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標題: 單軸進給平台定位精度之最佳組裝參數研究
A Study on the Optimum Assembly Parameters of the Single-Axis Table Positioning
作者: 蕭瑜佐
Hsiao, Yu-Tso
關鍵字: Ball screw;滾珠螺桿;DOE;Assembly Parameter;Precision Positioning;實驗設計;組裝參數;精密定位
出版社: 機械工程學系所
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摘要: 
影響進給平台精密定位之因素很多,在文獻裡一般均探討單一控制因子對精密定位之影響與最佳範圍求得,然而今天若以多因子一起來討論,是否最佳值之範圍改變了,或者由本身影響非常顯著變得不明顯。
為了了解多因子對進給平台定位精度之影響與最佳值範圍,本研究利用實驗設計法(DOE),分為兩個階段來求取,影響進給平台定位精度之傳動元件-滾珠螺桿的4個組裝參數之最佳值:螺桿預拉量(Pretension)、軸承預壓量(Preload)、軸承預壓蓋螺絲扭力、軸承預壓蓋螺絲數目。在第一階段為篩選實驗採用24-1部分因子實驗(Fractional Factorial Design),解析度為IV,求出這4個因子主效應及交互作用哪些會對進給平台定位精度有顯著的影響,在分析方面使用統計軟體Minitab做初步分析,應用了半常態機率圖、柏拉圖與變異數分析(ANOVA)來判斷出顯著因子與交互效應顯著,第二階段優化實驗採用反應曲面法(RSM )的中央合成設計(CCD),搭配統計檢定、迴歸分析(Regression Analysis)、缺適性檢定(Lack-of-Fit)、殘差分析來取決迴歸模式之合適性,最後根據反應曲面圖及等高線圖求出最佳值做驗證實驗。
經由第一階段篩選實驗結果可知,螺桿預拉量、軸承預壓量對於進給平台之定位精度已達到統計學上之顯著水準,第二階段優化實驗求得螺桿預拉量之最佳值為0.0587mm、軸承預壓量最佳值為0.0341mm,在驗證實驗可得知改良後之定位精度約提昇5μm。

A lot of factors can affect the positioning of feeding table. Most researches are focus on the effect of precision positioning due to a single factor and then try to find out optimum value. However, if multiple factors are included then the optimum value may be different.
In order to find out the multiple factors effect on positioning of single-axis table, the DOE (Design of Experiment) method is used in this research. The process of DOE is carried out by two stages to find out the four optimum values of assembly parameters for the ball screw which is a critical part in positioning of feed table. These four parameters are the magnitude of ball screw pretension, bearing preload, screw torque on bearing preload cap, and screw number of bearing preload cap. The first stage is screen experiment. A 24-1 Fractional Factorial Design and resolution IV experiment is used to find out which main effect and interaction effect have obvious influence on the precision positioning of feeding table by these four factors. The Minitab program including Half Normal Plot, Pareto Chart, and ANOVA is applied to diagnose obvious effects. The second stage is optimization experiment. The fitness of regression model is obtained by using CCD (Central Composite Design) of RSM (Response Surface Methodology) with statistical hypothesis testing, regression analysis, lack-of-fit testing, and residual analysis. The optimum values can be found out by using response surface plot and contour plot.
Ball screw pretension and bearing preload have reached a statistically obvious level from the first stage screen experiment. The optimum values are 0.0587 mm for ball screw pretension and 0.0341 mm for bearing preload. The improved magnitude of precision positioning is 5µm obtained from testing.
URI: http://hdl.handle.net/11455/2139
其他識別: U0005-2508200816135000
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