Mechanismen voor het positioneren van bewerkingsgereedschappen ten opzichte van het produkt bij eenparig bewegende produkten op molens en lijnmachines

(1)

Mechanismen voor het positioneren van

bewerkingsgereedschappen ten opzichte van het produkt bij

eenparig bewegende produkten op molens en lijnmachines

Citation for published version (APA):

Cruchten, van, P. H. G. (1990). Mechanismen voor het positioneren van bewerkingsgereedschappen ten opzichte van het produkt bij eenparig bewegende produkten op molens en lijnmachines. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Vakgroep Produktietechnologie : WPB; Vol. WPA0958). Technische Universiteit Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1990 Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

(2)

Literatuurstudieverslag

Mechanismen voor bet positioneren van bewerkings-gereedscbappen ten opzicbte van bet produkt bij een-parig bewegende produkten op molens en lijrunacbines.

P.H.G. van Cruchten id.no.: 221668

WP A rapportno.: 0958

Afstudeerboogleraar: Prof.ir. J.M. van Bragt Begeleider: lng JJ.M. Schrauwen

Tecbnische Universiteit Eindhoven, Faculteit der Werktuigbouwkunde, Vakgroep WPA.

(3)

SAMENV ATTING

Samenvatting

Bij het assembleren of het bewerken van produkten op molens of lijnmachines, zal het produkt gepositioneerd en geflXeerd moeten worden, alvorens er een bepaalde handeling kan plaatsvinden. Het positioneren en fIXeren is nodig om bet assembleren te vergemakkelijken en om bewerkingen nauwkeurig te kunnen uitvoeren. Bij dit positioneren en flXeren kunnen er verschillende fouten ontstaan die de nauwkeurigheid van de handelingjbewerking bemvloeden. Een van deze fouten is bet verkeerd positioneren van het gereedschap ten opzichte van het produkt.

Het positioneren van het gereedschap ten opzicbte van het produkt, wordt meestal met een specifiek mechanisme uitgevoerd. Deze mechanismen zijn vaak afhankelijk van bet produkt en de machine. Hierdoor is de flexibiliteit van bet gereedschap niet erg groot en de mechanism en zijn vaak complex en duur. Daarom wordt in de meeste gevallen niet het gereedschap gepositioneerd, maar het draagblok waar het produkt op bevestigd is. Hierdoor verleg je het probleem van het gereedschap naar het draagblok. Het draagblok moet nauwkeurig ten opzichte van het gereedschap gepositioneerd worden. Dit positioneren vindt plaats in een flXeerinrichting. Het draagblok wordt door de fixeerinrichting vastgeklemd. Als men het draagblok goed wi! positioneren, moet men eerst iets meer weten over het gedrag van bet draagblok tijdens en na het vastklemmen. Daarna kan men dan op zoek gaan naar een systeem, om het draagblok te positioneren.

In de huidige literatuur staat beel weinig over mechanism en om het gereedschap te positioneren beschreven, laat slaan een boek met een compleet overzicht. Over het positioneren van bet draagblok is meer geschreven. Het betreft bier de theoretische achtergrond van het positioneren en niet een opsomming van verschillende mogelijkheden.

De positioneringsonnauwkeurigheid van een draagblok, wordt voornamelijk veroorzaakt door het niet gelijktijdig vastklemmen van bet draagblok. Oil is het gevolg van onnauwkeurigheden in de fabdcage en montage van de klemmen en natuurIijk afhankelijk van het soort systeem wat gebruikt wordt. Men moet een systeem ontwerpen, waarbij de klemmen gelijktijdig geactiveerd worden.

Een andere oorzaak van de positioneringsonnauwkeurigheid zijn de oppervlakken van de klemmen, het draagblok en de flXeerinrichting. Bij "ruwe" oppervlakken treedt een grotere fout op dan bij "gladde" oppervlakken.

Ter afsluiting van het verslag, worden twee flXeerinricbtingen toegelicht, waarvan de klemmen geIijktijdig geactiveerd worden. Beide fIXeerinrichtingen hebben betrekking op een werkstation met pallets.

(4)

INHOUDSOPGA VE

INHOUDSOPGA VE:

Samenva tting . . . ..

2 HOOFDSTUK 1

Inleiding ...

5 HOOFDSTUK2

Positioneren en flXeren in het algemeen . . . ..

7

2.1 Positioneren . . . . . . . . . . . . .. 7

2.2 Fixeren . . . • . 8

2.3 Positioneren van het draagblok ....•. . . . . . . . . . .. 8

2.4 Fixeren van het draagblok . . . . . . • . . . . . .. 9

HOOFDSTUK3

Het positioneren van het gereedschap ten opzichte van het produkt . . . ..

10

3.1 Inleiding . . . • . . . • • • . . 10

3.2 Direct positioneren van het gereedschap . . . • . . . 10

3.3 Indirect positioneren van het gereedschap . . . 11

3.3.1 Fysisch positioneren . . . 11

3.3.2 Mechanisch positioneren .. . . . . . . . . . . . . . . .. 11

HOOFDSTUK4

Het positioneren en fIxeren van het draagblok ten opzichte van het werkblok . . . ..

17

4.1 Inleiding . . . 17

4.2 Factoren die het fixeren van een draagblok beinvloeden . . . . . . . . . . . . . • . .. 17

4.3 Enkele practische toepassingen .. . . . . . . . . .. 20

4.3.1 Positioneren en flXeren met behulp van cilinders . . . 22

4.3.2 Positioneren en flXeren door de palletwisselaar . . . . . . . . . . . . .. 24

HOOFDSTUK5

Conclusies en aanbevelingen ...

26

(5)

INHOUDSOPGA VE

Bijlagen . . . ..

28 Bijlage 1: Suggesties voor onderzoek . . • . . • • . . . • . . . • . . . 28 Bijlage 2: College bijdrage toekomstig dictaat .,. . . • . . . . . . • . . . . . . . .. 29

(6)

INLEIDING

HOOFDSTUKI

Inleiding

Bij het assembleren of het bewerken van produkten op molens of lijnmachines, zal het produkt gepositioneerd en gefixeerd moeten worden, alvorens er een bepaalde handeling kan plaatsvinden. Het positioneren en flXeren is nodig om het assembleren te vergemakkelijken en om bewerkingen nauwkeurig te kunnen uitvoeren. Bij dit positioneren en flXeren kunnen er verschillende fouten ontstaan die de nauwkeurigbeid van de handelingjbewerking bemvloeden. M. Andreasen geeft in het boek "Flexible Assembly Systems" [1] enkele meest voorkomende fouten (zie afbeelding 1).

~

TOLE RAt-lC.E"

CHt\I~~

AWl)

bUil)i~G ~URFAC£S

'Po~\t

ioV\ ""

tj

error

Afbeelding 1 : Afwijkingen die de nauwkeurigheid van de handelingjbewerking bemvloeden.

Deze fouten zijn:

- positioneerfouten - klemafwijkingen

(7)

INLEIDING

Tijdens het assembleren of bewerken van produkten stelt men eisen (toleranties), met be trekking tot de nauwkeurigheid, aan een bepaalde handeUng of bewerking. Afhankelijk van deze eisen zijn de bovengenoemde fouten meer of minder van belang.

Een produkt kan op twee manieren fout geplaatst zijn, of de positie is helemaal verkeerd (b.v. 9(t

gedraaid), of de positie ligt buiten de toleranties. In het eerste geval wordt er niet aan de eisen voldaan en zal het assembleren of bewerken altijd onjuist zijn. In het tweede geval is dit afhankelijk van de handeling. Bij het assembleren van produkten maakt men namelijk vaak gebruik van geleidende vlakken (zie ook afbee1ding 1), zodat kleine positioneerfouten niet al te ernstig zijn. Bij de bewerking van een produkt is dit anders. Als een produkt buiten de tolerantiegrenzen wordt opgespannen,

za1

de bewerking geen juist produkt afleveren.

Het onderwerp van mijn literatuurstudie is het positioneren van bewerkingsgereedschappen ten opzichte van het produkt bij eenparig bewegende produkten op molens of lijnmachines. Dit positioneren kan men op twee manieren opvatten:

1) het gereedschap ten opzichte van het produkt 2) het draagblok ten opzichte van het werkblok Beide opvattingen zullen in het verslag behandeld worden.

(8)

POSITIONEREN EN FIXEREN IN HET ALGEMEEN

HOOFDSTUK2

Positioneren en fixeren in bet algemeen

2.1 Positioneren

Produktpositionering is de aktie waarbij een produkt vanaf het eindpunt van de toevoerinrichting of het magazijn, op de gevraagde positie op de bewerkingsplaats gebracht wordt. Het daarvoor gebruikte systeem is onder andere afhankelijk van de produktconfiguratie, de hoeveelheid produkten (per tijdseenheid) en de produktkwaliteit.

Voor het positioner en van een onderdeel of een produkt bij molens of lijnmachines, kan men grofweg de drie volgende basisprincipes onderscheiden:

1) zwaartekracht

2) duwen en leiden ("push and guide") 3) pakken en plaatsen ("pick and place")

ad.1) zwaartekracht

De produkten vallen aIs gevolg van de zwaartekracht uit een magazijn op de juiste plaats. Het spreekt voor zich, dat niet aIle produkten zich hiervoor lenen. De produkten moeten namelijk makkelijk te orienteren zijn. Wanneer zij uit positie geraken moet dit niet essentieel zijn voor de funktie of bedrijfszekerheid van het produkt. In afbeelding 2 worden enkele voorbeelden gegeven van het positioneren, door gebruik te maken van de zwaartekracht.

From feeder

Weight

From feeder

Moving track

(9)

ad.2) Duwen en leiden

Het "duwen en leiden"-principe blinkt evenals het voorgaande uit door eenvoud. Vaak lopen deze ook in elkaar over, zodat geen duidelijke scheidingslijn aan te geven is. Verder zijn er ook toepassingen waarbij alleen sprake is van "duwen" (afbeelding 3), of alleen van "leiden" (afbeelding 4).

Afbeelding 3: Het "duw"-principe. Afbeelding 4 : Het "leid"-principe.

ad.3) Pakken en plaatsen

Bij "pakken en plaatsen" wordt een produktJonderdeel opgepakt door mechanische k1emmen met behulp van een vacuum of met magneten. Vervolgens wordt dit produkt verplaatst naar de gewenste positie, om daar weer losgelaten te worden. Deze methode heeft geen echte voordelen ten opzichte van het "duwen en leiden"-principe. Een nadeel is zelfs dat de cyclustijd vaak langer is. Het is daarom belangrijk dat zoveel mogelijk bewegingen gekombineerd worden voor zover dat mogelijk is (bewegingsdiagrammen).

2.2 rlXeren

Wanneer een onderdeel op de gewenste positie en in de gewenste stand is, moet het daar vastgehouden worden, zodat het een bepaaJde bewerking kan ondergaan.

Voor het flXeren heb je een of meerdere krachten nodig. De hiervoor benodigde krachtbronnen kunnen van fysische of mechanische aard zijn. Bij mechanische krachten kun je denken aan knijp-, grijp-, trek- of k1emkrachten. Onder fysische krachten vall en bijvoorbeeld vacuum (bruikbaar bij niet-poreuze del en) en elektromagnetische krachten (bruikbaar bij magnetisch materiaal).

2.3 Positioneren van het draagblok

(10)

draagblok en het type machine. Bij molens is er meestal Diet echt sprake van positioneren. De draagblokken zitten namelijk op een vaste positie op een schljf. In feite bepaalt de fabricage en montage van de schljf, met de draagblokken, de nauwkeurigheid van de positie van het draagblok ten opzichte van het werkblok. Bij lijnmachlnes is het positioneren afhankelijk van het type transportsysteem en de onderlinge verbinding tussen de draagblokken. Bij de transportsystemen wordt vaak gebruik gemaakt van het "push and guide"-principe.

2.4 Fixeren van het draagblok

Het flXeren kan op legio mweren. Voor het flXeren van het draagblok heb je, net a1s bij bet produkt, een of meerdere krachten nodig. Deze kracbten zijn ook van mechaniscbe of fysiscbe aard. Een aantal mogelijkbeden zal in de volgende hoofdstukken behandeld worden.

(11)

HET GEREEDSCHAP TEN OPZICHTE VAN HET PRODUKT

HOOFDSTUK3

Het positioneren van het gereedschap ten opzichte van het produkt

3.1 Inleiding

Het positioneren van bet gereedscbap is meestal produkt gebonden. Daarom is bet moeilijk om een indeling te maken van de typen positioneermecbanismen. In de praktijk wordt naar de vorm en naar andere specifieke zaken van bet produkt gekeken en dan wordt bet positioneermechanisme voor dat type produkt ontworpen. Het is niet zo, dat bij bet ontwerpen een catalogus gebruikt wordt waar men de verscbillende mecbanismen in kan opzoeken.

Omdat de mogelijkbeden zo groot zijn en ervaring bij bet ontwerpen vaak een grote rol speelt, is er op het theoretische gebied over het positioneren van het gereedschap niet veel bekend.

Als men in de literatuur op zoek gaat naar praktische voorbeelden, komt men er al snel achter dat er weinig voorbeelden te vinden zijn, laat staan bij elkaar gebonden in een boek. De enige boeken waar een aantal voorbeelden bij elkaar staat is de serie van Production Engineering Data Memoranda, geschreven door bet Institution of Production Engineers [2]. Ook bier is er slechts sprake van een opsomming van verschillende voorbeelden die specifiek zijn voor een bepaald produkt en/of bewerking.

Ondanks de grote variaties van mogelijkbeden, heb ik toch een poging gedaan om de verscbillende mecbanismen te groeperen.

Dit hoofdstuk bandelt over het positioneren van het gereedschap ten opzichte van het produkt. In de huidige literatuur staan weinig voorbeelden van dit principe. Meestal wordt het produkt ten opzichte van het gereedschap gepositioneerd. De eerste indeling is dus direct of indirect positioneren.

3.2 Direct positioneren van het gereedschap

Bij direct positioneren van bet gereedschap, wordt het gereedschap ten opzichte van het produkt verplaatst, waarna de bewerking/handeling kan worden uitgevoerd. Dit principe wordt in de praktijk zeer weinig toegepast, omdat het gereedschap op een werkblok bevestigd is en er daardoor speciale hulpmiddelen op het werkblok moeten zitten om het gereedschap te kunnen bewegen. Deze hulpmiddelen zijn vaak complex en zeer duur (denk bijvoorbeeld aan een flexibele aandrijving van het gereedschap ).

In afbeelding 5 en 6 staat een voorbeeld van het direct positioneren van het gereedschap. Dit direct positioneren is nodig omdat er eisen gesteld worden aan de bewerking die uitgevoerd wordt.

De machine buigt de randen van drie bouten om, zodat deze niet meer los kunnen. AIle drie de randen moeten met dezelfde kracht omgebogen worden. In afbeelding 5 staat de komplete machine en in afbeelding 6 staan twee details. De werking is als voIgt:

(12)

- cilinder 1 wordt geactiveerd en beweegt de stang verticaal naar beneden

- als de grijpers met de bouten in contact komen, worden de grijpers ten opzichte van elkaar gepositioneerd door een wigvormige plaat (zie afbeelding 6a, ·wedge plate")

- de grijpers kunnen namelijk kantelen om een as, waardoor de grijpers zodanig ingesteld worden, dat ze alIe drie een gelijke kracht uitoefenen op de bouten

- als de grijpers in de juiste positie staan, beweegt de stang verder naar beneden en worden de randen omgebogen; cilinder 2 zorgt voor extra steun aan de onderkant

3.3 Indirect positioneren van het gereedschap

Bij indirect positioneren wordt niet het gereedschap, maar het produkt gepositioneerd met behulp van een hulpgereedschap. Het betreft bier aileen het positioneren van een produkt dat reeds op een draagblok is geplaatst, niet het positioneren van het produkt 6p het draagblok (aanvoeren). Er is een onderscheid te maken tussen fysisch en mechanisch positioneren.

3.3.1 Fysisch positioneren

Bij het fysisch positioneren wordt er gebruik gemaakt van lucht, (bijvoorbeeld vacuum zuigen of een pneumatische cilinder) of van elektromagnetische krachten. In afbeelding 7 staat een voorbeeld van het positioneren van de binnenring van een lager door een pen, die door lucht gepositioneerd kan worden. Bij het positioneren met behulp van magneten, moet men denken aan een gesloten controlesysteem waar het produkt tussen twee magnet en is geplaatst. Door middel van elektronische besturing van de magneten afzonderlijk, kan het produkt op de juiste plaats gepositioneerd worden.

3.3.2 Mechanisch positioneren

Dit principe wordt het meeste toegepast, omdat het mechanisch positioneren betrouwbaarder is dan met behulp van lucht of een magneet. Bij bet mecbanisch positioneren wordt er meestal gebruik gemaakt van mechanism en (stangeD, nokken, veren etc.). In atbeelding 8 staat een voorbeeld van bet positioneren van bet produkt door een mechanisme. De nok beweegt de boHe cilinder in verticale richting. De cilinder positioneert bet produkt met behulp van een conische kop. In de cilinder bevindt zich bet gereedschap, wat vervolgens de bewerking uitvoert (zie afbeelding 9).

Natuurlijk vinden we in de praktijk vaak een combinatie van beide principes om bet produkt ten opzichte van bet gereedschap te positioneren.

(13)

RET GEREEDSCHAP TEN OPZICRTE VAN RET PRODUKT

HYDRAULIC

VERTICAL

ROTARY

TABLE

RAM

BACK UP PAD

HYDRAULIC

No.2

ScrOR section

X-X

Afbeelding 5 De complete machine.

FRAME

---Iii

(14)

COMPRESSION

SPRINGS

_{FRICTION PAD}

SPRING PIN

~--

COMPRESSION SPRING

!:t'/;,,,"~~~"""""~

JAW

(a) Head descends,Jaws

locatg on scrgw

.1lQnges and are

locked jn Rosjtjon

QY.

wedgLRlate

WEDGE PLATE

JAW MOUNTING BLOCK

c;

l

(b) Head descends and

jaws stake over flangg",

on screws against

casti[lg face

(15)

Diagrams showing....Qp'erational

se~uence

and

(c) Location Rin and location

gJp...i.!lggge inner and outer

races

~)

Races brought concentric.

ails now sURP.0rted

by_

.grooves in races

(d) SRacing comb seRarates

DafJS,To'Wer Rlatform is drop-ped

clear

(16)

TENSION

SPRING

COMPRESSION

SPRING

\---Q:{3

t---·7

Assembly fixture

INNER SHAFT

OUTER SHAFT

COMPRESSION SPRING

'--- CLAMP SHAFT

FOLLOWER ARM

(Inner shoft)

CAM FOLLOWER ARM

(Outer shoft)

(17)

Diagrams showing.-QRerational

se~uence

(a) ComRonents ore eushed

Into assembly, fjx ure

and

clamp~

.~~

,_1-__

.

---

\.----(el Inngr shaft

'ow~s

to

turn over

9c

tabs '

Afbeelding 9 : Details van de bewerking.

.lOE~

~L

__

:

l---(b) Outer shaft lowers to

locate Rressin9.

)

\,-

...

--(d) Inner and outer

shafS~

. W&hdraw from assem

~

(18)

HET ORAAGBLOK TEN OPZICHTE VAN HET WERKBLOK

HOOFDSTUK4

Het positioneren en flXeren van het draagblok ten opzichte van het werkblok

4.1 Inleiding

In hoofdstuk 3 is het positioneren van het gereedschap ten opzichte van het produkt behandeld. Meestal wordt dan Diet het gereedschap, maar het produkt gepositioneerd. Oit gebeurt voomamelijk bij eenvoudige handelingen en bij kleine produkten. Als men zeer grote produkten gaat bewerken wordt het lastig om het produkt te positioneren. Men moet er daarom voor zorgen dat het draagblok, waar het produkt op geflxeerd is, goed gepositioneerd wordt. Hier is ook nog van belang hoe het draagblok geflXeerd wordt, aangezien het draagblok Diet mag verplaatsen tijdens een bewerking. Om een draagblok goed te kunnen meren moet men eerst meer weten over de theoretische achtergrond van het vastklemmen van een draagblok. U.O.Batyrov heeft reeds naar de theoretische achtergronden gekeken van het positioneren en meren van een draagblok. Zijn bevindingen staan bescbreven in "Factors affecting setting errors of pallet futures" [3], daterende uit 1984 en in "More accurate clamping of pallet fIXtures" [4], daterende uit 1986. Bukhmil en Gershkovich bespreken twee praktische voorbeelden in "Location and clamping of pallet-fIXtures in machining centres" [5], deze worden in het tweede gedeelte van dit hoofdstuk besproken. Aan het einde van dit hoofdstuk worden nog enkele andere praktische toepassingen behandeld.

4.2 Factoren die het flXeren van een draagblok bemvloeden

Fixeersystemen van draagblokken zijn de belangrijkste elementen van een geautomatiseerde produktie- of assemblagelijn. Echter, het gebruik van deze system en kan een toename van de positioneringsfout tot gevolg hebben, daar de keten van elementen toeneemt en dus ook de positioneringsfout.

Het draagblok waarop het uitgangsmateriaal bevestigd is, wordt meestal door enkele klemmen in de machine vastgehouden. Oeze klemmen zorgen ervoor, dat de positie van het draagblok onveranderd blijft tijdens het vastklemmen van het draagblok en tijdens de bewerking van het uitgangsmateriaal.

Positioneerfouten worden meestal veroorzaakt tijdens het vastklemmen van het draagblok. Oeze klemfout is bij benadering evenredig met de positioneringsfout en in sommige gevallen zelfs overtreffend. Klemfouten worden verondersteld het gevolg te zijn van contactdeformaties in de elementen die onder invloed staan van de klemkracht. Bij het vastklemmen van een werkstuk (meestal Diet gehard) geeft deze benadering tevreden resultaten, omdat voornamelijk contactdeformatie optreedt. Bij het vastklemmen van

(19)

HET DRAAGBLOK TEN OPZICHTE VAN HET WERKBLOK

Tijdens het ontwerpen van een draagblok wordt er verondersteld, dat de stationaire klem en het draagblok reeble oppervlakken bebben (mooi glad) en dat bij bet gebruik van meerdere klemmen, alle kracbten gelijktijdig aangebracht worden. Met deze veronderstellingen is bet heel eenvoudig om een flXeerinricbting te ontwerpen voor een machine, als de gestelde eisen laag zijn. Als er meer nauwkeurigheid gewenst is, is bet nodig om de produktietoleranties van de klemmen en draagblokelementen te verseherpen of specifieke flXeerinrichtingen te ontwerpen met gestandariseerde onderdelen. Eehter, dit geeft niet altijd bet gewenste resultaat. Daarom is bet nodig om bet flXeren (vastklemmen) van een draagblok in detail te bestuderen en om effectieve midde1en te vinden om de positioneringsfout te verminderen.

De positioneringsfout is samengesteld uit de plaatsings- en klemfout van bet draagblok. Deze klemfout 6 is opgebouwd uit een aantal andere fouten, namelijk:

6

=

Oc + Ok + Odd + Odk

o

c

=

de fout ten gevolge van het verplaatsen en verdraaien van bet draagblok, voordat deformatie

opgetreden is

Ok

=

de fout ten gevolge van de contact deformatie tussen bet draagblok en de klem Odd

=

fout ten gevolge van de deformatie van bet draagblok

o

dk

=

fout ten gevolge van de deformatie van de klem

De fout 0 It; is afhankelijk van de druk in de klem, de

klemkrachten en de kwaliteit van de contactopper-vlakken. Als bet draagblok herhaaldelijk gebruikt wordt, zal er in de contactzones voornamelijk elastiscbe vervormingen optreden, zodat 0 It; te verwaarlozen is. De

fouten odden 0 dk zijn ook te verwaarlozen, omdat bet

draagblok en de klemmen zeer stijve licbamen zijn. Men mag dus veronderstellen dat 0 c de belangrijkste fout is, bij bet positioneren van bet·draagblok. De juiste invloed van deze fout op het positioneren beeft U.D.Batyrov nader onderzocht [3]. Voordat bij aan zijn metingen begon, beeft bij aangenomen dat, bet draagblok en de klemmen massieve liehamen zijn en geometrisch ongelijke contactoppervlakken en dat het draagblok zes contactpunten met de plaats van locatie heeft: drie op het grondvlak. (A, B, C), twee op bet geleidvlak (D, E) en een op een vast vlak (F) (zie afbee1ding 10).

~,

.

r

Afbeelding 10: De contactpunten tussen bet draagblok en de locatie.

(20)

AfbankeIijk van bet relief van de oppervlakken, kan er op twee manieren contact zijn tussen het draagblok en de klem of draagblok en ondersteuning (grondvlak). Ten eerste tussen een uitsteeksel en een holte (afbeelding 11) en ten tweede tussen twee uitsteeksels (afbeelding 12). Natuurlijk treden er in ten contactoppervlak combinaties op.

Afbeelding 11 : Contact tussen een uitsteeksel en een holte.

Afbeelding 12: Contact tussen twee uitsteeksels.

Het draagblok wordt tijdens de proef door L-vormige klemmen vastgehouden, die verschillend genummerd zijn. Als bet klem-mechanisme de opdracht krijgt om het draagblok vast te klemmen, worden de klemmen afzonderlijk geactiveerd. Afbankelijk van de nauwkeurigheid van de produktie en de montage van de klemonderdelen en het draagblok, worden de klemmen in een bepaalde volgorde geactiveerd. Als gevolg van dit niet gelijktijdig aanbrengen van de klemkracht, varieren de coordinaten van het aangrijpingspunt van de result ante en de grootte van de resultante. Hierdoor ontstaat er een verplaatsing van het draagblok in de ruimte.

Het zou kunnen zijn dat de uiteindeIijke verplaatsing van het draagblok nul is. Dan zou het geen probleem zijn dat de krachten niet gelijktijdig optreden. Helaas is dit niet het geval.

Als het draagblok op de fixeerinrichting geduwd wordt, is er evenwicht tussen de duwkracht P en de zwaartekracht G (zie afbeelding 10). Veronderstel nu dat de klemmen geactiveerd worden en de eerste klem die het draagblok vastklemt veroorzaakt een drukkracht PI' De krachten PI en P veroorzaken een draaiend moment om de lijn ac (a en c zijn de contactpunten tussen het draagblok en de flXeerinrichting). lndien dit moment groter is dan het moment dat veroorzaakt wordt door de zwaartekracht G, dan wordt de pallet van de ondersteuning B getild, totdat een nieuw contact punt a' op ondersteuning A evenwicht maakt of totdat klem 2 het draagblok vastklemt.

Nadat de tweede klem een kracht (P

J

op het draagblok uitoefent, treedt er een nieuw draaiend moment op om de Iijn a'e en het draagblok wordt op de ondersteuning B geduwd. A1s door de kracht PI het

(21)

invloed van deze momenten wordt de pallet telkens verplaatst.

Deze theoretische benadering heeft Batyrov nader bekeken door een draagblok vast te klemmen met behulp van vier klemmen en telkens de volgorde van vastklemmen te veranderen. De resultaten van dit experiment staan in [3].

In [4] heeft Batyrov nog een ander experiment beschreven. Hij heeft de invloeden van de oneffenheden van de oppervlakken nader bekeken. Voornamelijk de oppervlakken van de klemmen en niet van de ondersteuningen. Ook dan blijkt dat de positie van het draagblok bepaald wordt door de onnauwkeurigheden van de oppervlakken. Hij toont dit experimenteel aan door eerst een proef normaal uit te voeren en daarna door aluminium tussen de klemmen te gebruiken, om de oneffenheden weg te werken.

4.3 Enkele practische toepassingen

Men kan op zeer verscheidene manieren een draagblok positioneren ten opzichte van het werkblok. Het eenvoudigste is natuurlijk met een pen of kogel, die met behulp van een veer tegen het draagblok wordt aangeduwd (afbeelding 13). Eigenlijk is dit meer "tegenhouden" van het draagblok dan positioneren. De nauwkeurigheid van het "positioneren" wordt in grote mate bepaald door de fabricage- en montage-nauwkeurigheid van de pennen en het draagblok. Is een grotere positioneringsmontage-nauwkeurigheid gewenst, dan worden er speciale positioneerpennen gebruikt, die zeer nauwkeurig vervaardigd zijn (afbeelding 14).

(22)

Chassis

Stopper _{Guide Rail}

Switch

Chassis Posi tioning Pin Cylinder

Pneumatic Cylinder

Guid Rail

Afbeelding 14 : Stop en positioneer mechanisme.

Stelt men nog hogere eisen aan de positioneringsnauwkeurigheid, bijvoorbeeld ± 0.01 mm, dan moet men speciale positioneerinrichtingen nemen, meestal in combinatie met een flxeerinrichting. Er zijn legio voorbeelden, maar de meeste zijn produkt en/of machine afhankelijk. Het is weinig zinvol om aileen maar voorbeelden te laten zien, daarom worden er twee voorbeelden uitgehaald en uitvoerig besproken [6]. De beide voorbeelden hebben betrekking op een werkstation, maar de beide principes zouden ook op lijnmachines gebruikt kunnen worden. De draagbJokken worden eerst op een palletwisselaar gezet, voordat ze naar het werkstation gaan. Het eerste voorbeeld maakt gebruik van een stilstaande wisselaar (afbeelding 15a) en het tweede voorbeeld van een bewegende wisselaar ( afbeelding 15b).

[ill

[Jd]

10@J1

Irn@1

_~

l

J

!

_'0

I

,

(.1 .J I

(23)

4.3.1 Positioneren en flXeren met behulp van cilinders

Het draagblok 1 (afbeelding 16) wordt met behulp van twee cilinders 3 en 4 gepositioneerd en geflXeerd. Het draagblok bevindt zich op een palJetwisselaar 2. Als cilinder 3 geactiveerd wordt, duwt deze tegen plaat 5. Op plaat 5 zit een nok 6 met een inwendige groef, waarin pen 7 kan bewegen. Deze pen 7 zit aan plaat 9. Plaat 9 kan om pen 8 roteren. Aan plaat 9 zit nog een pen 10 die in verbinding staat met positioneerpen 11. Als plaat 5 dus naar binnen wordt geduwd, zal de nok 6 pen 7 omhoog duwen en pen 10 omlaag, waardoor de positioneerpen omlaag gaat. Als rechterplaat 5 naar binnen wordt geduwd, wordt de linkerplaat 5 naar buiten geduwd door middel van een tandwieloverbrenging 12.

In de plaat 5 zitten ook nog gleufjes met kogel 13. Deze kogel ondersteunt aan de onderkant op plaatje 14. Plaatje 14 is aan een kant afgesehuind. Aan de bovenkant duwt het kogeltje tegen stootblok 15, die weer tegen een veer 16 duwt. Deze veer duwt tegen klem 17 die kan kantelen om pen 18 en op die manier het draagblok vastklemt. Als de plaat 5 dus naar binnen wordt geduwd, beweegt het kogeltje 13 zich over het sehuine gedeelte van plaat 14. Hierdoor zal de veer ontspannen en de klem 17 laat het draagblok los. Het draagblok kan nu verwisseld worden. A1s cilinder 4 nu geactiveerd wordt, zal de linkerplaat 5 ingeduwd worden en de reehler komt weer naar builen. De bewegingen zijn nu dus omgekeerd. De positioneerpen gaat weer omhoog en de klemmen 17 gaan weer naar beneden.

Het voordeel van dit mechanisch flXeren is het gelijktijdig activeren van de klemmen, zodat het draagblok zich met kan verplaatsen (zie hoofdstuk 4.2).

(24)

17-,--,

1

~....L.-.LTl..-...r-n I 1'---'---'-'

4-:tb

~3

1 c---tl

2 1S

A-A

r:t":ii;::;;:;:;.~:;--

9

/~""'7

~sm~~~5

8 5~~~~~:M

2

--f:?'-/Y'~~~

2

14 I

B-.r

7 .12 6

I

(25)

HET DRAAGBLOK TEN OPZlCHTE VAN HET WERKBLOK

4.3.2 Positioneren en flXeren door de palletwisselaar

Draagblok 1 zit vastgeklemd aan het werkstation (draagblok A alb. 1Sh). Op de palletwisselaar bevindt zich een pen 4 (aibeelding 17). Deze bevindt zich in positie I. Als de palletwisselaar naar voren beweegt, wordt plaat 2 verdraaid. Hierdoor verdraait ook plaat 3, omdat 2 en 3 met een tandheugel tegen elkaar staan. Als plaat 2 verdraait, verdraait ook schijf 5 door middel van as 6 tandwiel 7 en tandheugel 8, die aan schijf 5 zit. In schijf 5 zitten sleuven, waarin cilinder 9 kan bewegen. Als schijf 5 verdraait, beweegt cilinder 9 naar binnen. Deze kantelt het juk 11 om pen 10 en zo wordt de positioneerpen 12 omlaag getrokken.

Gelijktijdig bij het verdraaien van scbijf 5, bewegen de rollen 13, die aan de onderkant ondersteund worden door een aan een kant afgeschuind blok 14 en aan de bovenkant door een duwblok 15. Dit blok duwt tegen veer 16. Deze veer kantelt k1em 17 om pen 18. Als plaat 5 dus verdraait, rollen de cilinders 13 over de schuine kant van blok 14 omlaag. De k1em 17 laat het draagblok los. De palletwisselaar verwisselt nu de draagblokken en bij het terugtrekken van de wisselaar duwt pen 4 plaat 3 terug in zijn oude stand. Het draagblok B wordt nu vastgeklemd. Ook bier worden de k1emmen gelijktijdig geactiveerd.

(26)

HET DRAAGBLOK TEN OPZICHTE VAN HET WERKBLOK

(27)

CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN

HOOFDSTUK5

Conclusies en aanbevelingen

Conc1usies met betrekking tot het positioneren van het gereedschap: - het positioneren van het gereedschap wordt niet vaak toegepast

- als het wordt toegepast is het mechanisme zeer specifiek, het is afhankelijk van het produkt en de machine

- omdat de mechanismen zeer specifiek zijn is het moeilijk om een indeling van de mechanismen te maken

Conclusies met betrekking tot het positioneren van het draagblok:

- als er meerdere klemmen gebruikt worden om een draagblok vast te klemmen, dan veroorzaken de klemkrachten een verplaatsing, voordat er contactdeformatie optreedt

- de grootte van de positioneringsfout hangt af van de oppervlakken van het draagblok, de oppervlakken van de fIxeerinrichting (klemmen en ondersteuningen) en van de volgorde waarin de klemkrachten worden aangebracht

- als een draagblok wordt vastgeklemd ontstaat er een willekeurig krachtenspel, waar geen rekening mee wordt gehouden tijdens het ontwerpen van de fIxeerinrichting

- dit krachtenspel wordt veroorzaakt door de ongelijke opppervlakken van het draagblok en de fIxeerinrichting

Aanbevelingen:

- als er meerdere klemmen gebruikt worden om een draagblok te flXeren, zorg er dan voor dat de . klemkrachten gelijktijdig optreden

indien dit niet mogelijk is, zorg er dan voor dat het draagblok niet kan kantelen als er een klemkracht op wordt uitgeoefend

(28)

LITERATUUR

Literatuur

[1] Andreasen, M.M, Ahm, T., Flexible assembly systems. IF'S Publications, Springer verslag, 1988. [2] Production Engineering Data Memoranda. Institution of Production Engineers.

[3] Batyrov, U.D., Factors affecting setting errors of pallet fIXtures.

In:

Soviet Engineering Research, april (1985).

[4] Batyrov, U.D., More accurate clamping of pallet fIXtures.

In:

Soviet Engineering Research, september (1987).

[5] Bukhmil, I.I., Gershkovich, G.V., Location and clamping of pallet-fIXtures in machining centres. In: Soviet Engineering Research, april (1988).

Boeken:

- Proceedings of the International Conferences on Assembly Automation.

- Nicholas, P.C., Mechanisms, linkages and mechanical controls. Mc Graw Hill book compagny, 1965. - Richter, E., Schilling, W., Weise, M., Montage im maschinenbau. VEB verlag technik berlin, 1974. - Holbrook, L.H., Ingenious Mechanisms for designers and inventors, volume III.

- Verslag van een studiereis naar Spanje door studenten werktuigbouwkunde van de Technische Universiteit Eindhoven.

Tijdschriften: - Elektronik

- Siemens Energie & Automation - Production Engineer

- Werkstatt und Betrieb

- Engineering Materials and Desing - Assembly Engineering

(29)

BULAGEN

Bijlagen

Bijlage 1: Suggesties voor onderzoek

• als men op zoek gaat naar mecbanismen voor bet positioneren van bet gereedschap of bet draagblok, vindt men constructieve oplossingen, maar de nauwkeurigheid van bet mechanisme ontbreekt. Een onderwerp voor een literatuurstudie zou kunnen zijn: "De nauwkeurigheid van positioneermecbanismen", of: "Waardoor wordt de nauwkeurigheid van een positioneermecbanisme bepaald?".

• bet experiment dat uitgevoerd is door Batyrov [3], kan men uitvoeren op de draagblokken van de

FALC-ce~ om te onderzoeken of de positie van bet draagblok of de onderdelen verandert. tijdens of na bet vastklemmen.

• Batyrov beeft tussen bet draagblok en de klemmen aluminium gelegd om de oneffenheden van de oppervlakken "weg te werken" [4]. Men zou proeven kunnen doen met verschillende metalen of kunststoffen op de klemmen, om te onderzoeken wat bet effect is, bij bet positioneren van een draagblok.

(30)

BIJLAGEN

Bijlage 2: College bijdrage toekomstig dictaat

Eeo werktuigbouwkundig ingenieur die zich bezig houdt met automatisering, zal ooit een keer een draagblok met eeo flxeerinrichting moeten ontwerpen. In de meeste gevalleo wordt er tijdeos het ontwerpen verondersteld, dat de klemmen van de fJXeerinrichting en het draagblok reehte oppervlakken hebben. Op deze mamer is het heel eenvoudig om de stationaire klemkracht te berekenen, die nodig is om het draagblok of werkstuk vast te klemmen. Deze methode is slechts toepasbaar a1s er lage eisen gesteld worden aan het positioneren. Worden er hogere eisen aan het positioneren gesteld, dan kan men niet zomaar de stationaire klemkracht uitrekenen. Bij hoger eisen is men afhankelijk van de oppervlakken van de klemmen en het draagblok en van de klem volgorde. De klemkrachten moeteo gelijktijdig optreden. om verplaatsing van het draagblok te voorkomen. Een bijdrage voor een dictaat is daarom paragraaf 4.2 ftFactoren die het flXeren van een draagblok beinvloeden".