Tentamen i TMPT 33/TMPS 34 Produktionssystemets teknik För teknologer kursregistrerade vt2013 eller senare Tillverkningsteknik För alla teknologer Datum 2016-01-16, kl 14-18 Sal: Provkod: TEN 1 Antal ingående uppgifter: 6 st. Antal sidor: 8 st. Jourh. lärare: Peter Bjurstam Telefon: 013-281173 Besökstider: ca 15.00 och 17.00 Kursadministration: Azra Mujkic: 281104, Azra.mujkic@liu.se Hjälpmedel: Räknedosa samt den vid Maxpoäng: tentamen utdelade formelsamlingen 45 poäng Betygsgränser: 20, 28 och 36p
1. MÄTTEKNIK (5p) 1a. Vad är skillnaden mellan en mätning och en tolkning? (1p) 1b. Vilka svar kan man få ut från en gränsindikering? (1p) 1c. Förklara skillnaden mellan begreppen repeterbarhet och (1p) reproducerbarhet! 1d. Ge exempel på en så kallad inre felkälla hos en koordinat- (1p) mätmaskin! 1e. Vad mens med begreppet Aritmetisk tiopunkltshöjd? (1p) 2. PLASTISK BEARBETNING (12p) 2a. Vika parametrar mäts/plottas i ett klassiskt dragprov? (1p) 2b. För att ta fram ett materials deformationskurva, kf-kurva, så (2p) så måste man göra tester av något slag. Vilka egenskaper är önskvärda hos dessa tester i möjligaste mån. Ge minst två exempel! 2c. Vilken är den stora nackdelen med sänksmide? (1p) 2d. Varför är reduktionen av tvärsnittsarean mycket mindre vid (1p) dragning än vid strängpressning? 2e. Vid en kallvalsningsoperation reduceras en aluminiumplåt (4p) med oändlig längd och en bredd på 500mm samt en höjd på 1.5mm ned till en höjd på 0.8mm i ett kvartovalsverk där de deformerande valsarna har en diameter på 750mm och där varvtalet är 31rpm. Aluminiummaterialets kf-kurva är beräknad till kf=77 0.31 N/mm 2 via ett plant kompressionsprov. Bestäm den minsta effekt valsverket måste ha om man bara vill utnyttja 25% av dess kapacitet. Breddningen är 5% och materialets medelbredd skall användas vid beräkningarna. Utgångsmaterialet är avspänningsglödgat!!
2f. Vid strängpressning av av ett aluminiumämne av samma (3p) sort som i 2e, samma kf-kurva, med diametern 425mm och en längd av 550mm pressas en kvadratisk profil, sidan är 24mm, som innehåller 4 cirkulära hål, diameter 7.5mm, ut. Dödzonen är 110mm och friktionskoefficienten för friktionen mot containerväggen är =0.19. Bestäm den maximala presskraften som åtgår. Kunden har beställt ämnen med en längd av 14m så ange även hur många ämnen man får ut från ett pressämne! 3. KLIPPANDE BEARBETNING (4p) 3a. Vad kan man göra om man vill minska vankanten på en (1p) klippt yta? 3b. Vad vinner man på att göra en bra nestning vid stansning? (1p) 3c. Vid stansning av en riktlinjal med måtten 100x20mm i stål- (2p) plåt som innehåller 6 kvadratiska hål med sidan 10mm som är jämnt utplacerade utmed linjalens centrumlinje för att få ned vikten på detaljen. Linjalens tjocklek är 2mm. Välj en lämplig verktygstyp för operationen samt bestäm klippkraften som går åt om materialets skärhållfasthet, ksk, är 648N/mm 2. 4. SKÄRANDE BEARBETNING (11p) 4a. Beskriv utseendet på ett verktygs förslitningskurva och mar- (2p) kera i densamma var det aktuella verktyget räknas som utslitet! 4b. Varför är en karusellsvarv bättre än en vanlig svarv när man (1p) skall bearbeta stora arbetsstycken? Motivera ditt svar! 4c. Förklara skillnaden mellan med- och motfräsning! Har valet (1p) någon större betydelse för resultatet? 4d. Vad menas med ett vändskärsverktyg? Vad är den stora för- (1p)
Med denna typ av verktyg? 4e Vid kantfräsning av en platta med måtten 175x90x10 (lxbxh) (3p) används en pinnfräs i hårdmetall med en diameter av 10mm till att skära ut ett 7mm brett och 4mm djupt spår runt utmed plattans kant. Fräsen, som har 5 eggar, har en ställvinkel,, på 90 grader och kan ta upp en total last på 1.7kN. Fräsens verktygskostnad, Kv, är 55kr/egg. Arbetsmaterialets kc-kurva har bestämts till kc=1825hm -0.27 N/mm 2. Genomförda skärtester i materialet har visat att är 0.24 och en punkt på Taylorkurvan ges av vc15=195m/min. Operationen genomförs i en fleroperationsmaskin vars maskinkostnad, Km, är beräknad till 720kr/h. Verktygsbytestiden, tb, är 2min och den inproduktiva tiden, tun, är 2.5min. Bestäm skärtiden för operationen om maximala skärdata skall användas!! 4f. I två efterföljande borrningsoperation skall åtta hål jämnt (3p) fördelade på en cirkel med 25mm radie från plattans centrum borras. Vartannat hål ska ha diameter 10mm och varthål diameter 6mm. Till detta används två stycken snabbstålsborrar som bägge har en spetsvinkel,, på 118 grader och deras verktygskostnader, kv, är 23kr/egg (6mm!) respektive 87kr/egg (10mm!). 6mm:s borren kan ta upp ett maximalt moment på 8Nm under det att 10mm:s borren klarar av ett moment på 18Nm. Borrningen görs i samma maskin som används i uppg. 4e som är en stark maskin och därmed är inte effektbehovet någon begränsning. Antalet eggar på borrarna är 2 (6mm:s!) resp. 3 (10mm:s!). Samma arbetsmaterial (Plattan!) varför kc=1825hd -0.27 N/mm 2 och skärtester har visat att är 0.33 och vc15=45m/min för snabbstål. Vilken av de två borroperationerna går fortast om ekonomiska skärdata skall användas? 5. ÖVRIGA BEARBETNINGSMETODER (4p) 5a. Vilken är skillnaden mellan en fast tillståndslaser och en gas- (1p) laser?
5b. Varför är ett materials absorptionsförmåga en parameter att (1p) Räkna med vid laserbearbetning? 5c. Hur bygger man upp den stora potentialskillnad som är en (1p) förutsättning för gnistbearbetning? 5d. Varför använder man sig av så kallad trumling? Hur går det (1p) till? 6. ROBOTTEKNIK (Kursreg. 2012 el. senare) (9p) Glöm ej att besvara frågeställningarna på engelska 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. Det finns flera sätt att programmera en robot. Teach-in (3p) metoden, walkthrough metoden och off-line metoden: There are several ways of programming a robot including the teach-in method, the walktrough method and the off-line method: I) Vid den första metoden så flyttas roboten m.h.a. knapparna på manöverpanelenen och positionerna blir lagrade i minnet. Vid den andra metoden flyttas roboten manuellt och styrsystemet lagrar alla punkter som roboten flyttas till, dessa kan sedan generera en väg/bana för roboten. Vid den tredje metoden behöver roboten inte stoppas under själva programmeringsfasen utan endast under inkörningsfasen.
On the first, the robot is displaced using the teach pendant and different positions are memorized. On the second, the robot is manually displaced and the robot controller memorizes all the positions that the robot is visiting and later reproduces this trajectory. On the third the robot does not need to be stopped during the programming phase and only needs to be stopped during the testing phase. II) III) Vid den första metoden behöver manöverpanelen ej användas. Vid den andra metoden erhåller roboten en väg/bana från ett datorprogram och tar sedan beslut om det bästa sättet att exekvera vägen/banan. Vid den tredje metoden behöver roboten inte stoppas under själva programmeringsfasen utan endast under inkörningsfasen. On the first, we do not need to use the teach pendant. On the second, the robot receives a trajectory from a computer program and then decides what the best way to execute that trajectory is. On the third the robot does not need to be stopped during the programming phase and only needs to be stopped during the testing phase. Vid den första metoden flyttas roboten m.h.a. manöverpanelen och de olika positionerna lagras. Vid den andra metoden erhåller roboten en väg/bana från ett datorprogram och tar sedan beslut om det bästa sättet att exekvera vägen/banan. Vid den tredje metoden måste roboten stoppas både vid programmerings- resp. inkörningsfasen. On the first, the robot is displaced using the teach pendant and different positions are memorized. On the second, the robot receives a trajectory from a computer program and then decides what the best way to execute that trajectory is. On the third the robot needs to be stopped during the programming and testing phases. 6b. Beräkning av kinematik och invers kinematik är mycket (3p) viktigt när det handlar om robotar. En robot använder vanligtvis olika givare för att veta varje axels aktuelle position: The computation of the forward and inverse kinematics is very important when considering a robot. A robot will normally use encoders to keep track of the position of each axis:
I) För att kunna beräkna invers kinematik måste roboten läsa av positionen från alla givare och sedan translatera dessa värden till koordinater i rummet. För att beräkna kinematik erhåller roboten positionen i rummet. M.h.a. detta räknar roboten fram ett antal möjliga positioner för lederna för att nå den bestämda positionen. In order to compute the inverse kinematic the robot must read position values from all the encoders and then translate those values into world coordinates. To compute the direct kinematics the robot receives a position in world coordinates and needs to compute a set of possible positions for its links that enable it to reach that position. II) III) För att kunna beräkna kinematiken måste roboten läsa av positionen från alla givare och sedan translatera dessa värden till koordinater i rummet. För att beräkna invers kinematik erhåller roboten positionen i rummet. M.h.a. detta räknar roboten fram ett antal möjliga positioner för lederna för att nå den bestämda positionen. In order to compute the forward kinematic the robot must read position values from all the encoders and then translate those values into world coordinates. To compute the inverse kinematics the robot receives a position in world coordinates and needs to compute a set of possible positions for its links that enable it to reach that position. Givarna mäter inte robotens position med hänsyn till dess interna koordinater utan endast med hänsyn till dess position i rummet. The encoders do not measure the position of the robot in respect to its internal coordinates and only measure its position in respect to world coordinates. 6c. En robots programspråk innehåller ett antal olika rörelse- (3p) kommandon. Dessa kommandon definierar en punkt interpolation som används för att bestämma robotens rörelse: 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) III) 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. 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. 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