液靜壓軌道直度對於溫度和流量參數最佳化

前言 
液靜壓軌道是精密工具機的核心零件，軌道的運動直度會影響定位精度和加工誤差，所以直度是機台精度重要指標之一。本研究為了提高軌道的運動直度，使用實驗設計方法（Design of Experiment, DOE）最佳化影響因子參數，在進給行程450 mm的軌道，最佳化後直度為0.18 μm，達到精密工具機等級，其相關因子參數設定可提供業界在液靜壓軌道設計上參考。
直度最佳化實驗設計
液體靜壓軌道是在導軌面注入液壓油並建立起壓力油膜，導軌面是液體潤滑，因此它具有高直度的均化效應、低摩擦阻力和無黏滯滑移效應，但液體潤滑也帶來相應的缺點，軌道進給時液體剪切力會造成液壓油發熱，高壓液壓油在油泵和節流器都會產生發熱，高溫液壓油會造成軌道和工作台變形，進而影響軌道直度，由於在液體靜壓軌道運轉過程中很難避免熱的產生，如何預測軌道的溫度變化，進而設計有效的熱管理措施，是發展超精度工具機的一項重要任務。
本研究主要採用DOE方法進行實驗，是將軌道熱變位抑制到最低的實驗目標，採用全因子三水準設計計劃，當實驗確實需要考量較多的交互效應，且量測實驗無試件消耗問題，通常選擇採用全因子設計。全因子設計最關鍵為選定因子和確認水平，我們先針對軌道直度進行要因分析，分析影響效果的可能因子要素，產生因子相關性魚骨圖，整理後可知容易控制參數因子為1.液靜壓油溫;2.冷卻油溫度;3.冷卻油流量;我們選用這三個因子為實驗主要參數，針對液體靜壓軌道因運轉中所產生的熱源造成的直度變化進行分析，在導軌使用嵌入式冷卻流道，來對進給時產生的熱源進行熱交換冷卻的動作，供油系統產生發熱使用冷卻機針對液壓油進行熱抑制，來達到熱誤差抑制的目的。
我們按照實驗設計表格進行全因子實驗，是指全部因子的所有水準的所有組合都至少要進行一次實驗，由於包含了所有的組合，全因子實驗所需實驗的總數會較多，但它的優點是可以估計出所有因子的主效果和交互效應。實驗使用Renishaw XL-80 Laser system雷射量測系統來量測記錄直線度精度，量測行程為450 mm，每90 mm量測一點。實驗得到的數據利用MINITAB軟體進行處理，利用柏拉圖(Pareto Chart of the Standardized Effects )的分析手法，可以找到較大主要因子和交互效應，只要針對這些貢獻度較大的主要因子來處理，由柏拉圖中我們可以判斷，液靜壓油溫和冷卻油溫度都是顯著因子，冷卻油流量卻是影響不大，其他不顯著的效應改進模型時應該將之去除。