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全球首創主軸預壓定量控制系統主軸預壓量測技術

零組件開發部

郭己誠

104年3月4日

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Machine Tool Spindle Preload 機台主軸預壓

• 為什麼預壓是很重要的？

–加工精度質量

–切削性能生產力

–主軸剛度-加工顫振

–主軸發熱

–軸承故障

–高速能力

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Table Mount Type

•Spindle Axial Stiffness Measurement

•Preload analysis by PPC Curve Method

•Mounted on Machine Table

•Rotating Spindle

•主軸軸向剛性量測•PPC曲線法的預壓力分析•安裝於機台工作台•主軸旋轉

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Spindle Bench Type

•Spindle Shop Use

•Common Tooling

•No Spindles alignment required.

•Slide Displacement System

•Easy Spindle Mounting

•Measurement Report

•主軸裝配現場使用•普通治具•無主軸對心需要•滑動位移系統•主軸安裝容易•測量報告

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Stationary spindle Vs. Rotating Spindle非旋轉主軸 VS 旋轉主軸

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非旋轉主軸 旋轉主軸

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Preload Control Today

� Dimensional Control

� Torque Control

� Natural Frequency Control

� Temperature Monitoring Control

� Push Pull Force Control

No Preload Force Control

Target Preload = Actual Preload (1/3)

Target Preload ≠ Actual Preload (2/3)

尺寸控制

轉矩控制

自然頻率控制

溫度監控

推拉力控制

無預緊力控制

目標預壓=實際預壓（1/3）

目標預壓 ≠實際預壓（2/3）

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Comparison

預緊測量常規方法

公差控制轉矩自然頻率溫度監測推拉檢查

沒有預壓定量測量

SpinTech方法

機械特性分析可重複的結果PC基礎的數據採集視覺顯示

定量分析

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Preload Adjustment預壓調整

Spindle Design Spring Preload Dimensional

Control

adjustment

Spacer

Adjustment

Bearing and

associated parts

Cost

Very High

XX

High

X

Low

OO

Spindle Stiffness Low

XX

High

O

High

OO

Spindle

Reliability

Low

XX

Medium

X

High

OO

Special

Skill required

Sliding Sleeve Spindle Gauging

Grinding

Preload

measurement

and Spacer

Adjustment

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Dimensional Control Adjustment

Gauging Spindle OD grinding內外隔環調整預壓

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Measuring Error Ranges 2量測誤差範圍

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Dimensional Control Limitation (Typical BT 40 Spindle)尺寸控制限制 (典型 BT 40 主軸)

Shaft Fit ±2µm

Bearing Assembly Clearance ±2µm

Angular Contact Angle ±1°

Max PL - 12µm 550N

Target PL - 6µm 180N

Min PL 0µm 0N

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Dimensional Gauging vs Standard Tolerance parts

尺寸量具 VS 標準公差

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Questions: 問題How many people use多少人使用

• Bearing Heater? 軸承加熱

• Shop Press? 氣壓

• Hydraulic Press? 油壓

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Shrink Fit vs Press fit

熱套 vs壓入

• Bearing Heater

軸承加熱

• Shaft fit 0-4 um T

心軸干涉 0-4 um

• Hydraulic Press

油壓

• Industrial Tight fit 0-25 um T

工業干涉量 0-25 um

• Tooling, Cylinder parts.

治具，油壓缸

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Spindle Performance and Cost主軸性能與成本

• Performance(性能) = Market Value increase by Quantitative Preload Control

（藉由定量預壓控制增加市場價值）

– Speed 速度

– Accuracy 精度

– Stiffness 剛性

– Temperature 溫度

– Reliability Life 可靠壽命

• Cost and Delivery = Profit 成本和交期=利潤

– Parts (Spindle, etc.) 機製件（主軸,等）

– Purchase (Bearing, etc.) 標準品（軸承,等）

– Assembly (Labor cost, time) 組裝（工時）

– Inventory 庫存

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Preload Control Tomorrow預壓控制的未來

1. Quantitative Preload ControlNo Measurement, No future

2. Spindle Performance vs. Preload

3. Define Target Preload for Machine & Application4. Preload Adjustment = Preload Control

1. 定量預壓控制沒有測量，無未來

2. 主軸性能與預緊3. 針對機台與應用定義目標預壓4. 預壓調整=預壓力控制

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Demo

Quantitative Analysis

Based on Spindle DATA

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PMC 案例分享

•同型式主軸，不同軸承接觸角

•每支主軸不同的剛性

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軸承接觸角15度 軸承接觸角25度

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主軸組裝異常

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軸承前隔環有間隙

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Thank you

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