摘要
滾珠螺桿的預壓力有助於消除螺桿背隙、提高螺桿剛性、維持定位精度。業界較具常見的預壓量測方式為扭力計與彈簧鉤錶，但這兩者量測方式都有其缺點。彈簧鉤表在量測時容易因手持的震動產生誤差或者必須先製作一個治具連接螺帽與滑軌，但長期使用下容易產生螺桿與線性滑軌磨耗量不能搭配產生量測上的誤差。使用扭力計量測預壓必須先讓機台停機，除去載台、線性滑軌與軸承等影響，用夾爪與頂針軸承支撐螺桿才能正確量測螺桿全行程的預壓扭矩。壓電材料預壓感測技術可以迅速量測出預壓值細微的變化，但僅止於變動量，不能量測出預壓的絕對數值。本研究所發展的應變規預壓感測技術兼顧了動態與靜態的量測，而且成本較為低廉。 雙螺帽是工具機最常使用的螺帽形式，本研究設計製作一種預壓感測器安裝在雙螺帽之間，期望可即時且直接的量測預壓。為驗證製作研發的預壓感測器能即時監測滾珠螺桿預壓力。為建立預壓感測器量測的可信度，本研究先展現量測的重現性，在水平軸機台上與彈簧鉤表量測的預壓扭矩做比較，並對量測數據的差距與量測方式的優劣作討論。接著安裝不同珠徑的鋼珠改變預壓大小，讓扭力計與預壓感測器同時量測預壓力，證明預壓感測器無論在高低預壓下都能順利的監測。 在與常見的預壓量測方式比較，建立了預壓感測器量測的可信度之後，接著監測不同工作狀態、不同運作條件時的預壓力變化，探討這些參數對於預壓的影響。本研究將螺桿的工作狀態分成水平軸與垂直軸，運作條件主要是載重重量、進給速度，另外於垂直軸機台並觀測螺桿運作初期磨合跑合期間的預壓力的變化。 本研究觀測到裝上載台後，載台重量在運作時會因為重力、加速度產生軸向負載，造成預壓力曲線的變化。而當螺帽溫度提高，因為滾動體膨脹造成內應力變大，滾珠螺桿溫度升高，螺桿預壓在運作中會隨著溫度昇高，溫昇會造成熱變位，降低了螺桿的定位精度。本研究利用熱管迅速熱響應的特色，插入預留在大小螺帽上的熱管孔，並以實驗證明安裝銅製熱管的確能降低螺帽溫昇與維持滾珠螺桿工作時的定位精度，螺帽的溫昇下降了16.33%，螺桿的熱伸長量也減少。最後也在垂直軸機台上觀測到滾珠螺桿在運作初期磨合跑合導致預壓力逐漸下降的過程。