴路：無信號回饋

• 半閉迴路：馬達速度及位置信號回饋

• 閉迴路：馬達速度信號回饋或編碼器位置信號回饋

• 雙回饋閉迴路：馬達速度及位置信號回饋，同時編碼器位置信號回饋修正。

• 進口角度編碼器

– 海德漢(德)、RENISHAW(英)、AMO(奧) 、FANUC(日) 、三菱重工(日)

• 國產角度編碼器

– 加銳(睿欣)

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NC 加減速放大器

工作台

開迴路系統

滾珠螺桿

步進馬達

CNC 位置控制速度控制

光學尺伺服馬達

PC (位置回饋信號)

(速度回饋信號) 脈沖編碼器

閉迴路系統

CNC 位置控制速度控制

光學尺伺服馬達

PC

(位置回饋信號)

(速度回饋信號) 脈沖編碼器

(位置回饋信號)

雙回饋閉迴路系統

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角度編碼器分類

• 角度編碼器之解析度造就旋轉軸精度之表現

• 分為光學式光柵及磁性式磁柵兩類，光學式精度較高、磁性式抗環境污染能力強。

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輸出信號特性

增量式 A、B向之方波開機時需執行原點覆歸，以建立機械基準點。成本低，但因僅測量固定點，易導致系統受損。

絕對式特定之數位碼針對轉軸旋轉的位置給予編號，轉軸不動時根據其輸出的信號可以求得其對應的位置，無需執行原點覆歸即可量測目前位置。

簡易光學尺位移檢出器之設計

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FANUC Spindle Sensor • 通常主軸只進行速度控制，但在一些特殊的情況下也需要對主軸進行位置控制。NC發出定位命令，通過主軸上的位置感測器上的信號使主軸停止在一個確定的位置上。

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FANUC CORPORATION

磁性尺

BZi 精度：54” 解析度：3.6”

CZi 精度：18”

解析度：0.36” 課堂講義

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RENISHAW Angle Encoder • 高速

• 非接觸式

• 系統精度：± 0.4”

• 解析度：0.05”

• 尺寸範圍：52mm to 550mm

• 錐度安裝確保最小的安裝誤差

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RENISHAW Angle Encoder

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光學尺直徑愈大→周長愈大→解析度愈佳

尺寸大小相對應之系統精度

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• 工作面與編碼器的距離近

• 較無軸的扭矩誤差

• 沒有聯軸器耦合誤差

• 較無反向間隙、滯阻誤差

• 沒有密封和軸承的摩擦

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電機

轉檯上端面軸軸承

Rotary Encoder 聯軸器

轉檯外罩

讀頭

Angle Encoder 電機

轉檯上端面

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編碼器安裝

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A軸

C軸

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• 讀頭之安裝公差 – Ride height ：0.8mm ± 0.1mm

– Yaw ：0° ±0.5°

– Pitch ：0° ±1°

– Roll ：0° ±1°

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Ride height

Yaw

Pitch

Roll

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HEIDENHAIN Rotary Encoder

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依輸出信號分類

依結構分類

絕對式增量式

定軸式

轉軸式課堂講義

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HEIDENHAIN Rotary Encoder • 旋轉編碼器內置軸承及定子，定子聯軸器吸收軸承摩擦力導致的扭矩，降低靜態及動態測量誤差。

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HEIDENHAIN CORPORATION

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HEIDENHAIN Angle Encoder

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定軸式

轉軸式

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HEIDENHAIN Angle Encoder

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• 內置軸承定子聯軸器型式廣泛應用於車床C軸；無內置軸承型式最大中空軸直徑可達10米且轉速可高達4萬轉。

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版權所有翻印必究三、精度檢測技術

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精度檢測事前工作 • 機械靜態及動態幾何精度調校：避免三線性軸向21個自由度誤差影響四五軸之精度。

• 旋轉軸原點設定調整：不論手動或程式回原點，機械座標位置必須覆歸同一點，且反覆執行原點覆歸之動作，確認旋轉軸回原點皆為同一點。並確認位置偏差參數是否為0

• 控制器參數調校：旋轉軸能快速且精準的定位，避免反覆修正位置偏差之情況，量測取值不正確。

• 精度檢測環境管控：溫差、振動等因素會影響精度表現。

• 旋轉軸煞車夾持方式：五軸同動輕切削要以無煞車模式或低壓夾持模式；定軸重切削要以高壓夾持模式。

• 光學尺訊號：輸出訊號強弱及功能是否正常。

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標準層級介紹

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區域標準

國家標準

法人產業標準

整機廠內標準

零組件廠內標準

ISO

EN

CNS、JIS、GB

CMD、JMI、VDI

東台、台中精機、百德、友嘉、永進

潭興、德川、日紳

國際標準

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雷射干涉儀應用 • 量測儀器：雷射干涉儀搭配旋轉軸校準儀

• 量儀品牌：Renishaw、HP

• 量測原理： – 從雷射的輸出光束通過干涉鏡，將其分解成兩個平行的光束。反射鏡返回的光束進入干涉鏡，將它們組合成一個單一的光束。計算光束的干涉條紋數，換算出角度誤差。

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雷射干涉儀應用

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Renishaw HP 型號 RX10 XR20W E5290C E5290W 國家英國英國美國美國推出時間 1993 2011 N.A. N.A. 精密度 ± 1” ± 1” ± 2.5” ± 1” 解析度 0.2” 0.1” 0.36” 0.072” 最高速度 30 rpm 25 rpm 30 rpm ≦10 rpm 訊號傳輸有線無線有線無線同心度 1 mm 1 mm 1 mm 1 mm 鏡組轉動轉動不轉動轉動課堂講義

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自動準直儀應用 • 量測儀器：自動準直儀搭配多面鏡

• 量儀品牌：MOLLER+STARRETT

• 量測原理： – 一個位於準直透鏡後部焦平面上照亮的目標被投射到無限遠，並由反射鏡所反射，該影像由一個光感接收器所接收。自動準直儀之光軸測量反射鏡時，反射角度所產生的些微變化便會產生角度誤差。

60

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自動準直儀應用

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Moller 型號 Elcomat 3000 國家德國精密度 ± 0.1” 解析度 0.05”

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角度編碼器應用 • 量測儀器：角度編碼器

• 量儀品牌：Heidenhain

• 量測原理： – 將角度編碼器安置於旋轉軸軸心上，取得角度編碼器之讀值，與控制器讀值計算出角度誤差。

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各種量測儀器之特性

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雷射干涉儀自動準直儀角度編碼器最小分割角度無限制多面鏡侷限無限制發射光源雷射不可見光無光源遮斷中斷繼續無光源儀器成本高高低精度高高粗糙安裝中中易

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• 兩組同型四五軸機構分別就10度定位進行5次量測

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統計分析原理

第1次第2次第3次第4次第5次

A組量測值 10.89 10.91 10.90 10.89 10.91

誤差量 +0.89 +0.91 +0.90 +0.89 +0.91

B組量測值 10.09 9.91 10.02 9.95 10.06

誤差量 +0.09 -0.09 +0.02 -0.05 +0.06

• 你會採購哪一組 ? A或B

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第1次第2次第3次第4次第5次

A組誤差量 +0.89 +0.91 +0.90 +0.89 +0.91 最大差值 0.02 標準差σ 0.010

B組誤差量 +0.09 -0.09 +0.02 -0.05 +0.06 最大差值 0.18 標準差σ 0.075

統計分析原理

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• 你會選擇最大差值小的還是標準差值小的機台?

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66

統計分析原理

A組，精密但不準確 B組，準確但不精密

定位精度檢測來改善其準確度

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統計分析原理

不準不精

不準但精

準但不精

準又精

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統計分析原理 • VDI 3441 (±3σ)與 ISO230-2(±2σ)是以數理統計和概率論為基礎，認為向一條數控軸上選定的若干個目標位置多次定位所測得的誤差按常態分佈又稱高斯分佈。

• VDI 3441 (±3σ)：99.7%數值分佈距離平均值有3個標準差之內的範圍。

• ISO 230-2(±2σ)：95%數值分佈距離平均值有2個標準差之內的範圍。

68

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http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8c/Standard_deviation_diagram.svg�



ISO 230-2 定位精度

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定位精度A

定位系統偏差E

重複定位精度R

平均位置偏差M

反向誤差B

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ISO 230-2 數據判斷

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A

E

M

R+

R-

B 課堂講義

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VDI 3441 標準分析

71

定位不確定度P

位置偏差Pa

反向誤差U

定位散佈度Ps

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VDI 3441 數據判斷

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P

Pa

U

Ps/2

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ISO 230-2 & VDI 3441 項目 ISO 230-2 VDI 3441

定位精度 A 8.32 P 8.74 重覆精度 R 6.71 Ps max 6.92 反向誤差 B 4.15 U max 4.15 位置偏差 M 3.12 Pa 3.12

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重複定位精度R

定位不確定度P

定位散佈度Ps

定位精度A

ISO 230-2 VDI 3441

單位：arc-sec

同一機械以不同標準分析，會有不同的精度呈現

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補償方法介紹

• 分相：產生去程誤差與回程誤差之補償值

• 綜合：產生去程與回程平均誤差之補償值

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-5

0

5

10

15

0 100 200 300 400 500

去程

回程

平均

-1.5 0.5

3.5

6.5

9

11.5

-5

0

5

10

15

0 100 200 300 400 500

平均

• 絕對式補償：補償點誤差與原點比較，計算出補償值

• 增量式補償：補償點誤差與上一點比較，計算出補償值

0 100 200 300 400 500 絕對 0 2 5 8 10.5 13

誤差 0 2 3 3 2.5 2.5

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版權所有翻印必究四、精度影響因素分析

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精度表現整理分析 • 五軸加工機四五軸機構，大部份都採以外購品，故四五軸機構與三軸之幾何匹配需多加注意。配件廠會先進行品質管控，無編碼器誤差應在50秒內，裝配編碼器後誤差需在10-20秒。若背隙與重覆性精度表現不佳可加裝環型尺或編碼器來改善。

• 車床的旋轉軸機構，零部件大多自行加工組裝或發包加工組裝，影響精度的因素較為複雜，無編碼器誤差應在60秒內，裝配編碼器後誤差需在10-20秒。臥式機型重力影響精度，故需考量定軸重切削或同動輕切削選擇匹配型式。另一需注意議題在於煞車碟盤、煞車力道、來令片L型固定板等方面上。強化進給機構之剛性及穩定性，追求高精度可選擇加裝環型尺或編碼器。

76

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控制器軸線單位

77

• 線性軸：0.001 mm • 旋轉軸：0.001 度

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角度單位 • 角度制：角度(degree)、角分(arc min) 、角秒(arc sec)

– 1度=60分=3600秒

• 弧度制(弳度制)：弧度(rad)

78

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C軸角度誤差影響位置偏差

79

+C’ 課堂講義

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C軸角度誤差影響位置偏差

80

θ D

θ L

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A軸角度誤差影響位置偏差

81

+A’

課堂講義

禁止轉載




82

課堂講義

禁止轉載




83

課堂講義

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定位精度使尺寸精度不佳

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+C’ +A’

工件尺寸精度不佳

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禁止轉載



何謂背隙

85

齒輪螺桿

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A軸原點調校&90度誤差

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A軸與Z軸垂直度相當重要，牽涉A軸與X軸平行度及X軸及Z軸垂直度之配合精度。

課堂講義

禁止轉載



A軸原點調校&90度誤差

87

背隙10秒盤面直徑400→2條走同一條曲線(統一即可)，才不會把背隙誤差帶入課堂講義

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工作台四五軸機構幾何調校

88

A.T溝//X

B.台面//X

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89

C.T溝//X

D.台面//Z

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90

A=0

A=-90

0 -3

0

0

0 0

0

120

58 50 -2 -2

檢查A軸軸線變化，對於檢測及加工都有影響

A.T溝//X B.台面//X

C.T溝//X D.台面//Z 課堂講義

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版權所有翻印必究五、檢驗案例分享

91

課堂講義

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四五軸背隙過大 • 多面鏡架設完成後，啟動程式試跑，行程回程MOLLER抓取訊號中斷。

• 抓取訊號中斷發生在程式消背隙後，研判旋轉軸去回程間之背隙過大，導致角度定位異常。

• 進行量測前先將旋轉軸原廠提供之背隙值0.023度補償至控制器。

92

蝸桿蝸輪無編碼器

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重覆精度不佳 • 在未補償狀況下，執行兩次單趟量測，量測數據不一。

• 旋轉軸重覆精度不佳，研判進給系統尚未穩定。

• 啟動程式試跑，使進給系統及內部結構穩定，再進行精度量測。

93

蝸桿蝸輪有編碼器

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煞車影響精度(1) • 受測機械會以定軸重切削及同動輕切削兩種模式進行加工，定軸重切削需要高壓煞車夾持，同動輕切削需要低壓煞車夾持。

• 高低壓煞車夾持會造成定位精度不準確及定位穩定性。必須檢查煞車盤及煞車來令片安裝之幾何精度，以及調整控制器定位相關參數。

• 檢查煞車盤及煞車來令片安裝之幾何精度，以及調整控制器定位相關參數，且確認受測機械會以何種加工模式(重切削或輕切削)為主，才進行精度量測及補償。

94

低壓

CS皮帶有編碼器

無壓

背隙小

高壓

背隙大

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煞車影響精度(2) • 旋轉軸低壓煞車夾持時，量測數據亂飄不穩定。

• 低壓煞車夾持影響精度，光學尺位置感知發現不準確，訊息回饋至控制器進行往覆修正，研判安置煞車來令片之L型板剛性不足或幾合精度不佳。

• 更換L型板使承靠面增加，避免煞車制動時，產生扭曲現象造成定位精度不佳。

95


L型板

L型板

來令片

來令片

煞車盤

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光學尺讀頭損壞 • 量測數據呈鋸齒狀，具有背隙不均一及偏差過大之現象。

• 一般量測數據呈鋸齒狀，研判軸承、蝸桿蝸輪等進給結構異常或環形尺異常。

• 檢查軸承及蝸桿蝸輪後，現象依然存在，最終更換環形尺讀頭後問題解決，研判讀頭污損或受磁場干擾所致。

96

CS蝸桿蝸輪有編碼器

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原點位置不一 • 未補償狀況，進行第一次量測，重開機後，再量測一次，圖形趨勢不同。

• 影響因素有進給結構、控制器參數、編碼器等 • 控制器參數調整後，問題仍然存在；接下來，檢查編碼器，發現原點偏差0.3度，更換不同品牌編碼器後解決。

97

CS皮帶磁性環尺

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光學尺安裝不良(1) • 檢驗機型：HH TYPE 五軸加工機&潭興四五軸

• 檢驗方法：MOLLER自動視準儀+十二面鏡，30度一點

• 檢測問題：背隙大交叉不均一現象

98

背隙不均一


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光學尺安裝不良(2)

• 處理方式：關閉編碼器後再檢測一次，發現背隙為正常現象，確定問題在於編碼器，重新安裝與校正編碼器之同心度與偏擺及確實貼合承靠面。

99

不同心

偏擺

工作台

工作台

編碼器

編碼器

旋轉軸軸線


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100

海德漢 ECN225 2048

轉軸式

定軸式


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101

旋轉編碼器

角度編碼器

允許使用中空軸支持大直徑中空軸

軸轉速高

車床C軸大的中空軸的直徑轉速可達4萬轉


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光學尺安裝不良(5) • 回饋單位：組裝、品檢

• 效益：避免因為編碼器安裝異常，客戶長期使用下，使整組四五軸壽命降低。

102

背隙恢復正常

編碼器快速安裝校正治具自主檢查方法


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煞車機構不良(1) • 檢驗機型：臥式四軸車銑複合機

• 檢測問題：旋轉軸定位反覆修正不穩定

103

first

second


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煞車機構不良(2)

• 處理方式：將主軸煞車放鬆，檢測過程恢復正常現象。

• 回饋單位：品檢、加工、組裝、設計

• 效益：避免煞車機構異常(來令片L板治具加工、煞車盤偏擺、煞車力道設定、來令片數量與作動是否同步)影響工件加工精度。

104

L型板

L型板

來令片

來令片

煞車盤


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煞車機構不良(3) • L板治具加工直角度不佳，來令片作動時影響與煞車盤接觸之角度。

• L板治具厚度不夠，來令片作動時作用力導致變形，影響與煞車盤接觸之角度。

• 煞車盤偏擺，主軸旋轉時會與來令片摩擦發出異音；來令片作動時影響定位。

105

L型板

來令片

煞車盤煞車盤

主軸軸線


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煞車機構不良(4)

106

重覆性正常

治具剛性強化組裝檢驗製程建立


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控制器煞車功能(1) • HT TPYE 五軸車銑複合機

• 檢測問題：頭部搖擺軸檢測時主軸會轉動

107


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控制器煞車功能(2) • 處理方式：此類型車銑複合機定軸加工(搪孔、車削)或檢測時，控制器需下M19主軸馬達激磁及M51外部力量煞車鎖固。

• 回饋單位：電控、加工

• 效益：避免工件加工時主軸轉動影響精度。

108

PLC 模組建置(M cord) 控制器參數調整


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煞車問題(1) • 客戶以定軸加工為主，故定位精度檢測時需下M13(煞車)，檢測出來背隙不均一。

• 向四五軸機構廠商確認後，發現先前煞車方式僅有油壓煞車

• 將伺服煞車之動作寫在油壓煞車前，背隙不均一之現象得以改善

109

油壓煞車伺服煞車&油壓煞車


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煞車問題(2) • 此旋轉機構以M13(煞車)來進行定位精度檢測，結果出現背隙不均一之現象

• 將M13指令取消，進行檢測後，背隙不均一之現象得以改善

• 煞車機構影響定位精度表現

110

油壓煞車油壓未煞車


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定位重覆性不佳 • 同款四五軸機構

• 第一台，第二趟回程60度至0度間，定位重覆不穩定

• 第二台，第五趟回程50度至-50度間，定位重覆不穩定

111


課堂講義

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背隙補償無法作動(1) • 第一次補償後發現-20度至40度間有個背隙開口

• 控制器給一正值背隙補償值後，結果10度那點無法作動

112


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背隙補償無法作動(2) • 將煞車取消(M13)，10度背隙補償就正常了。

• 因客戶加工需煞車夾持，所以最終結果維持-20度至40度間有個背隙開口

113


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定位重覆性不佳 • 定位精度檢測，重覆性不佳

• 檢查Motor Encoder：65536 div/rev，解析度為 0.005度

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DD馬達無編碼器

重覆精度22秒

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定位收斂慢 • FANUC 診斷參數300(伺服位置偏差)，某幾點需20秒才會收斂到0，某幾點一值變化

• 檢查Motor Encoder：65536 div/rev，解析度為 0.005度

115

DD馬達無編碼器

對加工有何影響?

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軸向定義

116

+A (順時針)

+X

+Z

加工面

加工面

A1軸&A2軸，軸向該如何定義?

A1軸 A2軸

+A (逆時針)

+A (順時針) 課堂講義

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總結

117

設計

加工

組裝

電控

設計加工組裝電控品檢切削檢測

課堂講義

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總結

118

非常態

常態

課堂講義

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附錄-出口管制 • 列管之國際組織：聯合國(UN)、瓦聖納協定(WA)、核子供應集團(NSG)、澳洲集團(AG)

• 1993年起對提供軍事用途之精密機器設備實施出口管制。可能用於生產、發展核子、生化、飛彈等軍事武器用途者

• 輸出管制地區：伊朗、伊拉克、敘利亞、蘇丹、古巴、北韓、大陸

• 列管產品

– 工具機(車、銑、磨、放電)

• 線性軸定位精度≦3 um(ISO 230-2 2006)，及3+1軸輪廓控制

• 5軸同動輪廓控制

• 向經濟部國際貿易局申請輸出許可證SHTC(strategic hi-tech commodities)，主要審理輸出產品用途及使用者。

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延伸閱讀

• International Organization for Standardization

• Chinese National Standards

• 精密量測，范光照張郭益編

• 精密量具及機件檢驗，張郭益邱仕堂編著

• 五軸CNC工具機之精度量測及幾何誤差補償，徐永源

• 台中精機技術專欄60期

• 五軸工具機精度量測與加工應用分析，PMC技術通報224期

• 簡易光學尺位移檢出器之設計，鄭清欽、劉明，1989/9

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廖志偉 Barry Liao Email：[email protected]

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