Tentamen i TMPT 33/TMPS 34 Produktionssystemets teknik. Tillverkningsteknik

Transkript

1 Tentamen i TMPT 33/TMPS 34 Produktionssystemets teknik För teknologer kursregistrerade vt2013 eller senare Tillverkningsteknik För alla teknologer Datum , kl Sal: G33, G35, G37 Provkod: TEN 1 Antal ingående uppgifter: 6 st. Antal sidor: 8 st. Jourh. lärare: Stefan Björklund Telefon: Besökstider: ca och Kursadministration: Azra Mujkic: , Azra.mujkic@liu.se Hjälpmedel: Räknedosa samt den vid tentamen utdelade formelsamlingen Maxpoäng: 45 poäng Betygsgränser: 20, 28 och 36p

2 1. MÄTTEKNIK (5p) 1a. Vad innebär Abbe s komparatorprincip? (1p) 1b. Vilken toleransgrad är svårast att uppfylla, IT4 eller IT16? (1p) 1c. Förklara hur en gränslägesindikator fungerar? (1p) 1d. Förklara vad som menas med Ra-värde! (1p) 1e. Ange minst två av de fyra typer av felkällor som påverkar (1p) en mätning. 2. PLASTISK BEARBETNING (11p) 2a. Vad är det som avgör hur lätt/svårt det är att deformera en (1p) metall plastiskt? 2b. Vad är det som gör att en vanlig dragprovkurva inte är an- (1p) vändbar vid överslagsberäkningar på plastisk deformation? 2c. Vad menas med bombering av valsar vid valsning? (1p) 2d. Vad menas med ett sänke vid sänksmide? (1p) 2e. För att bestämma ett materials uppträdande genomfördes (3p) ett materialtest där provstavar med diametern 12 mm och längden 100 mm drogs. I två fall erhölls för de två längd- erna 106 och 109 mm spänningarna 106= 76 N/mm 2 resp 109=85 N/mm 2. Bestäm materialets kf-kurva om vi antar att materialet följer Ludviks ansats. Vi antar även att midjebildningsområdet inte uppnåtts. 2f. Vid en dragningsoperation, där stång med 20 mm:s diameter (4p) dras från ett kvadratiskt utgångsmaterial med sidan 25 mm genom en dragskiva, har man tänkt sig att använda en drag- bänk med en maxkraft på 150 kn. Materialets kf-kurva ges

3 av kf= N/mm 2. Friktionskoefficienten,, är 0.18 och tillhållartrycket, p, är 3 N/mm 2. Dragskivans konvinkel,, är 17 grader. Kan dragningen utföras i den tänkta maskinen om man endast vill utnyttja 75% av maskinens kapacitet och om utgångsmaterialet är spänningsfritt!! 3. KLIPPANDE BEARBETNING (4p) 3a. Förklara skillnaden mellan en klipplina och en flygande sax! (1p) 3b. Vad är en ringegg och vad används den till? (1p) 3c. En cirkulär detalj med diametern 50 mm skall klippas ur en (2p) stålplåt med en skärhållfasthet, ksk, på 687 N/mm 2. Plåten är 2 mm tjock. I brickans centrum skall det även finnas ett kvadratiskt hål med sidan 30 mm. Bestäm klippkraften och klipparbetet för operationen. 4. SKÄRANDE BEARBETNING (11p) 4a. Ge förslag på en lämplig åtgärd man kan vidtaga om man (1p) upptäcker att man har dålig spånbrytning vid en svarvningsoperation. 4b. Vad är de huvudsakliga beståndsdelarna i hårdmetall? Det (1p) räcker med att ange/beskriva en övergripande benämning, ett specifikt materialexempel behöver ej anges. 4c. Förklara funktionen hos en ejectorborr. (1p) 4d. Ditt företag tillverkar ett mycket stort antal cylindriska axlar (1p) i en variant. Företagsledningen vill nu att du väljer en lämplig maskin att investera i för detta ändamål. Tillverkningen kommer att pågå under lång tid och kommer troligen förlängas ytterligare när kontraktet löpt ut. Vilken maskintyp skulle du välja? Motivera!

4 4e. En axel med diametern 100 mm skall svarvas ned till en dia- (3p) meter på 90 mm genom ett grovskär och ett finskär. Ämnets längd är 150 mm men den svarvade längden är 100 mm. Det utnyttjade materialets kc-kurva ges av kc= 2030hD N/mm 2. Två punkter på materialets Taylorkurva är vc10= 220 m/min resp vc20= 190 m/min (För aktuell hårdmetall!). Samma verktyg används till bägge skären och dess verktygskostnad är 47:75 kr/skäregg. Nosradien är 0.8 mm Och dess ställvinkel,, är 95 grader. Verktygets maximala belastning uppgår till 3.5 kn och den färdiga ytan har ett krav på ytan på Ra= 1.2 m. Lämpligt finskärdjup är 1 mm. Den använda maskinen har en maxeffekt på 20 kw men man vill inte utnyttja mer än 70% av dess effekt. Maskinens maskintimkostnad är 585 kr/h och spilltiden är totalt 3 min der detalj. Bestäm ekonomiska skärdata för grov- och finsvarvningen. 4f. Efter svarningen skall ett spår planfräsas i axelns ände med (4p) en längd av 40 mm och därefter skall ett 25 mm:s hål med ett djup på 60 mm borras i axelns centrum. Till fräsningen används en hårdmetallplanfräs med 5 eggar. Fräsen är en hörnfräs. Verktyget är utrustat med en egen drivmotor som har en utnyttjbar effekt på 3.5 kw resp. ett utnyttjbart moment på 45 Nm. Det axiella skärdjupet är 5 mm. Fräsens verktygskostnad är 68:60 kr/skäregg och dess diameter är 45mm. Fräsen ansätts så att dess centrumlinje sammanfaller med arbetsstyckets och materialmotståndet vid fräsningen, kcm, kan tecknas kcm=2030hm N/mm 2. Vid borrningen används ett hårdmetallborr med tre skäreggar monterat som ett vanligt innerbearbetningsverktyg. Dess verktygskostnad är 61:45 kr/skäregg. Borrets spetsvinkel är 120 grader och hålet skärs utan förborrning.. Både fräsen och borren är av samma hårdmetall som svarvverktyget! Fräsningen och borrningen utförs i samma maskin som svarvningen! Bestäm ekonomiska skärdata för fräsningen och borrningen med hjälp av uppgifterna givna i 4e och 4f.

5 5. ÖVRIGA BEARBETNINGSMETODER (5p) 5a. Ge minst två exempel på olika bearbetningsoperationer som (1p) kan genomföras med en laser. 5b. Förklara varför fastspänning av arbetsstycket blir enklare (1p) vid laserbearbetning än vid vanlig skärande bearbetning. 5c. Beskriv principen för trådgnistning. (1p) 5d. Förklara skillnaden utrustningsmässigt mellan en anlägg- (1p) ning för vätskestrålebearbetning och en anläggning för abrasiv vätskestrålebearbetning. 5e. Förklara principen för etsning. (1p) 6. ROBOTTEKNIK (Kursreg el. senare) (9p) Med tanke på vad du lärt dig under kursen om robotar, välj endast ett, det som är korrekt, svarsaltenativ per påstående nedan (I, II eller III). Notera att varje rätt valt alternativ ger 3 poäng på frågan men att ett felaktigt valt alternativ ger ett avdrag på 2 poäng för frågan. Detta ger ett maximum av 9 poäng på fråga 6 totalt, ni kan dock aldrig få mindre än 0 poäng totalt på fråga 6!; Considering all that you have learned about robots in the course please select only one and the most correct option (I, II or III) for each group of questions below. Note that each correct answer will be awarded full points (3) and that each wrong answer will deduct 2 points on the overall score for this exercise for a maximum of 9 points and a minimum of 0 points. 6a. En robots möjligheter att nå en viss punkt i rymden beror på (3p) dess design och geometri. Det beror också på hur robotens olika leder är konfigurerade: The ability of a robot to reach certain points in space depends on its design and geometry. It also depends on the combination

6 of joints considered for that robot: I) En cartesisk robot har tre linjära axlar. En cylindrisk robot har en roterande och två linjära axlar. En sfärisk robot har två vridande och en linjär axel och en revolut robot har tre vridande axlar A Cartesian robot has three linear axis, a Cylindrical robot has one rotary and two linear axis, a Spherical robot has two rotary and one linear axis and a Revolute robot has three rotary axis. II III En cartesisk robot har tre roterande axlar. En cylindrisk robot har två roterande och en linjär axel. En sfärisk robot har två roterande och en linjär axel. En revolut robot har tre linjära axlar. A Cartesian robot has three rotary axis, a Cylindrical robot has two rotary and one linear axis, a Spherical robot has two rotary and one linear axis and a Revolute robot has three linear axis En cartesisk robot har två linjära axlar. En cylindrisk robot har en roterande och två linjära axlar. En sfärisk robot har två roterande och en linjär axel. En revolut robot har tre linjära axlar. A Cartesian robot has two linear axis, a Cylindrical robot has one rotary and one linear axis, a Spherical robot has two rotary and one linear axis and a Revolute robot has three linear axis. 6b. Beräkning av kinematik och invers kinematik är mycket (3p) viktigt när det handlar om robotar: The computation of the forward and inverse kinematics is very important when considering a robot: I) Kinematiken beräknar robotens position i det cartesiska rummet med hjälp värden på robotens länksystem. Den inversa kinematiken beräknar noll, en eller flera lösningar för den geometriska konfigurationen hos roboten så den kan nå en punkt i det cartesiska rummet The forward kinematic computes the position of the robot on the Cartesian space taking as input the value of the robot s link variables. The inverse kinematic computes zero, one or several solutions for the geometric configuration of the robot so that it can

7 reach one point in the Cartesian space. II) III) Kinematiken beräknar robotens position när den rör sig framåt mellan två punkter. Invers kinematik gör exakt samma beräkning för den inversa banan. The forward kinematic computes the positions of the robot when moving forward between two points. The inverse kinematic does precisely the same calculation for the inverse trajectory. Kinematiken beräknar robotens position med hjälp av dess interna koordinater med dess TCP:s position som indata. Den inversa kinematiken beräknar positionen hos roboten i det cartesiska rummet med hjälp av länksystemets positioner som indata. The forward kinematic computes the position of the robot on its internal coordinates taking as input the position of the TCP. The inverse kinematic computes the position of the robot on the Cartesian space taking as input the value of the robot s link variables. 6c. i en robots programspråk ingår ett antal rörelsekommandon (3p) (MOVE). Dessa kommandon definierar punktinterpolationer För att bestämma robotens rörelsebana: A robot s programming language includes a set of move commands. These commands define the point interpolation used for considering the robot s trajectories: I) Vid joint interpolation kommer roboten att utföra en mer eller mindre fri rörelse under det att den vid linjär interpolation kommer att röra sig i en rätt linje mellan två punkter. Den linjära interpolationen är lättare att förutsäga och bör därför alltid användas. Using joint interpolation the robot will execute a more or less free trajectory while using linear interpolation the robot will always move on a straight line between a pair of points. The linear interpolation is very predictable so it should always be used. II) Vid joint interpolation kommer roboten att utföra en mer eller mindre fri rörelse under det att den vid linjär interpolation kommer att röra sig i en rätt linje mellan två punkter.

8 Joint interpolation skall endast användas när man approximerar andra object eller kritiska ytor. Using joint interpolation the robot will execute a more or less free trajectory while using linear interpolation the robot will always move on a straight line between a pair of points. The joint interpolation should only be used when approximating other objects or critical areas. III) Joint interpolation kan användas när det inte finns några speciella rumsorienterade begränsningar då denna interpolation vanligtvis är snabbare än den linjära. Den linjära skall vanligtvis användas när en specificerad bana krävs. Using joint interpolation is acceptable when there are no specific spatial constraints since it will generally be faster than the linear interpolation which should mainly be used when predictable motion is required. Lycka till, Peter & Luis