DIPLOMAMUNKA. Csavarozó célgép tervezése

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR SZERSZÁMGÉPEK TANSZÉK 3515 Miskolc-Egyetemváros DIPLOMAMUNKA Feladat címe: Csavarozó célgép tervezése Készítette: Kadlott Dávid MSc szintű, gépészmérnök szakos CAD/CAM szakirányos hallgató Tervezésvezető: Simon Gábor mesteroktató Konzulensek: Nagy Szilárd CAD mérnök, okleveles gépész, és villamosmérnök Ladányi Sándor CAD mérnök, okleveles gépészmérnök Miskolc, 2017

2 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR Gépészmérnök mesterszak CAD-CAM szakirány Szám: SZG-2017/ ML Szerszámgépek Tanszéke 3515 Miskolc-Egyetemváros DIPLOMATERV KADLOTT DÁVID Neptun kód: FOJGF3 A TERVEZÉS TÁRGYKÖRE: A FELADAT CÍME: Célgéptervezés Csavarozó célgép tervezése. A FELADAT RÉSZLETEZÉSE: Szabadalom- és szakirodalmi kutatás alapján mutasson be a címben megfogalmazott célgéphez hasonló megoldásokat. Értékelje ezek felépítését, struktúráját, az általuk végzett technológiai folyamatot. Megoldásváltozatok feltárása, majd azok értékelemzése alapján vázoljon egy lehetséges megoldást. A kiválasztott megoldás alapján CAD-tervező rendszer alkalmazásával készítse el a célgép alkatrészeinek 3D-s prototípusát, és végezzen ellenőrző számításokat a célgép teljesítményét és terhelhetőségét illetően. Készítse el a célgép összeállítási modelljét, majd ez alapján az összeállítási rajzdokumentációt. TERVEZÉSVEZETŐ: KONZULENS: Simon Gábor mesteroktató A DIPLOMATERV KIADÁSÁNAK IDŐPONTJA: A DIPLOMATERV BEADÁSÁNAK HATÁRIDEJE: Nagy Szilárd CAD mérnök, Okleveles gépészmérnök, és villamosmérnök Ladányi Sándor CAD mérnök, Okleveles gépészmérnök... Dr. Szilágyi Attila egyetemi docens 2

3 EREDETISÉGI NYILATKOZAT Alulírott.; Neptun kód: a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős.. szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy. című diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. Miskolc,...év..hó..nap.. Hallgató 3

4 TARTALOMJEGYZÉK 1. Idegen nyelvű összefoglaló Bevezetés Körhengerek A gyártósoron gyártott körhengerek bemutatása Méretek, típusok, variációk A körhengerek általános felépítése Körhengerek szerelési sorrendje, technológiája Jelenlegi szerelősor bemutatása, a problémák megfogalmazása Tervezett szerelősor Dugattyú-dugattyúrúd típusok, az alkatrész elemzése Irodalomkutatás csavarozó célgép témában Kutatás csavarozó témában Kézi megoldások Automata csavarozási megoldások Kutatás csavarozó célgép témában Az Alprosys Kft. által tervezett célgép Az ELME Automatika Kft. csavarozó célgépe A csavarozóval szemben támasztott követelmények megfogalmazása Brainstorming meeting eredménye Célgép tervezésének követelményei Tervezési követelmények Funkcionális követelmények Üzemeltetési követelmények Célgép koncepciók Szükséges funkciók feltárása

5 6.2. Feltárt funkciókhoz megoldáselemek keresése Dugattyúrúd megfogását biztosító egység (a szükséges csavarozási nyomatékkal szemben) Megoldáselemek hozzárendelése erőzáró megfogásnál Megoldáselemek hozzárendelése alakzáró megfogásnál: Csavarozó mozgatását biztosító egység a Z tengelyen (automata csavarozási folyamattal) Csavarozó és dugattyú egység egytengelyűségét biztosító egység az X tengelyen Koncepciók értékelése Rang módszerrel Gazdaságossági számítások a célgép alkalmazására Megtakarított idő számítása Éves megtakarítás számítása Hatékonyság növekedés számítása Kiválasztott koncepció megtervezése Creo3 tervezőprogrammal Dugattyúrúd megfogását biztosító egység, a pneumatikus satu megtervezése Pneumatikus henger méretezése Pneumatikus satu prototípusa Oldallap ellenőrzése húzó igénybevételre Oldallap felfogó csavarjainak méretezése A kiválasztott csavarkötés ellenőrzése Pneumatikus satu 3D modellje A csavarozót mozgató egység, a csavarozó torony megtervezése Csavarozó kiválasztása Torony vázának kiválasztása Lineáris sín, golyós kocsi kiválasztása

6 Az egységet mozgató pneumatikus henger kiválasztása A csavarozó torony prototípusa A kiválasztott egységek ellenőrzése a fennálló terhelésekre Pneumatikus munkahenger ellenőrzése Lineáris sín golyós kocsi ellenőrzése A csavarozó torony 3D modellje A csavarozó és a dugattyúrúd egytengelyűségét biztosító egység, a toronymozgató mechanizmus megtervezése A toronymozgató mechanizmus munkahengerének kiválasztása A toronymozgató mechanizmus prototípusa Híd ellenőrzése a torony nyomó igénybevételére Munkahengerek ellenőrzése a mozgatott teherre A toronymozgató mechanizmus 3D modellje A megtervezett csavarozó célgép bemutatása A csavarozó célgép összeállítási modellje, működése Csavarozó célgép vázának a megtervezése A csavarozó munkahely 3D modellje Mechanikus alkatrészek karbantartási igénye Összefoglalás Felhasznált irodalom Mellékletek

7 1. Idegen nyelvű összefoglaló The main purpose of my thesis is design a special screwdriver machine which can screw the piston units of round cylinders of Aventics Hungary Ltd. The screwdriver should operate in semi-automatic mode, so the operator inserts the workpiece manually and the tightening is done automatically. During my thesis, I strive to choose the best machine variant, which best meets to the predefined criteria. I try to use my knowledge acquired during my studies and my professional experiences. I collect new knowledge with research of other constructions, and if it possible, I will try to implement this in my machine. If I get positive results after the economical calculations of using the machine, the concept will be designed. During the design process I use Creo 3 CAD system, because it was used by my company. Where i consider it necessary, I m going to make the necessary engineering calculations. Finally, I create the assembly drawing from the designed machine model, which you can find in the attachment. 7

8 2. Bevezetés január óta dolgozok az Aventics Hungary Kft. technológiai osztályán, ezen belül a folyamattervezéssel és célgépek tervezésével foglalkozó csoportban. Napjainkban egyre jobban megfigyelhető az iparban az a fajta felgyorsulás, mely igyekszik kiszolgálni az egyre növekvő fogyasztói társadalmat. Ennek következtében minél jobban törekedünk a folyamataink automatizálására, hogy az emberi munka befolyása (mint például: a betegség miatti kiesés, a selejtgyártás, az emberi képességekben lévő különbség) minimális befolyással legyen a termelékenységre. A tervezett gépekkel időt, pénzt igyekszünk megtakarítani, valamint törekszünk a selejt termékek számának a csökkentésére. A Diplomamunkám fő célja egy olyan csavarozó célgép tervezése, mely alkalmas egy újonnan tervezett körhenger család és a jelenleg gyártásban lévő körhengerek dugattyúegységének csavarozására. A gép mechanikai tervezése és legyártatása tartozik az én felelősségi körömbe, az elektronikai- és vezérlési feladatokat egy villamosmérnök kollégámmal együttműködve tervezzük meg. A tervezés során törekszem a lehetséges műszaki megoldások feltárására, figyelembe véve a különböző gazdaságossági szempontokat, illetve a cégen belüli korlátozásokat. 8

9 3. Körhengerek 3.1. A gyártósoron gyártott körhengerek bemutatása A tervezendő célgép által végzett művelet a szerelési folyamatnak csak egy részfolyamata, ettől függetlenül mindenképpen szükséges a tervezés megkezdése előtt a teljes folyamat és termékpaletta megismerése. Ezáltal kapok képet a különböző típusok variációiról és a gép gyártási környezetéről. A körhengerek olyan egyszeres, illetve kettős működésű munkahengerek, melyeknél a henger profilja kör alakú. A vállalat által értékesített körhengerek palettája három fő szériából tevődik össze, melyeket egy gyártósoron gyártanak. A legkisebb széria a standard normáknak megfelelő MNI hengercsalád (Mini cylinder), melyek kis beépítési méretük miatt (dugattyú átmérő: 10 mm-től 25 mm-ig), főleg automatizálási célokra fejlesztettek ki. Az MNI hengerek élelmiszeripar számára tervezett változata a CSL henger (Stainless Steel Cylinder). A CSL henger minden alkatrésze rozsdamentes, alámetszésektől és sarkas élektől mentes, ami az élelmiszeriparban elengedhetetlen követelmény. A palettát a legnagyobb körhenger, az RPC (Round Profile Cylinder, azaz körprofilú henger) zárja, mely a mini hengerek folytatólagos szériája, tehát 32 mm-es dugattyú átmérőtől a 63 mm-esig érhető el. A három különböző henger 3D modellje az 1-es ábrán látható. 1. ábra Hengerek 3D modellje 9

10 Méretek, típusok, variációk A három körhenger mérettípusait az 1-es és 2-es táblázatban foglaltam össze: Dugattyú átmérők Dugattyú átmérők MNI CSL RPC [mm] 10 X 12 X 16 X X 20 X X 25 X X 32 X 40 X 50 X 63 X 1. táblázat Körhengerek dugattyú átmérői Löketek MNI [mm] CSL [mm] RPC [mm] táblázat Körhengerek elérhető lökethossz tartománya Főbb variációk Egyszeres működésű, alaphelyzetben betolt vagy kitolt dugattyúrúddal Egyszeres működésű, mágneses dugattyúval (detektálható a dugattyú helyzete például egy reed szenzorral), alaphelyzetben betolt vagy kitolt dugattyúrúddal Átmenő dugattyúrudas, mágneses dugattyúval Kettős működésű, löketvégi csillapítás nélküli Kettős működésű, mágneses dugattyúval, löketvégi csillapítás nélküli Kettős működésű, mágneses dugattyúval, löketvégi csillapítással 10

11 Tömítés típusok (a környezeti hatásoknak megfelelően választhatók) Standard tömítések Hőálló tömítések Különböző kiegészítők a hengerre Szenzorok (Például: reed -, útmérő szenzor) Levegőcsatlakozók Első és hátsó fedél felfogó elemek Dugattyúrúd kiegészítők (villásfej, gömbcsukló stb.) A körhengerek általános felépítése A 2-es ábra alapján egy henger alapvetően 3 részegységre bontható: 2. ábra Körhengerek általános felépítése Hengerfedelek: - Első fedél - Második fedél Hengercső Dugattyú-dugattyúrúd egység 11

12 A három hengercsalád felépítésileg megegyezik, eltérések csak a hengerfedelek kialakításából és a különböző dugattyú egységekből adódnak, utóbbit a későbbiek folyamán részletesen is ismertetem Körhengerek szerelési sorrendje, technológiája Jelenlegi szerelősor bemutatása, a problémák megfogalmazása Problémák megfogalmazása: Az MNI hengerek közel 20 éves konstrukciók, mely a jelenlegi sor kialakításán is megfigyelhető. A berendezések, eszközök elavultak, amik meghibásodása miatt több órányi állásidő keletkezett havonta, a szerelési módszer és folyamat már nem tudja követni az időközben felfutott vevői igényeket. A termékpaletta kibővült a CSL és RPC szériával, mely hatására komoly kapacitási problémákba ütközött a szerelősor. Mivel a problémák napi szinten jelentkeztek, elengedhetetlen volt egy új szerelő sor kialakítása, új eszközökkel és egy újra átgondolt folyamattal. A jelenlegi sor kialakítása a 3. ábrán látható. 3. ábra Szerelő terület alaprajza az átalakítás előtt 12

13 A szerelések több osztatlan asztalon történnek, melyre standard munkavégzést (minden ember azonos módszerrel szerel) kialakítani nem érdemes, ugyanis a betartatása szinte lehetetlen. A tesztelés egy kézi szivárgásmérőn történik, minden más funkciót utólagosan ellenőriznek a csomagoló asztalon (pl.: lökethossz, mágnesesség). Projektben megfogalmazott elvárások az új szerelősorral kapcsolatban: Minden műveletre külön szerelőasztal és készülék, melyre a standard munkavégzés kialakítható Új tesztberendezés, mely a szivárgáson kívül minden más funkciót is ellenőriz Normaidő csökkentése a kapacitás növelésének érdekében Egyes manuális műveletek (mint például a dugattyú csavarozás) automatizálása Tervezett szerelősor A 2-es ábrán bemutatott modellnél megállapítottam, hogy a hengert alapvetően három szerelési részegységre lehet bontani, melyből adódik a szerelési sorrend. A tervezett kialakítás a 4-es ábrán látható. 4. ábra Tervezett szerelő terület alaprajza 13

14 Előszerelő terület (hengerfedelek szerelése) Első fedél szerelése: 1. Présgép: dugattyúrúd vezető hüvely préselése az első fedélbe 2. Présgép: dugattyúrúd tömítés préselése Kézi szerelő munkahely: fojtócsavar szerelés, csavarozás, fojtócsavar fedélbe betekerés 3. Présgép: hengerfedél fojtócsavar furatának a zömítése (a fojtócsavar maximális kitekerésének a szabályozása végett) Hátsó fedél szerelése: Kézi szerelő munkahely: löketvégi csillapítás tömítés behelyezése (opcionális) Kézi szerelő munkahely: fojtócsavar szerelés, csavarozás, fojtócsavar fedélbe betekerés 3. Présgép: hengerfedél fojtócsavar furatának a zömítése Dugattyú egység szerelése (pneumatikus csillapítást feltételezve) Dugattyúra ajakos tömítések felszerelése, dugattyú egység rúdra helyezése Csavarozás nyomatékra / szegecselés Henger zsírzása, összefűzése Hengercső és dugattyú zsírzás, egybefűzés Hengercső és hengerfedelek préselése Összegörgőzés A henger készre szerelése után következik a szivárgás és funkció ellenőrzés, lézergravírozás, majd a csomagolás. 14

15 3.3. Dugattyú-dugattyúrúd típusok, az alkatrész elemzése A célgépet a dugattyú egység előírt nyomatékra történő csavarozására kell megterveznem. Ahhoz, hogy a tervezést el tudjam kezdeni szükséges és elengedhetetlen feltétel, hogy megismerjem azokat a típusokat és alkatrészeket, amik a gép használata közben előfordulhatnak. Dugattyú típusok Alapvetően kétféle felépítésű dugattyú egység fordulhat elő a hengerekben: Löketvégi-csillapítással rendelkező (pneumatikus csillapítású) henger dugattyú egysége Löketvégi-csillapítással nem rendelkező henger dugattyú egysége A löketvégi-csillapítás célja a dugattyú sebességének a lecsökkentése, még mielőtt a fedéllel érintkezne, ezáltal növelhető a henger élettartama, illetve csökken a zajszint. MNI hengerek Az MNI hengerek esetében a löketvégi csillapítással nem rendelkező hengerek dugattyú egységei szegecseltek. Ebben az esetben a dugattyút a dugattyúrúdra nem csavarmenetes megoldással, hanem egy szegecselő eljárással rögzítjük. Mivel a 10 mm-es és 12 mm-es dugattyú átmérőjű hengereket nem szereljük löketvégi csillapítással, így itt a dugattyú rögzítését szintén a szegecselő gépen végezzük. Ezen okokból ezekkel az átmérőkkel a továbbiakban nem foglalkozok. Pneumatikus csillapítású MNI henger dugattyú egysége: Az 5-ös ábrán látható, hogy a dugattyú két félből tevődik össze, és mivel pneumatikus csillapítású, ezért a rögzítése egy belső kulcsnyílású úgynevezett csillapító dugattyúval történik, mely a 2-es fedél megfelelően kialakított részébe illeszkedve, biztosítja a csillapítást: 5. ábra MNI henger pneumatikus csillapítású dugattyú egysége 15

16 RPC hengerek A pneumatikus csillapítással nem rendelkező RPC hengereket kompakt dugattyú egységgel szereljük, mely egy alkatrészből áll, rögzítése hatlapú csavaranyával történik: 6. ábra RPC henger pneumatikus csillapítás nélküli dugattyú egysége Pneumatikus csillapítású RPC henger dugattyú egységét az MNI-hez hasonlóan kell szerelni: 7. ábra Pneumatikus csillapítású RPC henger dugattyú egysége CSL hengerek A pneumatikus csillapítással nem rendelkező CSL henger dugattyú egysége az RPC-től eltérő módon, két dugattyúfélből áll: 8. ábra Pneumatikus csillapítás nélküli CSL henger dugattyú egysége 16

17 A pneumatikus csillapítású CSL henger dugattyú egysége alapvetően megegyezik a másik két típusú hengernél bemutatottakkal: 9. ábra Pneumatikus csillapítású CSL henger dugattyú egysége Dugattyúrúd átmérők és hosszúságok Típus MNI CSL RPC Dugattyú átmérő [mm] Dugattyúrúd átmérő [mm] Alaphossz (L) táblázat Dugattyúrúd átmérők és hosszúságok Dugattyúrúd kialakítása A dugattyúrúd hossza a lökettel változik. A legrövidebb és leghosszabb rúd között a méretkülönbségek a 2-es és 3-as táblázat alapján számottevőek, így ezt a tervezés során figyelembe kell vennem. Menetes kialakítás található mind a vevői, mind a belső oldalon, ahol az egységet csavarozni kell. A csavarozásra ellenfogást csak a vevői oldalon kialakított hatlapon lehet alkalmazni. 10. ábra Dugattyúrúd rajza 17

18 Dugattyút rögzítő csavar típusok, kulcsnyílások A dugattyú egységek 3D modelljeit megvizsgálva az egységet rögzítő csavarok a csillapítástól függően lehetnek: Hatlapú metrikus menetű csavaranyák, illetve Belső kulcsnyílású, úgynevezett csillapító dugattyúk A szerelés közben előforduló rögzítő csavarokat a 4-es táblázatban foglaltam össze: Típus MNI CSL RPC Dugattyú átmérő [mm] Csillapítás fajtája: C - Csillapításos NC - Csillapítás nélküli C NC C NC C Kulcsnyílás [mm] Kulcsnyílás típusa: BK - Belső kulcsnyílású H - Hatlapú BK BK BK H H H BK BK BK H H H H BK BK BK BK 4. táblázat Csavar típusok A dugattyú egységek meghúzási nyomatékai Mivel az átmérőbeli méretkülönbségek számottevőek, így a meghúzási nyomatékok is ennek megfelelően változnak. Az 5-ös táblázatot megvizsgálva megállapíthatom, hogy kilenc különféle meghúzási nyomatékkal kell számolnom, ahol a legkisebb és a legnagyobb nyomaték között a különbség 25,4 Nm. Típus MNI CSL RPC Csillapítás C NC C NC C Dugattyú átmérő [mm]: Nyomatékok 0,6 2 2,5 2, ,6 0, , [Nm]: 5. táblázat Meghúzási nyomatékok 18

19 4. Irodalomkutatás csavarozó célgép témában Minden tervezés alapja az irodalomkutatás, ezt kikerülni nem lehet, azonban a mai modern világban megkönnyíteni igen. Az irodalomkutatás célja, a dolgozat témájához kötődő vagy ahhoz valamilyen szempontból kapcsolódó megoldások felkutatása, összegyűjtése, majd ezek értékelése után a saját munkánkba valamilyen módon való felhasználása. Éppen ezért fontos kritérium, hogy a forráskeresésnek csak akkor álljunk neki, amikor már legalább körvonalazódott, hogy mit szeretnénk pontosan elérni a tervünk végén, ezáltal ki tudjuk szűrni a részünkre fölösleges információkat Kutatás csavarozó témában A keresést első körben magára a műveletre fókuszálva kezdtem meg, a keresett kulcsszavak a nyomatékra húzás és a csavarozók voltak. A keresés eredményeit az alábbi módon foglalom össze: Kézi megoldások Nyomatékkulcs A nyomatékkulcs (11. ábra Kézi nyomatékkulcs) a beállított határnyomaték elérésekor kattanó jelzést ad. 11. ábra Kézi nyomatékkulcs Jellemzője: A nyomatékra húzás a súrlódás nagy bizonytalansága miatt pontatlan. A súrlódást sok tényező befolyásolja: az egymáson elcsúszó felületek anyaga, a felületek érdessége, a kenőanyag (tulajdonságai, megléte, hiánya), a mozgás sebessége. Mivel a nyugvó súrlódás jóval nagyobb, mint a mozgási, ezért folytonosan mozgatva kell a meghúzást végezni. Ha a nyomatékkulcs lekattanása előtt röviddel meg kell állni pl. azért, mert fogást kell váltani akkor az újrahúzás előtt a csavart vissza kell lazítani. [1] Előny: Olcsó megoldás Egy csavarozó kulcs lefedheti a kívánt nyomatéktartományt 19

20 Hátrány: Nem automatizálható Hosszú csavarozási idő Kevésbé pontos Automata csavarozási megoldások Pneumatikus csavarozó Rendkívüli hatékonyságuk miatt az ipar szinte minden területén megtalálhatóak, a felhasználói igényeknek megfelelően. Kialakításuk alapján találkozhatunk egyenes, pisztolyfogantyús és sarokhajtású kivitelekkel, nyomatékuk a néhány tized Nm-től akár több ezer Nm-ig is terjedhet. Gyártóművi követelményeknek megfelelően a direkthajtású szerszámoktól eljuthatunk az automata kikapcsolású, akár 0,1 Nm es nyomatékpontosságú eszközökhöz is. A szerszámok üzemeltetése folyamán nagyon fontos a légmotor olajkenése. A percenként es fordulatú rotor, benne a viszonylag kisméretű lamellákkal, kenés nélkül nagyon hamar tönkremegy. Kenési szabály: minden ezer liter levegőben amely a szerszámon átmegy egy gramm olaj van, akkor a karbantartási feltételeknek eleget tettünk. Előny: Olcsó megoldás Automatizálható Megfelelő pontosságú Gyors csavarozási folyamat 12. ábra Pneumatikus csavarozó 20

21 Hátrány: Egy csavarozó csak egy beállított nyomatékra képes, így minden nyomatékra külön csavarozóra lenne szükség, ez az átállást is nehezítené Elektromos, programozható csavarozók Az elektromos csavarozók nagy rugalmasságot kínálnak, szabad programozhatóságuk révén. Magas folyamat megbízhatóságot nyújtanak, széleskörű kiértékelő funkcióik és dokumentációs lehetőségeik révén. A beépített jeladónak köszönhető nyomaték- és szögérték felügyelet révén a csavarozási folyamat átfogó felügyelete és irányítása valósítható meg. E mellett a fontos paraméterek nyomon követése és dokumentálása is garantált. 13. ábra Elektromos programozható csavarozó Főbb egységei: 1. Kihajtás 2. Mérőegység 5. Bolygórendszeres hajtómű 7. EC motor Előny: Precíz pontosság Automatizálható Programozható bármilyen nyomatékra (tartományon belül) Egyszerű nyomatékváltási lehetőségek Akár az egész nyomatéktartomány lefedhető egy csavarozóval Gyors, igényeknek megfelelően állítható csavarozási folyamat 21

22 Hátrány: Drága megoldás 4.2. Kutatás csavarozó célgép témában A további keresést már a csavarozó célgépek témakörben folytattam tovább, melyhez kezdő lépésként a legnagyobb és legismertebb kereső oldalon a Google-on kezdtem a kutatást, ami a csavarozó célgép kulcsszóra 4460 darab találatot kínál. A találatok többsége egyedi célgép tervezéssel foglalkozó cégek által kivitelezett projektek, melyek egy másik vállalat által kooperációban kiadott egyedi feladatára ad megoldást. Ezek a gépek a megbízást adó vállalat specifikusan egy termék vagy termékcsoport, egy technológiai folyamatára készültek, azonban egy-egy felhasznált ötlet tökéletes példaként szolgálhat az általam tervezendő géphez. A következőkben a találatokból kiszűrt legjobb megoldásokat szeretném bemutatni, értékelni azok felépítését, és megvizsgálni, miként tudnám ezeket felhasználni a saját projektemben Az Alprosys Kft. által tervezett célgép Az első, az elképzeléseimhez közel eső célgép, az Alprosys Kft. oldalán talált célgép volt. Mivel a megbízást adó cég és a kivitelező között titoktartási megállapodás áll fenn a tervezett technológia nyilvánosságára, ezért csak képek találhatóak az oldalon a tervezett berendezésről, a gép által végzett technológiai folyamatról nem található leírás. A tervezett gép a 14-es ábrán látható: 22

23 14. ábra Alprosys Kft. csavarozó célgépe A gép felépítésének, struktúrájának értékelése A gép váza Bosch Rexroth 45x45-ös alumínium profilból épült ugyanúgy, mint az általunk tervezett új szerelősoron a szerelőasztalok és berendezések váza. A megfelelő kész tervek birtokában a gépváz kiválasztásánál törekednem kell szintén ezt a típusú profilt alkalmazni, hogy a tervezendő gép az üzemi környezetbe megfelelően illeszkedjen. A csavarozási műveletet egy Bosch Rexroth által forgalmazott programozható, elektromos csavarozó végzi, melynek nyomatékát, csavarozási sebességét szoftveresen állíthatjuk, valamint egy PLC vezérlés alkalmazásával akár többféle nyomatéktartományt is lefedhetünk. A csavarozó egyetlen hátránya, hogy drága, nagy előnye viszont a pontos nyomatékra húzás. Ezzel a megoldással a megadott csavarozási nyomatékok (5. táblázat Meghúzási nyomatékok) lefedhetők egy, vagy maximum két csavarozóval. A csavar meghúzásakor fellépő nyomatékkal szemben egy pneumatikus szorító tokmányt alkalmaztak, ebből tudok talán következtetni, hogy ez a gép is tengelyszerű alkatrész csavarozási feladatát oldja meg. Összegezve a fentieket, a gép tökéletes alapot jelenthet a saját célgépem tervezéséhez, érdemes tovább gondolni a koncepciót egy automatizált megoldással. 23

24 Az ELME Automatika Kft. csavarozó célgépe Az ELME Automatika Kft. oldalán hasznos információkat/instrukciókat találtam a tervezendő géphez. Az általuk tervezett gép a 15-ös ábrán látható: A gép specifikációja: kisméretű egységek csavarozása 15. ábra Elme Automatika Kft. célgépe programozható csavarozási sorrend egyedileg telepíthető (offline) intelligens felkapatási fázis fordulatok száma mérhető automatikus ülékkitolás csavarozási fordulat számlálás nyomaték elektronikusan szabályozott érintőképernyős programozói felület rugalmas programozhatóság kopásálló tervezés A specifikációk közül vastagon kiemeltem a tervezendő gépemre nézve hasznos pontokat. Az intelligens felkapatási fázis fontos lehet a menetkeresés szempontjából. Ezáltal elkerülhető lehet a ferde felkapatás. Ezt a funkciót, egy esetleges elektromos programozható csavarozóval tökéletesen lehet kivitelezni. Az automatikus ülékkitolás szintén egy hasznos funkció lehet, ugyanis a hosszabb löketű dugattyúrudak behelyezését nagymértékben megkönnyítené. 24

25 Az elektromosan szabályozott nyomatékot az elektromos csavarozóval tudjuk kivitelezni. Ezzel a funkcióval elkerülhető a túl- illetve a kisebb nyomatékra húzás. A meghúzott nyomaték értékeket akár tárolhatjuk is. Az érintőképernyős programozói felület hasznos funkció a gép beállításában, további fejlesztésében, de hasznát vehetjük egy esetleges nyomatékválasztási feladatban is. Alapvető funkcióként szolgálhat mind a kezelő, mind az üzemeltető szempontjából. A rugalmas programozhatóság, mint alapvető követelmény megfogalmazásra került. Széles nyomatéktartomány esetén, feltétlenül fontos ezek lefedése minél kevesebb eszközzel. Az elektromos csavarozók széles nyomatéktartományban alkalmazhatóak, nyomatékváltásuk könnyen megoldhatóak. A kopásálló tervezés szintén alapkövetelmény. Cserélhető befogók, készülékek esetén fontos szempont azok élettartama. A karbantartási oldalról szintén nem elhanyagolható rész, a tervezés során kiemelt figyelmet kell rá fordítani. 25

26 5. A csavarozóval szemben támasztott követelmények megfogalmazása 5.1. Brainstorming meeting eredménye Vállalatunknál a gyártás és a technológia két különböző csoport. A megfelelő együttműködés érdekében minden esetben közös meetingek szükségesek, ahol megvitatásra kerülnek az általunk elképzelt tervek és ezek alkalmazhatósága az üzemben. Egy ilyen kaliberű géptervezésnél már szükséges bevonni a soron dolgozó szakembereket is, akik ezt a nap 24 órájában kezelik. Az ehhez hasonló esetekben egy brainstorming meeting kerül megszervezésre, ahol a két osztályról érintett szakemberek megfogalmazzák a tervezendő géppel kapcsolatos elvárásokat, ötleteiket. Brainstorming A hatékony csoportmunkát nagymértékben elősegíti a brainstorming (ötletelés) módszer alkalmazása. Ennek alapja, a már említett csoport, mely hatékonyabb, ha heterogén összetételű. Nagy szükség van tapasztalt moderátorra, aki aktivizálja a csoportot (kérdésekkel, saját ötletekkel, új megközelítési módok felvetésével,stb.). A brainstorming időtartama általában rövid, perc, de a probléma jellegéből adódóan azonban ennél hosszabb megbeszélésekre is lehet számítanunk. A brainstorming nem alkalmas teljes problémamegoldásra, mivel nem komplexrendszer, ugyanakkor szinte minden szabályozott kreatív problémamegoldó módszer metodikai és technikai alapja, továbbá taktikai része. Használhatjuk például a brainstormingot egy adott csapattal kizárólag egy probléma lehetséges irányainak összegyűjtésére, majd ezt követően az alkotói fázis további szakaszait, egyedül, vagy más szakemberekkel, teljesen más módszerekkel is el lehet végezni. [2] A sikeresen lezajlott megbeszélés után, egy körvonalazódott képet kaphatok az üzem által elképzelt gép működésére, felépítésére. A következő pontokban a meetingen összegyűlt információkat követelményjegyzékekbe összefoglalva mutatom be. A követelményjegyzékekben a kötelezően betartandó követelményeket és elvárásokat kell feltüntetni. Ezeket nem feltétlenül kell 26

27 teljesíteni, de a tervezés során végig törekedni kell az elvárások kielégítésére is Célgép tervezésének követelményei A dugattyúrúd kialakításából adódóan csak a meghúzási oldallal ellentétesen található olyan aszimmetrikus felület (lapolás, hatlap), ahol ellenfogást lehet alkalmazni szerszámmal, viszont a hosszú (>1200 mm) löketek miatt ez emberi kézzel lehetetlen. A vízszintes szerelés az alkatrész hossza és a szerelő cella méret korlátai miatt nem támogatott Tervezési követelmények A célgépnek önálló egységként kell funkcionálnia, hogy a szerelő sorba minden átalakítás nélkül integrálni lehessen, magassága illeszkedjen a többi szerelőasztal magasságához. A hosszú (akár >1200 mm) henger löketek és a szerelőcella méret korlátai miatt, a vízszintes csavarozás nem lehetséges, ezért egy új fejlesztésű függőleges csavarozó berendezés tervezése szükséges. A tervezést a cégénél használt CREO3 CAD rendszerben kell elvégezni, a kész tervet, rajzdokumentációkat a PDM-link CAD archívumba archiválni szükséges. A berendezés esztétikailag illeszkedjen az üzemben megszokott célgépek kialakításához, ezért amennyiben lehetséges a gép szerkezeti váza a 45x45-ös Bosch Rexroth alumínium profilból készüljön, az ergonómiai elvárásoknak eleget téve Funkcionális követelmények A tervezendő célgép feladata a körhengerek dugattyúegységének az előírt nyomatékra meghúzása. A gépnek csak a csavarozási feladatot kell tudnia ellátni, az összeszerelés egy megelőző munkahelyen történik. Mivel az egyes átmérők és típusok meghúzási nyomatékai eltérnek, ezért a nyomatékválasztás rizikóként van megjelölve. A gép tudjon minden csavarozási nyomatékot, a típusok közötti nyomatékváltás a lehető legegyszerűbb legyen, a dolgozónak lehetőleg minél kisebb szabadságot kell adni ebben a feladatban. Amennyiben átállás szükséges, akkor az a lehető legegyszerűbb formában történjen, lehetőleg másik szerszám használata nélkül. A csavarozó a megadott 27

28 nyomatéktűréseket ne lépje át, ez a gépképesség ellenőrzésénél figyelembe lesz véve. A berendezés alapterülete lehetőleg ne haladja meg egy 500x800-as munkahely méreteit, a magassága illeszkedjen a többi asztal magasságához, mely 2215 mm. A berendezés súlyára nincs külön elvárás. A csavarozási folyamatot, amennyire lehet automatizálni szükséges, külön elvárás, hogy a lehető legkisebb ciklusidő alatt csavarozzon, melyet a dolgozó felügyelet nélkül hagyhat. A csavarozónak 3 műszakban kell rendelkezésre állnia, az átlagos csavarozási intenzitás megközelítőleg 2 perc/darab. A berendezés vezérélésének tervezésekor figyelembe kell venni, hogy a dolgozó egyértelmű jelzéseket kapjon az egyes ciklusok végeztével, mint pl.: Megfelelő megfogás Csavarozás folyamatban Megfelelő csavarozási ciklus Nem megfelelő csavarozás vagy megfogás esetén hibajelzés, melyet a dolgozónak nyugtázással kell jóváhagynia, az újra megismételhetőség előtt. Munkabiztonsági szempontok figyelembevételekor az alábbi kritériumokat feltétlenül figyelembe venni szükséges: Szorítások alkalmazásánál elsődleges a dolgozó testi épsége (pl.: kézsérülések elkerülése), szűkülő rések esetében 5 mm felett burkolat szükséges Automata csavarozási ciklus esetén a benyúlás és a feltekeredés veszélyét figyelembe venni Szükséges vész megállító kör tervezése, melynek alkalmazása esetén, a berendezés folyamat ciklusa energiamentes lesz (szorítások, csavarozások), és ezt csak nyugtázás után lehessen feloldani Kiemelten fontos szempont a berendezés telepítésének megkönnyítése, az esetleges átrendezések esetére. Telepítéskor ne kelljen megbontani a berendezést, egységes gépként lehessen azt mozgatni. 28

29 Üzemeltetési követelmények A berendezés a csavarozási ciklus indítása után, felügyelet nélkül magára hagyható legyen, ennek indoklása a lehető legkisebb szerelési ciklusidő. A tervezéskor figyelembe kell venni a lehető legnagyobb élettartamra való méretezést. Amennyiben a gépben kopó, illetve kenést igénylő alkatrészek lesznek alkalmazva, a mellékelt gépkönyvben, karbantartási előírásban, fel kell tüntetni azok várható élettartamát vagy kenési, karbantartási gyakoriságát. A tönkrement alkatrészek cseréjéhez a gépkönyvben szükséges az összeállítási rajz elhelyezése, melyből egyértelműen látszik az alkatrész rajszáma, a kereskedelmi tételek cikkszáma. A berendezés zajszintje lehetőleg ne lépje át az üzemben engedélyezett 90 decibelt, a porra és esetleges külső szennyeződésekre érzékeny részeket burkolattal védeni szükséges. A berendezés használata ne igényeljen speciális szaktudást, a kezelő személyzet könnyen oktatható legyen, használata könnyen elsajátítható legyen. 29

30 6. Célgép koncepciók A következő pontban a tervezendő gép lehetséges tervezési koncepcióit tárom fel. A szükséges funkciók feltárása után, megoldáselemeket keresek hozzájuk, majd a lehetséges koncepcióváltozatok közül kiválasztom a legmegfelelőbbet a műszaki és gazdasági szempontok figyelembevételével Szükséges funkciók feltárása Ebben a pontban a tervezendő gép megfelelő működéséhez szükséges funkciókat fogom meghatározni, figyelembe véve, az előző pontokban meghatározott követelményeket. Az egyes funkciók elemzésekor hivatkozni fogok különböző irányú mozgásokra, így ezt a következő ábrán (16. ábra Tervezési irányok) szeretném bemutatni: 16. ábra Tervezési irányok Megismerve a csavarozásra előírt dugattyú-dugattyúrúd konstrukciót (4. Dugattyú-dugattyúrúd típusok, az alkatrész elemzése), valamint a szerelési technológiát, az alábbi funkciókhoz látom szükségesnek megoldáselemek keresését: Dugattyúrúd megfogása a szükséges csavarozási nyomatékkal szemben Csavarozó bit mozgatása a csavarra a Z tengelyen (automata csavarozási folyamattal) Csavarozó bit és a dugattyú egység egytengelyűségének biztosítása az X tengelyen, a hosszabb löketű rudak behelyezésének a megkönnyítésére 30

31 6.2. Feltárt funkciókhoz megoldáselemek keresése Dugattyúrúd megfogását biztosító egység (a szükséges csavarozási nyomatékkal szemben) Az előírt nyomatékra való meghúzás egyik legfontosabb feltétele, hogy a csavarozandó egység megfelelően meg legyen fogva és a csavaró nyomatékkal szemben ellen tudjon állni. Elsődlegesen a megfogási felületet kell meghatározni a dugattyúrúdon. A dugattyúrúd kialakítását az alábbi ábrán láthatjuk: 17. ábra Dugattyúrúd 3D modell Általam vélt lehetséges megfogási módok az alkatrészen: Erőzáró megfogás a körprofilú rúdon (szorítással) Alakzáró megfogás a hatlapú lapoláson (pozícionálással) Megoldáselemek hozzárendelése erőzáró megfogásnál Kialakítás szerint: Szorítás prizma kialakítású satuval 18. ábra Szorítás prizma alakú satuval elvi ábra 31

32 A satus szorítás előnye, hogy egy satupofával, megfelelő tervezéssel, esetlegesen több átmérőjű rudat is meglehet fogni, viszont a munkadarab ebben az esetben egy dinamikus erőhatásnak van kitéve, mellyel esetlegesen felületi sérüléseket is okozhatunk rajta (a satu pofája közvetlenül ütközik) Szorítás kör keresztmetszeten hasított persellyel 19. ábra Szorítás hasított persellyel elvi ábra A hasított persely előnye, hogy a munkadarab közvetlenül nincs kitéve a satupofa dinamikus erőhatásának, ezáltal a felületi sérülésekre nem annyira érzékeny. Hátránya viszont, hogy minden átmérőjű dugattyúrúdhoz külön perselyt kell alkalmazni. Szorító erő létrehozása: Szorítóerő kifejtése kézi meghúzással (pl.: csavarorsós mozgató mechanizmus) 20. ábra Csavarorsós kézi meghúzás elvi ábra 32

33 A kézi szorítás előnye az ára, ugyanis olcsó, hátránya viszont, hogy nem automatizálható és a meghúzási nyomaték teljes mértékben a dolgozóra van bízva. Szorítóerő kifejtése pneumatikus szorítással (pneumatikus munkahenger) 21. ábra Pneumatikus szorítás elvi ábra A pneumatikus szorítás előnye, hogy automata megoldás, illetve költségekben is pozitív hatása lehet egy saját gyártású pneumatikus hengerrel, hátránya viszont az esetlegesen nagy átmérőjű henger a nagy nyomaték miatt. A nagy méretű henger miatt esetlegesen növekedhet berendezés befoglaló mérete. Szorítóerő kifejtése hidraulika segítségével (hidraulikus munkahenger) A hidraulikus megoldás előnye a pneumatikustól kisebb átmérőjű henger alkalmazhatósága, hátránya viszont, hogy drágább illetve több egységből tevődik össze, ami szintén a befoglaló méreteket növelné. Fontos kritériumok közé tartozik, hogy a csavarozás során, a szorításból esetlegesen adódó felületi sérülések a dugattyúrúdon nem megengedettek, ezért ennél a verziónál a tervezés későbbi szakaszában az anyagválasztásnál és a szorító felület tervezésénél ezt figyelembe kell venni Megoldáselemek hozzárendelése alakzáró megfogásnál: Ellenfogás a hatlap minden oldalán (pl.: hatlapú bitfej) Ellenfogás a hatlap két oldalán (pl.: villás fejjel) 33

34 Alakzáró megoldásnál elengedhetetlen a megfelelő pozícionálás. Ennek hátránya, hogy túl nagy a rudak hosszúságának a különbsége (51 mm-től 1266 mm-ig), ami megnehezíti a pontos befogását a hatlapú lapolásnak. Előnye viszont, hogy nem szükséges szorító erőt kifejteni a munkadarabon, ami által elkerülhetőek a sérülések Csavarozó mozgatását biztosító egység a Z tengelyen (automata csavarozási folyamattal) Mivel automata csavarozási folyamat a cél, így meg kell tervezni a csavarozó mozgatását a Z tengelyen Lehetséges megoldások: Szervó motoros hajtással, golyós orsós pozícionálással 22. ábra Szervó motoros pozícionálás a Z tengelyen elvi ábra A szervó motor sebessége, pozícionálása, nyomatéka stb. programozható, ami által nagyon pontosan tudjuk pozícionálni a csavarozót egy golyós orsós vezetéken. Hátránya, hogy drága megoldás, valamint használata esetén komoly munkabiztonsági intézkedéseket kell figyelembe venni. 34

35 pneumatikus mozgatással (golyós kocsi + lineáris sín) 23. ábra Pneumatikus mozgatás a Z tengelyen elvi ábra A pneumatikus mozgatás hátránya, hogy kevésbé pontos, viszont nagy előnye, hogy házon belül elérhető, ami által olcsó Csavarozó és dugattyú egység egytengelyűségét biztosító egység az X tengelyen Mivel a hosszú löketű dugattyúrudak behelyezése a csavarozótól túl magas konstrukciót igényelne, ezért a következő két megoldás adódik a problémára: Csavarozó torony mozgatása X irányban 24. ábra Mozgatható csavarozó torony (elvi ábra) 35

36 Munkadarab mozgatása X irányban 25. ábra Mozgatható munkadarab megfogó elvi ábra Különösen fontos a precíz megvezetés és pozícionálás, ugyanis ha nem egytengelyű a csavarozó és a csavarozni kívánt egység, akkor a csavarozás nem kivitelezhető (csavarozó bit tengelye nem esik egybe a csavarfej tengelyével) 6.3. Koncepciók értékelése Rang módszerrel A műszaki értékelemzés eszközeinek, lehetőségeinek ismerete különösen fontos a módszeres tervezési környezetben. Ennek oka, hogy a kombinációs úton előállított számos változat közül a műszaki értékelemzés eszközeivel lehet szakszerűen kiválasztani a végső kidolgozásra legalkalmasabb megoldást. [3] Néhány értékelemző eljárási módszer: Többségmódszer Dátum módszer Rang módszer A feladatomra a Rang módszert választottam, mivel ezzel a módszerrel az egyes változatokat egymással is össze tudom hasonlítani, és alkalmas több módszer összehasonlítására is. Az eljárás lényege, hogy különböző értékelési szempontok szerint állítjuk növekvő, minőségi rangsorba az egyes változatokat. Az értékelési szempontokat tetszőlegesen választom meg, úgy hogy ezeknek megfelelően tudjam értékelni a célgép koncepciókat. 36

37 A pontozás szubjektív módon történik egy 1-től 5-ig terjedő skálán, ahol 1 a legjobb és 5 a legrosszabb érték. Feltárt megoldáselemek: V m Megfogó egység: Erőzáró megfogás: E Alakzáró megfogás: A V cs Csavarozó mozgató egység: Szervó hajtással: SZ Pneumatikus mozgatással: P V e Egytengelyűséget biztosító egység: Csavarozó torony mozgatása: T Munkadarab mozgatása: M A funkciók szerinti megoldások száma: M = M E + M A Ahol: M E : Erőzáró megfogású változatok száma M A : Alakzáró megfogású változatok száma M E = V cs V e Ahol: V cs :2 V e :2 M A = V cs V e M = M E + M A = 8 37

38 Kombinációs úton a következő megoldások származtathatók: Jelkép: Megfogó egység Csavarozó mozgató egység Egytengelyűséget biztosító egység M1 Alakzáró megfogás szervó hajtással Csavarozó torony mozgatása M2 Alakzáró megfogás pneumatikus mozgatással Munkadarab mozgatása M3 Alakzáró megfogás szervó hajtással Munkadarab mozgatása M4 Alakzáró megfogás pneumatikus mozgatással Csavarozó torony mozgatása M5 Erőzáró megfogás szervó hajtással Csavarozó torony mozgatása M6 Erőzáró megfogás pneumatikus mozgatással Munkadarab mozgatása M7 Erőzáró megfogás szervó hajtással Munkadarab mozgatása M8 Erőzáró megfogás pneumatikus mozgatással Csavarozó torony mozgatása 6. táblázat Célgép koncepciók Értékelési szempontok: Összegzés Rang módszerrel: C1 Házon belüli alapanyag C2 Pontosság C3 Költség C4 Bonyolultság 7. táblázat Értékelési szempontok M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 C C C C Minősítés táblázat Értékelés Rang módszerrel Optimális megoldásnak a 8-as megoldás adódott, mely alapján a célgépem: Megfogó egysége: Erőzáró megfogású Csavarozó mozgató egysége: Pneumatikus mozgatású Egytengelyűséget biztosító egysége: A csavarozó torony mozgatásával történik. A továbbiakban ennek megfelelően dolgozom ki az egyes egységeket részleteiben. 38

39 7. Gazdaságossági számítások a célgép alkalmazására A kiválasztott célgép koncepció után már következtetni tudok a gép működtetési elvére, így kivitelezhetőek az első, úgynevezett tervelemzések. Ebben a pontban összehasonlításra kerül a célgép tervezés előtti állapot, illetve a célgép tervezés utáni állapot a normaidő függvényében. Ezeket az elemzéseket egy mozgáselemzésen alapuló időmeghatározási módszerrel végzem el, melynek a neve MTM. Az MTM a Methods Time Measurement kifejezés rövidítése, magyarul módszeridő mérés. A módszeridő azt jelenti, hogy egy meghatározott munka elvégzéséhez szükséges idő a tevékenységhez kiválasztott módszertől függ. Röviden: Az MTM olyan eljárás, mely a mozgásfolyamatot standard folyamatelemekre bontja, a mozgás kivitelezésénél fennálló befolyásoló tényezőket rögzíti és a folyamatelemekhez szabványos időértékeket rendel. Ezzel a módszerrel a munkafolyamatok különböző kialakítási lehetőségei már tervezési fázisban összehasonlíthatók, és kiválasztható a legjobb megoldás (best practice-orientáció). [4] 7.1. Megtakarított idő számítása Miután ismertek a normaidők, megállapítható, hogy mennyi időt tudunk megtakarítani a tervezendő géppel, majd ha az eredmények megfelelőek, a menedzsment jóváhagyhatja a beruházást a gépre. A célgéptervezés előtti (jelenlegi) kézi dugattyú csavarozás MTM elemzését az 1. számú mellékletben találhatjuk. Ennek az alapideje Tg kézi : 0,393 min A Tg alapidő azon folyamatszakaszok terv-időinek összegéből áll, amelyek egy folyamat ember által történő tervszerű kivitelezéséhez szükségesek. Ez az időfajta nem tartalmazza az azon fajta esetlegesen felmerülő tevékenységeket, mint például az emberi szükségletek, vagy az esetlegesen bekövetkezett tárgyi problémákat mint például szerszámtörés. Ezeket az 39

40 úgynevezett T v járulékos idő tartalmazza, mely egy folyamat ember általi tervszerű kivitelezéséhez járulékosan szükséges idő. Ezt százalékos arányban adjuk meg, mellyel a Tg alapidőt kiegészítjük. A járulékos idő az üzemben T v : 12% 26. ábra Normaidő felépítése Így a kézi szerelés normaideje T a következőképpen adódik össze: A célgéppel történő csavarozás tervelemzését a 2. számú mellékletben találhatjuk. A normaidő megállapítása a kézi szereléshez hasonlóan történik, kiegészítjük a járulékos idővel. A megtakarítás valamint a hatékonyság kimutatását a cégnél alkalmazott módszerrel végeztem, mely a két különböző módszer időkülönbségén alapul. Ismert a két módszer szerelési normaideje, így már számítható egy becslés, hogy mennyi időt takarítunk meg egy évre levetítve a célgéppel. A két normaidő különbsége (időmegtakarítás): a megtakarított idő darabonként. 40

41 7.2. Éves megtakarítás számítása Éves terv darabszám a hengerekből: db Az éves megtakarítás számítása: a megtakarított idő egy évben, mely órában és műszakra nézve: 112,5 óra / év ~15 műszak / év (450 perces műszakidőt feltételezve) 7.3. Hatékonyság növekedés számítása Egy henger szerelés ideje kézi csavarozással: 2,5 min A csavarozót alkalmazva ez az idő 2,5-0,225 = 2,275 min-re redukálódik. Az éves db-os mennyiség legyártása: Kézi szereléssel T kézi éves : min A célgéppel T célgépes éves : min Tehát a célgéppel egy 9%-os hatékonyág növekedést érhetünk el. 41

42 8. Kiválasztott koncepció megtervezése Creo3 tervezőprogrammal A kiválasztott célgépkoncepció alapján a következő pontokban megtervezem a csavarozó részegységeit CREO3 tervezőprogramban. Az egyes gépelemek tervezésénél elvégzem a szükséges mérnöki számításokat, majd bemutatom az összeállítási modellt Dugattyúrúd megfogását biztosító egység, a pneumatikus satu megtervezése Mivel a megfogásom erőzáró, ehhez szükség van a megfelelő szorító erő létrehozására. Ezt az es fejezetben felsorolt szorító erők létrehozása rész alapján pneumatikusnak választom. Indoklás: a cégnél a pneumatikus elemek házon belül gyártott elemek, így ez bizonyult mind költség, mind hatékonyság szempontjából optimálisnak. A tervezés megkezdése előtt célszerű egy elvi ábrán kidolgozni az egyes részeket, majd ezeket megfelelően méretezve megtervezni. Az általam kigondolt működési elvet a 27-es ábrán mutatom be: 27. ábra Pneumatikus satu elvi ábra A munkadarab befogását hasított persellyel oldom meg, mivel itt kisebb rizikót látok arra, hogy a dugattyúrúdon felületi sérülést okozok a szorításból. A satus megoldásnál a satu közvetlenül a darabnak ütközik, így rizikósabbnak ítélem meg a felületi sérülésveszélyt. Bár hasított perselyből minden rúdátmérőre külön persely kell, mégis megoldottabbnak látom a szerszám nélküli átállást, mint a satus verziónál. 42

43 Működési elv: A hasított persely, mely a munkadarabot szorítja egy fix és egy mozgó satupofa között helyezkedik el. A mozgó pofa két egymással párhuzamos vezetőrúdon csúszik bronz siklócsapágyakon. A geometriai és gyártási hibákból adódó csekély radiális terhelés miatt a csapágyazás nem igényelhet élettartamkenést, elegendő az összeszereléskor felvitt zsír mennyisége. A satu mozgási tartományát 5 mm-re korlátozom, így nincs szükség munkavédelmi okokból kétkezes működtetésre, a dolgozó testi épségének a megőrzésére. A mozgó pofa mozgatását a vezetéken egy 5 mm-es löketű pneumatikus henger látja el. A hasított persely anyagának a bronzot választom. Az alakítható bronzok szilárd, a fárasztó igénybevételnek ellenálló ötvözetek. Minimális súrlódást okoz, így igen hasznos gépalkatrészeknél és egyéb olyan alkalmazásoknál, amelyeknél a fém a fémmel érintkezik. [5] Pneumatikus henger méretezése A megfogást, úgy kell megterveznem, hogy a legnagyobb átmérőjű dugattyúrúd, legnagyobb nyomatékával szemben is, megfogást tudjon biztosítani. A szorításkor fellépő erőket a 28-as ábrán mutatom be: 28. ábra Dugattyúrúd megfogás mechanikai ábra 43

44 A kiindulási adatokat a 3. táblázat Dugattyúrúd átmérők és hossz és az 5. táblázat Meghúzási nyomatékok tartalmazza. A 28-as ábra alapján felírható, hogy: Ahol: M a legnagyobb fellépő nyomaték a dugattyúrúd meghúzásakor (26 Nm) F s a súrlódási erő r a dugattyúrúd sugara (0,01 m) µ a súrlódási együttható bronz és acél között F n pedig a szükséges nyomóerő A fenti egyenletből F n kifejezhető, így a szükséges nyomóerő számítható: A súrlódási együttható értéke bronz és acél esetén: 0,18 [6] (ha kenést is feltételezünk, amennyiben a dugattyúrúdon a megmunkálás után viszkózus anyag marad, például a hűtő kenő folyadék miatt) Az F n szükséges nyomóerő létrehozására egy Aventics által gyártott speciális CCI tandem hengert választok (Compact Cylinder Iso). A henger adatait a 9-es táblázatban foglalom össze, 3D modellje a 29-es ábrán látható: Henger átmérő [mm]: 100 Hengerek száma: 3 Löket [mm]: 5 Maximális dugattyúerő kitolásnál [KN]: 18 (8 bar nyomáson) 9. táblázat CCI tandem henger adatai 44

45 29. ábra CCI tandem henger A henger rajza a 3-as mellékletben (pneumatikus satu rajzdokumentációk) található Pneumatikus satu prototípusa Ismertek a henger befoglaló méretei, így a következő lépésben az alábbi prototípust állítottam össze CREO3 tervezőrendszerben a 27-es elvi ábrám alapján: 30. ábra Pneumatikus satu prototípus A 30-as ábrán látható módon, az oldallapot a fix pofához és a hátsó tartólaphoz csavaros megoldással tervezem szorítani, ehhez azonban szükségesek a következő számítások elvégzése: oldallap legkisebb keresztmetszetének ellenőrzése húzó igénybevételre A fix pofa és a hátsó tartólap csavaros rögzítésének a méretezése nyíró igénybevételre 45

46 Oldallap ellenőrzése húzó igénybevételre A tervezett oldallappal szemben elvárás, hogy rendeltetésszerű használat során ne károsodjon, azaz a terhelés megszűnése után maradandó alakváltozás ne maradjon benne vissza. 31. ábra Oldallap befoglaló méretei A ellenőrzés előtt szükséges az oldallap anyagának a kiválasztása. Az oldallap anyagát S235JR-nek választom, mely az általános rendeltetésű ötvözetlen szerkezeti acélok talán legelterjedtebb tagja, alacsony széntartalommal és általában 400 és 500 N/mm2 közötti szakítószilárdsággal. [7] Tulajdonságai: Adatok: Sűrűség Folyáshatár Szakítószilárdság Nyúlás (kg/dm3) R eh (N/mm2) Rm (N/mm2) A (%) S235JR 7, táblázat S235JR acél mechanikai tulajdonságai Húzóerő, ami a dugattyúerő fele, mivel a terhelés a két oldallapot egyenlően terheli (maximális dugattyúerő kitolásnál, 9. táblázat): N= 9000 N Oldallap legkisebb keresztmetszete (31. ábra): a=10 mm b= 83 mm Anyag folyáshatára R eh =

47 Megengedett feszültség σ meg számítása: A σ meg megengedett feszültséget a folyáshatár és egy választott n > 1 biztonsági tényező hányadosaként értelmezzük. [8] A biztonsági tényezőt n=2-nek választom, így: a megengedett feszültség. Maximális feszültség számítása: ahol A az oldallap legkisebb keresztmetszete, így: Mivel, így az oldallap megfelelő Oldallap felfogó csavarjainak méretezése 32. ábra Merőleges nyomóerő A 32-es ábrán látható nyomóerőt megvizsgálva azt állapítom meg, hogy az F terhelőerő a csavar tengelyére merőleges, tehát nyírásra veszi igénybe a névleges keresztmetszetet. 47

48 Ez az igénybevétel a menet szempontjából kedvezőtlen, ezért a gyakorlatban kerülni kell. Ennek egyik módja, hogy a megfelelően méretezett csavarok kellő meghúzásával olyan nagy F e összeszorító erőt létesítek, amely az F ny nyíróerő fellépésének elkerüléséhez elegendő F s súrlódási erőt ébreszt [9]: 33. ábra Erőhatások az oldallap szorításakor A fenti képletekből számítható a szükséges szorító erő: ahol: F ny : N µ= 0,12 (acél és acél között) Csavar méretezése húzásra: Csavar anyagának 12.9-es anyagminőségű csavart választok, melynek folyáshatára R eh =

49 A biztonsági tényezőt n=2-nek választom. Az adatok birtokában számító a σ meg megengedett feszültség: Mivel a csavarban ébredő tényleges feszültséget nem ismerem, így végső esetben alkalmazható, hogy: Így felírható, hogy: ahol: F e = N a kiszámított előszorító erő A: a csavar keresztmetszetének a felülete [mm 2 ] d: a csavar átmérője [mm] A csavar szükséges átmérője kifejezhető: A kapott eredmény akkor érvényes, ha egy darab csavart alkalmazok. Amennyiben a terhelést többfelé osztom, kisebb átmérőjű csavarokra lesz szükségem, így a fix pofánál két oldalon 2-2 darabot, a hátsó tartólapnál 3-3 darabot (nagyobb keresztmetszet miatt esztétikusabbnak ítélem) alkalmazok. A terhelő erő ezeknek megfelelően oszlik szét, így a kapott eredményt a fix pofánál 4-gyel, a hátsó tartólapnál 6-tal kell osztanom: Szükséges csavarátmérő a fix pofánál: Szükséges csavarátmérő a hátsó tartólapnál: A fenti számításom eredménye alapján egy 12.9-es anyagminőségű M8-as menetű csavart választok mindkét oldalra. 49

50 A kiválasztott csavarkötés ellenőrzése Az ismert geometriai méretek és anyagminőségek alapján ellenőrzöm a csavarkötés terhelhetőségét a fix pofánál. 34. ábra Fix pofa és az oldallap rögzítése A csavar és a menetes furat geometriai jellemzői: Névleges méret d [mm] 8 Orsó magátmérője d 3 [mm] 6,465 Menet középátmérője d 2 [mm] 7,188 Menetemelkedés P [mm] 1,25 Porfilszög 60 Menet hossza a furatban h f [mm] táblázat M8-as menet geometriai jellemzői A menet geometriai méreteinek meghatározása [10]: Menettő hajlítás karja: Menettő vastagság: 50

51 Terhelhetőség meghatározása menettő hajlításra: A hajlító nyomaték és a feszültségegyensúly: A keresztmetszeti tényező: A megengedett hajlító feszültség Az orsóra menettő hajlításából megengedhető terhelőerő: Amennyiben, a fix pofánál lévő oldalon a megfelelő súrlódó erőt biztosító F e összeszorító erőt, elosztom a csavarok számának megfelelően: akkor az eredmény:, tehát a csavar elbírja a terhelést. 51

52 Pneumatikus satu 3D modellje A szükséges méretezések és ellenőrzések elvégzése után elkészítettem a satu 3D modelljét, melynek rajzdokumentációit a 3-as mellékletben helyeztem el. 35. ábra Pneumatikus satu robbantott ábra 8.2. A csavarozót mozgató egység, a csavarozó torony megtervezése A tervezést a pneumatikus satunál alkalmazottak szerint kezdem el, azaz elkészítem az egység elvi ábráját, ami egy kiindulási alapot ad, hogy milyen alkatrészeket kell megterveznem. A csavarozót a Z tengelyen mozgató egység elvi ábráját a 36-os ábrán mutatom be: 36. ábra Csavarozó torony elvi ábra 52

53 Mivel a koncepciók értékelése pontban a pneumatikus mozgatású csavarozó torony adta az értékelési szempontoknak leginkább megfelelő megoldást, így a csavarozót egy pneumatikus hengerrel egy lineáris sínen, golyós kocsis megvezetéssel tervezem mozgatni. Fontos szempont, hogy az egységet úgy tervezzem meg, hogy külső burkolat ne legyen szükséges, viszont feleljen meg a munkavédelmi biztonsági előírásoknak. A burkolat elhagyására helytakarékossági elvárások vannak. A megfelelő henger és vezeték kiválasztásához szükségem van a csavarozó és az azt befogó egységek megtervezésére, majd ezek birtokában tudom ellenőrizni ezeket a fő szerkezeti elemeket, a fennálló terhelésekkel szemben Csavarozó kiválasztása Mivel a nyomatékok átmérőnként és típusonként is változnak, így annak érdekében, hogy az átállás a kilenc különböző nyomaték (5. táblázat) között szerszám nélkül és a dolgozó minimális bevonásával végbe tudjon menni, egy egyenes kihajtású elektromos programozható csavarozót választok. A csavarozót egy villamosmérnök kollégámmal közösen konfiguráltuk le a Bosch Rexroth oldalán található internetes katalógusból. A dugattyúegységek meghúzási nyomatékainak bemutatásánál megállapítottam, hogy a legkisebb és legnagyobb nyomaték között a különbség 25,4 Nm, melyet egy csavarozóval lefedni nem tudok, így a katalógus alapján két csavarozóra van szükség. A választott konfigurációt a 37-es ábrán, a választott egységek kódjait a 12-es táblázatban mutatom be: 37. ábra Csavarozó konfiguráció Nyomaték tartomány [Nm] 1 Kihajtás 2 Mérőegység 3 Hajtómű 4 EC motor 1 Csavarozó 0,6-5,5 2GB82 2DMC006 2GE26 EC302 2 Csavarozó 6-26 G1B102 3DMC060 3GE27 EC táblázat Csavarozók egységei 53

54 Torony vázának kiválasztása Első lépésként a csavarozó torony fő szerkezeti elemét az oszlopot választom ki. Fontos a megfelelő merevség, így az eddigi tapasztalataim alapján egy Bosch Rexroth 90x90 mm-es profilt választok, melynek metszeti ábrája a 38-as ábrán látható. 38. ábra 90x90 mm-es Bosch profil Az összeállított prototípus után, szükség esetén mechanikailag ellenőriznem kell a profilt a terhelő igénybevételekre Lineáris sín, golyós kocsi kiválasztása A csavarozó megvezetését egy Bosch Rexroth által gyártott lineáris sínen és golyós kocsin tervezem megvalósítani. Az egységek a Bosch Rexroth oldalán lekonfigurálhatóak, a konfigurációt, mely tartalmazza a két alkatrész részletes leírását, a 4-es számú mellékletben helyeztem el. Mivel a kész konstrukció még nem áll rendelkezésemre, így csak következtetni tudok a használat közben fellépő terhelésekre, emiatt sínből és golyós kocsiból is egy közepes méretet választottam, melyeket később ellenőriznem szükséges. A kocsi konfigurálásánál fontos szerepet játszottak a gazdaságossági szempontok, illetve a konstrukció bonyolultsága, így ezeknek megfelelően egy alap verziót választottam. A sín hosszának meghatározásánál, mely a mozgató pneumatikus henger löketét is befolyásolja, már figyelembe kell vennem a gépváz és a rajta lévő pneumatikus satu magasságát a lehetséges leghosszabb dugattyúrúd esetében. Mivel a funkcionális követelményekben külön elvárás van a gépváz befoglaló méretére, így egy standard munkahely adatait veszem figyelembe 54

55 ennél a pontnál, mely a későbbiekben a gép szerkezeti váza lesz. A munkahely magassági méreteit a 39-es ábrán mutatom be: 39. ábra Standard munkahely magassági adatai Amennyiben a munkahely 900 mm-es asztal magasságába felhelyezendő pneumatikus satu 83 mm-es magasságát összevetem a leghosszabb 1266 mmes dugattyúrúddal (földig történő ütköztetés esetében), akkor adódik, hogy egy körülbelül 300 mm-es rúdkiállással kell számolnom, mely a maximális csavarozási magasság. Ehhez a mérethez biztonsági ráhagyásokkal egy 476 mm szabványos hosszúságú 30-as méretű (adatok a 4-es számú mellékletben) sínt választok. A választott egység a 40-es ábrán látható. 40. ábra Sín-golyós kocsi 3D modell 55

56 Az egységet mozgató pneumatikus henger kiválasztása A mozgató pneumatikus henger kiválasztásának fő szempontjai: Minél könnyebb konstrukció, hogy ne terhelje a tornyot, illetve a későbbiekben megtervezésre kerülő torony mozgató egységet Minimum 300-as lökethossz, hogy a legkisebb és leghosszabb rúd is csavarozható legyen. Ezt a lineáris sín kiválasztásakor már figyelembe vettem Elbírja a csavarozó és az azt befogó egységek súlyából adódó terhelést Véleményem szerint, ezeknek a kritériumoknak leginkább megfelelő henger az Aventics termékpalettájáról az MNI henger, így az általam választott mozgató henger egy: 25-ös dugattyú átmérőjű 320-as löketű mágneses dugattyújú kettős működésű pneumatikus löketvégi csillapítással rendelkező MNI henger. A henger 3D modellje a 41-es ábrán látható: 41. ábra A csavarozót mozgató pneumatikus henger 3D modell 56

57 A csavarozó torony prototípusa A lineáris vezeték és a pneumatikus henger méreteiből kiindulva elkészítettem a csavarozó 3D prototípusát, mely a 42-es ábrán látható. 42. ábra Csavarozó torony 3D prototípus Az ábra alapján az egység az alábbi alkatrészekből tevődik össze: 1. Torony szerkezeti váz 2. Golyós kocsi végállás ütköző 3. Lineáris vezeték 4. Gyors szorító/oldó kar 5. Golyós kocsi 6. Csavarozó rögzítő/oldó egység 7. Csavarozó befogó 8. Ütköző elem 9. Tartó elem 10. Pneumatikus munkahenger A számmal jelölt alkatrészek a csavarozó szerszám nélküli cseréjét biztosítják, a 8-9 számmal jelölt alkatrészek az egység mozgatására szolgálnak. A következő pontokban ezeket részletesen is bemutatom: 57

58 A csavarozót rögzítő egység (4,6,7 pozíció) robbantott ábrája a 43-as ábrán látható: 43. ábra Csavarozó befogó Működése: a csavarozó befogó a csavarozóval egy egységet alkot (42. ábra), mivel két csavarozóm van, ezért ebből az alkatrészből két darabra van szükségem, amiket a csavarozókhoz csavarkötéssel rögzítettem. A befogót a szorítólapokkal (alsó és felső rész) rögzítem vagy oldom az illesztő csapokon keresztül a gyors szorító/oldó kar segítségével. A pneumatikus mozgató henger és a golyós kocsi közötti kapcsolatot biztosító egységet a 44-es ábrával magyarázom: 44. ábra Függőleges mozgást biztosító rész 58

59 Ahhoz, hogy a védőburkolat elhagyható legyen a csavarozó munkateréből, biztosítani kell, hogy a dolgozó a használat közben ne tudjon semmilyen módon megsérülni. Ezen okból kifolyólag a henger és a 8-as számú ütköző elem között nem szabad, hogy merev mechanikai kapcsolat legyen (44-es a ábra), azaz amikor a henger csavarozási pozícióba mozgatja a csavarozót, bármilyen akadály kerül a mozgás útjába, a csavarozó a henger mozgásától függetlenül meg kell, hogy álljon. Ahhoz, hogy ez kivitelezhető legyen, a csavarozó alapállapotának a henger dugattyúrúdjának kitolt helyzetében kell lennie, azaz a pozitív irányban (44-es b ábra). Amikor a dugattyúrudat negatív irányba mozgatom (csavarozási pozícióba) és a csavarozó váratlan akadályba ütközik, nem fogja tudni a henger tovább mozgatni, tehát a dugattyúrúd az egység nélkül végzi el a mozgást (44-es c ábra) A kiválasztott egységek ellenőrzése a fennálló terhelésekre Pneumatikus munkahenger ellenőrzése A megfelelő működés érdekében a hengert ellenőriznem kell a terhelő súllyal szemben. Ehhez elsőként az egyes alkatrészek tömegét kell megállapítanom, amit három csoportra osztok: A csavarozó tömege m 1 A konfigurált csavarozó fő egységeinek a tömege, a Bosch Rexroth oldalán megtalálható, így ez alapján: EC motor tömege: 0,8 kg Hajtómű tömege: 0,7 kg Mérőegység tömege: 1,2 kg Kihajtás tömege: 0,4 kg Tehát m 1 = 3,1 kg Csavarozó befogó alkatrészeinek tömege m 2 Az általam megtervezett alkatrészek tömegének a meghatározásához, szükségem van az alkatrészek térfogatára, valamint a sűrűségére. 59

60 Az egyes alkatrészek térfogatának meghatározásakor a befoglaló méreteinek a szorzatát vettem, így a megfelelő biztonsági ráhagyás biztosított. Ezek alapján, a 42-es ábra tételszámozását felhasználva: Szorító kar (4) súlya: 0,2 kg Golyós kocsi (5) tömege (katalógus adat): 0,6 kg Csavarozó rögzítő/oldó egység (6) tömege: 1,2 kg Csavarozó befogó (7) tömege: 1,1 kg Így m 2 = 3,1 kg Mechanikai kapcsolatot biztosító alkatrészek tömege m 3 Ütköző elem (8) tömege: 0,2 kg Tartó elem (9) tömege: 1,2 kg Így m 3 =1,4 kg A három egység tömegét összeadva, kiszámíthatom a súlyt, amit a hengernek mozgatnia szükséges. A választott MNI munkahenger maximális dugattyúereje kitolásnál F henger :309 N Mivel, így a henger megfelelő Lineáris sín golyós kocsi ellenőrzése A mozgatott tömegek és a legnagyobb csavarozási nyomaték ismeretében, ellenőrizni tudom, hogy a kocsi elbírja-e a terhelő nyomatékok okozta deformációt. A kocsit a 45-ös ábrán bemutatott nyomatékok terhelhetik: 45. ábra Kocsit terhelő nyomatékok 60

61 A 45-ös ábrán látható nyomatékok a csavarozó torony konstrukciója esetében: M y nyomaték: a csavarozó és az azt befogó egységek súlyából létrejövő nyomaték, melyet a 46-os ábra alapján származtathatok: 46. ábra Lineáris vezetéket terhelő Y tengely irányú nyomaték Ahol: Fg: a csavarozó súlyából adódó súlyerő F g = 76 N r: az erőkar, ami a vezeték és a csavarozó tengelye közötti távolság r=91,35 mm=0,1 m A meglévő adatok alapján az My nyomaték számítható: M x nyomaték: legnagyobb dugattyúegység csavarozási nyomatéka: M x =26 Nm M z nyomaték: Nem terheli ilyen irányú nyomaték A kiválasztott golyós kocsi katalógus adatai: M y max = 200 Nm (katalógusban M L ) M x max = 440 Nm (katalógusban M t ) Mivel és, így a kiválasztott egység elbírja a terheléseket. 61

62 Golyós kocsi élettartam vizsgálata [11] Miután kiszámítottam a lineáris csapágyazás terheléseit, megállapíthatom a csapágy élettartamát. Az eredményt megkapva meg tudom határozni, hogy milyen karbantartást igényel és, hogy a karbantartás milyen időközönként kell, hogy cserélje ezt az alkatrészt. Ehhez a Bosch Rexroth oldalán található katalógust veszem igénybe: A golyós kocsi terhelhetőségi paraméterei (4-es melléklet alapján): C= N (Maximális terhelőerő) M L = 200 Nm (Maximális nyomaték az y tengelyen) M t = 440 Nm (Maximális nyomaték az x tengelyen) Élettartam meghatározása méterben (L 10 ): ahol F c a dinamikus terhelési arány: Élettartam meghatározása órában: ahol: s= kocsi által megtett löket (mozgató henger lökete) n= kocsi percenkénti megtett oda-vissza járása (megnövekedett vevői igényekkel számolva, percenként 2 db henger, azaz 2 csavarozási ciklus) Tehát a csapágyazás a katalógus által megadott számítási módszer szerint a gép élettartama alatt nem szorul cserére. 62

63 A csavarozó torony 3D modellje Miután elvégeztem a megfelelő ellenőrzéseket és méretezéseket, véglegesítettem a csavarozó torony 3D modelljét, melyet a 47. ábrán mutatok be, összeállítási és alkatrészrajzait az 5-ös mellékletben helyeztem el. 47. ábra Csavarozó torony 3D modell A 90x90-es Bosch profil mechanikai ellenőrzését a minimális terhelő erők miatt nem tartottam szükségesnek A csavarozó és a dugattyúrúd egytengelyűségét biztosító egység, a toronymozgató mechanizmus megtervezése A hosszú löketű dugattyúrudak behelyezésének a megoldására a két alapötletem közül a csavarozó torony mozgatását részesítettem előnyben. A kidolgozást az elvi ábra elkészítésével kezdem, majd ennek segítségével elkészítem a prototípust. Az egység elvi működését a 48-as ábrával szemléltetem: 63

64 48. ábra Toronymozgató mechanizmus elvi ábra Az elvi ábrán látható módon, a toronyhoz hasonlóan, lineáris csapágyazással és pneumatikus szorítással tervezem megoldani a mozgatást. Az egység fő funkciója a csavarozó torony készenléti állapotból, csavarozó pozícióba mozgatása az x tengelyen. A torony, csavarozó pozícióba történő mozgatását manuálisra kell terveznem a védőburkolat elhagyása miatt, ennek munkavédelmi okokra visszavezethető háttere van. A megfelelő pozícióba történő kézi mozgatás után a rögzítést automatikusan a sűrített levegő végzi. Az egység tervezését igyekszem lehetőség szerint minél kevesebb alkatrésszel megoldani, hogy ezzel lehetőleg ne növeljem a befoglaló méreteket A toronymozgató mechanizmus munkahengerének kiválasztása Az egység tervezésénél nagyon fontos pont, az egytengelyűség garantálása a csavarozás során, ugyanis ha ez nem teljesül, a csavarozási folyamat nem kivitelezhető. Ennek a biztosítása érdekében a mozgató mechanizmusnak finoman hangolhatónak kell lennie, hogy az esetlegesen gyártási és tervezési hibákból adódó problémákat orvosolni lehessen. Erre a célra az Aventics által gyártott MSC (Mini Slide Cylinder) hengereket választom, melynek lökethatára a finommenetes ütközőkkel, tized milliméter pontossággal állítható. További nagy előnye ennek a precíziós megvezetésű hengernek, hogy a szánját egy nagy teherbírású lineáris csapágy mozgatja, így nem lesz szükségem az egységben újabb csapágy alkalmazására. Ezzel költséget és plusz alkatrészt is megtakarítok. A választott henger 3D modellje a 49-es ábrán látható: 64

65 49. ábra Precíziós megvezetésű MSC henger 3D modellje A választott henger paraméterei: Dugattyúátmérő: 25 mm Dugattyúk száma: 2 Löket: 80 mm (finoman állítható) Csapágyazás: precíziós lineáris csapágy Csillapítás: hidraulikus lökéscsillapítók, melyekkel a löket is állítható A toronymozgató mechanizmus prototípusa A kiválasztott henger, és az eddig elkészített részegységek alapján elkészítettem a toronymozgató mechanizmus prototípusát, melyet az 50-es ábrán mutatok be: 50. ábra Toronymozgató mechanizmus 3D prototípus 65

66 Működési elv: A munkahengerek a központosító gyűrűk segítségével kerülnek felfogatásra a pneumatikus satu oldallapjára. A pneumatikus hengerekhez a híd, mely a csavarozó tornyot tartja, az oldallapok segítségével kapcsolódik össze. Az egység manuális mozgatása a fogantyúk segítségével oldalról történik. Az 50-es ábra alapján az egységet az alábbi terhelésekre kell méreteznem, illetve ellenőriznem: Híd ellenőrzése a torony nyomó igénybevételére Munkahengerek ellenőrzése a megengedett mozgatott teherre Híd ellenőrzése a torony nyomó igénybevételére Az 51-es ábrát megvizsgálva, megállapíthatom, hogy a csavarozó a hidat egyenesen hajlítja, 51. ábra Csavarozó torony hajlító igénybevétele a hídon ahol F g a csavarozó torony súlyából adódó erő. és m a csavarozó torony teljes tömege m 20 kg 66

67 A szerkezet terhelő és nyomatéki ábrája az 52-es ábrán látható: 52. ábra A híd terhelési és nyomaték ábrája Adatok: F g =200 N L=385 mm (maximális hajlító nyomaték) A híd anyaga: Alumínium (AlSi1MgMn) Folyáshatára: R eh =205 biztonsági tényező n=2 Megengedett feszültség: A megtervezett híd keresztmetszete: 53. ábra Híd keresztmetszet 67

68 Keresztmetszeti tényező: Ellenőrzés feszültség csúcsra: Mivel, ezért a tervezett híd alkatrész elbírja a csavarozó torony által okozott egyenes hajlításból eredő terhelést Munkahengerek ellenőrzése a mozgatott teherre A mozgató hengereket ellenőriznem szükséges beépített állapotukban, hogy a rajtuk lévő terhelés nem haladja-e meg a katalógusban megadott, megengedett terheléseket. A hengerre beépített állapotában az 54-es ábrán látható terhelések hatnak: 54. ábra Vezetett henger terhelései ahol: Fg, a csavarozó torony súlyának a feléből, a híd súlyának a feléből, és az oldallap súlyából adódó erő D: a katalógusban megadott siklócsapágy középvonalától a henger szánjának a távolsága, plusz az általam tervezett oldallap középvonala és a henger szánjának a távolsága Maximális terhelés a mozgató hengeren: A hengeren megengedett legnagyobb nyomaték Mivel, így a henger elbírja a rajta lévő terhelést. 68

69 A toronymozgató mechanizmus 3D modellje A megfelelő méretezések és ellenőrzések elvégzése után elkészítettem a toronymozgató mechanizmus végleges modelljét, melyet az 55-ös ábrán mutatok be, összeállítási és rajzdokumentációi a 6-os mellékletben találhatóak. 55. ábra Toronymozgató mechanizmus 3D modell 9. A megtervezett csavarozó célgép bemutatása A gép főegységeinek a megtervezése és 3D modellezése után, elkészítettem a berendezés összeállítási modelljét. A következő pontokban bemutatom, hogyan működik a kész konstrukció, megtervezem a gép vázát, majd elkészítem a munkahely összeállítási modelljét, és végül említést teszek a mechanikus alkatrészek karbantartási igényéről A csavarozó célgép összeállítási modellje, működése Az 56-os ábrán az elkészített összeállítási modell látható, összeállítási rajza a 7. számú mellékletben található: 56. ábra Csavarozó célgép 3D modell 69

70 Működése: A célgép állapotai Alapállapot: 57. ábra Csavarozó alapállapota Az állapot leírása: A toronymozgató mechanizmus hengerei behúzott dugattyúrudas (hátsó) pozícióban, a csavarozó tornyon a csavarozó pedig kitolt pozícióban, azaz a munkahenger dugattyúrúdja kitolt állapotban van. Csavarozási állapot: 58. ábra Csavarozási állapot 70

71 Az állapot leírása: A toronymozgató mechanizmus hengerei kitolt dugattyúrudas (első) pozícióban vannak (58-as a. ábra), a csavarozó tornyon a csavarozó pedig csavarozási pozícióban, azaz a munkahenger dugattyúrúdja behúzott állapotban van (58-as b. ábra) Jelző-, és kezelőpanelek A gépvázra szerelt kezelőpanelt az 59-es ábrán mutatom be: 59. ábra A gép kezelőpanelje A kezelőpanel gombjai háttérvilágítással rendelkeznek. Ezek jelzik a kezelő személynek azt, hogy normális esetben alapállapoti vagy csavarozási folyamatban mikor, melyik gombot kell megnyomni. A Vész-Stop gombot (60-as ábra) alaphelyzeti állapotába kell állítani. Ez úgy történik, hogy a gombon lévő nyilak irányába eltekerjük a gombot, mely ennek hatására kiold. Ezt a lépést követve az ekkor már kék színben világító Vész- Stop Nyugtáz gombot megnyomjuk, így nyomás alá helyezzük a rendszert. 60. ábra Vész-Stop gomb A gépet alaphelyzetbe állítani a Vész-Stop nyugtázását követően kell. Ennek a megkérését jelzi a fehéren világító Alaphelyzet gomb. A gomb megnyomását 71

72 követően a csavarbehajtó felemelkedik alaphelyzeti állapotába. Ezután a csavarbehajtó mozgató hidat hátra kell tolni, ennek hatására ismét világítani fog az alaphelyzeti gomb, mely megnyomásával a hidat alaphelyzeti pozíciójában pneumatikusan rögzítjük. A mozgató híd hátratolásának a lépése elhagyható abban az esetben, ha a csavarbehajtó felemelkedésének pillanatában a híd már a hátsó helyzetében volt. Ha a csavarbehajtó felemelt állapotban van és a mozgató híd hátsó állapotában rögzítve van, és nincs termék behelyezve a perselybe, akkor a csavarozó vezérlők melletti jelzőfénypanel (61-es ábra) fehér lámpája világít, ez jelzi azt, hogy a rendszer alapállapotban van és indítható a csavarozási folyamat. Minden egyes csavarozás végén, ha az a folyamat szerint ment végbe, akkor a szerelt egység kivételét követően a jelzőfénypanel fehér lámpája kell, hogy világítson. 61. ábra Jelzőfénypanel A gépet a folyamat bármely fázisában alaphelyzetbe lehet állítani, ha megnyomjuk a kezelőpanel fehér (ekkor nem kell, hogy világítson), alaphelyzeti gombját. Ez után ismét az alaphelyzeti állapotot kell, hogy felvegye a gép, vagyis a csavarbehajtó felemelkedik, majd az alaphelyzeti gomb fehéren világít, mely megnyomása után a csavarbehajtó mozgató hídja is rögzül hátsó állapotában. Ha a mozgató híd nincs hátsó pozíciójában, akkor mindaddig nem történik semmi, amíg az operátor hátra nem tolja azt és ezután meg nem nyomja a fehéren világító gombot. A csavarozási folyamatból való alapállapot felvétele abban különbözik a Vész- Stop utáni alapállapot felvételétől, hogy ilyenkor már csavarozásra váró egység is van a perselybe befogva. Emiatt a csavarozási folyamatból való alapállapot 72

73 felvételekor van még egy kiegészítő lépés, ugyanis az alapállapot felvételének végén még egyszer fog világítani a fehér nyomógomb. Ekkor egyik kezünkkel megfogjuk a dugattyúrudat, másikkal megnyomjuk a gombot, mely hatására a perselyből kivehető a dugattyúrúd. Ez a lépés azért szükséges, hogy a persely szorításának oldásakor a dugattyúrúd ne essen a kezelő lábára. Amint kivettük a rudat a jelzőfénypanelen a fehér lámpa fog világítani, jelezvén az alapállapot felvételét. Csavarozási folyamat Miután a fenti lépéseknek megfelelően sikerült az Alapállapot felvétele, szükséges meggyőződni arról, hogy a szerelni kívánt egységnek megfelelő program van-e kiválasztva a programválasztó panelen. A munkadarabot behelyezzük a pneumatikus satuban lévő perselybe, ami a 62-es ábrán látható (annak a perselynek kell a satuban lennie, amelyik az adott, gyártani kívánt dugattyúrúdnak megfelel), mely hatására a kezelőpanel Start gombja zölden fog világítani. Miután ezt megnyomtuk, a satu bezár, és csak akkor engedjük el a dugattyúrudat, ha ez a lépés megtörtént. 62. ábra Munkadarab befogása a megfelelő perselybe Ha a szükséges, előírt alkotóelemeket, a megfelelő sorrendben a dugattyúrúdra helyeztük és az ezeket rögzítő csavaranyát rákapattuk a menetre, akkor a toronymozgató mechanizmust két kézzel magunkkal szembe kell húznunk a végállásáig, ekkor ismét aktív a start gomb. Az egyik kezünkkel elengedjük a híd fogantyúját, megnyomjuk a csavarozás indítása (Start) gombot, majd teljesen elengedhetjük a mozgató hidat, a rögzítés megtörtént. A csavarbehajtó 73

74 elindul lefele és automatikusan megcsavarozza és nyomatékra húzza a dugattyúrúd szerelt végét. A csavarozási program három, esetenként négy lépésből épül fel: Csavarkeresés Gyors behajtás Lassú fordulaton nyomatékra húzás Opcionálisan tehermentesítése a bitfejnek A csavarozási folyamat végeztével a csavarozó torony mozgatóhengere alapállapotba tolja a csavarozót. Amint felért a csavarbehajtó, a csavarozás minőségéről a jelzőfénypanel zöld vagy piros lámpája ad jelzést. Ha zöld, vagyis sikeres a csavarozás, akkor a mozgató híd hátratolható Ha piros a jelzés, vagyis a csavarozás, esetleg a nyomatékra húzás sikertelen volt, akkor a kezelőpanel Hiba Nyugtázó gombja pirosan fog világítani. Amint ezt a piros gombot megnyomjuk, tudomásul vesszük, hogy a szerelt egység nem megfelelő, amit a ciklus végén, ennek megfelelően kezelünk. Ezután a mozgató hidat hátra tudjuk tolni. Ezek után a zöld gomb ismét világítani fog, és csak akkor nyomjuk meg a gombot, ha egyik kézzel tartjuk a szerelt dugattyúrudat, mert a satu kinyit és a rúd kivehető a perselyből. Amint kivettük a dugattyúrudat a készülékből ismét az alapállapotot jelző fehér lámpa fog világítani a jelzőfénypanelen, jelezvén, hogy indítható a következő csavarozási ciklus Csavarozó célgép vázának a megtervezése A követelményekben megfogalmazásra került, hogy a gép váza, ha lehetséges, Bosch Rexroth által gyártott alumínium profilból készüljön. Ez a megtervezett gépre nézve egy esztétikailag is fontos pont, ugyanis a szerelőcellában található összes berendezés ilyen típusú vázból épült fel, így ennek alkalmazásával nem lesz a csavarozó munkahely a szemnek idegen. További előnyei a profilnak: A kialakított profil metszet (63. ábra) miatt könnyű (2 kg/m), ennek ellenére rendkívül jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik 74

75 63. ábra 45 mm x 45 mm Bosch Rexroth alumínium profil Hossza könnyen alakítható darabolással, ugyanis 6 méteres hosszban kerül kiszállításra Az egyes elemek között a kötések a sarokelemek (64. ábra) alkalmazásával könnyen kivitelezhetőek 64. ábra Sarok kötőelem A gépváz kialakításakor az alábbi egységek felfogatását kell figyelembe vennem: Csavarozó célgép 2 darab elektromos csavarozó Nem használt csavarozónak tartókonzol Ideiglenes csavarozó tartókonzol (amíg megtörténik a csavarozó cseréje) 2 darab csavarozó vezérlőegység Csavarozó programválasztó panel Jelzőfénypanel Kezelőpanel Vészstop 75

76 Elektromos szekrény az elektromos és pneumatikus vezérlésnek Vezérlő szelepek alaplapja Mielőtt megkezdeném a gép vázának a megtervezését, szükséges meggyőződnöm arról, hogy a profil elviseli a rajta lévő legnagyobb terhelést. A legnagyobb terhelőerő a csavarozó célgép súlyából adódik, melyet a 65-ös ábrán látható módon tervezek az asztalon felfogatni: 65. ábra Tartó asztal ahol: A a pneumatikus saru szélessége B a pneumatikus satu hossza A csavarozó célgép tömege: Pneumatikus satu tömege m 1 : 35 kg Csavarozó torony tömege m 2 : 20 kg Toronymozgató mechanizmus tömege m 3 : 12 kg Tehát a célgép teljes tömege A 65-ös ábrán bemutatott kötés esetén, az egy sarokelemre megengedhető legnagyobb terhelő erő a Bosch Rexroth katalógus szerint: F meg =3000 N A csavarozó célgép teljes súlya F célgép = 700 N Mivel az általam tervezett asztalon a célgépet 4 sarokelem tartja, így ez a súly négyfelé oszlik szét, azaz az egy sarokelemre eső maximális terhelésem: F max 175 N Mivel a maximális terhelés F max << F meg, így a választott profil megfelelő a célgép vázának. 76

77 Az összeállított célgép szerkezeti váza a 66-os ábrán látható, összeállítási rajza a 8-as mellékletben található: 66. ábra Csavarozó célgép szerkezeti váza 9.3. A csavarozó munkahely 3D modellje Miután a célgép és a munkahely minden fő- és részegysége megtervezésre került, elkészíthetem az összeállítási 3D modellt, melyet a 67-es ábrán mutatok be, összeállítási rajzát a 9. számú mellékletben helyeztem el: 67. ábra Csavarozó munkahely 3D modell 77

78 9.4. Mechanikus alkatrészek karbantartási igénye A gép tartósságának és megbízható működésének az elengedhetetlen feltétele a karbantartás. A kopó alkatrészek rendszeres ellenőrzése és szükség esetén cseréje növeli a gép megbízhatóságát. A legtöbbet igénybevett kopó alkatrészek napi szintű ellenőrzését műszak végével célszerű beiktatni, ezek a: Csavarozó bitek Bronz hasított perselyek Bár a golyós kocsi örök élettartammal rendelkezik, ettől függetlenül a kenést, 2000 üzemóránként el kell végezni. Javasolt időszakos, havonkénti ellenőrzést beiktatni, mely során ellenőrizendő a golyós kocsi sín tisztasága, és lerakódott szennyeződés eltávolítása. Havonta ellenőrizni szükséges az MSC hengereken a löketvégi csillapítások kopását, és amennyiben szükséges, cserélni kell azokat. Havonta felülvizsgálandó a csavarbehajtóba befogott csavarozó bit és dugattyúrúd vég központossága. Szükség esetén az MSC henger löketvégi csillapításait utána kell állítani. 78

79 10. Összefoglalás A feladatom során bemutattam az Aventics Hungary Kft.- által gyártott körhengereket, ismertettem a jelenlegi és egy jövőbeli gyártósor működését, melynek tervét a megnövekedett volumen generálta. Ezen belül részletesen foglalkoztam a dugattyúegységek felépítésével és szerelésével, melyekre egy félautomata célgépet kellett terveznem. Miután megismertettem a feladat részleteit, irodalomkutatásba kezdtem, mely során bemutattam a lehetséges csavarozási technikákat, valamint komplett már kidolgozásra került, az én feladatomhoz hasonló célgépek keresésének az eredményeként több felhasználható ötlethez jutottam, melyet a saját gépemen alkalmazni tudtam. A célgép tervezését egy ötlet-roham meeting előzte meg, melynek a hozadéka a tervezéssel kapcsolatos követelmények voltak. Ebben a pontban különböző kikötéseket és ajánlásokat kaptam a tervezendő gépre nézve, melyeket a célgépkoncepciók megalkotásakor és értékeléskor figyelembe vettem. Ennek megfelelően ahol lehetett törekedtem egy olyan megoldás kidolgozására, ahol a házon belül gyártott pneumatikus elemeket alkalmazni tudtam. A választott koncepció használatának időigényét egy mozgásalapú időelemzési módszerrel kielemeztem, mellyel már megközelítést tudtam arra adni, hogy érdemes-e befektetni a célgép elkészítésére. A kiválasztott koncepció főegységeit megterveztem a cégnél alkalmazott Creo 3 tervezőprogram segítségével, ahol szükség esetén elvégeztem a megfelelő mérnöki számításokat a célgép biztonságos használatának érdekében. A megtervezett egységek birtokában, elkészítettem az összeállítási modellt, valamint röviden bemutattam a tervezett működést, melynek elektromos és pneumatikus vezérlési feladatait egy villamosmérnök kollégámmal egyeztettünk. A célgép befoglaló méreteit és tömegét ismerve elkészítettem a munkahely vázát, melyre előzetesen már kialakított terv volt. Ennél a pontnál a munkahelyet a célgépre szabtam, illetve számításokat végeztem a fennálló terhelések figyelembevételével a terhelhetőségre. A tervezett célgép végül legyártásra került, melynek összeállításánál és beállításánál magam is részt vettem. A célgép működése a tervezettnek megfelelően alakult, az apró gyártási és illesztési hibák kijavítása után 79

80 zavartalanul működik, és alkalmazzák a szerelés során, a megfelelő karbantartások mellett. 68. ábra Elkészült csavarozó munkahely 69. ábra Pneumatikus satu és a hasított bronzpersely 80