Transcript 1 - Technische Universiteit Eindhoven

Ontwerp van een automatisch
hanterinqssysteem voor drijfstangen
WPA rapport nr. 0421
Richard Oostveen, mei 1987
Verslag van de eindstudieopdracht uitgevoerd door R.S.A. Oostveen in het
kader van de studie werktuigbouwkunde aan de Technische Universiteit
Eindhoven.
De opdracht is uitgevoerd bij DAF-Trucks in Eindhoven.
Afstudeerhoogleraar: Prof. ir. J.M. van Bragt
Begeleiders:
Ing. J.J.M. Schrauwen (TUE)
Ir. P.W.J. Leenders (DAF)
Ing. A.R.M. Sleenhoff (DAF)
SAMENVATTING
Sinds 1985 worden in de motorenfabriek van DAF drijfstangen afgebraamd door
ECM (Electra Chemical Machining).
Na het eigenlijke afbramen worden de stangen gedompeld in water,
gedeeltelijk gedemonteerd, gedompeld in olie, gedemagnetiseerd, moeten ze
uitdruipen en worden ze gepalletiseerd.
Er is onderzocht hoe dit onaantrekkelijke hanteringswerk geautomatiseerd kan
worden.
Op grond van een analyse van het huidige hanteringswerk zijn vier koncepten
voor een manipulator gegenereerd:
- Een twee assige lineaire manipulator.
- Een draaitafel met twee armen.
- Een eenvoudige twee assige manipulator en een kettingtransporteur.
- Een robot met vijf of zes bewegingsassen.
De koncepten zijn beoordeeld op:
- Geschiktheid bij dagelijks gebruik.
- Onderhoud en bedrijfszekerheid.
- Flexibiliteit.
- Ekonomische aspekten.
- Aspekten van de projektfase.
Er is gekozen voor een robot met vijf of zes bewegingsassen.
Tenslotte is een voor alle typen drijfstangen geschikte grijper
gekonstrueerd en is onderzoek gedaan naar het demonteren en het uitdruipen
van de stangen.
VOORWOORD
Van april 1986 tot april 1987 heb ik bij DAF-Trucks m1Jn eindstudieopdracht
uitgevoerd. Gedurende deze periode is onderzoek gedaan naar het
automatiseren van het hanteren van drijfstangen rond een elektrochemische
afbraambewerking.
Bij deze wil ik DAF-Trucks bedanken voor de geboden faciliteiten en
ondersteuning. In het bijzonder denk ik hierbij aan Peter Leenders en Ad
Sleenhoff die mijn werk bij DAF begeleid hebben.
Verder gaat mijn dank uit naar mijn afstudeerhoogleraar, Professor van Bragt
en mijn TU begeleider, Ing. Schrauwen.
INHOUD
Bladzijde
1.
1.1
1.2
1.3
1.4
2.
2.1
2.2
3.
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
4.
4.1
4.2
4.3
4.4
5.
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
6.
6.1
6.2
6.3
6.4
INLEIDING
Introduktie
Doel van automatiseren
Eindstudieopdracht
Opbouw van het verdere verslag
1
1
1
2
GEVOLGDE WERKWIJZE EN OPMERKINGE...,. OVER DE GEVOLGDE WERKWIJZE
Gevolgde werkwijze
Opmerkingen over de gevolgde werkwijze
3
3
VOOR HET ONTWERPEN VAN HET HANTERINGSSYSTEEM NODIGE GEGEVENS
Gegevens over de drijfstangen
Plattegrond van het eind van de drijfstangenlijn
Gegevens over de machines aan het eind van de drijfStangenlijn
Gegevens over het te automatiseren werk
Organisatorische gegevens over de drijfstangenlijn
5
5
6
7
8
KONCIPIEREN VAN MOGELIJKE HANTERINGSSYSTEMEN
Beschrijving van het hanteringswerk
Taken van het automatisch hanterinqssysteem
Analyse van de noodzakelijke bewegingen
Afleiden van de koncepten
9
9
10
11
INFORMATIE, NODIG VOOR HET KIEZEN VAN HET KONCEPT
Informatie
Informatie
Informatie
Informatie
Informatie
over
over
over
over
over
het dagelijks gebruik
onderhoud en bedrijfszekerheid
de flexibiliteit
ekonomische aspekten
de projektfase
13
14
14
15
16
KEUZE VAN HET HANTERINGSSYSTEEM
De keuzeprocedure
De kriteria
Keuzematrix en beoordeling
Keuze
17
17
18
18
Bladzijde
1.
7.1
7.2
7.3
8.
UITWERKEN VAN HET GEKOZEN HANTERINGSSYSTEEM
Positioneren en grijpen
Demonteren
Uitdruipen
19
19
21
SLOT
22
BIJLAGEN
A.
Het plan voor de eindstudieopdracht
B.
De drijfstangen
C.
Plaats van de bramen die elektrochemisch verwijderd worden
D.
Restbramen bij het ECM-afbramen, oorzaak en oplossingen
E.
Ergonomisch profiel van het te automatiseren werk
F.
Informatie over de verschillende koncepten
G.
Kans op en ernst van storingen
H.
Nodige investeringen
I.
Drijfstang in de ECM-machine leggen
J.
Konstruktie van de grijper
- 1 -
1.
1.1
INLEIDING
Introduktie
DAF Trucks in Eindhoven houdt zich bezig met de fabrikage van
bedrijfswagens. De dieselmotoren voor deze voertuigen worden door DAF zelf
ontworpen en gemaakt.
Een groot deel van de motoronderdelen wordt ingekocht, maar enkele
belangrijke komponenten zoals cilinderblok, cilinderkop, cilindervoering,
nokkenas en drijfstangen worden door DAF zelf geproduceerd.
In de zogenaamde drijfstangenlijn wordt door verspanende bewerkingen van een
ruw smeedstuk een drijfstang vervaardigd.
Een deel van de. bramen die hierbij ontstaan wordt aan het eind van de lijn
door elektrolyse (ECM) verwijderd. De man die het afbraamapparaat bedient
verricht daarnaast nog de volgende taken: de drijfstangen afspoelen in
water, gedeeltelijk demonteren van de kap, wegvijlen van restbramen, spoelen
in preserverende olie, laten uitdruipen, door demagnetiseerapparaat voeren
en wegleggen in een voorraadbak.
Tijdens mijn afstudeerperiode heb ik de mogelijkheden onderzocht om dit werk
te automatiseren.
1.2
poel van automatiseren
De redenen om het werk rond het elektrochemisch afbramen te automatiseren
zijn:
- Besparen op loonkosten.
- Verbetering van de "Kwaliteit van de Arbeid" door het laten vervallen van
zwaar, onaangenaam werk.
- Ervaring opdoen met {flexibele) automatische hanteringssystemen.
1.3
Eindstudieopdracht
•onderzoek de mogelijkheid tot automatisering van het hanteren van
drijfstangen rond het electro-chemisch afbramen.
Signaleer zaken die automatisering belemmeren en doe voorstellen om deze
knelpunten op te heffen.
Bedenk verschillende automatische hanteringssystemen, maak een keuze en werk
deze keuze uit.
Voer deze opdracht uit volgens de door Prof. v. Bragt voorgestelde
projektstrategie. Bij het onderzoek moet de nadruk liggen op het creëren van
technische oplossingen voor het probleem binnen de gestelde randvoorwaarden
zoals, bijv. kosten, ergonomische aspekten, enz.•
- 2 -
1.4
Opbouw van het yerde•e verslag
In het volgende hoofdstuk wordt de gevolgde werkwijze beschreven. De verdere
hoofdstukken behandelen de belangrijkste fasen uit het onderzoek. In de
hoofstukken 3 tot en met 7 komen.achtereenvolgens aan de orde:
- Voor het ontweren van het hanteringssysteem nodige gegevens.
- Koncipiëren van mogelijke hanteringssystemen.
- Informatie, nodig voor het kiezen van het koncept.
- Keuze van het hanteringssysteem.
- Uitwerken van het gekozen hanteringssysteem.
- 3 -
2.
2.1
GEVOLGDE WERKWIJZE EN OPMERKitfGEN OYER DE GEVOLGDE WERKWIJZE
Gevolgde werkwijze
In de afstudeeropdracht is vastgelegd dat gewerkt moet worden volgens de
door Prof. ir. J.M. van Bragt voorgestelde projektstrategie.
Volgens van Bragt is ieder projekt op te delen in een oriëntatiefase, een
planfase en een uitvoeringsfase. Deze fasen zijn elk op zich ook weer op te
delen in een oriëntatiefase, een planfase en een uitvoeringsfase. Dit
opdelen kan zover .doorgaan als zinvol is.
Aan het eind van iedere fase wordt in een toets bekeken of het voor die fase
gestelde doel bereikt is.
Mijn afstudeerwerk heb ik in de volgende fasen verdeeld:
Naam van de fase
Aktiviteit tijdens de fase
- Oriëntatie
oriëntatie
plan
uitvoering
(eerste oriëntatie)
(plannen van verdere oriëntatie)
(verdere oriëntatie)
- Plan
oriëntatie
plan
uitvoering
(genereren van koncepten)
(informatie over koncepten verzamelen)
(keuze van een koncept)
- Uitvoering
oriëntatie
plan
uitvoering
(onderzoeken wat uitgewerkt moet worden)
(plannen van het uitwerken)
(uitwerken van het gekozen koncept)
Zie bijlage A. voor het aan het eind van de eerste oriëntatie opgestelde
plan.
2.2
Opmerkingen over de qeyolgde werkwiize
De gebruikte projektstrategie bevat een aantal positieve elementen:
- Een grondige oriëntatie op het projekt, voordat met de uitvoering begonnen
wordt.
- Het afsluiten van iedere fase van het projekt met een toets.
Naast deze voordelen bleek de gevolgde strategie ook nadelen te hebben:
- De verdeling in drie fasen die elk weer in drie deelfasen verdeeld worden
heeft bij mijn afstudeerwerk tot een •gewrongen• plan geleid (zie§ 2.1).
Het plannen van verdere oriëntatie bijvoorbeeld is wel een aparte deelfase
geworden, maar het minstens even belangrijke kiezen van een methode voor
het genereren van koncepten is geen aparte deelfase.
- Het gebruik van uniforme namen voor de fasen maakt de struktuur van het
projekt ondoorzichtig. Bij het ene projekt wordt in de uitvoeringsfase een
machine gebouwd, terwijl in een ander projekt in dezelfde fase het gekozen
koncept wordt uitgewerkt.
- 4 Een betere verdeling in fasen zou voor dit onderzoek zijn geweest:
- Oriëntatie
- Genereren van koncepten
- Informatie over de koncepten verzamelen
- Keuze van het beste koncept
- Uitwerken van het gekozen koncept
Deze verdeling heeft het voordeel dat alle fasen ongeveer even belangrijk
zijn en dat door de heldere naamgeving de strategie direkt duidelijk is. Ook
bij deze strategie is sprake van een oriëntatiefase en toetsen ter afronding
van de fasen.
- 5 3.
J.1
VOOR HET ONTWERPEN VAN HET RANTERINGSSYSTEEM NODIGE GEGEVENS
Gegevens over de drijfstangen
SCHACHT
KLEIN OOG
BALANCEER- _ ___,..
GEWICHT
Figuur 3.1
Tabel 3.1
Een drijfstang
Enkele belangrijke maten van de drijfstangen
type
Gewicht
minimum lengte
diameter grote oog
diameter keine oog
steek grote oog kleine oog
(gr)
(mm)
(ma)
(mm)
(ma)
575
615
620
2190
295
64,6
33
224
2300
299
64,6
38
224
2570 3375
302
320
67,6 78,6
42
42
225
232
825
1160
1160 OKZ
4420
360
82,8
48
267
4255
362
86,6
52
267
Voor meer informatie over de stang, zie bijlage B.
3.2
Plattegrond van het eind van de drijfstangenlijn
2
1
11
1.
HOONMACHINE
MEETGEREEDSCHAP
VLAKBOORMACHINE
4. AFBRAAMMACHINE
5. WATERBAK
6. LUCHTSLEUlEl
7. OUEBAK
8. UITDRUIPREK
9. DEMAGNE11SEERAPPARMT
10. METERBAK
2.
3.
11. BUFFERS
4
5
6
7
1 METER
(
)
Figuur 3.2 Het eind van de drijfstangenlijn
8
- 6 -
3.3
Gegevens over de machines aan het eind van de driifstanqenlijn
DE HOONMACHINE
Het honen van het grote oog is de voorlaatste bewerking vóór het afbramen.
De cyklustijd van de hoonmachine varieert van 37 tot 45 s.
DE VLAKBOORMACHINE
Op de vlakboormachine worden de zijkanten van het kleine oog op maat
gefreesd. De cyklustijd van deze machine varieert van 36 tot 45 s.
Het vlakken is de laatste bewerking vóór het afbramen. In de toekomst zal de
vlakboormachine verdwijnen. Het honen wordt dan de laatste bewerking vóór
het afbramen. De cyklustijd van deze laatste bewerking bepaalt de frekwentie
waarmee drijfstangen aan het ECM-systeem worden aangeboden.
DE AFBRAAMMACHINE (ECM-MACHINE)
Sinds 1985 worden de drijfstangen door middel van elektrolyse afgebraamd. In
bijlage c. is weergegeven welke vlakken elektrochemisch afgebraamd worden.
In de ECM-machine wordt op de drijfstang een positieve spanning gezet.
Tegenover de af te bramen delen van de stang staat een elektrode met
negatieve spanning. Tussen elektrode en drijfstang wordt een elektroliet
(12,2 \ NaCl in water) gespoten. Er gaat een stroom lopen en de drijfstang
wordt door elektrolyse (Fe --> Fe 2+ + 2 e-) aangetast. Door hun grote
oppervlak en de grote plaatselijke elektrische veldsterkte worden
uitstekende delen het snelst aangetast. Bramen en scherpe kanten verdwijnen.
Fe 2+ slaat met OH- neer als Fè(OH) 2 .
De elektrodes, elektroliettoevoer en de kontakten zijn in een typespecifieke
mal ingebouwd.
Doordat de spleet tussen braam en elektrode op bepaalde plaatsen te groot is
worden niet alle bramen helemaal verwijderd. De restbramen worden met de
hand weggevijld. Er is onderzoek gedaan naar de oorzaak van en mogelijke
oplossingen voor dit probleem. Het vijlwerk zal op deze plaats vervallen.
Voor meer informatie hierover, zie bijlage D.
Het elektroliet is de oorzaak van het snel korroderen van de ECM-machine.
DE DEMONTAGESLEUTEL
Met de luchtsleutel worden de bouten/moeren van de kap van de drijfstang
losgedraaid. De sleutel wordt met een mikroswitch ingeschakeld als de dop
van de sleutel naar achter geduwd wordt. Bij het omstellen wordt de dop
verwisseld. Het op de drijfstang uitgeoefende koppel wordt opgevangen door
twee balken waar de drijfstang tussen ligt.
- 7 HET DEMAGNETISEERAPPARAAT
Het demagnetiseerapparaat is een tunnel waarin een sterk, snel wisselend
magnetisch veld heerst. Door een drijfstang in en uit de tunnel te bewegen
ontstaat een inhomogeen restmagnetisme. De stang als geheel gedraagt zich
niet meer magnetisch en kan geen losse ijzerdeeltjes meer aantrekken.
DE METERBAK
De meterbak is een bij DAF veel gebruikte voorraadbak. De bodem van de bak
is 1 bij 1 meter en de hoogte is 58 cm. Een aantal bakken heeft wegklapbare
zijkanten.
WATERBAK EN OLIEBAK
De water- en oliebak zijn eenvoudige bassins met respektievelijk stromend
water en waterverdringende olie.
HET UITDRUIPREK
Het uitdruiprek is een rooster met daaronder een lekbak.
3.4
Gegevens over het te automatiseren werk
Tabel 3.2
Aktiviteiten en daarvoor nodige tijd
(s)
- Stang van een rollenbaan pakken en op de ECM-machine plaatsen.
-Stang oppakken en in de ECM-mal leggen.
- ECM-Machine inschakelen (tweehandsbediening).
- Na looptijd machine (18 s) drijfstang binnen 45 s uit de
mal halen en in een waterbak leggen.
- Na minimaal 30 s stang uit water pakken en twee bouten/moeren
losdraaien.
- Met schraapstaal boutvlak afbramen.
- Met plastic hamer kap los slaan.
- Met vijl deelvlak afbramen.
-Met perslucht deelvlak schoonblazen.
- Oliekanaal van groot naar klein oog doorsteken (bij een type stang).
-Stang in preserveerolie leggen.
- Na minimaal 30 s stang uit olie pakken en op uitdruiprek
plaatsen.
- Stang pakken, in demagnetiseertunnel steken en weer uit tunnel
halen.
- Stang in vooraadbak (meterbak) leggen.
3,6
3,7
4,6
7,0
8,2
3,6
11,8
4,1
8,3
2,1
Totale tijd (s)
69,3
2,6
3,5
3,2
3
De handelingen staan in de volgorde zoals een drijfstang ze ondergaat. Om
wachttijden te voorkomen houdt de man een andere volgorde aan.
- 8 -
ERGONOMISCHE ASPEKTEN VAN HET TE AUTOMATISEREN WERK
· Er is een ergonomisch profiel gemaakt van het hanteringswerk rond de
afbraammachine. Voor een onderbouwing van het profiel, zie bijlage E.
I)IRt;J<T VERSE-:TEREN GEWENST
4
·
Figuur 3.3
J.5
Ergonomisch profiel
Organisatorische gegevens over dedriifstanqenliln
- Aantallen: afhankelijk van het type 225 à 315 drijfstangen per ploeg.
Citka 150 000 stangen per jaar.
·
-·Aantaltypen: Zes, waarvan er·vijf regelmatig gem~akt worden. In de
toekomst komen er twee typen bij.
- seriegrootte: 2000 à 3000 stangen.
- Omsteltijd: Voor 14 machines minder dan 0,5 uur. voor 5 machines tussen
0, 5 en 1 uu.r en bij 7 machines meer dan 1 uur.
Door omstellen 1,5 uur produktieverlies.
- Bedrijfstijd: Nu 5 dagen per week 16 uur per dag (twee ploegen), in de
toekomst 5 dagen per week 22.5 uur per dag (drie ploegen).
- Toekomst: Uit een studie naar de toekomstige drijfstangproduktie
(zogenaamde "Groene Weide studie") blijkt dat er de komende jaren nog
elektrolytisch.afgebraamd zal worden.
- 9 -
4.
KONCIPIEREN VAN MQGELIJKE HANTERINGSSYSTEMEN
Allereerst is het huidige hanteringswerk nauwkeurig beschreven. Vervolgens
is bepaald welke delen van het werk wel en welke delen niet geautomatiseerd
zullen worden. Op basis van een analyse van de noodzakelijke bewegingen zijn
drie koncepten afgeleid. Een vierde koncept is toegevoegd.
4.1
Beschrijving van het hanteringswerk
~ ::[Q] ~
23~
2+[QJ 25
x[QJ
351
X[2]
~[QJ
~
~[2]
1-B ~ ~~::a:s
27[QJ 28[2]
>I
X[Q]X[QJ~
~ x[2] ~ ~[!]
478
~
498 ~ ~ X[Q]5
VERKLARING VAN DE TEKENS
8
BINVOEREN
1-~>1 POSI110NEREN
115<:1 ONGEORDEND BUFFEREN
[ ICEORDEND BUFFEREN
I? IDRAAIEN
11~1 UITVOEREN
I >I
H~l AFZONDEREN
1OI
DOORGEVEN
ORIENTA11E HERKENNEN
VOOR VERKLARING VAN DE TEKENS - ,
Figuur 4.1
4.2
w~
* EN X
BEWERKEN
ZIE PAR. 4.2
Het huidige hanteringswerk beschreven volgens VDI 3239:
Taken van het automatisch hanteringssysteem
Voor ieder element van het hanteringswerk is bepaald of:
-Het element bij dit projekt geautomatiseerd zal worden
Automatiseren van het element bij dit projekt gewenst is
-Het element kan vervallen of verplaatst zal worden
(--in fig. 4.1)
C*in fig. 4.1)
(><in fig. 4.1)
- 10 -
4.3
Analyse van de nogdzakeliike bewegingen
oe te automatiseren bewegingen zijn te verdelen in toevoerbewegingen en
transportbewegingen. Eerst worden de toevoerbewegingen geanaliseerd:
AFSpOELEN
AFBRAMEN
[]
0
0
MOGEUJI<E
STANDEN,
VOOR,
TOEVOER
'
11
.
EENVOUDIGSTE
TOEVOER
-7
®
DEMONTEREN
0
D
~~ ~
c:t:::P
~·~ 11~
PRESERVEREN
UfTDRUIPEN
DEMAGNE11SEREN
D
l 1 1l
[C)
®® ®-7J, ®®
®
lC]
I.Cl
®
J,
~
(f-
J, J®
-7
0-
• EENVOUDIGSTE
UITVOER
'
0
0 0000
(--
f- ~~
~
'
MOGEUJKE
STÄNDEN
NA UITVOER
0-<--î 00
(f-~ ~
(f-
î to
0-7ÎO
:-?>
l ~ t 1~~ I 1~~1 1~
'.
,
.···
I:Cl
[bj]
VERKLARING VAN DE l'Et<ENS:
·_ ~- PLAT UGGENDE DRIJFSTANG
~-OP ' ZIJKANT - STAANDE STANG
'
~
RÉCHTOP STAANDE STANG
Figuur 4.2
-7
(-Jî 0®'
~
(f-
t~
BEWEGING IN RESP.
X-,- Y- EN Z-RICH11NG
DRAAIEN OM RESP.
X- EN Y-AS
Y-AS
k
Z-AS
Analyse van de toevoerbewegingen
ANALYSE VAN DE TRANSPORTBEWEGINGEN:
De transportbewegingen worden geheel bepaald door de plaats van de
verschillende werkstations. Door een goede keuze van de lay-out is het
transport tussen de werkstations uit te voeren met bewegingen die toch al
voor de toe- èn uitvoer nodig zijn.
lC]
--------- - - - - - -
- 11 -
4.4
Afleiden yan de koncapten
De verschillende koncapten zijn te zien op een uitklapvel (fig. 9.) na de
laatste bladzijde. Meer informatie over de verschillende koncapten is in
bijlage F. te zien
KONCEPT 1.
HET "EENVOUDIGSTE• SYSTEEM
Allereerst is gezocht naar een zo eenvoudig mogelijke manipulator. Uit de
analyse van de bewegingen in § 4.3 blijkt dat met drie graden van vrijheid
vrijwel alle toevoerbewegingen uit te voeren zijn:
Stand van de stang
Nodige bewegingen
®
0
Met bovenstaande bewegingen is ook het transport tussen de
bewerkingsplaatsen mogelijk.
Als de draaibeweging bij het uitdruipen door de randapparatuur uitgevoerd
wordt, dan volstaat bij de robot een draaibeweging tussen twee standen.
Als hanteringssysteem voldoet dus:
- Een manipulator met twee vrij programmeerbare assen en als derde as de
mogelijkheid om een stang om zijn lengte-as te draaien. De draai-as hoeft
maar twee standen te hebben.
KONCEPT 2.
EEN "DUBBELWERKEND" SYSTEEM
Bij koncept 1. is, in verband met de geëiste cyklustijd, een vrij hoge
bewegingssnelheid noodzakelijk. om het systeem met lagere snelheden te laten
bewegen is gezocht naar manipulatoren met meerdere gelijktijdig bewegende
grijpers. Een draaitafel met twee armen is hiervoor een goede oplossing.
KONCEPT 3.
uGESPLITST" SYSTEEM
Alleen bij het afbramen en demonteren moet de stang nauwkeurig
gepositioneerd worden. Voor dit deel van het hanteringswerk kan een
eenvoudige manipulator met twee korte bewegingsassen en een derde draaias
gebruikt worden.
Voor spoelen, preserveren, uitdruipen en demagnetiseren is nauwkeurigheid
niet nodig. Voor dit deel van het werk voldoet een lopende band,
kettingtransporteur of iets dergelijks.
- 12 -
KONCEPT 4.
DE "STANDAARD" ROBOT
Bij het afleiden van de koncapten 1, 2 en 3 is gezocht naar een technisch
optimaal systeem.
Op de markt is een groot aanbod van seriematig geproduceerde robots met vijf
of zes bewegingsassen. Deze robots zijn eigenlijk •te goed• voor dit
hanteringswerk, maar zijn wellicht door prijs, extra mogelijkheden en
bedrijfszekerheid toch een goed alternatief. Dit koncept is het enige
systeem dat ook de in § 4.2 als gewenst omschreven elementen van het
hanteringswerk kan automatiseren.
- 13 -
5.
INFORMATIE. NODIG VOOR HET KIEZEN VAN HET KONCEPT
Er moet een keuze gemaakt worden tussen de in hoofdstuk 4. beschreven
koncepten. om een verantwoorde keuze mogelijk te maken is informatie
verzameld over belangrijke aspekten van de verschillende alternatieven.
Op basis van de hier besproken aspekten wordt in hoofdstuk 6. een keuze
gemaakt.
5.1
Informatie over het dagelijks gebruik
TAAKINHOUD RESTWERK
Het werk dat na automatisering overblijft is het laden en lossen van het
systeem, het kontrolewerk en het poetsen van een eventueel lang oliekanaal.
De hoeveelheid slecht werk vermindert, maar de kwaliteit van het
overblijvende werk is nog steeds zeer matig.
Bij alternatief 4 wordt ook het fysiek nogal belastende palettiseren
geautomatiseerd. De kwaliteit van het restwerk is hierdoor bij dit
alternatief iets beter dan bij alternatief 1, 2 en 3.
LAY-OUT
Tabel 5.1
Het ruimtebeslag van de verschillende alternatieven:
Alternatief
nodige ruimte (m2 )
1
2
3
4
3,3
4,3
5,3
3,3
· De toe- en afvoerplaatsen van de verschillende alternatieven geven in de
huidige drijfstangenlijn geen problemen.
Alternatief 3 kan door zijn grote lengte een obstakel in de drijfstangenlijn
vormen.
GESCHIKTHEID VOOR HANDMATIG WERKEN
Bij alle alternatieven is het in principe mogelijk om bij storing van de
manipulator handmatig te werken.
Bij de alternatieven 1, 2 en 3 vormt de manipulator een hinderlijk obstakel
bij het handmatig werken. (Zie fig. 9.)
Alternatief 4 lijkt vanuit het oogpunt van handmatig werken de beste
oplossing. Bij storing kan de robot voor de ingang van de werkplek gedraaid
worden. De voor handmatig werken overblijvende werkplek is weliswaar niet
groot, maar vrij van obstakels.
- 14 -
BENUTTINGSGRAAD
Een lage benuttingsgraad is gunstig omdat er dan minder strakke eisen aan de
afstemming gesteld hoeven te worden en omdat de produktie eventueel noq
uitgebreid kan worden. De maximaal toelaatbare cyklustijd is 76 s.
Tabel 5.2
De cyklustijd van de verschillende alternatieven:
alternatief
cyklustijd (s)
1
2
3
4
64,0
75,8
55,0
76,2
Voor onderbouwing van de gegevens zie de beweginqsdiagrammen in bijlage F.
5. 2
Informatie over onderhoud en bed.r.i ifszekerheid
KANS OP EN ERNST VAN STORINGEN
In bijlage G. wordt voor de verschillende alternatieven een schattinq van de
problemen door storing qemaakt. Het blijkt dat bij alternatief 3 de meeste
en bij alternatief 4 de minste problemen te verwachten zijn. De
bedrijfszekerheid van de alternatieven 1 en 2 is ongeveer even qroot en ligt
tussen de bedrijfszekerheid van 3 en 4.
DUURZAAMHEID
Het systeem moet een minimale levensduur van 10 jaar hebben. Door zorgvuldig
ontwerpen van het systeem is bij alle alternatieven aan deze eis te voldoen.
HOEVEELHEID ONDERHOUD
De hoeveelheid onderhoud van de verschillende alternatieven verschilt sterk.
Volgorde van toenemende hoeveelheid onderhoud: 4, 1, 2, 3.
5.3
Informatie over de flexibiliteit
OMSTELTIJD
Bij omstellen maq de produktie hooguit 30 min. stilliggen. Bij een goed
gekozen buffer, positioneringssysteem, grijper en plaatsing van de
verschillende bewerkingen, zal de omsteltijd voor de verschillende
alternatieven vrijwel gelijk zijn.
BEREIKBAARHEID VOOR OMSTELLEN
Bij de alternatieven 1 en 3 zit tijdens het omstellen van de ECM-machine de
geleiding van de manipulator in de weg. Dit probleem doet zich bij 2 en 4
niet voor.
De bereikbaarheid voor het andere omstelwerk kan bij alle alternatieven even
goed zijn.
- 15 -
PRODUKTFLEXIBILITEIT
Het soort manipulator heeft nauwelijks invloed op de produktflexibiliteit
van het systeem. De flexibiliteit wordt vooral bepaald door de grijper, de
demontageinrichting, het positioneersysteem en de opspanningen.
Alle alternatieven zijn voldoende flexibel.
5.4
Informatie over ekonomische aspekten
LOONKOSTENBESPARING
Voor de besparing op loonkosten geldt:
Besp = 6 Ht * n prod
3600
* Besp tar * K3ploeq
* f1 man
Met:
Besp
6 Ht
n prod
f1 man
Besp tar
K3ploeg
= Besparing per jaar
=Per produkt bespaarde handtijd
= Aantal drijfstangen per jaar
= Deel van de tijd dat werkelijk
= Direkt deel van man-uurtarief
(s.)
gewerkt wordt
= Faktor in verband met hogere kosten derde ploeg
(155 000)
(0,85)
(41 gulden/uur)
( 1 07)
f
Tabel 5.3 Overzicht van de te automatiseren handtijd en de besparing op
loonkosten bij de verschillende alternatieven:
Alternatief
à Ht
( s}
Besp
1
30,3
67 300
2
30,3
67 300
4
33,3
3
30,3
67 300
74 000
HOOGTE VAN DE INVESTERING
Op basis van aanbiedingen van mogelijke leveranciers, gesprekken met DAFmedewerkers en informatie uit de beschikbare dokumentatie, is een schatting
gemaakt van de kosten van de verschillende alternatieven.
Tabel 5.4 Overzicht van de nodige investeringen
Alternatief
Minimum investering
Meerprijs voor buffer
1
2
3
4
267 000
33 000
327 000
287 000
33 000
43 000
308 000
24 000
Voor een onderbouwing van deze bedragen, zie bijlage H.
- 16 -
NETTO KONTANTE WAARDE NA TIEN JAAR
Voor de netto kontante waarde na 10 jaar geldt:
NKW
10
= ([
1
{~)
i
)(Besp- Kond
i=1
* invest) - invest
Met
NKW
11
Besp
Kond
invest
= Netto kontante waarde
= Rentevoet
= Jaarlijkse besparing
= Faktor voor onderhoud
= Investering
Tabel 5.5
(0, 15)
(0,034)
Oe netto kontante waarde van de verschillende alternatieven:
Alternatief
Besparing per jaar
Investering
Netto kontante waarde
5.5
na 10 jaar
1
67 300
267 000
2
67 300
327 000
25 000
- 45 000
3
67 300
287 000
2 000
4
74 000
308 000
11 000
Informatie over de projektfase
LEEREFFEKT TEN AANZIEN VAN FLEXIBELE AUTOMATISERING
Een groot deel van het hanteringswerk in de verspanende afdeling van de
motorenfabriek bestaat uit het laden en lossen van machines. Het is dus
zinnig om ervaring op te doen met hanteringssystemen die algemeen bruikbaar
zijn voor dit laden en lossen.
De alternatieven 1 en 4 zijn universeel inzetbaar. De ervaring die bij deze
alternatieven opgedaan wordt kan nuttig zijn bij soortgelijke toekomstige
projekten.
Alternatief 2 en 3 zijn speciaal in dit geval bruikbare oplossingen. Oe
ervaring die hierbij opgedaan wordt zal in de toekomst minder relevant zijn.
PRODUKTIESTILSTAND BIJ INSTALLEREN
Bij alle alternatieven kan de ECM-machine tijdens het grootste deel van het
installatiewerk gebruikt worden.
Bij de alternatieven 1,2 en 3 moet het hanteringssysteem nauwkeurig
uitgelijnd worden ten opzichte van de ECM-machine. Het installeren zal
hierdoor bij 1, 2 en 3 langer duren en meer overlast geven dan bij 4.
VOOR HET PROJEKT NODIGE FAVO-KAPACITEIT
De hoeveelheid ondersteuning die FAVO (Fabrikage Voorbereiding) moet geven
is sterk afhankelijk van de mate waarin de leverancier het engineeringswerk
zelf verzorgt.
Volgorde van toenemende hoeveelheid engineeringswerk: 4, 1, 2, 3.
- 18 6.3
Keuzematrix en beoordeling
tabel 6.1
De keuzematrix
~
Weegfaktor
Beoordeling
1
Skore
2
3
4
1
2
3
4
2
2
22
22
9
22
6
33
9
1
3
3
3
7
7
7
21
3
2
18
9
18
56
47
27
62
24
10
34
24
29
12
12
18
18
24
30
54
10
18
12
4
2
18
8
4
2
14
1
6
3
13
21
174
126
145
207
K
DAGELIJKS GEBRUIK
Goede taakinhoud van restwerk
Gunstige Lay-out (vorm, opp.)
Geschiktheid voor handmatig werken
Lage benuttingsgraad
Subtotaal
ONDERHOUD EN BEDRIJFSZEKERHEID
Weinig storingsproblemen
Weinig en eenvoudig onderhoud
Subtotaal
FLEXIBILITEIT
Goed bereikbaar voor omstellen
Subtotaal
EKONOMISCHE ASPEKTEN
Lage investering
Hoge netto kontante waarde
Subtotaal
DE PROJEKTFASE
Zinvolle ervaring opdoen
Weinig hinder bij installeren
Weinig FAVO-ondersteuning nodig
Subtotaal
Totaal
11
2
2
3
7
3
1
3
1
9
2
1
12
5
6
8
10
2
2
2
3
3
2
1
3
1
1
4
3
2
2
1
2
2
2
2
1
3
2
3
2
3
2
2
2
2
2
2
1
3
3
3
5
8
9
81
12
10
22
36
51
12
18
12
18
16
20
36
16
20
36
8
4
12
15
Betekenis van de beoordelingen: 1. Slecht, 2. Redelijk, 3. Goed
6.4
Keuze
Hoewel alternatief 4 bij de ekonomische aspekten niet sterk is, wordt deze
oplossing toch als veruit het beste beoordeeld. Er zijn geen invloeden van
buitenaf die bij dit koncept tot grote problemen kunnen leiden. Er wordt dan
ook besloten het hanteringswerk te automatiseren met een robot met vijf of
zes graden van vrijheid (alternatief 4).
- 19 -
7.
UITWERKEN VAN HET GEKOZEN HANTERINGSSYSTEEM
Voordat een robot geïnstalleerd kan worden, moet eerst nog aandacht besteed
worden aan:
- Wel of niet bufferen voor en na het systeem.
Positioneren en grijpen.
Demonteren.
Uitdruipen.
Water en oliebakken.
Positionering van de ECM-mallen in de afbraammachine.
Besturing.
·
Veiligheidsvoorzieningen.
Daarnaast moet een analyse gemaakt worden van problemen die door invloedèn
van buitenaf kunnen onstaan.
In overleg met DAF en TUE is alleen gewerkt aan de grijper, het demonteren
en het uitdruipen. Het resultaat wordt hierna kort beschreven. voor meer
informatie wordt naar de bijlages verwezen.
7.1
Positioneren en grijpen
Zonder speciale maatregelen is het niet mogelijk om met een robot een
drijfstang in de ECM-machine te leggen. Het diameterverschil tussen de
boring van het grote oog en de elektrode die in dit oog komt is slechts 0,3
mm. De drijfstang kan niet met een nauwkeurigheid van± 0,15 mm ten opzichte
van de elektrode gepositioneerd worden. Om de drijfstang toch in de ECM-mal
te kunnen leggen moet een inlegapparaat gebruikt worden. Voor toelichting en
een schets van het inlegapparaat wordt naar bijlage J. verwezen.
Na het oplossen van het positioneerprobleem is de grijper gekonstrueerd. Het
ontwerp van de grijper is vooral bepaald door:
- Beperkte eisen aan de nauwkeurigheid.
- Kleine beschikbare ruimte.
- Zeer korrosief milieu.
- De wens om zonder omstellen alle typen stangen te pakken.
De gekonstrueerde grijper is in fig. 7.1 te zien. Voor informatie over
eisenpakket en ontwerpproces wordt naar bijlage J. verwezen
7.2
Demonteren
De demonteerinrichting draait de bouten (moeren) 5 mm los en drukt de kap
van de paspennen (geslepen deel van pasbout) af. Voor het losdraaien van de
bouten is maximaal 250 Nm nodig.
Bij het losdrukken van de kap treedt bij de ronde paspen bijna altijd
schranken op. Door dit schranken kan de nodige demontagekracht tot 6000 N
oplopen. De stang wordt dan ontoelaatbaar beschadigd.
Uit een proef is gebleken dat de kap zonder beschadigingen te lossen is door
met ± 500 N in de boring te drukken en tegelijkertijd stevig op het
balanceergewicht te hameren.
- 20 -
Fi guur 7.1
De grijp er
De bewe gende de l en zi j n met rood aang egeven.
DOOR SN ED E A A
DOORSNEDE A-A
----- ------------------------~
1
c
DOORS NEDE B . B
D0 0 RS NE D E C C
A
!
A
MET P RODUKT
- 21 -
Schematisch ziet een demonteerinrichting die tegelijkertijd drukt en hamert
er zo uit:
ct=?
cilinder
p
sleutel
homerkop
sleutel
Figuur 7.2
7.3
Schema van de demonteerinrichting
Uitdruipen
Uit een proef is gebleken dat de drijfstangen in 30 s voldoende droog kunnen
zijn. De stangen moeten dan onder een hoek van 60° met het grote oog naar
beneden op een zacht en poreus materiaal liggen. Een steun houdt de stang op
een vaste plaats.
zacht en poreus
materiaal
. Figuur 7.3
Schema van de uitdruipinrichting
De stang moet schuin liggen omdat anders olie blijft staan in de boringen of
de schacht. Het zachte, poreuze materiaal zorgt er voor dat de olie niet bij
de randen blijft staan.
Figuur 7.4 Doel van het poreuze materiaal
- 22 -
8.
SLOT
Uit het onderzoek blijkt dat het mogelijk is om het hanteringswer~ rond het
elektrochemisch afbramen van drijfstangen te automatiseren.
Een robot met vijf of zes graden van vrijheid blijkt in dit geval de meest
geschikte manipulator te zijn. Dit resultaat is verrassend, omdat de
hanteringstaak betrekkelijk eenvoudig is en beter op de taak afgestemde piek
and place systemen in eerste instantie de voorkeur leken te hebben.
Ondanks de mogelijkheid om het ECM-proces beter te laten funktioneren en het
hanteringswerk te automatiseren, heeft DAF besloten te stoppen met
elektrochemisch afbramen.
In de toekomst zullen drijfstangen deels niet en deels handmatig afgebraamd
worden.
Het gevolg van dit besluit is dat de resultaten van mijn onderzoek geen
direkt praktisch nut meer hebben.
Een meer fundamenteel onderzoek naar afbramen lijkt zinvol.
Richard Qostveen, mei 1987.
Figuur 9.
De verschillende koncepten
KONCEPT 2
KONCEPT 1
DEI.tAGNEllSEERAPPARAAT
oL Jo
POSillONEERPLAA TS
ECM-MACHINE
UITDRUIPREK
WATERBAK
BUFFER
~
BUFFER
OUEBAK
r--
DEMAGNETISEERAPPARAAT
,,
UITDRUIPREK
f----
D[u
A"
x
I
~
POSITIONEERPLAATS
~
1-----
c :==;
:==;
-
I
DEMONTEERINRICHTING
MANIPULATOR
DEMONTEERINRICHllNG
ECM-MACHINE
KONCEPT 3
TOEVOERBUFFER
KONCEPT 4
METERBAK
oL LJo
ECM-MACHINE
.
ROBOT
0
AFVOERBUFFEH
0
TOEVOERSLEDE
c=
0
0
~
I[Igl
~j=>
CUEBAK
DEMONTEERINRICHTING
~==;
r--
f-----
I
I
I
I
WATERBAK
-
MANIPULATOR
OUEBAK
I
I
DEMAGNETISEER
APPARAAT
WATERBAK
I
I
r-----
UITDRUIPREK
DEMAGNETISEERAPPARAAT
UITDRUIPREK
DDAONTEERINRICHTING
Bijlagen bij WPA rapport nr. 0421
Ontwerp van een automatisch
hanteringssysteem voor drijfstangen.
Richard Oostveen, mei 1987
BIJLAGEN
A.
Het plan voor de eindstudieopdracht
B.
De drijfstangen
c. Plaats van de bramen die elektrochemisch verwijderd worden
D.
Restbramen bij het ECM-afbramen, oorzaak en oplossingen
E.
Ergonomisch profiel van het te automatiseren werk
F.
Informatie over de verschillende koncepten
G.
Kans op en ernst van storingen
H.
Nodige investeringen
I.
Drijfstang in de ECM-machine leggen
J.
Konstruktie van de grijper
- A. 1 -
BIJLAGE A.
HET PLAN VOOR DE EINDSTUDIEOPDRACHT
( Opdracht)
l
'
<'
~/~.I./..
! ,; --
Oriëntatie Oriëntatie
Informatie verzamelen
Definitieve opdracht vasstellen
Plan opstellen
Resultaab
- Informatie over bestaande situatie bij afbramen:
- Normtijden.
- IPA Analyses.
- Werkplekprofiel.
- Voor het projekt belangrijke informatie over PAF.
- Overzicht van nog te verzamelen informatie:
- Informatie over restbramen~
- Of bewerkingen mogen vervallen of veranderen.
- Informatie over hanteringssystemen.
- Informatie over toekomstige stangen.
- Plan.
- Opdracht.
Herdefinitie
Toets
Oriëntatie Pla,n
Maken plan voor:
- Oplossen/verplaatsen knelpunt restbramen.
- Financieel plaatje van automatisering.
- Verzamelen informatie over hanteringssystemen
(literatuur en beurzen).
- Analyseren of bewerkingen kunnen vervallen of
eenvoudiger kunnen.
Verzamelen informatie over nieuwe stangen.
«
•
- A.2 -
Resultaat:
- Plannen.
- Afspraken.
Herdefinitie
Oriëntatie Uitvoering
Uitvoeren plannen en afspraken.
Resultaat:
-
Oplossing of verplaatsen probleem restbramen.
Schatting rentabiliteit automatisering.
Informatie over systemen en komponenten.
Uitspraak over mogelijkheid van schrappen of
vereenvoudigen van bewerkingen.
- Informatie over nieuwe stangen.
Herdefinitie
Plan Oriëntatie
Verschillende hanteringssystemen bedenken/uitzoeken:
- Robot.
- Piek and Place.
- Transportbandjes.
Resultaat:
Een aantal alternatieven.
- A.3 -
Herdefinitie
Plan Plan
Zodanig uitwerken van de verschillende alternatieven
dat een verantwoorde keuze mogelijk is.
Resultaat:
Beschrijving van de alternatieven:
- Ergonomie.
Ekonomie.
Lay-out.
Flexibiliteit.
Wijze van invoeren.
De gebruikte techniek.
Herdefinitie
Plan Uitvoeren
Reuzeprocedure opstellen.
Keuze maken.
Resultaat:
Beargumenteerde keuze.
Herdefinitie
- A.4 Uitvoeren Oriëntatie
Onderzoeken wat er aan het gekozen alternatief
nog uitgewerkt moet worden.
Resultaat:
Lijst van nog uit te voeren werkzaamheden.
Herdefinitie
Uitvoeren Plan
Maken van een plan voor het uitwerken
Resultaat:
Plan.
Herdefinitie
Uitvoeren Uitvoeren
Uitwerken van het gekozen alternatief.
Resultaat:
Kompleet ontwerp van een flexibel hanterinqssysteem.
Herdefinitie
- B.1 BIJLAGE B.
DE DRIJFSTANGEN
L
Oko
Ogo
Szw-go
Sgo-ko
Figuur B.1
Tabel B.1
Een drijfstang
Belangrijke maten van de verschillende typen drijfstangen
type
Lengte - min.
- max.
Dikte bij grote oog
Breedte bij grote oog
Dikte bij kleine oog
Diameter kleine oog
Diameter grote oog
Steek grote oog/kleine oog
Steek van de bouten
Dikte van schacht
Breedte van schacht
Afstand zwaartepunt/
hart grote oog
Aanhaalkoppel bouten (NM)
Lang oliekanaal
Gewicht (gram)
L
L
DI go
Bgo
Diko
Dko
Dgo
Sgoko
Sb
Disch
Bsch
Szwgo
575
615
620
825
1160
1160
DKZ
295
319
43
96
36
33
64,6
223,5
78,74
24
30
68,4
299
302
324
39,8
108
36
42
67,6
225
84
26
320
343
47,8
42
42
78,6
232
95
30
362
385
53,65
129
42
52
86,6
266,7
105,5
33
42
88,1
220
nee
4255
100
nee
2190
32
38
70
69,8?
70,8
360
383
53.,65
128
44,5
48
82,8
266,7
101
33,5
42,3
73,1
100
nee
2300
110
nee
2570
120
nee
3375
180
ja
4420
43
96
36
38
64,6
223,5
78,74
114
- C.1 BIJLAGE C.
PLAATS VAN DE BRAMEN PIE ELEKTROCHEMISCH VERWIJDERD WQRPEN
----.... = WORDT AFGEBRAAMD
A-A
tE---·
Figuur C.1
A
Plaats van de te verwijderen bramen
- D.1 BIJLAGE D
RESTBRAMEN BIJ HET
ECM~AFBRAMEN,
OORZAAK EN OPLOSSINGEN
Inleiding
Bij het elektrochemisch afbramen van de drijfstanqen blijven aan het
deelvlak en het boutvlak (zie fiq. D.1) restbramen zitten.
Het vermoeden bestond dat een te qrote spleet tussen elektrode en braam de
oorzaak van dit probleem is. De qemeten spleetbreedte was (veel) qroter dan
de in de literatuur aanbevolen 1,5 à 2 mm. De aantastinq van de bramen is
evenredig met de stroomdichtheid. Een grote.spleetbreedte geeft een laqe
stroomdichtheid en kan dus de oorzaak zijn van restbramen.
Er zijn proeven qedaan die dit vermoeden bevestigen. Voor deze proeven zijn
een speciale elektrode en grondplaat qekonstrueerd. De elektrode volqt de
radius van het deelvlak (zie fig. D.3). Met de grondplaat kan de
spleetbreedte ingesteld worden.
Figuur D.1
Plaats van de restbramen
Afbramen van het boutvlak
Aan de rand van het boutvlak zitten grote platte bramen die door het normale
ECM-afbramen niet verwijderd worden. {Zie beeld 3 in fig. D.2).
PROEF 1: De afstand tussen elektrode en werkstuk is minimaal qemaakt, door
de isolerende huls van de elektrode tegen de drijfstang te plaatsen.
Resultaat: De bramen worden flink aanqetast, maar verdwijnen niet helemaal.
PROEF 2: De elektrode is tegen de drijfstang qeplaatst. Voor het afbramen
zijn de bouten losqedraaid. De braam steekt nu uit en bij de braam zal een
grote elektrische veldsterkte ontstaan.
Resultaat: De bramen zijn weg en het boutvlak is afgerond.
1
Figuur D.2
Situatie voor en tijdens de proef
- D.2 -
Afbramen van het deelvlak
De kleine krulbramen bij
A en B aan de rand van de gefreesde radius (zie
fig.D.3), worden door de normale cilindrische elektrode niet verwijderd.
Door de oplopende spleetbreedte is de inbranding aan de rand van het
deelvlak (A en B) zeer gering.
~:
Er is een proef uitgevoerd waarbij de spleetbreedte overal 1,15 à
1,40 mm was.
Resultaat:. Bij afbramen met de elektrode met de radius trad in het midden
van de stang een sterke inbranding op.
Vermoedelijk door een niet ideale elektroliettoevoer aan de onder- en
bovenkant van de elektrode (A en B), wordt de stang op deze plaatsen minder
sterk aangetast. Het afbramen is daar nog wel zo intensief dat de krulbraam
verdwijnt.
VOOR DE· PROEF
7.8
3.1
nJDEHS DE PROEF
R48
DRI.FSTANG
Figuur 0.3
EI..EKlRODE
DRIJFSTANG
Spleet tussen elektrode en deelvlak voor en tijdens de proef.
Konklusies
Door de afstand tussen elektrode en te bewerken vlak klein te houden, kan
het afbramen zodanig verbeterd worden dat handmatig nabewerken niet meer
nodig is.
De afstand tussen elektrode en stang moet in ieder geval kleiner dan 1,5 à 2
mm zijn (zie ook literatuur 1 en 2) .. De elektrode bij het deelvlak zal dus
de buitenradius van de drijfstang moeten volgen.
Bovendien moet er voor gezorgd worden dat over de hele lengte van het af te
bramen stuk voldoende elektroliet tegen de stang gespoten wordt.
- 0.3 -
Als de bramen aan het boutvlak niet tegen de flens van de bout aanliggen,
maar echt uitsteken, verloopt het afbramen beter. (Grotere veldsterkte dus
grotere stroomdichtheid).
Te ondernemen akties
Na de proeven is tot de volgende maatregelen besloten:
1 De problemen bij het boutvlak worden opgelost door een wijziging van het
produkt:
- De radiusfrees wordt bij het boutvlak zo ver uit het materiaal gehaald
dat de flens van de bout niet meer geraakt wordt. (De braam steekt dan
uit).
- De cilindrische elektrode wordt vervolgens zo kort mogelijk tegen het
boutvlak geplaatst.
Afdeling Ontwikkeling en Beproeving (O & B) zal de tekening van de stang
aanpassen. Daarna zal het freesprogramma van machine 7777 aangepast
worden.
FAVO-Motoren zet 0 & B tot aktie aan en laat het programma wijzigen.
2 De problemen bij het deelvlak zullen voorlopig niet opgelost, maar
verplaatst worden.
Ter plaatse van A en B zal het deelvlak voor hetECM-afbramenmet een
schuurband afgebraamd worden.
Voor een werkelijke oplossing zal de elektrode bij het deelvlak de radius
van de buitenkontour moeten volgen. Enige mogelijkheden om dit te
realiseren zijn:
- Elektrode met radius gebruiken en deze telkens tegen de drijfstang duwen.
VERENDE PLAAT
Figuur D.4
Mogelijkheid om deelvlak goed af te bramen
- Stang gedemonteerd in ECM-apparaat leggen. Een elektrode wordt tussen
stang en kap geplaatst.
- De ene helft van de elektrode met radius gewoon op de onderplaat
monteren en de andere helft op de bovenplaat.
Voorlopig zal deze oplossing niet gerealiseerd worden en zal het deelvlak
nog handmatig afgebraamd worden.
- 0.4 -
Schatting van de kosten veroorzaakt door het slecht funktioneren van ECM
Tijd nodig per 1160 DKZ stang (s}:
- Met schraapstaal boutvlak afbramen
- Met vijl deelvlak afbramen
- Schoonblazen van deelvlak
6
11,8
4t 1
Dus totaal 24 s per stang.
Het direkt deel van het man-uurtarief is 41 gulden per uur, dus per stang
kost het handmatig afbramen: 24 * 41 1 3600 = 0,27 gulden.
52.000 1160 OKZ stangen in 1987, dus alleen voor dit type:
52.000 * 0,27 = 14.200 gulden per jaar.
Als bij andere typen de tijden gelijk. zijn, bedragen de ~otale kosten van
handmatig nabewerken: 133.500 * 0,27 = 36.500 gulden per jaar.
Literatuur
1.
Elek.trochemical deburring machines and methods
G.G. Gevorkyan, YU.I. Landdau,
NPO •Armstanok" - USSR
2.
Optimization of elektrochemical burr removal
Andrzej Stankiewicz
Cracow
3.
Elek.trochemical deburring and hole drilling
G. Geworkian, J. Landau, A. Bajramian E.A.
USSR
4.
Elektrochemisehes entgraten in der serienfertigung
Dipl. Ing. Harro Sauer
TZ fur Praktische Metallbearb.
71 Jahrgang 1977 Heft 1 1 - JO
5.
Fysische en chemische bewerkingsmetboden
C. Heuvelman
Kollegediktaat TH Eindhoven
- E.1 -
BIJLAGE E.
ERGONQMISCH PROFIEL VAN HET TE AUTOMATISEREN WERK
Bij DAF-Trucks is door de heer Vreke van de afdeling Veiligheid, Milieu en
Ergonomie (VME} een ergonomisch meetinstrument voor werkplekken ontwikkeld.
Met dit meetinstrument is een profiel van de ergonomische aspekten van het
werk bij de ECM-machine gemaakt.
Voor belangstellenden naar de achtergronden van dit profiel wordt verwezen
naar:
- De vragenlijst waarmee de werkplek beschreven is.
- De skoretabellen die de antwoorden op de vragen omzetten in een skore.
- F .1 -
BIJLAGE F.
1.
1.1
INFORMATIE OVER DE VERSCHILLENDE KONCEPTEN
. Koncept 1
PRINCIPE VAN HET SYSTEEM
oL Uo
r--
BUFFER
,,
WA1l:RBAK
DEMACNEliSEERAP'PARMT
i--
UITDRUIPREK
1----
-f
~
0[ lJ
r--
1-----
=::::.
POSITIONEERPLMlS
DEUONTEERINRIQI11HC
1--
..___ MANIPULATOR
Figuur F.1.1
Koncept 1
Werking van het systeem:
-Oe stang ligt in positie (1) in de buffer.
- Een luchtcilinder schuift de stang door het demagnetiseerapparaat naar de
positioneerinrichting.
- De stang wordt met omhoogbewegende pennen gepostioneerd.
De stang wordt door de manipulator opgepakt en langs de verschillende
bewerkingsplaatsen gevoerd.
- Ondertussen zakken de positioneerpennen weer naar beneden.
- Een bewerkte stang wordt op de positioneerplaats teruggelegd.
- Deze stang wordt door het demagnetiseerapparaat weer in de buffer
teruggeschoven.
- De bufferband draait één positie verder en er ligt een nieuwe stang klaar
voor bewerking.
76 , 2
Toe- en afvoer
BEWERKINGEN
74,2
ECM
In gangsgegevens:
68,5
- Gemiddelde snelheid 500 mm/s.
Tijd voor grijpen of leggen 3 s.
- Tijd voor draaien grijperas 1,8 s.
- Afstanden als in par. f.1.1.
- Stang ligt minstens 30 s in ECM-machine.
- Na afbramen ligt stang binnen 30 s in water
•.. Stang ligt minimaal 30 s in water .
- Stang ligt minimaal 30 s in olie.
Spoelen
79
Demonteren
75,7
Preserveren
77,4
Uitdruipen
BEWEGING MANIPULATOR
Toe- en afvoer
r-
r-
\
ECM
--
Spoelen
-
Demonteren
~-
Preserveren
Uitdruipen
.
0
t,8
s
..._
-
~-
L
la,7 25,$
33,2 41,2
t4,a
23,7 lO,s 3e,2 n
41 S5,7
U,2
50,7
5!,2 u
71
71,4
H
U,t
13,4
"·'
104,2
n,t ",2 !06,7
111,7
- F.4 Aanbiedingen
1.4
Er zijn drie aanbiedingen voor dit alternatief gedaan.
Tabel F.1.1
Overzicht van de aanbiedingen
1
2
3
Buffer
-
-
+
Toe- en afvoersysteem
+
+
+
Grijper
+
+
+
Manipulator
+
+
+
Demontageinrichting
-
-
+
Bassins
-
-
+
Veiligheidsvoorzieningen
-
-
-
Installeren
-
-
Opleiding
-
-
-
Engineering
-
-
+
183
202
485
Prijs
1
2
3
( 1000
gulden)
South Lancs Belgium (Leuven België)
Bilsing Robot Systeme (Attendorn Duitsland)
Machinefabriek Hendriks (Veenendaal)
Opmerking: Alleen Machinefabriek Hendriks wekte de indruk de ernst van het
positioneerprobleem (zie bijlage I.) goed te beseffen. Dit kan de hoge prijs
verklaren.
- F.S 2.
Koncept 2
2.1
PRINCIPE VAN HET SYSTEEM
POSmONEERPLMTS
Figuur F.2.1
Koncept 2
Werking van het systeem:
- De stang ligt in positie (1) in de buffer.
- Een luchtcilinder schuift de stang door het demagnetiseerapparaat naar de
positioneerinrichting.
- De stang wordt met omhoogbewegende pennen gepostioneerd.
- De stang wordt door de uitschuifbare arm van de manipulator opgepakt en
via de ECM-machine en waterbak naar de demontageplaats gevoerd.
- De manipulator draait terug en de stang wordt door de niet uitschuifbare
arm opgepakt.
- Via oliebak en uitdruiprek wordt de stang weer naar de positioneerplaats
gebracht. De positioneerpennen zijn dan al weer naar beneden gezakt.
- Een bewerkte stang wordt op de positioneerplaats teruggelegd.
- Deze stang wordt door de demagnetiseertunnel weer in de buffer
teruggeschoven.
- De bufferband draait één positie verder en er ligt een nieuwe stang klaar
voor bewerking.
- F.6 2.2
SPECIFIKATIES VAN DE MANIPULATOR
Komplete draaitafel
- De draaitafel heeft twee armen. (Dit is het laagste aantal armen waarmee
aan de geeiste cyklustijd te voldoen is.)
- De manipulator heeft vier graden van vrijheid; een vertikale slag, een
draaibeweging, uitschuiven van één arm en het kantelen van de stangen om
hun lengteas.
- Herhalingsnauwkeurigheid ± 0,5 mm en± 0,1° volstaat.
- PLC-besturing.
- De manipulator (zeker de uitschuifbare arm) moet tegen de zoutnevel bij de
ECM-machine bestand zijn.
- Lengte van de armen cirka 800 mm.
DRAAl AS
~--------~~~~~--,-y\
VASTE ARM
UITSCHUIFBARE ARM
VERTIKALE AS
Figuur F.2.2
Schema van de draaitafel
Vertikale beweging
-
Minstens drie instelbare posities.
Slag cirka 150 mm.
Per jaar 12 * 155 000 = 1 860 000 bewegingen.
De rest van de manipulator wordt op de vertikaal bewegende as geplaatst.
volledige slag duurt maximaal 2 s.
Draaibeweging
- Minstens vier instelbare posities.
-Slag tussen de verschillende posities 60°; totale slag dus 180°.
- gemiddelde snelheid minimaal 30°/s.
- Per jaar 6 * 155 000 = 930 000 bewegingen.
- De twee armen worden op de draaimodule gemonteerd.
- F.7-
Uitschuiven van de arm
-
Alleen een beweging tussen twee aanslagen.
Slag 350 mm.
Per jaar 2 * 155 000 = 310 000 bewegingen.
Tijd voor een beweging is 2 s.
Draaias
- Alleen een beweging tussen twee aanslagen.
-Verdraaiing 90°.
- Alleen aan de horizontale stand van de stang worden nauwkeurigheidseisen
gesteld.
- Per jaar 4 * 155 000 = 620 000 bewegingen.
49,6
BEWERKINGEN
Toe- en afvoer
50
ECM
-
53,7
Spoelen
49,6
Demonteren
50
Preserveren
53,7
__.
Uitdruipen
Toe- en afvoer
ECM
.....
-~
..
.-- ï
BEWEGING MANIPULATOR
J
\
Spoelen
I
~
Demonteren
'
I
V
Ingangsgegevens:
-
Demonteren
...
ï
~
Preserveren
~
Uitdruipen
0
8,3
s
U,l
11,1
lO
23,1
43,7
11,1
52
47
58,3
U
55,3 61,7
I
I
~
Toe- en afvoer
~
J
1
73,3
10
17,7
•o
91,7
98,3 104,7
lU
101,1
10s
116,1
123
1u,1
Hoeksnelheid gemiddeld 30°s.
- Tijd voor vertikale slag 2 s.
- Tijd voor arm uitschuiven 2s.
- Tijd voor grijpen of leggen 3 s.
- Tijd voor draaien grijperas 1,8 s.
- Afstanden als in par. f.2.1.
- Stang ligt minstens 30 s in ECM-machine.
Na afbramen ligt stang binnen 30 s in water.
- Stang ligt minimaal 30 s in water.
- Stang ligt minimaal 30 s in olie.
- F.9 2.4
AANBIEDING~N
Sykoma (Sliedrecht) heeft voor f 300 000 de volgende komponenten voor dit
systeem aangeboden:
- S.O.P.A.P. Takttafel ~ 1600 mm elektromechanisch aangedreven met staphoek
60°.
- NEFF Spindelcilinder voor aan- en afvoer en doorvoer door de
demagnetiseertunnel. Slag ca. 1500 mm. Positioneernauwkeurigheid 0,1 mm.
- S.O.P.A.P. Manipulator met zwenk en hefbeweging voor het dompelen in water
en in oliebad.
- S.O.P.A.P. Manipulator met zwenk en hefbeweging voor het uitdruipen en
plaatsen op de demontageinrichting.
- NEFF Spindelcilinder voor nauwkeurig plaatsen in de ECM-machine.
Sykoma kogelbustafel met opspaninrichting inklusief de hydraulische,
torsiegekantroteerde nutrunners.
- F .10 -
3.
Koncept 3
3.1
PRINCIPE VAN HET SYSTEEM
ECM-MAOINE
oL Uo
AFVOERBUFFER
TOEVOERSLEDE
c:=
0
~=
0 I~
I
;:=..
DEUONlEERINRiaiTINC
I
I
I
I
WATERBAK
CUEBAK
r----.I
-----
I
I
I
Ullt)RIJIPREI(
DEUACNE11SEER
....__
Figuur F.3.1
Koncept 3
Werking van het systeem:
-
De stang ligt gepositioneerd op de toevoerslede.
De slede schuift in het werkgebied van de manipulator.
De manipulator legt de stang in de ECM-machine.
De slede schuift terug.
De manipulator pakt de stang uit de ECM-machine en legt hem op qe
demontageplaats.
- Na demontage wordt de stang opgepakt en op een transportketting in het
water gelegd.
De kettingtransporteur voert de stang door water, olie, over uitdruiprek
en door de demagnetiseertunnel naar een afvoerbuffer.
Opmerking: Dit systeem heeft een zo lage cyklustijd dat geen toevoerbuffer
nodig is.
4
- F.11 3.2
SPECIFIKATIES
Specifikaties van de manipulator
Komplete manipulator:
- De manipulator heeft drie graden van vrijheid; twee rechtgeleidingen en de
mogelijkheid om de stang om zijn lengteas te draaien.
- Gemiddelde snelheid van de vertikale en horizontale as minstens 0,5 m/s.
- Herhalingsnauwkeurigheid ± 0,5 mm en± 0,1° volstaat.
- PLC-besturing.
- De manipulator moet tegen de zoutnevel bij de ECM-machine bestand zijn.
- Schema van de manipulator:
HORIZONTALE AS
VERTIKALE AS
Figuur F.3.2
11
Schema van de manipulator
Horizontale as:
- Slag cirka 1000 mm.
- Drie instelbare posities.
- Per jaar 4 * 155 000 = 620 000 bewegingen.
Vertikale as:
-
Slag 150 mm.
Drie instelbare posities.
Per jaar 10 * 155 000 = 1 550 000 bewegingen.
De vertikale as wordt op de horizontale as gemonteerd.
- F. 12 -
Specifikaties van de kettingtransporteur
- De drijfstang moet:
Binnen 30 s na bet afbramen in bet water liggen.
- Minstens 30 s in het water blijven.
- Minstens 30 s in de preserveerolie liggen.
- Minstens 30 s uitdruipen.
- Door de demagnetiseertunnel gevoerd worden.
- Totale lengte van het systeem maximaal 4 meter.
- Er mag geen overmatige vermenging van olie en water optreden. In verband
biermee mag de stang niet plat liggend van het ene naar het andere bassin
getransporteerd worden.
- De stang mag niet plat in de olie liggen.
- De stang mag niet op bet balanceergewicht bij bet grote oog staan.
- Schema van een mogelijke kettingtransporteur.
SPOELEN
Figuur F.3.3
DDIAGNE'IlSEREN
Schema van een mogelijke kettingtransporteur
-F.13-
3.3
BEWEGINGSDIAGRAM
Ingangsgegevens:
- Gemiddelde snelheid 500 mm/s.
- Tijd voor griJpen of leggen 3 s.
- Tijd voor draaien grijperas 1,8 s.
-Tijd voor bewege1 toevoerslede 1,8 s.
-Afstanden als in par. f.3.1.
- Stang ligt minstens 30 s in ECM-machine.
- Na afbramen ligt stang binnen 30 s in water.
- Stang ligt minimaal 30 s in water.
- Stang ligt minimaal 30 s in olie.
50
Boven demonteren
Toevoer
r --
ECM
~
--
Demonteren
0
17,5
n
U,S
7i
11
l
n
U
II,S t2
&a t~,5
- F.14 3.4
AANBIEDINGEN
Er zijn geen aanbiedingen van dit alternatief gedaan.
- F .15 4.
Koncept 4
4.1
PRINCIPE VAN HET SYSTEEM
ROBOT
0
0
OUEBAK
WA1ER8Ak
UITDRUIPREK
Figuur F.4.1
Koncept 4
Werking van het systeem
- De stang ligt gepositioneerd in de buffer.
- De robot voert de stang langs de verschillende bewerkingsplaatsen.
- Tenslotte legt de robot de stang in de meterbak.
- F .16 -
4.2
SPECIFIKATIES VAN DE ROBOT
- De robot heeft minstens vijf graden van vrijheid, waaronder een beweging
die de stang om zijn lengteas kan draaien.
-Het werkgebied is ringvormig met buitendiameter 1,4 men binnendiameter
0,4 m. Hoogte van het werkgebied is o,5 m.
- Herhalingsnauwkeurigheid ± 0,5 mm en± 0,1° volstaat.
- De robot moet tegen de zoutnevel bij de ECM-machine bestand Zl.Jn.
- Per jaar 12 * 155 000 = 1 860 000 bewegingen, waarvan de helft met een
produkt in de grijper.
75,7
BEWERKINGEN
ECM
-
80,9
Spoelen
84,3
Demonteren
83,5
Preserveren
86,7
Uitdruipen
Toevoer
BEWEGING MANIPULATOR
,...
~
ECM
---
Spoelen
r--1""1
......
,....
Demonteren
--
Preserveren
......
r-
Uitdruipen
Demagnetiseren
~2
15,1
r-
'L-
Meter bak.
10,3
-
~
27
16,7
41,7
U,,
~~V
r-
-
I"""
'
-
r--r-
0
J
....__
r - I"""
54,1
62,1
51,7 57,3
U
71
11,1
11,1 U,3
102,1 110,3
13,1
U,1
90,1
t1,l
107,1
Ingangsge gevens:
-
uo
127
Gemidde lde snelheid 500 mm/s.
Tijd VO or grijpen of leggen 3 s.
Afstand en als in par. F.4.1.
Stang 1igt minstens 30 s in ECM-machine.
Na afbr amen ligt stang binnen 30 5 in water.
Stang 1igt minimaal 30 5 in water.
Stang 1igt minimaal 30 5 in olie.
- F.18-
4.4
AANBIEDING
De firma Reis GmbH & Co Maschinenfabrik Obernburg (BRD) heeft aangeboden:
- Reis robot H15, 6 assen, draagvermogen 15 kg
inklusief besturing
- Programmeerapparatuur
- Dubbele grijper met wisseldelen en produktdetektie
- Engineering
- Buffer
- Opleiding, 4 à 5 dagen, 1-2 personen
151,5
10
29,7
10,1
25,7
2,5
prijzen in 1000 gulden.
De firma Trasco (Yaskawa) is gevraagd een aanbieding te doen. Omdat Z~l van
mening zijn dat hun vijf- en zesassige robots te duur zijn voor deze
toepassing, hebben zij van een offerte afgezien.
- G.1 -
BIJLAGE G.
KANS OP EN ERNST VAN STORINGEN
De totale kans op een storing is de som van de storingskansen van de
verschillende komponenten. Voor de totale stilstand door storing (per jaar)
geldt:
n
T = [ Pi * Ti
1
Met:
T =Stilstand (uur/jaar).
n = Aantal komponenten dat storing kan veroorzaken.
Pi = Aantal keer dat één bepaalde storing per jaar op zal treden.
Ti = De duur van de storing. (uur)
Pi en Ti zijn niet bekend. Wel is het mogelijk de verschillende komponenten
van de verschillende alternatieven te ordenen naar oplopende Ti * Pi.
Tabel G.1
rangorde van oplopende Ti* Pi
2
1
Toe en afvoer
Manipulator
Celbesturing *
Grijper
Demonteren
Uitdruipen
3 Toe en afvoe.r
Manipulator
Celbesturing *
Grijpers
15 Demonteren
1 Uitdruipen
8
6
12
4
3
Toevoer
2 Toevoer
2
Manipulator
7 Manipulator
4
Celbesturing * 6 Celbesturing * 6
Grijper
12 Grijper
10
15 Demonteren
15 Demonteren
15
3
9
6
14
1
Wegglijden
13
Aanhaken
11
Kettingtransp. 5
Totaal
45
48
71
37
* Inklusief sensoren.
Als twee alternatieven precies dezelfde komponent hebben (bijvoorbeeld toeen afvoer), dan is Pi* Ti van die komponent bij beide koncepten gelijk.
Een hoog totaalcijfer duidt op een lage bedrijfszekerheid.
- H.1 BIJLAGE H
NODIGE INVESTERINGEN
Overzicht van de bij de verschillende alternatieven nodige investeringen. De
bedragen zijn deels op offertes en deels op schattingen gebaseerd. De
letters boven de getallen verwijzen naar de bronnen (zie bladzijde H.2).
~
1
2
3
4
130
70
165 A
5
5
5
1
Manipulator en besturing
Celbesturing
95 B
5B
Kettingtransporteur
-
-
40
-
Grijper
508
75
50
33A
Buffer, toe en afvoer
en positioneren
508
50
60
29A
minimaal toevoersysteem
( 17)
(17)
( 17)
(5)
Veiligheidsmaatregelen
15
15
15
15
Aanpassen ECM-mallen
10
10
10
10
Demonteerinrichting
50
50
50
50
5
5
-
5
20
20
30
20
300
(267)
360
(327)
330
(287)
332
(308)
Bassins en uitdruipen
Installeren + opleiding
Totaal
Prijzen in 1000 gulden.
Prijzen tussen haakjes gelden voor een toevoersysteem zonder buffer.
- H.2 Bronnen:
A
Aanbieding van Reis GmbH & Co Maschinenfabrik Obernburg (BRD) van een
robot, toevoerbuffer en grijper voor respektievelijk f 165 000, f 29 000
en f 33 000 (inklusief engineering).
B
Aanbieding van South Lancs Belgium te Leuven van manipulator, grijpers,
toe- en afvoersysteem (zonder buffer} en besturing voor f 183 000.
c
Aanbieding van Bilsing Robot Systeme van een manipulator met besturing,
grijper en toe- en afvoersysteem voor respektievelijk f 162 000,
f 23 000 en f 17 000.
D
Machinefabriek Hendriks te Veenendaal biedt een komplete installatie
(koncept 1) aan voor f 485 000.
E
Sykoma te Sliedrecht biedt voor f 300 000 de komponenten voor koncept 2
aan.
De totale kostprijs voor koncept 1:
South Lancs Belgium
Bilsing Robot systeme
Machinefabriek Hendriks
f 300 000
f
f
357 000
485 000
Voor een verklaring van de verschillen zie bijlage F, § 1.4.
- !.1 -
BIJLAGE I
DE DRIJFSTANG IN DE t;CM-MACHINE PLAATSEN
Probleem
De drijfstang moet in de ECM-machine in een mal gelegd worden.
00
0
00
Figuur I.1
Figuur I.2
De mal
Een drijfstang
De boring van het grote oog is maar 0,3 mm groter dan de pin die in dit
grote oog komt. Bij het kleine oóg is het diameterverschil veel groter.
De drijfstang kan nog net om de elektrode gelegd worden als de
plaatsafwijking kleiner dan ± 0,075 mm is en de scheefstand ten opzichte van
het horizontale vlak minder dan± 0,1° is.
De plaatsnauwkeurigheid van de stang ten opzichte van de elektrode wordt
bepaald door de volgende zaken:
- Nauwkeurigheid waarmee de stang in de grijper gepositioneerd is ten
opzichte van de robot. (Grijper en produkt zijn bron van afwijkingen)
- Nauwkeurigheid van de manipulator.
- Stabiliteit van het kunststof frame van de ECM-machine.
- Nauwkeurigheid van plaats en stand van de elektrode ten opzichte van de
ECM-machine. (De mal met daarop de elektrode is een typespecifiek
wisseldeel.)
- I.2 -
Als elk van de hiervoor genoemde elementen een even groot deel van het
tolerantiegebied opsoupeert, dan moet de nauwkeurigheid van elk element
beter zijn dan± 0,02 mm en± 0,024°.
Door deze nauwkeurigheidseisen is het niet of slechts tegen zeer hoge kosten
mogelijk de drijfstang direkt met de robot in de ECM-mal te leggen.
Twee manieren om de drijfstang in de ECM-mal te leggen:
- Met een verende koppeling (kompliantie) tussen stang en robot:
MANIPULATOR
1
AANSLAG
ECU-MAL
Figuur 1.3 Grijper met kompliantie
Verense~~n de aanslagen zorgen voor een goede horizontale stand.
Verense~n de konussen zorgen voor de goede plaats in het horizontale
vlak.
-Met behulp van een soort •tafel" die langs een nauwkeurige rechtgeleiding
naar beneden kan zakken:
MANIPULATOR __..,..
Figuur 1.4
Inleggen met "tafel"
De drijfstang wordt onnauwkeurig op de •tafel" gelegd. De tafel zakt naar
beneden en de drijfstang wordt door de konussen naar de juiste plaats
geduwd. Schranken kan niet optreden als de scheefstand van de tafel minder
dan 0,4° is. (arcsin[speling 1 lengte van de boring]).
- I.3 -
Het gebruik van een kompliantie leidt tot een zeer gekompliceerde grl)per
die erg kwetsbaar is voor botsingen en een ongustig dynamisch gedrag heeft.
De •tafel" is een eenvoudige oplossing. Om korrosieproblemen te voorkomen
moeten de geleidingen buiten de ECM-machine geplaatst worden.
Er is besloten de drijfstang met behulp van een •tafel• in de ECM-mal te
plaatsen.
Van dit inlegapparaat is een schets gemaakt:
I
l
CJ
~
t
I
I
'
;
MAL
ECM
c-c
ç;
MACHINE
J+
.
l'1
e
"
Çj
Figuur I.5
Het inlegapparaat
- J.1 -
BIJLAGE J
KONSTRUKTIE VAN DE GRIJPER
Op de volgende bladzijden is het deelverslag over het konstrueren van de
grijper afgedrukt.
KONSTRUKTIE VAN EEN GRIJPER VOOR DRIJFSTANGEN
In dit vijfde deelverslag van het afstudeerwerk van Bichard Oostveen wordt
de konstruktie van een grijper besproken.
Het konstrueren van deze grijper is onderdeel van de fase UU in het
oorspronkelijke plan van het afstuderen.
INHOUD
I
Aanpak
II
Pakket van eisen en wensen
III
Konstruktie van de grijper
1.
Bepalen grijpprincipe
1.1.
1 . 2.
Alternatieven
Eerste selektie
2.
Keuze van de grijpvlakken
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
Alternatieven
Eerste selektie
Uitwerken van de alternatieven zodat een keuze gemaakt kan worden
Keuze van de grijpvlakken
3.
Bepalen van energiebron, spanmechanisme en veiligheidsvoorziening
4.
Materiaalkeus
5.
Luchtcilinder, geleidingen, frame en slede
5 .1.
5.2.
5.3.
Luchtcilinder
Geleidingen
Frame
I.
AANPAK
Allereerst is een pakket van eisen en wensen opgesteld.
Daarna is in een aantal stappen een grijper ontworpen die zo goed mogelijk
aan eisen en wensen voldoet.
In de eerste ontwerpstappen is het principe bepaald, vervolgens de
belangrijke details, daarna de overige details enzovoorts.
De werkwijze binnen iedere ontwerpstap is als volgt:
1. Alternatieven genereren
2. Eerste selektie op grond van gestelde eisen
3. Zodanig uitwerken van de overgebleven alternatieven dat een keuze
gemaakt kan worden.
4. Keuze van het koncept.
Soms is een van de alternatieven zo duidelijk beter dan de andere dat een
ontwerpstap met de eerste selektie (2.) afgesloten kan worden. Vaak echter
is uitwerken {3.) nodig, voordat een keuze (4.) tussen de alternatieven
gemaakt kan worden.
Bij het uitwerken wordt vaak aandacht besteed aan zaken die eigenlijk pas in
een volgende ontwerpstap aan de orde horen te komen.
Op de volgende bladzijde is te zien hoe het ontwerpproces in dit geval
verlopen is ..
2.2.
1
2.2.1.
Wens
Eis
Eerste selektie
2
3
4
5
6
7
10
1
2
Skorc
3
5
7
8
9
11 12 13 14
Alternatief
Toetsen aan de eisen en wensen
+ + + +
± + + + + ±
+ + + + + +
+ +
7
3
In nevenstaande matrix wordt weergegeven in hoeverre de verschillende
alternatieven aan eisen en wensen voldoen.
1.1A
+ + + + + + + +
+ + + + + + + +
Verklaring van de beoordelingen:
1. 2
1.2A
+ + + + + + + +
+ + + + + + + +
+ + + + + ±.
+ + + +
+ + + + + +
+ +
6
3
1. 3
1.3A
+ +
+ +
+ +
+ +
I
I
$s~
2. 1
2. 1A
+ +
+ +
+
+
I
I
G~
2.2
2.2A
+ + + + + + + +
+ + + + + + + +
2.3
2.3A
+ + + + + + + +
+ +
2.4
2. 4A
+ + + + + + + +
+
41·
2.5
2.5A
+ + + + + + + +
+ + + + + + + +
~-
2.6
2.6A
+ + + + + + + +
+ + + + + + + +
3. 1
3. 1A
+ + + + + + + +
+ + + + + + + +
+
+
+ + + + + + + + + + + + -
+ +
+ +
4
4
3.2
3.2A
+
+
+ + -
+
+
-
+
+
-
+ -
2
2
3.3
3.3A
+ +
+ +
+
-
t
-
-
+ -
+ t + + + + + + -
+ + -
2
1. 1
Eisen:
+
Wensen: +
+
Voldoet
Voldoet niet; valt af
1 punt
Voldoet;
Voldoet matig; 0 punt
Voldoet niet; -1 punt
Betekenis van de nummers bij eisen en wensen:
Eis
Eis
Eis
Eis
Eis
Eis
Eis
Eis
Wens
Wens
Wens
Wens
Wens
Wens
Wens
Wens
Wens
Wens
Wens
1
2
3
4
5
6
7
10
1
2
3
5
7
8
9
11
12
13
14
Bruikbaarheid voor alle typen in alle standen.
Onbemand van ene op andere type stang overgaan.
Nauwkeurigheid.
Bestand tegen water, olie en zoutoplossing.
Nodige ruimte.
Bevestiging aan robot.
Signaleren van storingen.
Niet magnetisch grijpen.
Geen hoge krachten en spanningen.
Niet omstellen.
Speciale positioneringen niet nodig.
Nodige ruimte.
Bij storing kan stang niet vallen.
Onderhoud niet nodig.
Geen gebruik van hydrauliek.
Massa grijper zo laag mogelijk.
Grijper is eenvoudig en goedkoop.
Grijper kan ECM-machine na loslaten stang meteen verlaten.
Voor wegleggen zijn geen speciale voorzieningen nodig.
·~
· ~·
.-~
•
+ + + + + + + + + + +
+
+ + + + + +
+' + + -
+
+
7
1
1
I
+ ± + + -
+
0
I
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ + +
+ + +
+
+ +
+ +
+
+
+
+ + + ± + + +
+ + + + -
+
+
+ + + - + +
+ + + t - .+
+
+
i·
+ ±
+
+
+
+
+
+
+
+
5
2
-1
0
2
2.2.2.
Keuze
Bij het invullen van de matrix Z~Jn een aantal aannames gedaan. Om geen
alternatieven ten onrechte te verwerpen worden niet alleen de beste, maar
alle goed skarende mogelijkheden verder uitgewerkt.
Uitgewerkt worden 1.1, 1.2 en 2.2.
2.3.
Bij
1.
2.
3.
4.
5.
Uitwerken van de alternatieven zodat een keuze gemaakt kan worden
het uitwerken zal aandacht besteed worden aan:
Eisen en wensen
Energiebron
Spanmechanisme
Veiligheidsvoorziening
Konstruktieve uitwerking
2.3.1.
2.3.1.1.
Uitwerken alternatief 1.1
Eisen en wensen
- Om de ECM-machine onmiddelijk na het loslaten van de stang te kunen
verlaten mag de grijper met daarin een drijfstang niet hoger zijn dan 149
mm. De grijper mag maximaal 149 - 53 = 96 mm boven de drijfstang
uitsteken. 53 mm is de dikte van de dikste drijfstang.
De lengte van de vingers in deogen mag maximaal 30 mm zijn.
- Als aan alle wensen voldaan moet worden, dan is de voor de grijper
beschikbare ruimte 96 * 96 * 320 mm. (Exklusief de vingers in de ogen.)
- In het kleine oog moet een vaste aanslag zitten.
- In het grote oog moet een bewegende aanslag zitten. Om zonder omstellen
alle typen stangen te kunnen pakken is een spanslag van 40 mm nodig.
Schets:
sZó
~--------------------------------~----r-
1/A SI
- Voor de nodige klemkracht geldt:
F
=v * m *
(a + 9.8)
iJ
met:
a
V
1.1
m
=Maximale versnelling
= 9 ms- 2
= Veiligheidsfaktor
= 1,5
= Wrijvingskoëfficiënt
= 0,1
= Massa.die met de klemkracht vastgehouden moet wor:den
De massa•van de drijfstang is ongelijk over de twee steunpunten verdeeld:
/
~/
/!11
-~-6-+----------b-r.-------••
.; 1tE 1/ill1
5'Té {/ /(/ I
M1
M2
= 1,425
= 2,995
l1 1.
kg
kg
Model van 1160 stang (zwaarste stang)
Voor de massa die steunpunt 2 draagt geldt:
201,3 * Msteun2
dus Msteun2
(
= 3,441
= M2 *
242,7- M1 * 24
kg
Voor de nodige klemkracht geldt derhalve: F
= 970
N.
\
2~3.1.2.
Energiebron
Mogelijkheden: - Perslucht
- Hydrauliek
- Elektriciteit
- Hydrauliek is ongewenst.
Elektriciteit geeft problemen met vocht en er is een extra overbrenging
nodig.
- Perslucht biedt vele mogelijkheden.
Er wordt voor perslucht gekozen.
2.3.1.3.
Spanmechanisme
In de beschikbare ruimte is een aantal mechanismen mogelijk:
Spanmechanisme 1: Een slede aangedreven door een luchtcilinder.
L3
-..1
ç-.1
_v________ --
-..1 .
FaA/11
De luchtcilinder moet voldoende sterk zijn voor de spankracht en de wrijving
in de rechtgeleiding. Er geldt:
Fn
Met:
Fspan
L1
L2
L3
~
Feil
= Fspan
Fw
= 2 * Fn *
+ Fw
~
= Fspan * L2 - Feil * L1
L3
= 970 N
= 48 mm
= 100 mm
= 180 mm
= 0,3
Geeft dit: Feil
= 1114
N
Een dubbelwerkende luchtcilinder met boring 0 50 mm van Festo (F
bij 6 bar} voldoet hiervoor.
= 1100 N
Spanmechanisme 2: Een door een luchtcilinder aangedreven befboom.
\/
Voor de luchtcilinder geldt:
=
Feil
Slag
Met:
Fspan
L1
L2
Ss pan
= 970 N
= 111 mm
= 36 mm
= 40
mm
L1
* Fspan
L2
= Sspan
L2
L1
(Spankracht)
(Spanslag)
Geeft dit: Feil = 2990 N en Slag
= 13 mm.
Hieraan is net te voldoen met een korteslagcilinder met zuiger ~ 80 mm. Deze
cilinder is echter zo groot dat inbouwproblemen ontstaan. In deze vorm is
een hefboom niet bruikbaar.
' . ,t,
)
.,.._ /
/
Spanmechanisme 3: Een hefboom, via een trekstang aangedreven.
<:-4:
-...,ji
I
i
f
~fiHII
= Fspan *
L1 +
Voor de luchtcilinder geldt:
Feil
L2
Slag
Fqew * Sspan
* cos(a) * 2
= Sspan *
L1
L2
* cos a
Met:
L1
L2
= 105
mm
= 63 mm
Ss pan = 40 mm
a
Fspan
Fgew
= 12°
= 970 N
= 65
N
Geeft dit: Feil
= 1674
N en Slag
= 24,5
mm.
Hieraan is net te voldoen met een korteslagcilinder met zuiger 9 63 mm en
een slag van 25 mm. De maximale trekkracht van deze dubbelwerkende cilinder
van Festo is 1640 N bij 6 bar luchtdruk.
Het inbouwen van deze cilinder geeft geen problemen.
Spanmechanisme 4: Een door een luchtcilinder aangedreven paralelmechanisme.
F '-'i..
)
Beoordeling van de verschillende spanmecban;i.smen
Alle mechanismen zijn net in staat de geeiste klemkracht te leveren. Toch
zijn er een aantal verschillen: ·
De slede leidt tot een tamelijk ingewikkelde konstruktie. De rechtgeleiding
kan een bron van storingen worden.
De met een trekstang aangedreven hefboom is eenvoudig, robuust kompakt en
licht.
Het paralelmechanisme leidt tot een lange grijper. De konstruktie is
ingewikkelder dan bij de hefboom. Vooral het omhoog bewegen van de slede ten
opzichte van de zuigerstang is een bron van moeilijkheden.
Keuze van het spanmechanisme
De hefboom is veruit het beste en alleen dit alternatief zal verder
uitgewerkt worden.
2.3.1.4.
Veiligheidsvoorziening
Het is gewenst dat de drijfstang niet kan vallen als de luchtdruk wegvalt.
mogelijkheden daarvoor zijn:
1. Veren voor de klemkracht laten zorgen. Luchtdruk alleen gebruiken om
grijperbek te openen.
2. Mechanisme zelfremmend of geborgd uitvoeren.
3. Met terugslagkleppen de luchtcilinder onder druk houden.
Mogeliikhejd 1:
Klemmen met veren
Bij het gekozen spanmechanisme is het maar net mogelijk de geeiste
klemkracht te leveren.
In verband met de beschikbare ruimte mag de diameter van de veren niet meer
dan 33 mm zijn. De gespannen lengte mag maximaal 180 mm zijn.
De stijfheid van een paar (2) veren dat de klemkracht kan leveren en niet te
groot is voor de grijper heeft een stijfheid van ongeveer .6 N/mm (zie
bijlage ... ). Over de spanslag van 40 mm vermindert de spankracht hierdoor
met 40 * 6 = 240 N. Deze vermindering is niet toelaatbaar.
Bij een grotere cilinder is het wel mogelijk om veren te gebruiken, maar er
is te weinig ruimte voor een grotere cilinder.
Het is dus niet mogelijk om veren de klemkracht te laten verzorgen.
Mogelijkheid 2:
Zelfremmend of qeborqd mechanisme
Er zijn een aantal mogelijkheden:
- Doorzetten van een kniehefboommechanisme nadat een veer op spanning is
gebracht:
- Gebruik van een borgpal:
Probleem is hoe de grijper weer netjes te lossen ondanks de veerspanning
die op de pal staat.
Al deze mogelijkheden leiden tot ingewikkelde mechanismen ~ie ongelukken bij
te lage luchtdruk alleen uitsluiten als (druk)sensoren worden gebruikt.
Ook bij een zelfremmend of geborgd mechanisme wegen de nadelen niet op tegen
het feit dat er geen drijfstangen kunnen vallen.
Mogelijkheid 3:
Luchtcilinder onder druk houden
Door het gebruik van terugslagventielen is het mogelijk om ondanks een
gebroken slang toch de stand van de cilinder en de klemkracht te behouden.
De lucht kan nu niet meer terugstromen door de toevoerleiding. Voor
ontluchten van de cilinder is een stuurventiel tussen terugslagventiel en
cilinder (op de grijper dus) nodig.
Mogelijke schakelingen:
OF
OF
()I<
UI<
U/7
IN
Een stuurventiel op de grijper is ongewenst.
Naast problemen met ruimte en gewicht (ontwerpprobleem) zullen ook
korrosieproblemen ontstaan {gebruiksprobleem).
Ook aan deze mogelijkheid kleven bezwaren die ernstiger zijn dan het
eventueel vallen van drijfstangen.
Besluit§ 2.3.1.4
Bij gebrek aan akseptabele alternatieven wordt besloten het vallen van
drijfstangen te aanvaarden.
(Overigens kan alleen bij een plotseling en totaal wegvallen van de
luchtdruk een drijfstang uit de bewegende robot vallen.)
2.3 . 1.5 .
Konstruktieve uitwerking alternatief 1.1
Luchtcilinde~
is groen
Slede is rood
Schaal van de schets is 1:2. Er is ook een schets 1:1 .
I
.
I
1\
I\
-- -
~.
A
-- -..,
__!
I
-
I
~
I
'
I
--r
- - ~-- J
'
I
-
L-
''
I
I
~
.,I
·,
I
F
' f-l-.-:
'
r
I
I
/) {; 0 I(
;1
_/
(!U F !) F
--l· ...___;_
A 1/
2.3.2.
Uitwerken alternatief 1.2
Dit alternatief is vrijwel hetzelfde als alternatief 1.1. Vaak zal dan ook
naar alternatief 1.1 { § 2.3.1.) verwezen worden.
2.3.2.1.
Eisen en wensen
Om aan zoveel mogelijk wensen te voldoen moet de grijper binnen een ruimte
van 96 * 96 * 320 mm blijven.
De spanslag is 60 mm. Bij dit alternatief moet in het grote oog een vaste
aanslag zitten. {Anders verschuift de stang bij het klemaen en is de
nauwkeurigheid niet haalbaar.)
Schets:
~--- -i
'? Óo
---·----_,;.f
r
i
u
i
n-----------------------------~~----L---~
u
- Voor de nodige klemkracht geldt:
F
=v *
m * (a + 9,8)
1.1
met:
V
= Maximale versnelling
= Veiligheidstaktor
1..1
=
a
m
= 9 ms- 2
= 1,5
Wrijvingskoëfficiënt
= 0,1
= Massa die met de klemkracht vastgehouden moet worden
De massa van de drijfstang is ongelijk over de twee
/
steunpunt~n
'
'.·"' '>
"'
.
•
verdeeld:
.1
'
"-.!
-7\
•
1'1,
'i 7é (J liJ '
M1
M2
= 1,425
= 2,995
kg
kg
Model van 1160 stang (zwaarste stang)
Voor de massa die steunpunt 2 draagt geldt:
(266,7- 41,4 + 49)
dus Msteun2
= 3,702
*
Msteun2
= 49 *
M1 + (266,7 + 49)
M2
kg
Voor de nodige klemkracht geldt derhalve: F
2.3.2.2.
*
= 1045
N.
Energiebron
Ook bij dit alternatief wordt voor perslucht gekozen. Voor een toelichting
zie§ 2.3.1.2.
2.3.2.3.
Spanmechanisme
In de beschikbare ruimte is weer een aantal mechanismen mogelijk:
Spanmechanisme 1: Een door een luchtcilinder aangedreven slede
L
/
~.
'
rN
~ fw
F
$ PAIII
De luchtcilinder moet voldoende sterk zijn voor spankracht en wrijving in de
rechtgeleiding.
Er geldt:
Feil
Fw
Fn
Met:
Fspan
L1
L2
L3
~
= Fspan + Fw
=2
= Fspan *
* Fn * '-'
L2 - Feil
L3
* L1
= 1045 N
= 48 mm
= 100 mm
= 180 mm
= 0,3
Geeft dit: Feil
= 1201
N.
Een dubbelwerkende luchtcilinder met boring
bij 6 bar) voldoet hiervoor.
~
63 mm van Festo (F
= 1750
N
Spanmechanisme 2: Een door een luchtcilinder aangedreven hefboom
~·~-~--~~:"
"'
Voor de luchtcilinder geldt:
Feil
Slag
Met:
Fspan
L1
L2
=
=
=
Ss pan
=
=
L1
* Fspan
L2
= Sspan L2
L1
1045 N
102,5 mm
36 mm
60 mm
Geeft dit: Feil
= 2975
N en Slag
= 21
mm.
Hieraan is net te voldoen met een dubbelwerkende korteslagcilinder met
zuiger~ 80 mm (Fdruk = 2970 N). Deze cilinder is echter zo groot dat
inbouwproblemen ontstaan. In deze vorm is een hefboom niet bruikbaar.
Spanmechanisme 3: Een hefboom. via een trekstang aangedreven
3.1 Korteslagcilinder als energiebron
'
)
Voor de luchtcilinder geldt:
Feil = Fspan * L1
L2 * cos a
Slag
= Sspan * L2
L1 * cos a
Met:
L1
L2
Ss pan
=102,5 mm
= 41 mm
= 60 mm
a
= 70
Fspan = 1045 N
Geeft dit: Feil = 2632 N en Slag = 24 mm.
Hieraan is net te voldoen met een korteslagcilinder met zuiger 0 80 mm en
een slag van 25 mm. De maximale trekkracht van deze dubbelwerkende cilinder
van Pesto is 2780 N bij 6 bar luchtdruk.
Door de grote buitenmaat van deze cilinder wordt de grijper ± 120 mm breed.
Gewenst was een breP.dte van 96 mm.
3.2 Langeslagcilinder als energiebron
-....J
I
(
~
:fPA IJ
)
Voor de luchtcilinder geldt:
Met:
11
12
Ss pan
Feil
f~l!sn * Ll
= L2
* cos a
Slag
sseg,n * L2
= 11
cos a
*
= 100 mm
= 51 mm
a
= 60 mm
= 80
Fspan
= 1045
N
Geeft dit: Feil
= 2069
N en Slag
= 31
mm.
Hieraan is net te voldoen met een langeslagcilinder met zuiger 0 70 mm. De
maximale trekkracht van deze dubbelwerkende cilinder van Festo is 2200 N bij
6 bar luchtdruk.
De buitendiameter van deze cilinder is 92 mm. Inbouw is nog net mogelijk.
Spanmechanisme 4: Een door een luchtcilinder aangedreven earalelmechanisme
t& < /(.
( f
SI'AIIJ
Beoordeling van de verschillende spanmechanismen
De slede leidt tot een tamelijk ingewikkelde konstruktie. De rechtgeleiding
kan een bron van storingen worden.
De direkt met een luchtcilinder aangedreven hefboom is leidt tot een te
grote konstruktie.
De met een trekstang aangedreven hefboom is eenvoudig, robuust kompakt en
licht.
Het paralelmechanisme leidt tot een lange grijper. De konstruktie is
ingewikkelder dan bij de hefboom met trekstang. Vooral het omhoog bewegen
van de slede ten opzichte van de zuigerstang is een bron van moeilijkheden.
Keuze van het spanmechanisme
De hefboom met trekstang is veruit het beste en alleen dit alternatief zal
verder uitgewerkt worden.
2.3.2.4.
Veiligheidsvoorziening
Ook bij dit alternatief is geen akseptabele veiligheidsvoorziening mogelijk
en is het dus niet uitgesloten dat de drijfstangen uit de grijper vallen.
(Zie§ 2.3.1.4.)
2.3 . 2.5.
Konstruktieve uitwerking alternatief 1.2
Schaal van de schets is 1:2. Er is ook een schets 1:1.
Luchtcilinder is .groen
Slede is rood
~11'-'--.,-v.------- · ·· ··--- · -------------:~-----u---,-,.--'-----,-----.--l
I.
Ii
I
I
r
fl
.--
T
,,r-
-
IL
-
- - ,..
I
I
--~-- - ---
+-----,---~1 Î.____-'
.
A
I
L....;__j
I
1'-r---__J,.!
DOOR {!t/[DE
---::"-=-,....-~- -
---- ' 0 ··-. -
·- ··-. -·-
-
AA
I
I
2.3.3.
2.3.3.1.
Uitwerken Alternatief 2.2
Eisen en wensen
- Om aan zoveel mogelijk wensen te voldoen, moet de grijper binnen een
ruimte van 320 * 140 * 96 mm blijven.
- Om alle stangen te kunnen pakken is een spanslag van 15 mm nodig.
Schets:
!JA
-e-
{T
ÎI, {/-/ .
-l '
~I
- Voor de nodige klemkracht geldt:
F = v
* m * (a +
9,8)
1.1
met:
V
a
1.1
m
= Veiligheidstaktor
= 1,5
=Maximale versnelling
= 9 ms- 2
= Wrijvingskoëfficiënt
= 0,1
= Massa die met de klemkracht vastgehouden moet worden
'•'
De massa van de drijfstang is ongelijk over de drie steunpu'nten verdeeld:
'S1EUN 5
•I
1
M = 4,420 kg
Model van 1160 stang (zwaarste stang)
Voor de massa die door de verschillende steunpunten gedragen wordt geldt:
122 * M2 + 220 * M3 = 193,6 * 4,420
4 * M2 + 90 * M3 = 25 * 4,420
M1 + M2 + M3 = 4,420
dus
M1 = - 1,625 kg
M2 = 5,039 kg
M3 = 1,003 kg
Voor de nodige klemkracht geldt dus: F = 1421 N.
2.3.3.2.
Energiebron
Ook hier wordt voor perslucht gekozen. Voor een toelichting zie§ 2.3.1.2:
,•·
2.3.3.3.
Spanmechanisme
Ook in dit geval is er een aantal mogelijkheden:
Spanmechanisme 1: Een slede
f) 1'11111
De luchtcilinder moet voldoende sterk zijn voor de spankracht en de wrijving
in de rechtgeleiding.
Er geldt:
Feil
Fw
Fn
= Fspan + Fw
= 2 * Fn * IJ
= Fspan * L2
+ Feil
L3
* L1
Met:
Fspan = 1421 N
L1
= 35 mm
L2
= 42 mm
L3
= 51 mm
= 0,3
1.1
Geeft dit:
Feil = 3609
Fn = 3647
Fw = 2188
N
N
N
De krachten op de rechtgeleiding en de cilinder zijn bij dit alternatief
ontoelaatbaar hoog .
. _,/
Spanmechanisme 2: Een hefboom
Om bij een gegeven diameter van de luchtcilinder een zo groot mogelijke
klemkracht te krijgen moet:
- Het bovenste draaipunt van de hefboom zo hoog mogelijk zitten.
- De luchtcilinder zo laag mogelijk zitten.
Voor de luchtcilinder geldt:
Feil
Slag
= Ll *
fspan
L2
= Sspan
L1
L2
Dit leidt tot de volgende mogelijkheden met korteslagcilinders van Festo:
zuiger 0 80 mm
j
Ss pan
L1
L2
Fspan
Feil geeist
Feil beschikbaar
Slag
(mm)
(mm)
(mm}
(N)
{N)
{N)
(mm)
20
157
80
1421
2789
2870
10,2
zuiger
f/J
100 mm
20
157
68
1421
3281
4420
10,2
De korteslagcilinder met zuiger ~ 80 mm voldoet net. De cilinder met een
zuiger van ~ 100 mm voldoet zo ruim dat sluiting met veren mogelijk is.
Keuze van het spanmechanisme
Oe hefboom is de enige reële mogelijkheid. Alleen dit alternatief is verder
uitgewerkt.
2.3.3.4.
Veiligheidsvoorziening
Ook bij alternatief 2.2 Z~Jn er weer drie manieren om te voorkomen dat een
drijfstang valt als een luchtslang breekt:
1. Klemkracht door een veer laten verzorgen.
2. Mechanisme (zelf)remmend of geborgd uitvoeren.
3. Luchtcilinder met terugslagklep onder druk houden.
Aan mogelijkheid 2
Deze bezwaren zijn
Sluiting met veren
mm gebru~kt wordt.
2.3.3.5.
1
\
en 3 kleven weer de in§ 2.3.1.4. beschreven bezwaren.
niet akseptabel.
is mogelijk als een luchtcilinder met een boring van 100
In § 2.3.3.5 wordt deze mogelijkheid uitgewerkt.
Konstruktieve uitwerking alternatief 2.2
1. Hefboom met veersluiting
De veren moeten zo klein mogelijk ZlJn. Drukveren zijn in gespannen toestand
minder lang dan trekveren. Daarom wordt er voor drukveren gekozen.
Met het oog op een symetrische belasting van de konstruktie wordt voor 2
veren gekozen.
De veren worden gemaakt van roestvast verenstaal X5 CrNiMo 1810 met:
- Rm 1080 - 1320 Nmm- 2 tot 0 8 mm
- G 73000 Nmm- 2
De veren moet de volgende karakteristiek hebben:
f UV)
L
L f mMlJ
Er geldt:
'( = 8 *
11'
Dm * E
* d3
c = G * d4
3
8 * Dm *
if
L
ma x
= 1,2 *
d
dus
if
5
cmin = G * 1.2 * d3
8 * L * Dm
Met:
l
Dm
d
c
G
if
L
2
schuifspanning in de veer
= 500 Rmmvan de veer (door het hart van de draad)
= diameter van de draad
= veerstijfheid
= 56 Rmm- 1
2
= 73000 Nmm= glijdingsmodulus
= aantal windingen van de veer
= 75 mm
= werkzame lengte van de gespannen veer
= maximale
= diameter
Er wordt een veer gezocht die voldoende sterk is, een voldoende lage
stijfheid heeft en een zo klein mogelijke Dm heeft.
Een slappe veer heeft een zo klein mogelijke d bij gegeven Dm.
Gegeven de maximale belasting en maximaal toelaatbare schuifspanning geldt:
Dm
= 2 ' 24 *
d . 113
m1n
Gegeven de veerstijfheid, maximale gespannen lengte en glijdingamodulus
volgt dan:
- d = 7,8 mm
-Dm= 42,3 mm
Voor het meest kompakte paar veren dat aan de eisen voldoet geldt dus:
- d draad = 7,8 mm
- Dm
= 42,3 mm
- Duitw
= 50,1 mm
- C
= 56 N/mm
- L
= 75 mm bij F= 2210 N
- Materiaal X5 CrRiMo 1810
Het is niet waarschijnlijk dat deze veren standaard te koop zijn.
Konstruktief zal de grijper met veersluiting er ongeveer zo uit gaan zien:
î
),
1
.~.
.I
,I
2. Hefboom zonder veersluiting
Van deze grijper met een hefboom en zonder veersluiting is een schets
gemaakt . Schaal van de schets is 1:2. Er is ook een schets met schaal 1:1.
Luchtcilinder is groen
Slingerarm en juk zijn rood
/) uó !( <JiJ E IJ ç
AA
- - --// 1
I
I'
Is
I~
/) 0 û
/) 0 0 /( ) /UE I) [
-J--------
I? lf
A
A
-· -
'
··--- ---2.
--
(
R ( /UE 0 ~ C C
I
2.4.
Keuze van de grijpvlakken
2.4.1.
Toetsen aan eisen en wensen
De hiervoor uitgewerkte alternatieven worden in een keuzematrix vergeleken.
In de keuzematrix is geen gebruik gemaakt van wensen waaraan alle drie
alternatieven even goed voldoen.
Alternatief
Kriterium
1.1
1.2
2.2
met veer
~onder
1.
Vlaktedruk in kleine oog
3
5
4
4
5.
Ruimte
4
2
2
3
7.
Vallen
2
2
5
2
11 . Massa
5
3
3
5
12. Eenvoud
3
3
2
4
17
15
12
18
Totaal
Betekenis van de beoordelingen;
1 Heel slecht
2 Slecht
3 Redelijk
4 Goed
5 Heel goed
veer
2.4.2.
Keuze van de grijpvlakken
Alternatief 2.2 zonder veersluiting (grijpen in kleine oog, op buitenkant
grote oog en op schacht) lijkt een iets betere oplossing te zijn dan
alternatief 1.1 (grijpen in grote en kleine oog).
Er is g~zocht naar zaken die bij deze manier van grijpen toch nog problemen
kunnen veroorzaken:
- Beschadigen van het kleine oog door bramen of ander vuil op de
grijpvlakken.
- Korrosie van de luchtcilinder.
Het eerste probleem is op te lossen door regelmatig afpoetsen of afspoelen
van de aanslag in het kleine oog.
Het tweede probleem moet door een goede materiaalkeus voorkomen worden.
Als het probleem toch optreedt zal periodiek de luchtcilinder vervangen
moeten worden.
Bij alternatief 1.1 kunnen dezelfde problemen zich voordoen. Daarnaast is
alternatief 1.1 gevoeliger voor botsingen dan 2.2.
Er wordt gekozen voor grijpen in de boring van het kleine oog, op de
buitenkant bij het grote oog en op de schacht.
3.
Bepalen van energiebron, spanmechanisme en veiligheidsvoorziening.
Deze onderwerpen ZlJn bij het keuzerijp maken van de alternatieven al
uitgewerkt. Er is toen gekozen voor:
- Perslucht als energiebron.
- Een luchtcilinder met hefboom als spanmechanisme.
- Geen voorziening tegen het vallen van drijfstangen.
Voor de onderbouwing van deze keuzes wordt verwezen naar § 2.3.3.2. tot en
met§ 2.4.1.
4.
Materiaalkeus
De grijper mag niet aangetast worden door de korrosieve en goed geleidende
zoutoplossing, niet door het water en niet door de preserveerolie.
Om elektrochemische korrosie te voorkomen worden alle metalen delen van de
grijper van roestvast staal gemaakt.
Gekozen wordt X6 CrNiMo 17-12-2 (316) in verband met de grote weerstand
tegen korrosie en de goede bewerkbaarheid. Mo verhoogt de weerstand tegen
Cl-ionen.
Ook bouten en moeren moeten zoveel mogelijk van dit materiaal gemaakt
worden.
Spleetkorrosie moet een punt van aandacht blijven.
5.
5.1.
Luchtcilinder, geleidingen en frame
Luchtcilinder
In § 2.3.3.3. is al gekozen voor een korteslagcilinder van Festo. De boring
van deze cilinder moet 80 mm zijn en de slag 25 mm.
In verband met de bijzondere manier van inbouwen moet de bovenkant van het
cilinderhuis vlak gefreesd of geslepen worden.
Aan de cilinder worden de volgende eisen gesteld:
Voordat een definitieve keuze gemaakt wordt moet met de fabrikant nog over
het vlakken van de bovenkant en het kossosieprobleem overlegd worden.
5.2.
Geleidingen
De eisen die aan de geleidingen gesteld worden zijn zeer gering. Als
draaipunt voldoet een stalen pen in een geruimd gat. Zelfs als de geleiding
uitslijt blijft de grijper normaal funktioneren.
5.3.
Frame
Het frame kan vrijwel geheel uit plaat van 6 mm dik gemaakt worden.
De onderdelen worden aan elkaar gelast zodat geen hinderlijke spleetkorrosie
kan ontstaan.
II.
1.
PAKKET VAN EISEN EN WENSEN
Eisen
1.1;
De gr1Jper moet bruikbaar zijn voor alle typen stangen in alle
mogelijke standen bij versnellingen van maximaal 9 ms- 2 .
1.2.
De grijper moet onbemand van het ene op het andere type stang kunnen
overgaan.
1.3.
Door grijpen en weer neerleggen mag de stang niet meer dan 0,5 mm
ve~schuiven en niet meer dan 0,15° verdraaien.
1.4.
De grijper moet bestand zijn tegen water, zoutoplossing en
preserveerolie.
-
1.5 . . De grijper is niet groter dan de hieronder beschreven ruimte.
Eis:
Belangrijke wens:
Andere wens:
Kontourelement wordt bepaald door:
1 Ruimte in ECM-machine
?
Vulling van de meterbak bij 615-stang
--<3 Vulling van de meterbak bij 1160-stang
4 Demonteerinrichting
5 Wegleggen op vlakke plaat (in meterbak)
Binnen de lijnen of buiten de lijnen vrijhouden.
1.6.
De grijper kan op deze wijze aan de robot bevestigd worden:
0
1.7.
·.)
1.10. De drijfstang wordt niet magnetisch gegrepen.
2.
<:)
Falen van de qrijper wordt gesignaleerd.
Wensen
2.1.
Het gebruikte principe leidt niet tot:
- (Zeer) hoqe kontaktkrachten.
- Hoge kontaktspanningen op kwetsbare plaatsen.
2.2.
De grijper hoeft niet omgesteld te worden.
2.3.
Aan eis 3 (nauwkeurigheid) is te voldoen zonder speciale
posistioneringen en dergelijke.
2.5.
De grijper blijft binnen de bij 1.5. als gewenst beschreven ruimte.
2.7.
Het wegvallen van de energietoevoer kan niet tot het vallen van de
drijfstang leiden.
2.8.
De grijper kan zonder onderhoud in een ruwe omgeving blijven werken.
2.9.
In de grijper wordt geen hydrauliek gebruikt.
2.11. De massa van de grijper is zo klein mogelijk.
2.12. De grijper is eenvoudig/goedkoop.
2.13. De grijper kan na het loslaten van een stang onmiddelijk de EeNmachine verlaten.
2.14. De grijper werkt in een omgeving zonder speciale voorzieningen voor
wegleqgen en dergelijke.
III.
1.
1.1.
KONSTRUKTIE VAN DE GRIJPER
Bepalen grijpprincipe
Alternatieven
Er zijn drie mogelijkheden om een drijfstang op te pakken:
- Magnetisch
- Met een vakuümzuiger
- Met grijpvingers
1 . 2.
·~·
Eerste s·üektie
Magnetisch grijpen valt af omdat de stang dan na het demagnetiseren weer
gemagnetiseerd kan worden.
Grijpen met een vakuümzuiger valt af omdat maar een klein deel van het
oppervlak voldoende vlak is en het vlakke deel van het oppervlak bij de
verschillende stangen steeds op een andere plaats ligt. (Problemen met
voldoende klemkracht en met omstellen.
Grijpen met vingers biedt vele mogelijkheden om aan de eisen te voldoen.
Op grond van het voorgaande ligt de keuze voor grijpen met vingers voor de
hand.
2.
Keuze van de grijpvlakken
2.1.
Alternatieven
Om de geeiste nauwkeurigheid te kunnen halen moeten bewerkte vlakken
gebruikt worden om de stang in de grijper te positioneren. Onbewerkte
vlakken kunnen aileen als aandrukvlak gebruikt worden.
Als aanlegvlak zijn te gebruiken:
Boring kleine en grote oog.
- Gefreesde radius aan buitenkant grote oog.
- Bewerkte deel zijvlak bij grote en kleine oog.
met uitzondering van delen van de kap.
Om de grijper zo eenvoudig mogelijk te houden, is gezocht naar manieren om
de drijfstangen met slechts één spanbeweging te pakken op de hierboven
beschreven vlakken:
<
1. 1
1
>
2. 1
2.2
1. 2
2.5
1
3. 1
2.6
~ i=i§.Q i
3.2
2 .... Met vormsluiting
1.3
2.3
A
3.3
1. ···Met vormsluiting
A
3 .... Met vormsluiting
2.4
A
I
.~