Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR
TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT
Nullpont rendszerű készülékcsalád tervezése
Kővágó Máté
IV. éves gépészmérnök hallgató
Konzulens:
Dr. Takács György
egyetemi docens
Szerszámgépek Tanszék
Hegedűs György egyetemi adjunktus
Szerszámgépek Tanszék
Miskolc, 2011
1
Tartalomjegyzék
1. Bevezetés .............................................................................................................. 2
1.1. Felhasználási területek, követelmények [7] ......................................................... 2
2. Szabadalomkutatás, funkciók feltárása ...................................................................... 3
2.2. Gyorsműködésű rögzítő henger folyadék kifolyóval [2] ....................................... 4
2.3. Befogókészülék és szorító szerelvény, munkadarabokhoz és szerszámokhoz [2] ..... 5
2.4. Rögzítő készülék tokmánnyal és oldható munkadarab hordozóval [2] .................... 7
2.5. Paletta pozicionáló és rögzítő berendezés [2] ...................................................... 8
2.6. Rögzítő apparátus tokmánnyal, oldható és csatlakoztatható palettával [2] ............... 9
2.7. Értékelemzés ................................................................................................. 11
3. Piackutatás ........................................................................................................... 13
3.1. Röhm [5]....................................................................................................... 13
3.2. Vischer & Bolli AG [3] .................................................................................. 14
3.3. Stark [4] ........................................................................................................ 15
3.4. Összehasonlító táblázatok [6] .......................................................................... 17
4. Összetett funkcióstruktúra ..................................................................................... 18
5. Megvalósítás ........................................................................................................ 20
5.1. Gyártmánycsalád kialakítása ........................................................................... 20
5.2. Behúzó csap kialakításának vizsgálata .............................................................. 21
5.3. A szerszámgép asztalára való rögzíthetőség vizsgálata ....................................... 22
6. Méretezés ............................................................................................................ 23
6.1. Henger méretezése [8] .................................................................................... 23
6.2. Dugattyú kialakítása, tömítések [11] [12] ......................................................... 25
6.3. Rugók kiválasztása [10] .................................................................................. 26
7. Gyártmánysorozat kialakítása [6] ........................................................................... 27
8. Összegzés és tovább fejlesztési irányok [9] ............................................................. 28
9. Irodalomjegyzék ................................................................................................... 30
2
1. Bevezetés
A dolgozat célja bemutatni a megfogás technikában alkalmazott nullpont rendszerű készülék
elemek, alkalmazási területét, és a hozzájuk kapcsolódó követelmény rendszert. Az első rész
az eszközök megismerésével foglalkozik, bemutatja a szabadalom és piac kutatás során feltárt
változatokat.
A megismert elemek működése alapján funkcióstruktúrák képezhetők, amelynek célja a
további lehetséges változatok képzése, az esetleges tovább fejlesztési irányok meghatározása.
A struktúra képzés során feltárásra kerülnek a működéshez szükséges funkciók, az ezeket
megvalósító funkcióhordozók és a működés feltételei.
Műszaki érték elemzési módszer alapján kiválasztott új típusú eszköz esetén ismertetésre
kerül egy készülék-család koncepciója. A készülék-család kialakításának alapja a módszeres
tervezés eszköz rendszere, melyen belül a gyártmánysorozatok tervezésének módszere, a
megoldáselemek kombinálás adott lehetőséget az új változatok feltárására.
A gyártmány-sorozat egy jellemző tagján keresztül bemutatásra kerülnek a szilárdságtani
méretezés egyes lépései.
A dolgozat végén megfogalmazásra kerülnek tovább fejlesztési irányok a szabadalom,
piackutatás és tervezés során feltárt fejlesztési irányokra. Tekintettel az automatizálásra
rendszerbe illeszthetőségre valamint intelligens funkciók bevezetésére.
1.1. Felhasználási területek, követelmények [7]
A megfogás technikában alkalmazott készülékelemek feladata többcélú. Alapfeladat, hogy a
megmunkálás során lehetővé tegye a munkadarab és a szerszám szerszámgépre való
felfogását, azaz a viszonylagos helyzeteik meghatározását és megmunkálását közben azok
biztonságos fenntartását. Valamint tegye lehetővé a munkadarab és szerszám gyors cseréjét.
A nullpont rendszerű készülékek feladata a munkadarab csere idejének lecsökkentése.
Alkalmazási területe főleg a nagy értékű szerszámgépek termelékenységének növelése az által
hogy a megmunkálandó alkatrészek csere idejét minimalizálja. Ez úgy valósul, meg hogy a
munkadarabokat, a géptéren kívül elhelyezik a befogó készülékbe, központosítják, majd a
nullpont rendszerű készülék elemek segítségével rögzítik a gép asztalához.
A rövidebb mellék időknek köszönhetően nő a megtermel érték egy műszak alatt.
Felhasználási területek:
Sorozatgyártás.(Például: autóipar motorblokkok gyártása) ebben az esetben a
gyártmány saját maga készüléke. Ez azt jelenti, hogy kihasználják az elő
gyártmányban található furatokat és más rögzítési lehetőségeket.
Egyedi gépgyártás: a különböző méretű, alakú alkatrészek befogó készülékeit nem
szükséges felszerelni a szerszámgép asztalára.
Elsődleges követelmények:
gyártott termék minősége és a gyártás termelékenysége javuljon,
biztosítsa az alkatrészrajzon megadott pontossági és felület minőségi előírásokat,
készülékbe való gyors be és kifogás, járuljon hozzá a megmunkálás időigényének a
csökkentéséhez,
3
energia kimaradás esetén is biztosítsa a rögzítő erőt, a balesetek és káresetek
megelőzése miatt,
könnyen automatizálható legyen, automatikus tisztítási lehetőség,
kis mértékben csökkentse a megmunkálható munkadarab méretét a szerszámgép
munkaterében,
egyszerű rögzíthetőség mind a szerszámgép asztalához mind a munkadarabhoz,
kis tömeg a mozgó asztalok miatt, és a gyártás során történő mozgatás miatt, kis
térfogat a tároló hely csökkentése érdekében
univerzális alkalmazhatóság, legyen rögzíthető mátrix asztalokhoz és T-hornyos
asztalokhoz is illetve legyen bázis testekbe építhető.
2. Szabadalomkutatás, funkciók feltárása
A szabadalomkutatás célja a korábbi eszközök megismerése, a funkciók feltárása
funkcióstruktúra kialakítása. A kutatás végén végeztem értékelemzést ez alapján választottam
ki a további vizsgálatokhoz készülékeket.
A szabadalom kutatás menete:
A szabadalomkutatáshoz első sorban a Google Patents-et használtam. A kereső angol nyelvű,
ezért a külföldi szakirodalomban használatos clamping system kifejezést használtam a keresés
során. A megvizsgált szabadalmak kiválasztásakor ügyeltem arra, hogy mimnél több félét
tudjak bemutatni, illetve az iparban elterjedt típusokat igyekeztem megismerni.
2.1. Funkcióstruktúra [1]
Funkció struktúra létrehozásának a célja hogy a szerkezetet elemi funkciókra bontsuk a
működés jobb megértése miatt. A vizsgálatot mind a szabadalomkutatásnál talált
készülékeken és a piackutatás során megismert eszközök esetén is elvégeztem. A megismert
eredményeket felhasználtam a saját konstrukció esetén.
Funkció struktúra: elemi funkciók egymáshoz kapcsolása.
Struktúra részei:
Kötelező elemi funkciók a részegység nem működik e-nélkül.
Kötelező alternatív elemi funkciók: ezek hatása egyenértékű, de a részegység funkció
struktúrában valamelyik alternatív funkciónak szerepelni kell
Nem kötelező elemi funkció növelik a részegység funkció tartalmát, de alkalmazásuk nem
feltétlenül szükséges a részegység működéséhez.
Kötelező elemi funkciók
Nem kötelező elemi funkciók
4
A vizsgálat menete:
a készülék jellemzőinek megismerése, leírás és a rajzok tanulmányozása, fontosabb
tulajdonságok rendszerezése,
a kötelező elemi funkciók meghatározása, az alternatív funkciók feltárása
csoportosítása az interfész felületek szerint,
funkcióhordozók feltárása,
a nem kötelező elemi funkciók elkülönítése, csoportosítása
a funkció struktúra felvázolása.
2.2. Gyorsműködésű rögzítő henger folyadék kifolyóval [2]
Quick action clamping cylinder with fluid outlet
Szabadalmaztató: Emil Stark; Szabadalom száma: 607332; Kelt:2000.június 13
A szabadalom témája egy gyors működésű rögzítő henger, ami rendelkezik hűtőkenő
folyadék elvezetéssel, ami csökkenti a belső szerkezeti elemek korrózióját. A készüléket az 1.
ábra segítségével mutatjuk be. A funkció struktúrát 2. ábra mutatja. A rögzítő kúp (3) menet
segítségével kapcsolódik a munkadarabhoz vagy palettához.(25). A rögzítő erőt rugók
biztosítják (4) az oldáshoz hidraulikus hengert (9) alkalmaznak, a rögzítést golyók végzik.
Előny a folyadék elvezetés miatt hosszabb az élettartama a szerkezetnek. A menetes
csatlakozás miatt univerzális alkalmazási lehetőség. Kis tömeg, nagy rögzítő erő jellemzi.
Hátrány: csak hidraulikus működtetésű lehet, a hűtőkenő folyadék elvezetése probléma lehet a
gép asztalára rögzített eszköz esetén. Hűtés nélküli megmunkálás esetén nincs lehetőség a
forgács automatikus eltávolítására.
1. ábra
Gyorsműködésű rögzítő henger folyadék kifolyóval [2]
5
.
2. ábra
Funkcióstruktúra a gyorsműködésű rögzítő henger folyadék kifolyó alapján
Jelölések:
he: hűtő kenő folyadék elvezetése,
me: merevség biztosítása,
om: munkadarab rögzítése oldása,
rm: munkadarab rögzítés,
rö: rögzíthetőség szerszámgép, asztalához
sr: szabványos rögzítő elemek a
szerszámgép asztalához való rögzítéshez
(beépítéshez), munkadarab rögzítéshez,
tá: tájolás központosítás
2.3. Befogókészülék és szorító szerelvény, munkadarabokhoz és
szerszámokhoz [2]
(Clamping device and clamping assembly for clamping workpieces or tools in a vell defined
position )
Szabadalmaztató: Basil Obrist;Cég:Certa AG; Szabadalom száma:6089557;
Kelt:2000.julius 18
A szabadalom (3. ábra, 4. ábra) egy olyan eszközt mutatat, ami képes munkadarabokat és
szerszámokat rögzíteni a szerszámgép asztalához. A munkadarabhoz (vagy munkadarab
hordozóhoz) rögzíthető elem (1) tartalmazza a központosító furatot és hornyokat. A
szerszámgép asztalához kapcsolható eszköz (2) tartalmazza a központosító csapot és a rögzítő
berendezést(golyók(22) és kosár szerkezet(21)).A rögzítő erőt rugók biztosítják, oldáshoz
pneumatikus hengert használ.
Előny nagy pontossággal képes központosítani a munkadarabot vagy szerszámot X-Y
irányban.
Hátránya: nem rendelkezik sűrített levegős tisztítással, nem tudja elvezetni a hűtő kenő
folyadékot. A nagyméretű hordozó elem kis munkadarabok estén felesleges tömeget jelent.
6
3. ábra
Befogó készülékű [2]
4. ábra
Befogó készülék metszeti rajz [2]
5. ábra
Funkció struktúra a befogó készülék és szorító szerelvényhez
Jelölések:
me: merevség biztosítása,
om: munkadarab rögzítés oldása,
rg: rögzítő test munkadarabokhoz,
rm: munkadarab rögzítés,
rö: rögzíthetőség szerszámgép asztalához,
sr: szabványos rögzítő elemek a
szerszámgép asztalához való rögzítéshez
(beépítéshez), munkadarab rögzítéshez,
tá: tájolás központosítás
7
2.4. Rögzítő készülék tokmánnyal és oldható munkadarab hordozóval [2]
(Clamping apparatus with a clamping chuck and work piece carrier releasably connectable
thereto)
Szabadalmaztató: Karl Fries; Cég: Erowa AG; Szabadalom száma: 6641128 B2
Kelt: 2003. november 4
A szabadalom (7. ábra) olyan készüléket mutat be, amely képes precíz X-Y központosításra.
A durva központosítást a munkadarab hordozóra (10) erősített rögzítő csap (11) elemei végzik
és a szerszámgép asztalára rögzített befogó (1), a precíz tájolást a csapra munkált kúpos
lelapolások (12) végzik. A behúzó erőt rugók biztosítják (20). A rögzítést golyók (16) végzik.
Az oldást hidraulikus vagy pneumatikus dugattyú (15) végzi. Rendelkezik sűrített levegős
tisztítással (6,5 jelű furatok és 23,24. jelű csatornák).A készülék 20kN rögzítő erőt biztosít.
Előnye a levegős tisztítás, nagy rögzítő erő. Szerszámgép asztalba építhető.
Hátránya a nagy felületű munkadarab hordozót igényel kisseb munkadarabok estén
feleslegesen nagy tömeget jelent.
6. ábra
Funkcióstruktúra rögzítő készülék tokmánnyal és oldható munkadarab hordozó alapján
Jelölések:
he: hűtő kenő folyadék elvezetése,
hv: hűtő kenő folyadék elvezetése,
me: merevség biztosítása,
om: munkadarab rögzítés oldása,
rg: rögzítő test munkadarabokhoz,
rm: munkadarab rögzítés,
rö: rögzíthetőség szerszámgép asztalához,
sr: szabványos rögzítő elemek a
szerszámgép asztalához való rögzítéshez
(beépítéshez), munkadarab rögzítéshez,
tá: tájolás központosítás,
ti: kapcsolódó felületek automatikus
tisztítása.
8
7. ábra
Rögzítő készülék tokmánnyal és oldható munkadarab hordozóval [2]
2.5. Paletta pozicionáló és rögzítő berendezés [2]
(Work palett positioning and fixing device)
Szabadalmaztatók: Takayuki Kawakami, Ichiro Kitaura, Seiji Kimura,Takayuki
Kuroda,;;Cég: Pascal Engineering Corporation, Hyogo (JP); Szabadalom száma:6955347;
Kelt:20005.október 18
Ez a szabadalom (8. ábra, 9. ábra) egy palettarögzítő (1) berendezést mutat be, amely képes
mind horizontális és vertikális irányban pozícionálni, kihasználja a gyűrűs kapcsoló rész (66)
plasztikus deformációját is. Rendelkezik sűrített levegős tisztítással. Az előzőhez képest ez
egy kifordított változat a rögzítő mechanizmus a csap (ez van a gép asztalához rögzítve), és a
paletta tartalmazza a hüvelyt (60). a rögzítést golyók végzik. A tartóerőt rugók (30)
biztosítják. Az oldást hidraulikus hengerrel (31) oldották meg.
Előnye a nagy precizitás akár 1µm pontosság. A szerkezet tömítése egyszerűbb, könnyebben
védhető a korrózióval szemben.
Hátránya csak paletták rögzítéséhez használható, nagy helyet vesz, el az megmunkálóeszköz
munkateréből a gép asztalához kell rögzíteni az bázistestet (2) és csak ehhez kapcsolható a
munkadarab hordozó.
8. ábra
Paletta pozicionáló és rögzítő
berendezés [2]
9. ábra
Rögzítő elemek [2]
9
10. ábra
Funkció struktúra paletta pozicionáló és rögzítő berendezés esetén
Jelölések
me: merevség biztosítása,
op: munkadarab rögzítés oldása,
rp: rögzítő test palettákhoz,
rm: munkadarab rögzítés,
rö: rögzíthetőség szerszámgép
asztalához,
sr: szabványos rögzítő elemek a
szerszámgép asztalához való rögzítéshez
(beépítéshez), munkadarab rögzítéshez
tá: tájolás központosítás,
ti: kapcsolódó felületek automatikus
tisztítása,
tö: tömítés.
2.6. Rögzítő apparátus tokmánnyal, oldható és csatlakoztatható palettával
[2]
(Clamping apparatus with a chuck and a pallet releasably attachable thereto)
Szabadalmaztató: Peter Nie; Cég: Erowa AG; Szabadalom száma:7303195;
Kelt:2007.december 4
A szabadalom (11. ábra, 12. ábra) egy palettarögzítő berendezést mutat be, ami rögzítő
reteszeket (13) alkalmaz. A munkadarab hordozó négy központosító csapot tartalmaz (20),
ezek illeszkednek be a központosító hornyokba. A rögzítéshez rugóerőt használnak (19) az
oldás pneumatikus dugattyúkkal történik (16). Szerszámgép asztalához rögzíthető az alap
lemez segítségével (3).
Előny egyszerű szerkezet, kis tömeg.
Hátrány nincs sűrített levegős tisztítás, nem rendelkezik nagy Z-irányú rögzítő erővel, csak
paletták rögzítésére alkalmas.
10
13. ábra
Funkcióstruktúra rögzítő apparátus tokmánnyal, oldható és csatlakoztatható palettával esetén
Jelölések:
he: hűtő kenő folyadék elvezetése,
hv: hűtő kenő folyadék elvezetése,
me: merevség biztosítása,
om: munkadarab rögzítés oldása,
rp: rögzítő test munkadarabokhoz,
rm: munkadarab rögzítés,
rö: rögzíthetőség szerszámgép asztalához,
sr: szabványos rögzítő elemek a szerszámgép
asztalához való rögzítéshez (beépítéshez),
munkadarab rögzítéshez,
tá: tájolás központosítás.
11. ábra
Rögzítő berendezés [2]
12. ábra
Rögzítő berendezés metszete [2]
11
2.7. Értékelemzés
Az értékelemzés célja megtalálni az ideális fejlesztési irányt. A megvizsgált szabadalmak
előnyös, hátrányos tulajdonságait az 1. táblázat foglalja össze. A 2. táblázat többségi módszer
alkalmazásával értékeli az eszközöket.
1. táblázat
Értékelemzés
Rögzí
tő a
ppar
átus
tokm
ánnyal
és
csat
lakozt
athat
ó
pal
ettá
val
egysz
erű
szer
kez
et
kis
töm
eg
nin
cs s
űrí
tett
leveg
ős
tisz
títá
s
nem
ren
del
kez
ik
nag
y Z
irá
nyú
rögzí
tő e
rővel
csak
pal
ettá
k
rögzí
tésé
re
alkal
mas
Pal
etta
pozi
cionál
ó
és
rögzí
tő
ber
endez
és
nag
y p
reci
zitá
s
egysz
erű t
öm
ítés
csak
pal
ettá
k
rögzí
tésé
re
alkal
mas
nag
y t
eret
ves
z
el a
meg
munkál
ó e
szköz
munkat
eréb
ől
Rögzí
tő
kés
zülé
k
tokm
ánnyal
és
old
hat
ó
munkad
arab
hord
ozó
val
pre
cíz
X-Y
közp
onto
sítá
s
Sűrí
tett
lev
egős
tisz
títá
s
nag
y r
ögzí
tő e
rő
nag
y f
elüle
tű
munkad
arab
hord
ozó
Bef
ogó
kés
zülé
k
és
szorí
tó
szer
elv
ény
munkad
arab
okho
z és
szer
szám
okhoz
nag
y p
onto
sság
X-Y
irá
nyb
an
nag
ym
éret
ű
munkad
arab
hord
ozó
nem
ren
del
kez
ik
sűrí
tett
lev
egős
tisz
títá
ssal
nem
tudja
elvez
etni
a
hűtő
ken
ő
foly
adék
ot
Gyors
m
űködés
ű
rögzí
tő
hen
ger
foly
adék
kif
oly
óval
Hűtő
ken
ő
foly
adék
elvez
etés
rögzí
tő k
úp
tányér
rugók
nin
cs l
ehet
ősé
g
a fo
rgác
s
auto
mat
ikus
eltá
volí
tásá
ra
Elő
ny
Hát
rány
12
Többség módszer [6]
Ez egy egydimenziós érték elemzési modell. Megállapíthatjuk, melyik modellnek van a
legnagyobb számú előnyös helyi értéke.
Végrehajtás módja:
A módszert úgy kell lefolytatni, hogy, az összehasonlítandó változatokat (Ai), minden
értékelési szempont szerint (Ci) páronként értékeljük.
Az értékelés ezen a szinten nincs számszerűsítve, csak azt kell eldönteni, hogy az aktuális
követelmény szerint (Ci) a változatokat párba rendezve melyik változat jobb a másiknál.
Az értékeléshez táblázatot készítettem. Sorokban az összehasonlítandó modellek szerepelnek,
oszlopok az értékelési szempontokat tartalmazzák.
A táblázat rovataiba az egyes értékelési szempontok szerint,a változatpárok összehasonlása
alapján a jobb változat azonosítóját írjuk. Ha az összehasonlított változatpár a vizsgált
szempont szerint egyforma értéket képvisel, akkor ezt a táblázat megfelelő rovatába írt
„=”jellel lehet dokumentálni.
A változat párok lehetséges számának meghatározása:
s- sorok száma
i-változatok száma
Az értékelemzés során használt jelölések:
A- Gyors működésű rögzítő henger folyadék kifolyóval
B- Befogó készülék és szorító szerelvény munkadarabokhoz és szerszámokhoz
C- Rögzítő készülék tokmánnyal és oldható munkadarab hordozóval
D- Paletta pozicionáló és rögzítő berendezés
E- Rögzítő apparátus tokmánnyal oldható és csatlakoztatható palettával
Kritériumok:
K1-Megvalósíthatóság: a szerkezetek bonyolultságát hasonlítom össze. Alkatrészek alakját és
összetettségét.
K2-Várható pontosság: csatlakozó felöletek kialakítása, alkalmaz-e plasztikus deformációt
illesztéshez.
K3-Rögzítő erő nagysága az alkalmazott rugók száma és fajtája, illetve a rögzítés módjának
összehasonlítása.
K4-Tisztítási lehetőség: ez a szempont veszi figyelembe a csatlakozó felületek tisztítási
módját és a korrózió védelmet a tömítési lehetőségeket.
K5-Munkadarabokhoz való rögzíthetőség minősége: előny a szabványos rögzítő elemek
alkalmazása, illetve a munkadarabhoz kapcsolódó eszközök tömege minél kisseb legyen.
K6-Munkatérből elfoglalt hely: a készülék csak minimális mértékben csökkentse a
megmunkálható munkadarab méreteit.
13
2. táblázat
Többségi módszer szabadalom kutatáshoz
Összehasonlítás szempontjai Összegzés
Változat
párok K1 K2 K3 K4 K5 K6 A B C D E
A-B = = A A A = 3
A-D = = A C A = 2 1
A-C A = = D A A 3 1
A-E E A A A A A 5 1
B-C B = C C = = 1
B-D B = D D B B 2 2
B-E E B B B B B 5 1
C-D C = D C C C 3 1
C-E E C C C C C 5 1
D-E E D D D = E 3 2
∑A=13 ∑B=9 ∑C=8 ∑D=7 ∑E=4
Az értékelemzés alapján az A és a B változatokat érdemes tovább vizsgálni.
3. Piackutatás
A piackutatás során igyekeztem megismerni és összehasonlítani a piacon kapható termékeket,
valamint tovább bővíteni a funkció struktúrát.
3.1. Röhm [5]
A gyártónál csak egy méretben kapható az eszköz. A Stark és VB termékéhez képest ez egy
kifordított változat a központosítást egy csap végzi, ez tartalmazza a rögzítő elemeket.
Plasztikus deformációt a központosítására. Rendelkezik sűrített levegős tisztítással.
Hátránya nagy teret vesz el a szerszámgép munkateréből.
14. ábra
Röhm által alkalmazott rendszer [5]
Beépítési megoldások:
Bázis testbe építhető
Felhasználási terület:marás, fúrás, köszörülés, mérés.
14
15. ábra
Funkcióstruktúra Röhm által gyártott készülékek alapján
Jelölések:
me: merevség biztosítása,
om: munkadarab rögzítés oldása,
rg: rögzítő test munkadarabokhoz,
rm: munkadarab rögzítés,
rö: rögzíthetőség szerszámgép
asztalához
sr: szabványos rögzítő elemek a
szerszámgép asztalához való rögzítéshez
(beépítéshez), munkadarab rögzítéshez,
tá: tájolás központosítás,
ti: kapcsolódó felületek automatikus
tisztítása.
3.2. Vischer & Bolli AG [3]
A cég által alkalmazott rögzítő rendszer: szabadalmaztatott patronos zár (funkció összevonás
a golyók és golyókosár között ). A zár előnye a kevesebb elem könnyebb tisztíthatóság. Jó
rezgés csillapító. Egyes speciális csapok tartalmaznak hőmérsékletkompenzáló tagot is a
pontosság növelése érdekében. A készülék család bizonyos tagjai rendelkeznek sűrített
levegős tisztítással és adat átviteli eszközökkel.Felhasználási terület: mérés, esztergálás,
marás, köszörülés.
Beépítési formák:
Flexibilis felhasználás (szerszámgép asztalára rögzíthető eszközök)
Alaplemezbe építhető változat ( az alaplemez rögzíthető a szerszámgép asztalához)
Közvetlenül integrálható változat
A gyártó által készített méretcsaládot mutatja az 3. táblázat.
16. ábra
VB által alkalmazott patronos befogó szerkezet [3]
15
3. táblázat
VB készülék család adatai
Termék neve Behúzó
erő/egységenként [N]
Meg fogóerő/egységenként
[N]
legnagyobb átmérő
[mm]
SAFE 20 12500 40000 120
SAFE30 20000 60000 160
SAFE50 30000 90000 190
17. ábra
Funkcióstruktúra Vischer & Bolli AG által gyártott készülékek alapján
Jelölések:
he: hűtő kenő folyadék elvezetése,
hv: hűtő kenő folyadék elvezetése,
me: merevség biztosítása,
om: munkadarab rögzítés oldása,
rg: rögzítő test munkadarabokhoz
rm: munkadarab rögzítés,
rö: rögzíthetőség szerszámgép asztalához,
sr: szabványos rögzítő elemek a
szerszámgép asztalához való rögzítéshez
(beépítéshez), munkadarab rögzítéshez,
tá: tájolás központosítás,
ti: kapcsolódó felületek automatikus
tisztítása.
3.3. Stark [4]
A cég golyós rögzítést alkalmaz. A rögzítő erőt rugók biztosítják. Egyes termékek érzékelővel
vannak ellátva ezek a rögzítés állapotát képesek jelezni a szerszámgép felé. Sűrített levegős
tisztítás is elérhető az egységekhez.
Több célra alkalmazható: esztergálás, fúrás, marás, üregelés, teszt állványok
(összeszereléshez).
Beépítési megoldások:
közvetlenül a szerszámgép asztalába építhető változatok,
asztalra rögzíthető egységek.
16
A katalógusokban található adatok szerint az elérhető pontosság kisebb, mint 0.01 mm.
A gyártó által készített méret családot mutatja a 4. táblázat.
Az alkalmazott technológiát a 18. ábra mutatja.
18. ábra
A Stark általalkalmazott rendszer [4]
4. táblázat
Stark készülék család adatai
Termék
neve
Behúzó
erő/egységenként
[N]
Megfogó erő/egységenként [N] Legnagyobb átmérő
[mm]
SPEEDY
classic 1 6500 25000 105
SPEEDY
classic 2 20000 38000 135
SPEEDY
classic 3 30000 55000 176
19. ábra
Funkcióstruktúra Stark által gyártott készülékek alapján
17
Jelölések:
áj: állapot jel,
he: hűtő kenő folyadék elvezetése,
me: merevség biztosítása,
om: munkadarab rögzítés oldása,
rg: rögzítő test munkadarabokhoz,
rm: munkadarab rögzítés
rö: rögzíthetőség szerszámgép asztalához,
sr: szabványos rögzítő elemek a szerszámgép
asztalához való rögzítéshez (beépítéshez),
munkadarab rögzítéshez,
tá: tájolás központosítás,
ti: kapcsolódó felületek automatikus, tisztítása.
3.4. Összehasonlító táblázatok [6]
A gyártók által elérhető termékek összehasonlítása. A 5. táblázat be építésies működési
adatokat hasonlítja össze. A 6. táblázat az előnyöket és hátrányokat mutatja be.
5. táblázat
A piackutatás során megvizsgált eszköz családok összehasonlítása
Szempontok VB Stark Röhm
Behúzó erő/egység [N] 12500 20000
Megfogó erő/egység[N] 40000 38000 22000
Jellemző átmérő[mm] 120 135 129
Magasság[mm] 70 40 68,75
Ismétlési pontosság[mm] ±0,0002 <0,005 0.002
Működtetéshez szükséges
nyomás[bar] 35-40(hidraulikus) 6(pneumatika)
Tömeg[kg] 3,6 4,5
6. táblázat
Előnyök hátrányok összehasonlítása
VB Stark Röhm
Előnyök
Kevesebb elem
kevésbé érzékeny a
szennyeződésekre
Könnyen
karbantartható
Jó rezgés csillapító
Számos változatban
elérhető
Egyes példányok
automatizált
kivitelben is
elérhetők
Pneumatikával
üzemeltethető
T-hornyos asztalhoz
illeszkedik a mérete
Hátrányok
Nem rendelkezik az
automatizáláshoz
szükséges részekkel
Kis ismétlési
pontosság
VB által gyártott
termékhez képest
nagy tömeg
Összetett szerkezet
zavar érzékeny
csak egy méretben
elérhető
nagy helyet foglal el
a gép munkateréből
18
4. Összetett funkcióstruktúra
20. ábra
Összetett funkció struktúra
Jelmagyarázat:
rg: rögzítő test munkadarabokhoz,
rm: munkadarab rögzítés,
om: munkadarab rögzítés oldása,
sr: szabványos rögzítő elemek a
szerszámgép asztalához való rögzítéshez
(beépítéshez), munkadarab rögzítéshez,
rö: rögzíthetőség szerszámgép asztalához,
tá: tájolás központosítás,
áj: állapot jel,
me: merevség biztosítása,
ti: kapcsolódó felületek automatikus
tisztítása,
he: hűtő kenő folyadék elvezetése.
A 20. ábra alapján feltárt funkciók megvalósításának bemutatása.
Munkadarab rögzítés és oldás lehetséges megoldásai:
Tisztán hidraulikus elven működő berendezés. Mind a munkadarab rögzítése és oldása
hidraulikusan történik egy kettős működtetésű hengerrel. Előnye nincs szükség
rugókra, gyorsabb működésre képes, könnyen alkalmazható teljesen automatizált
rendszerekben. Hátránya megmunkálás közben biztosítani kell a rögzítő erőt, nagy
erőkhöz viszonylag nagyméretű dugattyúra van szükség.
Rugók alkalmazása. Csak az oldáshoz van, szükség energiára ez lehet hidraulikus
pneumatikus esetleg mechanikai energia. Hátrány plusz elemek növelik a berendezés
tömegét.
Pneumatika alkalmazása. Viszonylag kis erők hozhatóak létre vele. De egyszerűen
előállítható, meghibásodás estén nem okoz környezet szennyezést. Gyors működést
tesz lehetővé. Alkalmazási területe a nagy tisztaságot igénylő területek például
élelmiszeripar gyógyszeripar.
19
Elektromágneses elven működő rendszerek. Nagy energia igény, a megmunkálás
során felmágneseződhet a darab, Vonza a forgácsot is, nehézkes a tisztítás.
Mechanikus zárak. Nagy tömeg, bonyolult szerkezetek, jelentős kopás jelentkezhet a
hosszú távú használat során.
Tájolás központosítás:
Kúpos felületek alkalmazása: A könnyebb használhatóság miatt a felületek között nem
lehet önzárás, figyelembe kell venni, hogy Z-irányban nem határozza meg teljesen a
munkadarab helyzetét, szükséges síkfelületre való ütköztetés.
Ütköztetés: sík és hengeres felületek alkalmazása
Poligon kötés alkalmazása a bonyolult megmunkálás miatt az alkalmazása nem
célszerű. A felület képes tájolni a munkadarabot és elfordulás ellen is rögzíteni.
Rögzíthetőség szerszámgép asztalára:
T-hornyos és furatmátrixos asztalok szabványihoz illeszkedő méretek kialakítása.
Ebben az esetben könnyen akár hagyományos kialakítású gépekhez illeszthető eszközt
kapunk. Hátránya nehezebb eltávolítani a forgácsot a szerszámgép asztaláról.
Könnyű beépíthetőség elősegítése bázis testekbe, asztalokba Ezek az alkalmazások cél
gépeknél illetve nagy munkaterű gépeknél előnyösek. A forgács és a hűtő kenő
folyadék elvezetése egyszerűbb, mint a T-hornyos asztalokra épített példányok esetén.
Rögzíthetőség munkadarabokhoz:
Menetes rögzítő elemek: sokoldalú felhasználást tesznek lehetővé, egyaránt rögzíthető
ezzel a megoldással a munkadarab, vagy a munkadarabot tartó készülék.
Szabványos csatlakozó felületek kialakítása a megfogás technikában használt többi
elemhez.
Tisztítás: élettartam növelés
Sűrített levegős tisztítás: a megmunkálás során keletkező forgács eltávolítása a
csatlakozó felületekről fontos a precíz működé érdekében. A sűrített levegőt csak a
munkadarab leválasztásakor kell alkalmazni megmunkálás közben nem.
Tömítés: az élettartam növelés egyik eszköze meggátolja a hűtő kenő folyadék
bejutását a készülékekbe ez által csökkentve a korróziót.
Hűtő kenő folyadék kifolyó: készülékekbe bekerült szennyező anyag eltávolítását
segíti elő.
Mosófolyadék: a forgács eltávolítást segíti elő a csatlakozó felületekről, gyakran hűtő
kenő folyadékot alkalmaznak erre a feladatra.
20
5. Megvalósítás
A szabadalom kutatás és piackutatás alatt szerzett tapasztalatok alapján kialakítottam egy saját
elképzelést a megvalósítandó példányról (21. ábra). Ezt tovább vizsgálva igyekeztem az
összevont funkcióstruktúrán bemutatott funkciók közül minél többet megvalósítani. Ennek
alapján vizsgáltam meg a gyártmánycsalád kialakíthatóságát különböző szempontok szerint.
A saját ötlet kialakításakor nagy hangsúlyt fektettem a minél több funkció megvalósítására.
Rögzítőkészülék kúpos központosítással és tájolást segítő bütykökkel
A központosítást kúpos csap végzi (1), tartalmaz tájolást segítő bütyköket (2). A rögzítő erőt
tányérrugók biztosítják (3) a rögzítést golyók végzik (4). Az oldáshoz szükséges erőt
hidraulikus henger biztosítja (5).
21. ábra
Rögzítőkészülék kúpos központosítással és tájolást segítő bütykökkel (első vázlat)
Megvalósított funkciók: munkadarab rögzítés, oldás, tájolás központosítás.
A henger kialakítása során még vizsgálható a hűtő kenő folyadék elvezetésének lehetősége.
5.1. Gyártmánycsalád kialakítása
Gyártmány család: olyan eszközök, melyek alap funkciói és méretei meg egyeznek, de a
megvalósításban különbségek vannak.
A kiválasztott Rögzítőkészülék kúpos központosítással és tájolást segítő bütykökkel eszköz
esetén is képezhetünk ilyen változatokat.
A választott eszköz funkcióinak részletezése, és ezen keresztül változatok képzése:
Rögzítő test munkadarabokhoz, a behúzó csapok szerint képzett változatokat az 5.2
pontban mutatom be.
Munkadarab rögzítés, a munkadarab rögzítését a behúzó csaphoz kapcsolódó golyók
végzik, az behúzó erőt tányér rugók biztosítják. A golyók teherbírását ellenőrizni kell
felületi nyomásra.
Munkadarab rögzítés oldása, ezt hidraulikus hengerrel célszerű megoldani. A kisseb
méretű változatok esetén célszerű megvizsgálni a tisztán pneumatikával üzemeltetett
eszközöket. A 6.2 kerül részletezésre a dugattyú kétféle kialakításának lehetősége.
21
Szabványos rögzítő elemek a szerszámgép asztalához való rögzítéshez (beépítéshez), ezek
az elemek csak a rögzítést szolgálják például csavarok.
Rögzíthetőség szerszámgép asztalához, a beépítési példákat az 5.3 pontban ismertetem.
Tájolás központosítás, ezeket a feladatokat ebben az esetben a behúzó csap végzi.
Állapot jel, ebben az esetben nem rendelkezik a készülék ilyen funkcióval, ezt a tovább
fejlesztési lehetőségek között kap fontos szerepet.
Merevség biztosítása, a megmunkálás pontosságához elengedhetetlenül szükséges
funkció, ezt befolyásolja a szilárdságtani méretezés eredményei, és a gyártásnál elérhető
megmunkálási pontosság.
Kapcsolódó felületek automatikus tisztítása, a készüléket sűrített levegős tisztítással
szeretném ellátni. De vizsgálható az a lehetőség is, amikor a forgács eltávolítására a hűtő
kenő folyadékos átöblítést alkalmazunk.
Hűtő kenő folyadék elvezetése, ez a funkció az élettartam növelés szempontjából fontos.
A bemutatott készüléket módosítani szükséges ahhoz, hogy ez a funkció teljesüljön.
5.2. Behúzó csap kialakításának vizsgálata
Az alap készülék (21. ábra) rendelkezik tájolást segítő bütykökkel, ez a kialakítás akkor
előnyös, ha csak egy eszközt használunk az elő gyártmány rögzítésére tájolására. Házszerű
alkatrészek esetén megnehezíti a felszerelést.
Tehát a készülék második változata a tájolást segítő bütykök elhagyásával készül. Így ez a
készülék nem képes osztásra és a forgó mozgás megakadályozására, csak több csap egyidejű
alkalmazása határozza meg a darab helyzetét teljesen.
A csapok további két féle kialakítása lehetséges a munkadarabhoz való kapcsolás módja
szerint. Az első változat, hogy magából a csapból alakítjuk ki a menetes részt. Előnye nem
szükséges csak egy alkatrészt tárolni, hátránya egy csap csak egy féle hosszúságú menettel
látható el.
A másik lehetőség a belső kulcsnyílású csavar alkalmazása. De ebben az esetben vizsgálni
kell a csavar teherbírását és anyagát. Előnye rugalmasan változatható hosszúságú menet lehet
kialakítani, a csavarok variálásával. Hátrány több alkatrészt kell tárolni, a csavarok
kialakításából eredően nő a pontatlanság. Vizsgálni kell a szilárdságtani jellemzőket.
a, b,
22. ábra
Behúzó csap változatok
22
c, d,
23. ábra
Behúzó csap változatok
5.3. A szerszámgép asztalára való rögzíthetőség vizsgálata
Az eszközt a szerszámgép munkaterében rögzítik, ennek lehetséges megoldásait a 24. ábra
mutatja.
A hagyományos gépek nagy része rendelkezik T hornyos asztallal. A rögzítés történhet
ezekhez közvetlen módon is (24. ábra/a). Ekkor vizsgálni kell a csatoló elemek teher bírását.
Előnye csak az eszköz kerül rögzítésre, ez által minimális a plusz tömeg, a munkatér könnyen
átrendezhető. Hátránya a hidraulikus és pneumatikus csövek könnyem sérülhetnek,
megnehezedik a forgács eltávolítása a munkatérből.
Bázis testek alkalmazása (24. ábra/b) ebben az esetben a rögzítő elemeket egy testbe építik be,
ami könnyen rögzíthető a munka térben. Előnye a hidraulikus pneumatikus csövek védett
helyre helyezhetők, könnyebbé válik a forgács eltávolítása. Hátránya csökkentheti a
megmunkálható munkadarab méretét. Különböző feladatok esetén nehezebb variálhatóság.
Mátrix asztalok kialakítása (24. ábra/c) az elemek beépíthetők lehetnek közvetlenül a
szerszámgép asztalába. Ebben az esetben nem csökken a megmunkálható munkadarab mérete.
Előnyös kialakítás lehet célgépek esetén, ekkor a hidraulikus pneumatikus rendszer a
szerszámgépbe szerelhető.
a, b, c,
24. ábra
Beépítési példák [3]
23
6. Méretezés
A gyártmánysorozat elkészítéséhez meg kell határozni az alap adatokat. Én a tervezést az
átmérő és a nyomás megállapításával kezdtem ebben felhasználtam a piac kutatás során
szerzett tapasztalatokat. Így a jellemző átmérőt120mm-re a működéshez szükséges nyomást
40 bar-a választottam, gyártmány család középső elemét terveztem meg pontosan a többit
csak közelítő számításokkal képeztem, a fontosabb méreteket ellenőrzőszámítással
ellenőriztem.
6.1. Henger méretezése [8]
A szerkezet bonyolult kialakítása miatt a szilárdságtani számítások csak közelítő jellegűek.
A méretezés menete:
A számítások kezdetén a szerkezet kialakítását figyelembe véve próbáltam meghatározni a
dugattyú átmérőjét. Figyelembe vett szempontok:
a megfelelő nagyságú erőt kell biztosítani a munkadarab rögzítéséhez,
a fedél rögzítését belső kulcsnyílású csavarok felhasználásával célszerű megoldani, ezek
elhelyezéséről is gondoskodni kell.
Az előzetes számításoknál a dugattyú átmérőjét 85mm-re választottam. És első lépésként
meghatároztam az ehhez tartozó minimális falvastagságot tisztán a nyomás figyelembe
vételével.
A méretezésnél azt feltételeztem, hogy a henger falvastagsága kisebb, mint 24 mm (v
<24mm), így mint egyszeresen görbült héj méretezhető.
Héjnak nevezzük az olyan teherhordó szerkezeti elemet, amelynek falvastagsága kisebb, mint
a szerkezet jellemző külső geometriai mérete átmérője.
Egyszer görbült héjnak nevezzük az olyan szerkezetet, amely geometriai modelljének
vezérgörbéje egyenes.
Mivel a geometria és a terhelés is körszimmetrikus ezért kizárólag normálfeszültségek
keletkeznek.
σa- tengelyirányú feszültség
σR- sugárirányú feszültség
σφ- érintőirányú feszültség
D-a héj közepes átmérője
Dk-külső átmérő (nem a szerkezet teljes átmérője, ez csak a héjra jellemzője)
p- belső túlnyomás
v- hj falvastagsága
d- dugattyú átmérője
A méretezéshez a Mohr szerinti redukált feszültséget vettem figyelembe:
(1)
(2)
(3)
24
(4)
25. ábra
Feszültségi főirányok
A belső átmérő ismeretében csak a külső átmérőt kell meghatározni. A választott anyag a
C60E. Nem szükséges korrózióálló acélt választani, mivel a hűtő kenő folyadék tartalmaz
korrózió gátló adalékot.
A minimális külső átmérő meg határozásához a (4) egyenletből kiindulva történik
(5)
(6)
(7)
(8)
A (8) képletbe történő behelyettesítés előtt meg kell határozni a σred maximális értékét
n- biztonsági tényező
Reh- anyagra jellemző folyáshatár
(9)
A v meghatározása után kiszámítottam az anyagban ébredő feszültségeket
(10)
(11)
(12)
(13)
Az így nyert vastagságot a biztonság javára felfelé kerekítettem.
Figyelembe kell venni a munkadarabról a készülékre ható erőt is, amit csak tisztán
nyomásként vettem figyelembe. A feltételezett erő 10kN.De a szerkezet belsejében is
keletkeznek, erők ezek közül a legjelentősebb a hidraulikus munkahenger által összenyomott
rugókból származó erők ez a dugattyú méretéből számíthatók. Ez az erő megközelítőleg 23kN
és tisztán húzásként vehető figyelembe.
Az így keletkező feszültség: megközelítőleg 28,4591 MPa. így a Mohr elmélet szerint végzett
számítások nem változnak.
25
6.2. Dugattyú kialakítása, tömítések [11] [12]
Ebben a pontban szeretném vizsgálni a hűtő kenő folyadék elvezetésének lehetőségét illetve a
tányérrugók terének leválasztását. Figyelembe kell venni már ebben a pontban azt is, hogy
nem lehet akármekkora belső átmérőjű tányérrugókat választani.
A hűtő kenő folyadék elvezetése nem kötelező elemi funkció ezért csak a fő funkciók
megvalósítása után vizsgálható. Ebben az esetben viszont függhet tőle a hidraulika
általbiztosított erő.
A henger kialakításánál a tömítések kiválasztásához a Trelleborg cég katalógusait használtam.
A tömítési feladat: egyenes vonalú mozgást végző görbe felületeket kell tömíteni. Ehhez a
feladathoz több féle tömítés is alkalmazható. Az alkalmazott tömítések keresztmetszete lehet
tömör ( O-gyűrű, négyszög keresztmetszetű gyűrű stb.) nyitott profilú (U-profil, V-profil stb.)
és több anyagból álló, különleges kialakítású.
A választott eszköz ebben az esetben egy összetett tömítés, amely egy O-gyűrűből és egy
teflon gyűrűből áll. Előnye a kis csúszási súrlódás és nagy sebességre képes. Sokféle olajjal
üzemeltethető (pl.: ásványi olajok, szintetikus olajok, környezet barát hidraulika folyadékok).
26. ábra
Dugattyú
A folyadék hűtőkenő folyadék elvezetését nem biztosító dugattyúk megközelítőleg 6%
nagyobb erő biztosítására képesek, mint a folyadék elvezetését biztosító dugattyúk. Előnyük a
egyszerűbb kialakítás, és a könnyebb tömítési feladat. De a szerkezet élettartama csökken.
Nehezebb megtisztítani a csatlakozó felületeket.
27. ábra
Dugattyú folyadék elvezetővel
A folyadék elvezetését biztosító dugattyúk, egyszerűbb tisztítást tesznek lehetővé, ezáltal
növelik a szerkezet élettartamát.
26
6.3. Rugók kiválasztása [10]
A rugók kiválasztásánál a Schnorr cég katalógusát használtam fel.
A rugók helye adott tehát csak a számukat és az egymásra helyezésük módját kell
meghatározni.
A tányérrugók a hajlító igénybevételt szenvedő rugók csoportjába tartozik. A rugótányérokat
megfelelő hengeres üregbe lehet beépíteni vagy pedig csapra lehet felfűzni. A gyári
katalógusok tanulsága szerint a tányérrugókra jellemző, hogy nagyon váltakozó görbéjű
rugókarakterisztikájú oszlopokat lehet belőle összeállítani. De a kis rendelkezésre álló hely
miatt nehéz biztosítani azt, hogy a különböző vastagságú rugók ne terhelődjenek túl, ezért
csak ugyanolyan vastagságú rugók kerülnek beépítésre. Ebben az esetben a csapon vezetett
megoldást választottuk, és a beépítés úgy történik, hogy a rugók előfeszítve legyenek. Ennek
oka, hogy a rögzítő erőt biztosítani kell, a működés egész időtartama alatt A rugó oszlop
kialakításakor, figyelmet kell arra fordítani, hogy minél nagyobb elmozdulást biztosítsunk.
Az elő feszítés mértéke 25% a maximális terhelés nem érheti el a 75% lehajlást.
A szerkezetben vegyes rugó oszlop kerül beépítésre. A kiválasztásnál több lehetséges
variációt figyelembe vettem. A legfontosabb szempont az volt, hogy mind folyadék
kifolyóval és a nélkül is megfelelő erőt tudjon biztosítani minél kisebb változtatás nélkül.
A számítások során felhasznált képletek:
Eredő erő tányérrugó köteg esetén
28. ábra
Tányérrugó jelölések magyarázata
(14)
Erdő elmozdulás
(15)
Váltakozó értelemben beépített tányérrugók esetén az eredő erő
(16)
Eredő elmozdulás
(17)
Vegyes rugóoszlop esetén az eredő rugó oszlop magasság
[ ] (18)
i- váltakozó értelemben beépített rugók száma (vagy rugókötegek száma)
n- rugókötegbe beépített rugók száma
[(
) (
) ]
(19)
27
E-Young modulus
ν- Poisson tényező
t- vastagság
h0- kúp magasság ( h0 =l0 –t)
K1 - konstans
Az elmozdulás számításánál felhasznált (19)képletet számítógépes program segítségével
számítottam ki. Az elmozdulásokat a kisebb erőt biztosító folyadék kifolyóval ellátott
dugattyú esetén végeztem el majd a kiválasztott példányt ellenőrzésre kerül, hogy a nagyobb
terhelés esetén se érje el a lehajlás a 75%-ot.
7. táblázat
Összefoglaló táblázat rugókhoz
Azonosító
szám
Dr×dr
[mm×mm] db s [mm] se4 [mm] se6 [mm] L4 [mm] L6 [mm]
016500 70×30,5 3 1,46 5,87 8.76 39,6 59,4
016600 70×30,5 2 1,44 5,78 8.64 32,4 48,6
016700 70×35,5 2 1,31 5,25 7,86 32,4 48.6
016800 70×35,5 1 1,19 4,77 7,14 23,2 34,8
016900 70×40,5 1 1,09 4,36 6.54 22,4 33,6
017000 70×40,5 1 0,56 2,26 3,39 24,8 37.2
db- kötegbe szükséges rugók száma
s- egy rugó lehajlása a terhelés hatására
se4 – eredő elmozdulás 4 váltakozó értelemben beépített rugóköteg vagy rugós tag esetén
L4 –rugó oszlop magassága
Az kiválasztott rugó a 016900 azonosító számú 70×40.5mm átmérőjű rugóból készített 6
elemet tartalmazó rugóoszlop. Ez megfelelő nagyságú erőt biztosít, és kis méretet. Az
elmozdulás, amit ezzel a rugóoszloppal el lehet érni (az előfeszítést levonva) 4.14 mm.
7. Gyártmánysorozat kialakítása [6]
Azonos funkcióra, azonos működési elv szerint, azonos megoldáselemekből összeállított
mérnöki tervek, melyek csak működési és geometriai paramétereikben térnek el egymástól.
A gyártmánysorozat kialakításának célja a tervezési idő csökkentése, egyes gyártmányokra
vonatkoztatva. Csak a vezér típus megtervezését kell elvégezni, lépésről lépésre. A többi
eszközt hasonlósági törvények alkalmazásával lehet származtatni.
Jelen esetben az eszköz külső átmérőjét növeltem ez által nőtt a dugattyú átmérője, így a
beépíthető rugók mérete és a behúzó erő is. Így nem csak geometriai hasonlóság valósul meg,
hanem a statikai hasonlóág is ez azt jelenti, hogy a geometriai hasonlóság mellett az erőarány
is állandó.
Egy konstrukció akkor elégíti ki a gyártmánysorozat követelményeit, ha legalább egy
hasonlóság-típus érvényes a sorozat elemei között.
φ-hasonlósági tényező
Li-a sorozat egyik tagja
φ= 1,6 választottam a középső elem 120mm nagysága adott. Képeztem kisebb átmérőjű és
nagyobb átmérőjű darabokat is. A gyártmánysorozat elemeit 8. táblázat mutatja.
28
8. táblázat
Gyártmánysorozat
Külső átmérő [mm] 46,875 75 120 192 307,2
Dugattyú átmérő [mm] 31,25 50 80 128 204,8
Folyadék kifolyó nélküli
dugattyú esetén
keletkező erő [kN]
2,684 6,872 17,529 45,037 259,418
A statikai arány φg=2,56.
Az így képzett sorozat első négy eleme jól alkalmaz ható a gépgyártásban. Az ötödik tag
mérete túl nagy az általános felhasználáshoz.
A piacon található termékek esetén az a trend mutatkozik, hogy a 100mm átmérőnél kisebb
eszközök tisztán pneumatikus működtetésűek. A Stark cég is gyárt ilyen készülékeket. A
tisztán sűrített levegővel üzemelő készülékek alkalmazási területe a nagy tisztaságot
megkövetelő gyártási folyamatok (pl. gyógyszeripar, élelmiszeripar, finommechanika).
Pneumatikus üzemeltetés esetén, viszont csak kisseb rögzítő erő állítható elő így abban az
esetben csak geometriai hasonlóságról beszélhetünk.
8. Összegzés és tovább fejlesztési irányok [9]
A feladat elkészítése során ismeretanyagot gyűjtöttem a nullpont rendszerű készülékekkel
kapcsolatban. Az információ gyűjtés fő forrásai a szabadalomkutatás és a piackutatás voltak.
A kutatás során feltártam az elemi funkciókat, és az ezeket megvalósító funkcióhordozókat,
ezen ismeretek alapján elkészítettem a funkcióstruktúrát. A 20. ábra mind a szabadalom és
piac kutatás során megismert készülékek funkcióit tartalmazza. A megismert eszközök
alapján megfogalmazásra kerültek a működési feltételek. A dolgozat során többször végeztem
érték elemzést, aminek célja a lehetséges fejlesztési irányok feltárása volt.
A megszerzett tapasztalatok alapján kialakítottam egy saját ötletet. A tervezés során arra
törekedtem, hogy az eszköz minél több funkciót legyen képes megvalósítani, igyekeztem
figyelembe venni a többi gyártó által alkalmazott méreteket.
A gyártmánycsalád kialakításával a megvalósítható eszközök számát igyekeztem növelni,
illetve a készülék alkalmazhatósági tartományát bővíteni. Bemutattam egy lehetséges
gyártmánysorozat kialakításának lehetőségét.
A tovább fejlesztési irányok a teljes automatizálás felé mutatnak. Ez azért szükséges, hogy a
készülékek alkalmazhatóak legyenek a modern rugalmas technológiai rendszerekben. A
rugalmas gyártócellák (FMC) és a rugalmas gyár-tórendszerek (FMS) egyidejűleg több
különböző alkatrész időben változtatható sorrendű, kötetlen ütemű gyártására alkalmas
technológiai rend-szerek. Az FMC-k néhány CNC szerszámgépből, megmunkáló-központból
(MC), az ezeket kiszolgáló robotból, valamint kiegészítő anyagtároló, ellátó, és
mérőberendezésből állhatnak, az eszközök működésének összehangolását a cellairányító
számítógép (FMCC) végzi az aktuális termelési program szerint. A rugalmas
gyártórendszerek (FMS) cellákból és/vagy egyedi technológiai erőforrásokból épülnek fel.
29
Az ilyen rendszerekhez való csatlakoztatáshoz elengedhetetlen a villamos interfészen
keresztüli csatolás. Szükséges jelet adni a készülék állapotáról, van-e befogott munkadarab, a
biztonságos rögzítés megtörtént-e, illetve az oldás állapotáról is szükséges információt
szolgáltatni. A szükséges jelek előállításához különböző szenzorok beépítésére van szükség.
A készülékeket el lehet látni különböző intelligens funkciókkal ilyen lehet munkadarab
azonosítására alkalmas rendszer, és a forgácsolási erőt figyelő erőmérőcellák, amik vész
esetén leállíthatják a megmunkálást.
A másik tovább fejlesztési irány a pontosság növelése, ezt elsősorban pontosabb
megmunkálással lehet elérni.
A pontosság meghatározásához, le kellene gyártani egy prototípust, amin méréseket lehet
végezni. Az alkalmazhatóság eldöntéséhez meg kell határozni az ismétlési pontosságot. A
mért értékek alapján el lehetne végezni a szerkezet korrekcióját.
30
9. Irodalomjegyzék
[1] Takács György – Szilágyi Attila – Demeter Péter – Barak Antal: Forgácsoló
szerszámgépek
[2] http://www.google.com/patents
[3] http://www.vb-tools.com
[4] http://www.stark-inc.com
[5] http://www.roehm.biz/
[6] Dr. Takács György Tervezés módszertan jegyzet
[7] Dr. Molnár József – Dr. Szabó Sándor Készüléktervezés
[8] M. Csizmadia Béla-Nándori Ernő Mechanika mérnököknek Nemzeti
Tankönyvkiadó 1999
[9] Dr. Zsiga Zoltán - Dr. Makó Ildikó CNC szerszámgépek célgépek
[10] http://www.schnorr.com/
[11] Font Péter – László György – Varga Béla Tömítések Műszaki Könyvkiadó 1971
[12] http://www.trelleborg.com