MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉSI INTÉZET Miskolc- Egyetemváros SZAKDOLGOZAT

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉSI INTÉZET 3515 Miskolc- Egyetemváros

SZAKDOLGOZAT

Feladat címe:

3D-s másoló maró tervezése

Készítette:

JUHÁSZ ÁDÁM Bsc. szintű, gépészmérnök szakos Géptervező szakirányos hallgató

Konzulens: DR. BIHARI ZOLTÁN Egyetemi adjunktus Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézet

2014/2015. TANÉV, 1. félév

3D-s másoló maró tervezése Miskolci Egyetem Gépészmérnöki- és Informatikai Kar Gépészmérnök Géptervező

szak szakirány

Gép- és Terméktervezési Intézet 3515 Miskolc- Egyetemváros

TERVEZÉSI FELADAT SZAKDOLGOZAT KÉSZÍTÉSBŐL JUHÁSZ ÁDÁM részére G4-BGG tanulókör, Q1RALG Gépészmérnöki (Bsc) szak, Géptervező szakirány Terméktervezés tárgyköre:

Termékfejlesztés

Feladat címe:

Másoló marógép tervezése

A feladat részletezése: 1. Vizsgálja meg a gyorsprototípus gyártás lehetőségeit termelékenység és műveleti költség vonatkozásában. 2. Tekintse át a 3D-s szkennelési eljárásokat, elemezze működés és pontosság vonatkozásában. 3. Tervezzen egy pantográf jellegű másoló maró berendezést. Készítsen megoldásváltozatokat az előre meghatározott funkciókra. 4. Méretezze, illetve ellenőrizze a szilárdságilag kritikusnak vélt elemeket. 5. Határozza meg a megtervezett készülék munkaterének méreteit, a befoglaló hasáb geometriáját. 6. Készítse el a szerkezet 3D-s szerelési rajzát, valamint a 2D-s összeállítási rajzdokumentációt megfelelő számú nézet illetve metszet alkalmazásával. 7. Készítse el a szerkezet működőképes prototípusát. 8. Végezzen költségkalkulációt.

Tervezésvezető:

Dr. Bihari Zoltán, egyetemi adjunktus

A feladat kiadásának időpontja: 2014. szeptember 12. A feladat beadásának határideje: 2014. november 21. Miskolc, 2014. szeptember 8. Dr. Takács Ágnes Tárgyjegyző

2


Konzultációs lap DÁTUM

ALÁÍRÁS

09.08.-09.12. 1. hét 09.15-09.19. 2. hét 09.22.-09.26. 3. hét 09.29.-10.03. 4. hét 10.06.-10.10. 5. hét 10.13.-10.17. 6. hét 10.20.-10.24. 7. hét 10.27.-10.31. 8. hét 11.03.-11.07. 9. hét

3

MEGJEGYZÉS


Nyilatkozat

Alulírott Juhász Ádám, a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának hallgatója kijelentem, hogy a „3D-s másoló maró tervezése” című Szakdolgozat feladatot saját magam készítettem. A dolgozatban szereplő minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen a forrás megadásával megjelöltem. Továbbá hozzájárulok ahhoz, hogy a dolgozatot és az abban szereplő eredményeket a Miskolci Egyetem saját céljaira felhasználja.

Miskolc-Egyetemváros, 2014. november 9.

.................................... aláírás

4

3D-s másoló maró tervezése Tartalomjegyzék 1. Bevezetés ...................................................................................................................... 7 2. A pantográf ................................................................................................................... 8 2.1. Működése ............................................................................................................... 8 2.2. A 3D pantográf ..................................................................................................... 10 2.3. Más típusú pantográfok ........................................................................................ 10 3. A 3D szkennelés ......................................................................................................... 11 3.1. A CAD dokumentum előállítása .......................................................................... 11 4. Gyors prototípusgyártás .............................................................................................. 13 4.1. SLA (Stereolytography) ....................................................................................... 14 4.2. SLS (Selective Laser Sintering) ........................................................................... 15 4.3. LOM (Laminated Object Manufacturing) ............................................................ 16 5. Szabadalom- és piackutatás ........................................................................................ 18 5.1. Szabadalmak ........................................................................................................ 18 5.1.1. Az első szabadalom ....................................................................................... 18 5.1.2. A második szabadalom .................................................................................. 19 5.2. Piackutatás............................................................................................................ 20 5.2.1. Strigon MP 200 M ......................................................................................... 20 5.2.2. Kulcsmásoló .................................................................................................. 20 5.2.3. Pantográf tartókar .......................................................................................... 21 6. Koncepcionális tervezés ............................................................................................. 22 6.1. A feladat megfogalmazása ................................................................................... 22 6.2. Funkcionális részegységek ................................................................................... 22 6.3. Megoldásváltozatok ............................................................................................. 24 6.3.1. Az első megoldásváltozat .............................................................................. 24 6.3.2. A második megoldásváltozat ......................................................................... 26 6.3.3. A harmadik megoldásváltozat ....................................................................... 28 6.4. Értékelés ............................................................................................................... 30 6.4.1. Az értékelés szempontjai ............................................................................... 30 6.4.2. Megoldásváltozatok értékelése ...................................................................... 30 7. A gép felépítésének ismertetése .................................................................................. 32 7.1. Vázszerkezet ........................................................................................................ 32 7.2. Csukló .................................................................................................................. 33 7.3. Szánszerkezet ....................................................................................................... 36 5

3D-s másoló maró tervezése 7.4. Kötőelemek .......................................................................................................... 37 7.5. Támasztó elemek .................................................................................................. 39 7.6. Fogantyú ............................................................................................................... 40 7.7. Védőburkolat ........................................................................................................ 41 7.8. Asztal.................................................................................................................... 42 7.9. Marógép ............................................................................................................... 43 7.10. Munkadarab befogó ........................................................................................... 44 7.11. Forgácselszívó .................................................................................................... 47 7.11. Tapintó ............................................................................................................... 48 8. A konstrukció .............................................................................................................. 50 9. Mérnöki számítások .................................................................................................... 51 9.1. Gázrugó méretezése ............................................................................................. 51 9.2. A gázrugó kiválasztása ......................................................................................... 53 9.3. Kihajlás ellenőrzése ............................................................................................. 54 9.4. Csapágyak méretezése ......................................................................................... 57 Összegzés ........................................................................................................................ 59 Summary ......................................................................................................................... 60 Irodalomjegyzék ............................................................................................................. 61 Mellékletek ..................................................................................................................... 63

6


1. Bevezetés Napjaink egyre inkább rohanó ipari világa megköveteli, hogy képesek legyünk egy létező alkatrészről rövid időn belül megfelelő pontosságú és felületminőségű másolatot készíteni. Erre rendkívül sokféle lehetőséget kínálnak a gyors prototípus gyártó technikák (RPT), melyek a korszerű számítástechnikával és elektronikával karöltve másolják le az alkatrészeket. Az általam tervezett géphez mégis egy olyan másolási elv adott ihletet, amelyet már a XVII. században is alkalmaztak. Ez nem más, mint a pantográf. Habár ez a technológia idejétmúltnak tűnhet, egyszerűsége és praktikussága nem vitatható, mivel az olykor egyébként fontos, és hasznos számítástechnika éppen hogy bonyolítja egy adott művelet elvégzésének módját, és növeli annak időszükségletét. A gépem elsősorban kisszériás és egyedi gyártások során nyerhet létjogosultságot, ugyanis az alkatrészgyártás elkezdése nem igényel hosszas előkészületeket, így ilyen téren megelőzi a sokkal modernebb és korszerűbb eljárásokat.

1.1. ábra – RPT technikával készült fogaskerék [17]

7


2. A pantográf [1] A pantográf egy olyan négykaros mechanizmus, melynek karjai parallelogrammát alkotnak, és minden kar vége egyben csuklót képez. Feltalálója Christoph Scheiner jezsuita pap 1603-ban. Eredetileg térképek, vonalas rajzok felnagyítására vagy kicsinyítésére használták. Az elnevezés a görög παντ (minden) és γραφ (ír) szavak összetételéből származik.

2.1. Működése

A rajzon D, E, F és B csomópontok képezik a parallelogramma csúcsait, mindegyik csuklópont is egyben. Az A ponton egy rögzítő szeg található, melyet a rajzba vagy az asztalba szúrtak, így a szerkezet ekörül a pont körül szabadon elfordulhatott. A C pontba tollat vagy ceruzát erősítenek. Ha a B pontot a nagyítandó rajz vonalai mentén végigvezetik, a C pontban lévő rajzoló eszköz annak nagyítottját rajzolja ki.

2.1. ábra – A pantográf elvi ábrája

8

3D-s másoló maró tervezése Ezt rendkívül egyszerű belátni, mivel az A-D-B és az A-F-C háromszögek – függetlenül szögeik nagyságától – hasonlóak. Az ábra lineáris nagyítást pedig a C-A/B-A arány szabja meg. Ha a B és C pontok szerepét felcserélik, vagyis a B pontba kerül a rajzoló eszköz és a C pontot vezetjük végig a másolandó rajzon, az eredmény az ábra kicsinyített mása lesz. A belső parallelogramma méreteinek megváltoztatásával lehetőség van a lépték megváltoztatására. Ezt a B-D és B-E karok hosszának megváltoztatásával lehet elérni ügyelve arra, hogy a vázlat szerinti geometria ne változzon, egyébként az ábra torzulást szenved.

2.2. ábra – Pantográf másoló maró a Gép- és Terméktervezési Intézetben

9

3D-s másoló maró tervezése 2.2. A 3D pantográf

A fent leírt pantográf csupán egy síkban képes a nagyítást és a kicsinyítést végrehajtani. Ezt síkpantográfnak nevezzük megkülönböztetésképpen a térben mozgó és térbeli alakzatokat is másolni képes 3D pantográfoktól. Ezekkel a speciális marógépekkel leginkább kicsinyítést végeznek.

2.3. Más típusú pantográfok

A köznyelvben mindenféle karos és csuklós mechanizmussal működő eszközt és gépet is pantográfnak hívnak, habár többnyire nem az írás a funkciójuk. A legismertebb „pantográf” egy speciális olvasólámpa, melynek felső részét a kívánt helyzetbe tudjuk pozícionálni, míg talpazata az asztalhoz egy pontba van rögzítve. Megemlíthetjük még a villamos járműveknél áramszedőként alkalmazott „pantográfot”, melynek szimmetrikus ötszög alakja van.

2.3. ábra – Villamos áramszedője

10


3. A 3D szkennelés [2] [3] A 3D szkennelést mint eljárást fontos megemlítenünk, ugyanis az RP technológiák forrásául szolgáló CAD dokumentum hiányában először elő kell azt állítanunk. A 3D szkennerek olyan eszközök, melyek egy adott test felületgeometriájának mérésére, rögzítésére, digitalizálására szolgálnak. Többnyire lézer- vagy strukturált fény használatával működnek, de lehetőség van tapintófej alkalmazására is. Fontos tulajdonságuk közé tartozik, hogy milyen távolságból, milyen pontossággal és felbontással képesek a letapogatást elvégezni. A tárgy textúráját úgy kaphatjuk meg, ha kombináljuk a tárgyszkenner és az optikai szkenner által képzett pontfelhőket.

3.1. A CAD dokumentum előállítása Első lépésként a mesterdarab felületét tapogatjuk le. Ez történhet ún. kontakt vagy lézeres eljárással. Kontakt eljárásnál a letapogatást egy tapintófej végzi, melyet a darab teljes felületén vezetünk végig, míg a másiknál egy lézersugár pásztázza végig a felületet.

3.1. ábra – Kontakt letapogatású 3D szkennelés

11

3D-s másoló maró tervezése Második lépésben a program egy pontfelhőt generál (3.2. ábra), amely a szkenner által létrehozott digitális ponthalmaz. A digitalizált modellel szemben támasztott követelményeket célszerű előre megismerni - mint például: pontosság, alakhűség - mivel ettől függ a pontfelhő sűrűsége és a szkennelési eljárás. Előbbi szempont egyáltalán nem közömbös, mivel a feleslegesen sűrű pontfelhő hosszú szkennelési időt eredményez.

3.2. ábra – Digitális pontfelhő

Harmadik lépés a modellépítés és a rekonstrukció, mely során a pontfelhő feldolgozásra kerül. A feldolgozás módja szerint két esetet különböztetünk meg: 

Egylépcsős eljárásnál a pontfelhőt egyből a CAD rendszerbe exportáljuk.



A másik, többlépcsős eljárás során a szkenner saját szoftverével készül el a felületmodell.

A szkennelés utolsó lépéseként ellenőrizzük, hogy a létrehozott CAD modell megfelel-e a vele szemben támasztott követelményeknek, szükség esetén korrigálunk.

12


4. Gyors prototípusgyártás [4] A piaci igények változásai tették szükségessé egy újfajta fejlesztési mód kialakulását, a szimultán fejlesztést. A hagyományos fejlesztéssel ellentétben, ahol az egyes tervezési, illetve gyártási lépések egymás után következnek, itt egy időben mennek végbe. Ez egy viszonylag új gyártótechnológia, mely lehetővé teszi egy CAD dokumentumból 3D fizikai modellek megalkotását Az eljárás az additív, azaz anyaghozzáadó módon, rétegről-rétegre építi fel a modellt oly módon, hogy annak vízszintes keresztmetszeteit helyezi el egymáson. Ezzel szemben a hagyományos megmunkálási eljárásoknál lebontó elvet alkalmaznak, ahol anyagot távolítanak el a munkadarabból. A gyártáshoz anyagok széles palettája áll rendelkezésre, amely a lemez jellegű anyagoktól, a porokon át a különböző fluidumok alkalmazásáig terjed. Általánosan elmondható, hogy ezen technológiákkal létrehozott alkatrészek többnyire csak szemléltetésre, vizualizációra alkalmasak, ezért szilárdsági vizsgálatok elvégzése nem lehetséges rajtuk. Ennek oka a felhasznált anyagok lágysága. Kivételt képez ez alól az ún. Rapid ToolTM eljárás, melyről a későbbiekben részletesebben szót ejtek. Az eljárások áttörést jelentettek a tervezői munkában, mivel minden egyes tervezési lépést, módosítást azonnal szemrevételezhetünk, így az esetleges hibákat könnyebb feltárni, ezáltal – kevesebb selejt – jelentős költségmegtakarítás érhető el. A továbbiakban ismertetem a három leggyakoribb RPT eljárást.

13

3D-s másoló maró tervezése 4.1. SLA (Stereolytography)

4.1. ábra – Az SLA technológia felépítése Az SLA eljárás epoxi és akrilát bázisú gyantát felhasználva építi a modelleket oly módon, hogy a lézersugár rétegről-rétegre megkeményíti az anyagot. Nagy előnye, hogy mindközül az egyik legpontosabb gyors prototípusgyártó eljárás, mely kiváló felületi minőséget biztosít. Képes továbbá komplex alakzatok, finom részletek előállítására. Az elkészült modellek minden további nélkül alkalmasak további megmunkálásokra és felületi

kezelésekre,

mint

például

ragasztás,

lakkozás

és

polírozás.

Hátrányait tekintve elmondható, hogy az alkatrészek kevésbé viselik el a terheléseket, így – mint már említettük – csak szemrevételezésre alkalmasak. A gyanta hűlését követően zsugorodás és vetemedés lép fel, mely előre nem jelezhető mértékű, így hibás geometriát eredményezhet. Továbbá a felhasznált alapanyagok költségesek, valamint mérgezőek.

14

3D-s másoló maró tervezése 4.2. SLS (Selective Laser Sintering)

4.2. ábra – Az SLS eljárás elvi vázlata

Az SLS eljárás – szemben az SLA-val – különböző porokat lézersugár segítségével megolvasztva építi fel a modellt. A technológia alapjául szolgáló por alapanyaga szinte bármilyen anyag lehet, amely hőmérséklet hatására kilágyul. Ez teszi igazán méltóvá ezt az eljárást, hogy felvegye a versenyt adott esetben a forgácsolt alkatrészekkel. Ennél a technológiánál jellemzően kompozit, finomított és standard nylont, polikarbonátot, valamint precíziós öntészeti viaszt használnak alapanyagként. Indirekten lehetőség van fémek alkalmazására oly módon, hogy az acél mátrixba kötőanyagként hőre lágyuló műanyagot keverünk. Ez a korábban már említett ún. Rapid ToolTM eljárás. Az eljárás képes fém és kerámia porokat közvetlenül is alkalmazni, viszont ez elég költséges, mivel nagyteljesítményű lézert igényel. Az SLS előnyei közé tartozik az alkalmazható anyagok széles tárháza, valamint a különböző behatásokkal szemben ellenálló modell. Ebből kifolyólag alkalmas mechanikai és termikus igénybevételek elviselésére. Hátránya a hosszas előkészítés és befejezés, valamint az oxidációt elkerülendő nitrogén atmoszféra alkalmazása. Ezek mind jelentős költség- és időráfordítással járnak. 15

3D-s másoló maró tervezése Az

elkészült

darab

pontossága

és

felületminősége

az

alkalmazott

anyag

szemcseméretéből kifolyóan korlátokba ütközik. Az SLA eljáráshoz hasonlóan itt is megfigyelhető egy néhány százalékos zsugorodás, amely a méret- és az alakhűség rovására megy.

4.3. LOM (Laminated Object Manufacturing)

4.3. ábra – Az LOM eljárás elvi vázlata

Témám szempontjából az LOM a legérdekesebb eljárás, mivel az elkészült modellek anyagukat és textúrájukat tekintve rendkívül hasonlítanak a fára. Ennek elkészítéséhez ez a technológia speciális LOM papírok széles tárházát alkalmazza a standardtól, az üvegszál erősítésén át, egészen a tűzállóakig. Működését tekintve az előbb bemutatott módszerekhez hasonlóan a modell itt is annak vízszintes keresztmetszeteinek egymásra építésével jön létre. Az adagoló hengerről egy réteg papír érkezik a lézersugár alá, a munkatérbe. A lézer kivágja a leendő modell első rétegének kontúrját a papírból, eztán a gyűjtő henger távolítja el a felesleget, és helyére egy újabb réteg papír érkezik. Ekkor a lézer kivágja a tárgy második rétegét, és így tovább. Minden réteg befejezése előtt a lézer „felkockázza” a kontúrvonal körüli papírt, hogy a modellépítést követően azt könnyebben ki lehessen 16

3D-s másoló maró tervezése bontani a papírtömbből. Ezután az alkatrész alkalmas arra, hogy valamilyen befejező megmunkálásnak – csiszolás, lakkozás – alávessük. Az eljárásnak sok kedvező tulajdonsága van, mint például az alacsony kezelési költségek, az olcsó alapanyag. Alkalmas egészen nagyméretű – 810mm x 560mm x 500mm – darabok előállításához. Viszonylag gyors eljárás köszönhetően annak, hogy csak a darab kontúrját vágja körbe a lézer. Az LOM ellen szól, hogy a megmunkálás során nagymennyiségű hulladék keletkezik. Ugyan csak kedvezőtlen, hogy belső üreggel rendelkező alkatrészek nem – illetve csak két részből – gyárthatók. Mivel a létrejött modell anyaga a fához hasonló, ez is hajlamos a vizet magába zárni, ezáltal itt is megfigyelhető a vetemedés. A darab mechanikai tulajdonságai jelentős eltérést mutatnak az építési irányban, a rá merőleges irányokhoz viszonyítva.

4.4. ábra – LOM eljárással készült modell

17


5. Szabadalom- és piackutatás Ebben a fejezetben megvizsgálom a már létező szabadalmakat, valamint a piacon fellelhető hasonló termékeket.

5.1. Szabadalmak [5] 5.1.1. Az első szabadalom Az első kiválasztott szabadalmam a 2. fejezetben taglalt pantográf elvén működik. Főként cipészek számára kifejlesztett szerkezet, mely a szabásminták gyors másolását teszik lehetővé. A leírás szerint szaktudással nem rendelkező emberek is könnyen alkalmazhatják. Lehetőség van a méretarány pontos beállítására, így lehetséges különböző méretű cipőbetétek készítése. 

Feltalálója: Böjtös Antal, Jánoshalma



Bejelentés időpontja: 1935. 06. 21



Ügyszám: B-13105



Lajstomszám: 118370

5.1. ábra – Cipészek számára készült pantográf

18

3D-s másoló maró tervezése 5.1.2. A második szabadalom A második szabadalmam az eredeti pantográfhoz hasonlóan rajzok másolására szolgál. A különbség a működési elvben mutatkozik meg, miszerint a hagyományos karos-csuklós mechanizmus helyett a tapintó és a rajzoló eszköz egy eltolható hüvelyen helyezkedik el. A nagyítás – vagy adott esetben kicsinyítés – mértékének beállítása a ’Z’ és a ’H’ pontok távolságának változtatásával lehetséges (5.2. ábra alapján).



Feltalálója: Pfeiffer Lipót, Prága



Bejelentés időpontja: 1836. 03. 18



Ügyszám: 5921



Lajstomszám: 5921

5.2. ábra – Pfeiffer Lipót-féle rajzmásoló pantográf

19

3D-s másoló maró tervezése 5.2. Piackutatás Sajnos napjainkban a különböző CNC és RPT technológiák szinte teljesen kiszorították a hagyományos, mechanikus elven működő, pantográf jellegű másológépeket. Viszont, a piacon még fellelhető néhány, a korábbi évtizedekből megmaradt klasszikus pantográf gép.

5.2.1. Strigon MP 200 M [6]

5.3. ábra – Strigon MP 200 M típusú másoló maró

5.2.2. Kulcsmásoló Az ismert gépek közül egyedül ez van jelen a mai napig ebben a formájában. A különbség az eddigi gépekhez képest, hogy a forgácsoló szerszám és a tapintófej az asztalhoz van rögzítve, és a mester- illetve a munkadarab végzi a mozgást.

5.4. ábra – Kulcsmásoló berendezés [7]

20

3D-s másoló maró tervezése 5.2.3. Pantográf tartókar [10] Ez az eszköz a végén befogott szerszám tömegét hivatott kiegyensúlyozni, valamint a szerszám függőleges helyzetét stabilizálja. Alkalmazását illetően bármilyen kézi szerszám – például elektromos vagy pneumatikus csavarozó – felfüggesztésére alkalmas.

5.5. ábra – Pantográf-elvű tartókar kézi szerszámgépekhez

21


6. Koncepcionális tervezés [8] 6.1. A feladat megfogalmazása A feladat egy olyan gép megtervezése, mely alkalmas arra, hogy egy létező fizikai modellről, mesterdarabról 1:1 méretarányú – azaz természetes nagyságú – másolatot készítsen.

6.2. Funkcionális részegységek Vázszerkezet. A gép szerkezetét alkotó elemek. Célja a berendezés részegységeinek hordozása, és a kellő merevség biztosítása.

Csukló. A mechanizmust tagjainak egymáshoz viszonyított elfordulását teszi lehetővé.

Szán. A marógépet, a tapintófejet, valamint a kezelőszerveket hordozó eszköz, mely gondoskodik azok szabad transzlációs és rotációs mozgásaikról. Kötőelemek. A gép alkotóelemeinek megfelelő összekapcsolását szolgáló elemek.

Támasztóelemek. A gép kezelőjének tehermentesítését biztosítja, mely képes a berendezés önsúlyának megtartására, illetve gondoskodik a gép alaphelyzetbe térítéséről a megmunkálás befejeztével. Fogantyú. A berendezés biztonságos üzemeltetését szolgáló elem. Megfelelő és ergonomikus megfogást nyújt, továbbá helyet ad a kétkezes indítógomboknak. 22

3D-s másoló maró tervezése Védőburkolat. Célszerűen egy plexilap, mely védelmet nyújt a forgácsok ellen.

Asztal. T-hornyokkal ellátott asztal, mely biztosítja a különböző készülékek rögzítését.

Marógép. Egy felsőmaró berendezés, amely a forgácsolást végzi.

Munkadarab befogó. A munka- és a mesterdarab befogására szolgáló készülék.

Forgácselszívó. A keletkező forgács gyors eltávolítását biztosító berendezés.

Tapintó. A mesterdarab felületének letapogatását végző eszköz.

23

3D-s másoló maró tervezése 6.3. Megoldásváltozatok Ebben a fejezetben ismertetek néhány lehetséges megoldásváltozatot a feltárt funkciók segítségével.

6.3.1. Az első megoldásváltozat Ez a megoldás, a klasszikus, rajzmásolásra szolgáló pantográf mintájára épül. A mechanizmus négy tagból és négy – egyenként egy szabadságfokú – csuklós kényszerből épül fel. (lásd: 2.1. ábra) A kialakítás vitathatatlan előnyeihez tartozik annak egyszerűsége, mely biztosítja a hosszú és megbízható működést. Továbbá lehetőség van a másolási arány beállítására, azaz a nagyítás vagy a kicsinyítés mértékére.

6.1. ábra – Az első megoldásváltozat funkcióábrája

24


6.2. ábra – Az első megoldásváltozat kinematikai modellje

Hátránya viszont, hogy főként 2D-s alakzatok előállítására alkalmas, a harmadik dimenzióban erősen korlátozott a megmunkáló képessége. A konstrukció célszerűen domborminták másolására és gravírozás jellegű feladatok elvégzésére alkalmas.

25

3D-s másoló maró tervezése 6.3.2. A második megoldásváltozat A második struktúra talán a Piackutatás c. fejezetben bemutatott kulcsmásoló berendezés működési elvéhez hasonlítható. A forgácsolást végző marógép, valamint a tapintófej mereven a munkaasztalhoz van rögzítve. Ezzel szemben a mester- és a munkadarab végzi a pozícionáló mozgásokat egy kétcsuklós mechanizmus révén. A darabok egy közös szánszerkezethez vannak rögzítve, mely lehetővé teszi az oldalirányú, valamint a forgó mozgásukat egyaránt.

6.3. ábra – A második megoldásváltozat funkcióábrája

26

3D-s másoló maró tervezése A megoldás előnye, hogy kicsi lesz a mozgatott tömeg, mivel a jelentős súlyú marógép fixen rögzítésre került, így csak a forgácsoló főmozgást végzi. Ezáltal könnyebben kezelhető a gép, nem jelent nagy fizikai megterhelést az üzemeltetője számára. A forgácselszívó, valamint a biztonságos – kétkezes indítású – fogantyú hozzáadásával jelentősen nőtt a kezelhetőség és a használhatóság. Ez az előny egyben hátrányként is jelentkezik, mivel ezáltal erősen korlátozott a megmunkálható munkadarabok mérete. A nagyméretű darabok nemcsak nagyobb terhelést rónak a gépkezelőre, hanem a pozícionálást is nehezítik. A hozzáadott munkadarab-befogó alkalmas a készülékek széles palettájának befogására, melyek adott esetben lehetővé teszik a hengerszimmetrikus alkatrészek megmunkálását is.

6.4. ábra – A második megoldásváltozat kinematikai modellje

27

3D-s másoló maró tervezése 6.3.3. A harmadik megoldásváltozat Ez a felépítés főként a praktikusságot, a használhatóságot fokozó elemekkel bővült. Az előzőhöz hasonlóan megmaradt a párhuzamos kétcsuklós mechanizmus-elvű kialakítást. A forgácsoló és tapintó eszköz, valamint a minta- és a megmunkálandó darab viszont helyet cseréltek. Ezúttal a befogó szerszám egy T-hornyos asztalon helyezkedik el, mely rögzíti a darabokat. A felső szánra került fel a maró- és tapintó szerszám.

6.5. ábra – A harmadik megoldásváltozat funkcióábrája

28

3D-s másoló maró tervezése Korábban – mint már említettük – nagy súlya miatt került a marógép az asztalon rögzítésre. Ennek kompenzálására került beépítésre a gázrugós megtámasztás, mely gondoskodik a gép és az egyéb szerelvények önsúlyának megtartásáról. Egyúttal biztonsági funkcióval is bír, mivel abban az esetben, ha a gépkezelő hirtelen elengedné a berendezést, az a gázrugóknak köszönhetően visszatér alaphelyzetébe. Egy plexilap felszerelésével a keletkező, nagysebességgel szálló forgács ellen is védelmet nyújtunk. Továbbá, a T-hornyos asztal lehetővé teszi bármilyen befogó, megfogó készülékek gyors és egyszerű rögzítését.

6.6. ábra – A harmadik megoldás kinematikai modellje

A megoldás hátránya funkciók sokaságában rejlik. A gázrugók viselkedése a lökethossz függvényében nem egyenletes, ugyanakkor erős hatással van rájuk a hőmérséklet is. Ez utóbbi kiküszöbölésére célszerű állítható erejű gázrugókat választani, melyekkel ellensúlyozni tudjuk a hőmérsékletváltozásból adódó változó erőt. Mindent egybevetve ez a felépítés rendkívül sokrétű felhasználást tesz lehetővé, valamint funkciói és kialakítása révén képes eleget tenni az ipari követelményeknek is.

29

3D-s másoló maró tervezése 6.4. Értékelés Ebben a fejezetben különböző értékelő eljárásokkal rangsorolom az előbbi megoldásváltozatokat a meghatározott szempontok alapján.

6.4.1. Az értékelés szempontjai 

Használhatóság: A berendezés praktikusságát, használatának nehézségi fokát fejezi ki.



Pontosság: A gép megmunkálási pontosságát kifejező adat.



Egyszerűség: A gép összetettségének, alkatrészei számának jellemzésére szolgál.



Karbantarthatóság: Megmutatja, hogy a gépet milyen rendszerességgel, milyen módon, milyen eszközökkel kell karbantartani.



Biztonság: Az üzemeltetés és a használat biztonsági fokát adja meg.



Sokoldalúság: A berendezéssel elvégezhető különböző megmunkálás típusok, és a hozzá társítható eszközök számát jellemzi.

6.4.2. Megoldásváltozatok értékelése [9] Az értékeléshez a Rang-módszert választottam, melynek lényege, hogy az értékelt változatokat az összes értékelési szempont alapján növekvő, minőségi rangsorba állítjuk, majd ezekből egy táblázatot készítünk. A táblázat oszlopaiba a változatok számát írjuk az egyes értékelési szempontok szerint. Ezt követően a sorokat összegezzük. A legkedvezőbb megoldásváltozat az lesz, amely a legkevesebb pontot kapta, mivel az állt a legtöbbször kedvezőbb helyen, a sor elején.

Jelmagyarázat Mi – az egyes megoldásváltozatok Szi – az egyes értékelemzési szempontok a 6.4.1.-es fejezetben leírt sorrendben.

A felállított rangsort a 6.7. ábra tartalmazza.

30

3D-s másoló maró tervezése Sz1

Sz2

Sz3

Sz4

Sz5

Sz6

S

M1

3

3

1

1

2

3

13

M2

2

1

2

3

3

2

13

M3

1

2

3

2

1

1

10

6.7. ábra – A Rang-módszerű értékelő eljárás eredménytáblázata

Tehát a táblázat alapján a harmadik megoldásváltozat a legjobb megoldás.

31


7. A gép felépítésének ismertetése Ebben a fejezetben ismertetem, hogy a meghatározott funkciókat milyen alkatrészek, milyen módon biztosítják.

7.1. Vázszerkezet [18] A tervezett gép vázát 40 x 40 mm keresztmetszetű ALU-TP alumínium profilelemek alkotják. Ezen elemek nem csak rendkívül könnyűek, de nagy merevséggel és szilárdsággal is bírnak. Kialakításuknak hála, rendkívül egyszerűen szerelhető, mivel kötőelemek széles tárháza áll rendelkezésre, melyek szükségtelenné teszik az oldhatatlan kötések alkalmazását – nem kell hegeszteni-, így az esetleges szerkezetbeli módosítások rövid idő alatt elvégezhetők.

7.1. és 7.2. ábra – ALU-TP alumínium profil

32

3D-s másoló maró tervezése 7.2. Csukló A pantográfot alkotó mechanizmus megköveteli, hogy az egyes tagok egymáshoz képest el tudjanak fordulni, ezért ezt a mozgási lehetőséget hivatott biztosítani a csukló. Mivel a nagy pontosság és játékmentesség alapvető követelmény, a csapágyak használata elengedhetetlen. A piacon nem áll rendelkezésre olyan szabványos kötőelem az alumínium profilelemekhez, melyek eleget tennének ezen követelményeknek, így ez a funkciót egy saját tervezésű egység biztosítja.

7.3. ábra – Saját tervezésű csuklóelem

A szerkezet alapját egy forgácsolt elem alkotja, amely helyet és megtámasztást biztosít a csapágyaknak, és kapcsolódik az állványhoz. A külső letörések és a középen található horony lehetővé teszi a csukló felső részének elfordulását.

33

3D-s másoló maró tervezése Tengelyként egy fejes csapszeg (2) szolgál, melyre illeszkednek a csapágyak belső gyűrűi. Axiális elmozdulás ellen a csapszeg szabad végét egy rugós rögzítővel (1) zárjuk le. A tengelyre illeszkedik a csukló felső része (3), amely a mozgó taghoz van rögzítve. Végül a felső rész pontos pozícióját egy-egy távtartó gyűrű (4) biztosítja, egyúttal a csapágyak belső gyűrűit is megtámasztva.

7.4. ábra – A csuklóelem metszeti képe

34

3D-s másoló maró tervezése Az egység a Bosch profilhoz kétféleképpen illeszkedik (7.5. ábra). Az alsó fél két belső kulcsnyílású csavar, illetve az azokhoz kapcsolt kalapácsanya révén rögzül a profilelem hornyához. A felső fél pedig a profilban megtalálható négy furathoz rögzül egy-egy belső kulcsnyílású hernyócsavarral.

7.5. ábra – A csukló rögzítése az ALU-TP profilhoz

35

3D-s másoló maró tervezése 7.3. Szánszerkezet [14] Ez az elem hordozza a maró és a tapintófejet, valamint biztosítja a szükséges mozgásokat. Talán az egyik legkülönlegesebb alkatrész-csoportja a gépnek, mivel egy időben két különböző mozgást is biztosítania kell. Az egyik egy transzlációs, a másik pedig egy rotációs mozgási lehetőség. A funkció biztosítására egy Bosch Rexroth terméket választottam.

7.6. ábra – Bosch Rexroth csapágyperselyes egység

Működését tekintve a házban található csapágypersely egy 30 mm átmérőjű tengelyre illeszkedik. A perselyben lévő golyók bármely irányba képesek szabadon mozogni, így téve lehetővé a forgó és a haladó mozgást egyaránt. A szerkezet háza rögzítési felületként is szolgál a későbbiekben ráépülő egységek számára.

36

3D-s másoló maró tervezése 7.4. Kötőelemek [15] Ezekkel az elemekkel tudjuk összekötni az alumínium profilelemeket, illetve azokhoz más alkatrészeket – például a korábban tárgyalt csuklót – erősíteni. A kötőelemek széles, változatos, és legfőképpen egyedülálló választékát kínálja a Fath Components Kft., így az általuk forgalmazott elemeket használtam fel a tervezés során. 

„kalapácsanya és csavar” – egy speciális kiképzésű anya és csavar kifejezetten a profilelemek hornyaihoz történő rögzítéshez. Különlegessége, hogy a konkurens termékekkel ellentétben, ez a horonyanya a horonyba csúsztatást, majd 90 fokos elforgatást követően rögzíti magát. Ez különösen akkor hasznos, ha például egy függőlegesen álló profilelemhez kívánunk erősíteni valamit, nem kell ügyelnünk az anya/csavar megfelelő magasságban tartására, nem kell tartanunk annak elmozdulásától.

7.7. ábra – Kalapácsanya és –csavar

 derékszög elem – a jól ismert sarokelemmel lehetőségünk van két, derékszöget bezáró profilelem rögzítésére.

7.8. ábra – Derékszög összekötő elem 37

3D-s másoló maró tervezése  peremes anya – a fent említett derékszögű elem alkalmazásának nélkülözhetetlen tartozéka, hiszen a profil nútjából kiálló csavarra kerül, így rögzítve azt.

7.9. ábra – Peremes anya

7.10. ábra – Alumínium profilok rögzítése  rugós alátét – ugyan nem speciális alkatrész, viszont nélkülözhetetlen, hogy a vibráció és a mozgás hatására ne lazuljanak fel a kötések.  belső kulcsnyílású csavar – mindenféle szerelvény rögzítése ezzel valósul meg.

38

3D-s másoló maró tervezése 7.5. Támasztó elemek A megfelelő megtámasztás rendkívül fontos a gép esetében. Az egyik szempont, hogy tehermentesítsük a kezelő személyt, hogy ne kelljen megtartania a maró, a szánszerkezet, valamint egyes vázelemek tömegét. A másik szempont, hogy kiküszöböljük annak a lehetőségét, hogy a szerkezet mozgó részei lezuhanjanak, ha a felhasználó véletlenül elengedi. Ennek lényeges szerepe van balesetvédelmi szempontból. Erre a célra a legalkalmasabbnak a gépjárművek csomagtartójából jól ismert gázrugós megtámasztást választottam. Az alkalmazott gázrugóknak állítható az erejük, így pontosan a gépre és az igényekre lehet hangolni. Az egység méretezését a „Mérnöki számítások” című fejezetben végzem el.

7.11. ábra – Gázrugós megtámasztás

39

3D-s másoló maró tervezése 7.6. Fogantyú Egy rendkívül egyszerű, de annál nélkülözhetetlenebb funkció. A biztonságos megfogás elsődleges szempont. Továbbá ez a funkció magában hordoz egy további, szintén biztonsági funkciót, a kétkezes indítást. Ennek lényeg, hogy a gépen elhelyezett két fogantyú rendelkezik egy-egy, sorba kötött indítógombbal, amely biztosítja, hogy a marógép csak akkor induljon el, ha mindkét gomb egyidejűleg nyomva van. Értelemszerűen, ha a felhasználó a gombok bármelyikét elengedi, a gép automatikusan leáll, ezzel elkerülve az esetleges sérüléseket. Kialakítását tekintve teljesen hasonló egy bármilyen kézi szerszámgépen található fogófelülethez. A végén elhelyezett támasz biztosítja, hogy a gépkezelő keze ne csússzon le, továbbá tömege révén a szánszerkezet kiegyensúlyozásáról is gondoskodik.

7.12. ábra – Fogantyú

40

3D-s másoló maró tervezése 7.7. Védőburkolat

Ez a funkció gondoskodik a kezelő további biztonságáról azáltal, hogy a nagy sebességgel szálló forgácsok ellen nyújt védelmet. Anyaga célszerűen plexi vagy lexán, amelyek természetesen átlátszóak. A burkolatot egyszerűen egy belső kulcsnyílású csavarral, valamint egy rugós alátéttel – amely meggátolja, hogy a rezgések hatására fellazuljon a kötés – rögzítjük. Elhelyezését és rögzítését a 7.13. és a 7.14. ábra szemlélteti.

7.13. ábra – Védőlemez elhelyezkedése

7.14. ábra – Védőlemez rögzítése 41

3D-s másoló maró tervezése 7.8. Asztal A szabványos, T-hornyokkal rendelkező asztal lehetővé teszi a különböző munkadarab befogó készülékek gyors és biztonságos rögzítését. Az asztal befoglaló méretei: 1000 x 500 x 20 mm. A horony méreteit a 7.16. ábra szemlélteti.

7.15. ábra – T-hornyos asztal

7.16. ábra - Horonyméretek

42

3D-s másoló maró tervezése 7.9. Marógép A választásom a Metabo cég egyik felsőmarójára esett. A kiválasztásnál fontos szempont volt, hogy a maró rendelkezzen olyan felületekkel, melyek lehetővé teszik a szánszerkezethez való rögzítést. Beépítés előtt a gép talpazata eltávolításra kerül, mivel akadályozná a szabad mozgásban. A felfogatása a gyári fogantyúk menetes furatán keresztül történik, így azokat is eltávolítjuk. A gép technikai adatait a mellékletekben található adatlap tartalmazza.

7.17. ábra [19]

43

3D-s másoló maró tervezése 7.10. Munkadarab befogó

Számos lehetőség áll rendelkezésre a munka- és mesterdarabok befogására, ezek közül két konstrukciót szeretnék ismertetni.

1. Tokmányos befogás A fúrógépekhez hasonló hárompofás tokmány lehetővé teszi a közvetlen munkadarab befogást kisebb méretek esetén, illetve további készülékek rögzítését is biztosítja. Ez egy csapágyazott házban helyezkedik el, melyet a megmunkálás idejére rögzíteni lehet. Ez az egységek tetején elhelyezett szárnyas csavar meghúzásával lehetséges. A megoldás elsősorban a hengerszimmetrikus alkatrészek megmunkálására alkalmas, de bármilyen más alkatrész másolása is megoldható vele.

7.18. ábra – Tokmányos befogó

44

3D-s másoló maró tervezése A három – összesen négy tokmányt hordozó – egység a T-hornyos asztalhoz kalapácsanya és belső kulcsnyílású csavar segítségével rögzített fecskefarok vezeték mentén, szabadon mozgatható. A játékmentességet hézagoló léc biztosítja. Rögzíteni kétkét imbuszfejű (belső kulcsnyílású) hernyócsavar segítségével lehetséges. A tokmányok elfordulás ellen rögzíthetők, erről szintén hernyócsavar gondoskodik.

7.19. ábra – Fecskefarok vezeték

2. Fogas lefogóléc Egy egyszerű munkadarab rögzítési módszer, amely lehetővé teszi a befogás magasságának változtatását a fogazott kialakításnak köszönhetően. A T-hornyos asztalhoz egy megfelelő hosszúságú csavar segítségével rögzítjük.

7.20. ábra – Állítható magasságú befogó 45

3D-s másoló maró tervezése 3. Rögzítő fülek alkalmazása Ez egy jóval egyszerűbb megoldás, miszerint a darabokat a megkívánt számú rögzítő füllel közvetlenül az asztalhoz – a megszokott kalapácsanya és belső kulcsnyílású csavar segítségével – rögzítjük. Előnye a kevés alkatrész, valamint nem kell külön készüléket felszerelni az asztalra. Hátránya, hogy a megmunkálás során ezeket a füleket le és fel kell szerelni attól függően, hogy a darab mely részén dolgozunk, mivel akadályozná a megmunkálást. Kialakításukat tekintve a feladattól függően számtalan variációjuk létezhet, erre egy példát a 7.21. ábra mutat.

7.21. ábra – Példa a rögzítő fülre

46

3D-s másoló maró tervezése 7.11. Forgácselszívó Ez az egység gondoskodik a marófej környezetében keletkezett forgács eltávolításáról, így a munkatér mindig tiszta és átlátható. A szívófejet egy flexibilis cső segítségével a kívánt pozícióba lehet állítani.

7.22. ábra – Elszívó fej

A gép talpazatán elhelyezett csatlakozó nyíláshoz bármilyen háztartási vagy ipari porszívó berendezés csatlakoztatható. A szívócső a kerethez saját tervezésű befogókkal rögzül.

7.23. ábra – Forgácselszívó rendszer

47

3D-s másoló maró tervezése 7.11. Tapintó A tapintó feladata, hogy a mesterdarabbal érintkezésbe kerülve végigpásztázza annak felületét, ezáltal „vezérelve” a marófejet. Fontos kritérium, hogy a tapintófej ne tegyen kárt a mesterdarab felületében, ugyanakkor kellő részletességgel tudja azt bejárni. Ezt a feladatot egy saját tervezésű golyós tapintóval oldottam meg.

Működése (7.24. ábra alapján):

7.24. ábra – A tapintó műszaki rajza

Az edzett acélgolyót – csapágygolyót – (1) egy teflon alátét (2) támasztja meg, amelyet egy acél alátét (3) követ. Az alkatrészek axiális elmozdulását egy rugós biztosítógyűrű (5) akadályozza meg. Ez az egész a fejben (4) helyezkedik el. Ez a fej cserélhető, és menettel kapcsolódik a szárba (6). 48

3D-s másoló maró tervezése A cserélhető fej igen sokoldalúvá teszi ezt az eszközt, mivel többféle megmunkálási eljárás – nagyolás, simítás – elvégzésére is alkalmassá válik. Az eszközről készült 3D-s modellt az 7.25. ábra szemlélteti.

7.25. ábra – Golyós tapintó

49


8. A konstrukció A gépem alapja egy 1000 x 1000 mm-es négyzet alakú keret, mely a sarkainál a fent ismertetett módon megfelelően össze van kapcsolva. A kerethez csuklóval kapcsolódik egy-egy 750 mm hosszú kar, mely a két szélén, párhuzamosan helyezkedik el. A karok szabad végeire egy-egy újabb csukló kerül, melyhez egy-egy 500 mm hosszú kar kapcsolódik. A megfelelő merevség érdekében az alsó és a felső karpárok közé keresztmerevítők kerültek beépítésre. A karok közé kerültek beépítésre a gázrugók. A szánok megvezetését biztosító rúd a felső karok végeihez csatlakozik, ezáltal zárt keretet alkotva.

8.1. ábra – A teljes konstrukció

50


9. Mérnöki számítások 9.1. Gázrugó méretezése Az optimális visszatérítő erő meghatározásához ismernünk kell a gépen lévő, megtámasztandó elemek tömegét.

Ezen adatok a következők (katalógus alapján): 

A felsőmaró tömege: mmaró = 3,5 kg



A gépet hordozó szán tömege: mszán = 1,75 kg, amelyből 3 darab található, így: 5,25 kg



A rúd tömege, amelyen a szánok mozognak: mrúd = 5,07 kg

Tehát az összes tömeg: mössz = 13,82 kg A figyelembe nem vett kötő- és egyéb elemek tömegeire, valamint a biztonságra való tekintettel legyen: mössz = 20 kg A szerkezet szimmetrikus elrendezése miatt a terhelés felére, azaz 10 kg-ra végzem el a méretezést.

51


9.1 ábra – A szerkezet mechanikai modellje Az ábra alapján meghatározandó a gázrugó által kifejtett F1 erő, mely a mechanizmus alsó holtpontjában képes legyőzni a gravitációs erőt. Ez az A-pontra felírt nyomatéki egyensúlyi egyenlettel lehetséges. Az A-pontra ható nyomaték:

MA = 0 = F1 ∙ 171,14 mm - G (704,77 mm + 500 mm) ahol: F1 – a gázrugó által kifejtett erő [N] G – a szerkezet mozgó rész súlyerejének fele [N] G=

1 m mössz ∙ g = 10 kg ∙ 9,81 2 = 98,1 N ≅ 100 N 2 s

Tehát, az nyomatéki egyenletet átrendezve:

𝐹1 =

𝐺 (704,77 𝑚𝑚 + 500 𝑚𝑚) 100 𝑁 (1204,77𝑚𝑚) = ≅ 704 𝑁 171,14 𝑚𝑚 171,14 𝑚𝑚

52

3D-s másoló maró tervezése 9.2. A gázrugó kiválasztása [11] Szükséges lökethossz a 9.2. ábra alapján:

9.2. ábra – Mechanikai modell a szükséges lökethossz meghatározásához

A szerkezet működési tartománya +20°és +60° között változik, és ezen szöghelyzetekhez az L1 és L2 karhossz – azaz a teljesen összenyomott hossz és a löketvégen lévő henger hossza – tartozik. Következésképp a gázrugó szükséges lökethossza a két karhossz különbségéből számítható.

A dugattyú minimális lökethossza:

S = L2 - L1 = 582 mm - 402 mm = 180 mm

53

3D-s másoló maró tervezése Tehát a választott gázrugó adatai a mellékleteknél található katalógus alapján:



Teljes hossz [L] = 586,5 ± 2 mm



Lökethossz [S] = 250 mm



Technikai adatok: 16-2-291-262-A107-B23



Rendelési szám: 016 25033

A cég 80 N-tól 750 N nyomóerőig terjedő skálán rendelkezik gázrugókkal, így a minimális 704 N biztosításának nincs akadálya.

9.3. Kihajlás ellenőrzése [12] [13] Ebben a fejezetben ellenőrzöm a gázrugó rúdját kihajlásra.

A rúd karcsúsági tényezője: λ=

lo i2

ahol: lo [m] a kihajló egyenértékű hossz i2 [m] a keresztmetszet minimális inercia sugara A kihajló hosszúság meghatározásához meg kell állapítanunk, hogy milyen megfogási tényező (c) írja le a szerkezetünket. A 9.3. ábra alapján a „c” eset áll fenn, így c = 0,7.

54


9.3. ábra – A kihajlás alapesetei

A dugattyúrúd hossza: l = 150 mm Így a kihajló hossz: lo = c ∙ l = 0,7 ∙ 150 mm = 105 mm A minimális inerciasugár: I2 i2 = √ A ahol: I2 – a keresztmetszet 2-es főtengelyére számított másodrendű nyomaték I2 =

d4 ∙ π (0,01m)4 ∙ π = = 9,817 ∙ 10-10 m4 32 32

A – a rúd keresztmetszete d2 ∙ π (0,01 m)2 ∙ π A= = = 7,854 ∙ 10-5 m2 4 4 Így az inerciasugár: I2 9,817 ∙ 10−10 m4 i2 = √ = √ = 3,535 ∙ 10-3 m -5 2 A 7,854 ∙ 10 m

55

3D-s másoló maró tervezése A rúd karcsúsági tényezője tehát: λ=

lo 0,25 𝑚 = = 70,7 i2 3,535 ∙ 10-3 𝑚

9.4. ábra – A biztonsági tényező meghatározása

A 9.4. ábra alapján plasztikus kihajlásról beszélünk, így a megengedett feszültség meghatározásához n = 4-es biztonsági tényezőt alkalmazunk. σnyomó = σkritikus =

𝑅𝑒𝐻 Fmax = 𝑛 A

ahol: ReH – az anyag folyáshatára = 235 MPa Így a megengedhető maximális erő: Fmax =

ReH n

∙A=

235 MPa 4

∙ 78, 54 mm2 = 4,6 kN

Fmax ≫ F1 , tehát nem kell tartani a rúd kihajlásától

56

3D-s másoló maró tervezése 9.4. Csapágyak méretezése [16] Jelen esetben ez a csapágyak ellenőrzése rendkívül egyszerű, mivel minimális fordulatszámmal forognak, jobbára csak bizonyos szöghelyzetek között biztosítják az elfordulást, ezért méretezésük elégséges csak a statikus terhelésre. A mozgatott szerkezeti elemek tömegét a 9.1-es fejezetben már meghatároztuk, amely: mössz = 20 kg. Ebből a terhelőerő: Ft = mössz ∙ g = 20 kg ∙ 9,81

m = 196,2 N ≅ 200 N s2

Feltételezzük, hogy bizonyos üzemi körülmények között ez a teljes erő egy csapágyat terhel, így olyan csapágyat keresünk, melyre teljesül, hogy:

𝐹𝑡 < 𝐶0

ahol: C0

- a csapágy statikus alapterhelése [N]

A mellékletben szereplő SKF katalógus alapján a választott csapágyam adatai: 

Típusjel: 61800-2Z



Belső átmérő (d): 10 mm



Külső átmérő (D): 19 mm



Szélesség (B): 5 mm



Statikus alapterhelés (C0): 1,38 kN

ahol: 2Z – kétoldali fém védőburkolat

57


9.3. ábra – A választott csapágyam

Tehát a Ft < C0 feltételbe helyettesítve egyértelmű, hogy 200 N < 1380 N, így a csapágy megfelel.

58


Összegzés A kezdeti inspirációkat egy régi, szinte elfeledett elv adta, amely a maga egyszerűségével kézenfekvő megoldásnak látszott. Ez volt a pantográf. Azonban a tervezési folyamat végére teljesen átalakult valami mássá, amellyel nem sokat, vagy szinte egyáltalán nem találkozunk a mindennapokban. A korszerű gyorsprototípus gyártási eljárásokat megvizsgálva világossá vált, hogy a sorozatgyártásban a gépem nem veheti fel a versenyt velük, viszont az egyedi és kisszériás gyártásban igen is lehet létjogosultsága. A berendezés fejlesztését nagymértékben megkönnyítették a napjainkban a piacon fellelhető modern és kreatív gépépítő elemek. Elsősorban a Fath Components Kft. egyedi építőelemei, valamint az ALU-TP alumínium profilelemei tették lehetővé, hogy a lehető legegyszerűbb módon és praktikusan tervezzem meg a gépem.

59


Summary At the beginning of the designing process I was inspired by an old and almost forgotten principle called pantograph. It seemed to be an obvious solution through its simplicity, but it has changed into something else by the end of the design. According to my examination of the rapid prototyping technologies, my machnie will not cope with the requirements of serial production, but it can gain grounds in the unique production. The modern and creative machine elements made the development of my machine much easier. First of all, the unique parts of the Fath Components GmbH, and the aluminium profiles of the ALU-TP made it possible to create and design this tool the easiest way.

60


Irodalomjegyzék [1]

http:// hu.wikipedia.org/wiki/Pantográf – 2014. október 3.

[2]

http://www.humansoft.hu/Informatikai_szolgaltatasok/3D_szkenneles.html 2014. október 4.

[3]

Huss Dániel – A 3D scannelés és a gyorsprototípus gyártás gyakorlati alkalmazásai – Előadás vázlat - 2014. október 4.

[4]

Kovács József Gábor – Gyors prototípusgyártás előadás jegyzet, BME 2012. október 2.

[5]

http://epub.hpo.hu/e-kutatas/?lang=HU# - Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala 2014. október 4.

[6]

http://www.szerszampiac.hu – 2014. október 4.

[7]

http://www.zarkiraly.hu/cms/upload/image/article/10_pic18_m.jpg

[8]

Dr. Kamondi László – Módszeres géptervezés. Előadásvázlatok.

[9]

Takács György – Zsiga Zoltán – Szabóné Makó Ildikó – Hegedűs György: Gyártóeszközök módszeres tervezése. Elektronikus jegyzet (TÁMOP-4.1.208/1/A-2009-0001)

[10]

http://www.tme.eu/html/HU/pantograf-tartokar/ramka_2087_HU_pelny.html 2014. október 6. ]

[11]

http://www.biotek.hu/hu/gyartok/suspa/gazrugok – 2014. október 11.

[12]

Dr. Kossa Attila – BME, Műszaki Mechanikai Tanszék – Segédlet: Kihajlás 2012. május 15.

[13]

Szűcs Renáta – Gépelemek I., Előadás vázlat – 2012.

[14]

http://www.boschrexroth.com

[15]

http:// www.fathkft.com/hu.html

[16]

http://www.skf.com

[17]

http://www.iwf-duisburg.de/uploads/pics/Zahnraeder.jpg 61

3D-s másoló maró tervezése [18]

http://www.alu-tp.com/

[19]

http://www.gepakcio.hu/spd/METABO601229000/Metabo-OFE-1229-Signal1200W-ipari-felsomaro-meroo

62


Mellékletek

63

5

5

& !" #

NF;! 7 !

+,-.,/.-01023,

E *<

&&&)

%

=

-' &

**0 >;

--

%

..

-

&& ?

;

: ;6 #% 9

:6

#

-. $ < $ @5 $'! %$ <

@A 5

%

$ ;< $ * < = 5

>7# !# #7 ? 7

67 $ #! 8

! 9$%$ !

4$ * !) (

9

.

%

#$%& '$ ( $#)*!%

4

@ 5 $'! *

#! <

4

A

7 !# @5 $'!

& .;

(

& ?

!"

. 8

-2B

8

-

3

8

'B

8

4 002 CC/

& .

D

5

3

63 E 3

6

4 B/0D)/D)B-

0 ;'

.& ?

&'

< 76$ I , 6

0-B 1//

8(,!C @A 5

D&

/

;*+<

& ?

D D

)**+ , &- . )*001 2 . 3

###$% &'

5 $'! 0BB3 $ 0B//H 4$ %$ < % E EJ E GGG K I-/0BB3///K -)/0BB3)//

#$

E

#

5(,7 8

F

G

9 ,:

F F

. .?

?

/

.& ?

'B

& 2B & ? 3 63

" # $ #% & ' ( )* + ' , * * *# * * % ' . /) #% % $ . ! # ! 0 % . ) # 1 2 .! 3 . 41235 !* # # ) # ! # ) 6 )* ' # # 7 * * % ' ' . # . # # ' ) 8 # ' !* $ #% % ! ! 9:& + & ' / ' ! * ' ' . #

6 6 - /// ?

&

E3

6 & ?

C G6 C C

! !

-

.. -& ?

C

& ?

) # ! # !

"-6E

! '

EME

L

.

5 5

L

BG

& ?

;

!"

?

#

5

;:

%$& '

5 5F 3 .

)

5

6.

.3

H

.

-

$

%$+, (

. B/02 . 5 $'! $ (%( 7 ! ! ='

. 5 $'! *

#! <

'

4

# 4

7 !#

/ -

:+

(

+;:;

'

? -

=

>? =

*

& ?

. 5 $'! '

(

+;:;

.

&;# @

<

)*

) #

C"9 !C" @A C

#% *

<

! '

* # '

Standard program gas springs (Liftline) Type 16-2 Clevis/Clevis, welded Ø Tube 18,5mm, Ø Piston rod 8mm, max. Stroke 250mm, Extension force 80-750N

L 2

Stroke HUB/STROKE A

15

18,50

15

15

R7

,50

,50

R7 +0,30 0

8,10

+0,30 0

+1

18,5-0,50

8

5

+0,30

5 -0,10

+0,30 -0,10

8,10

All dimensions in mm. The standard color of the gas spring and the piston rod is black. Chrome-plated piston rods are available on request.

1. Select length and stroke Length (mm) ±2 206.5

Stroke (mm) 60

Technical data

Ordering number

16-2-108-65-A107-B23

016 25024

246.5

80

16-2-128-85-A107-B23

016 25025

286.5

100

16-2-143-110-A107-B23

016 25026

326.5

120

16-2-168-125-A107-B23

016 25027

364.5

140

16-2-186-145-A107-B23

016 25028

407.5

160

16-2-201-173-A107-B23

016 25029

444

178

16-2-229.5-181-A107-B23

016 25030

485.5

200

16-2-240-212-A107-B23

016 25031

525.5

220

16-2-267-225-A107-B23

016 25032

586.5

250

16-2-291-262-A107-B23

016 25033

2. Select the desired extension force F1 The extension force F1 can be at least 80N and maximum 750N, the gradation of forces can be selected individually. When ordering please indicate the extension force as follows:

Gas springs Configurator

Order example: 016 25029/250N Construct your own individual gas spring Further types are available on request.

with our gas spring configurator on our website www.suspa.com/en/configurator

8

SUSPA gas springs - manufactured a millionfold in highest quality.

www.suspa.com

Deep groove ball bearings, single row Principal dimensions d mm 10

D 19

Speed ratings Reference speed

B

Basic load ratings dynamic static C C0

5

kN 1,38

r/min 80000

0,585

Designation Limiting speed * SKF Explorer bearing 38000

61800-2Z

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉSI INTÉZET Miskolc- Egyetemváros SZAKDOLGOZAT

Recommend Documents