ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

Technická univerzita v Liberci

Fakulta strojní Katedra částí a mechanismů strojů

Studijní program : N2301 - Strojírenství

Obor : 3909T010 – Inovační inţenýrství Zaměření : Inovace výrobků

INOVACE RUČNÍHO OČIŠŤOVAČE ROHŦ PLASTOVÝCH OKEN

INOVATION OF HAND OPERATED CLEANING MACHINE FOR PVC WINDOWS

Lukáš Onodi

Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. František Borůvka, CSc.

Konzultant diplomové práce: Milan Víšek – Profil Technik s.r.o.

Počet stran : 58 Počet příloh : 1 Počet obrázků : 38

Počet tabulek : 15 V Liberci 15. 12. 2010

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta strojní

______________________________________________________________________

Katedra částí a mechanismů strojů Studijní rok: 2010/2011

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

Jméno a příjmení:

Bc. Lukáš Onodi

Studijní program: N2301 – Strojní inženýrství Obor 3909T010 - Inovační inženýrství Zaměření Inovace výrobkŧ

Ve smyslu zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách se Vám určuje diplomová práce na téma:

Inovace ručního očišťovače rohŧ plastových oken

Zásady pro vypracování:

1. Proveďte rozbor moţností očišťování plastových oken po svaření 2. Popis stávajícího očišťovače

2. Teoretická část – Analyzujte moţnosti čištění radiusů ručním způsobem 3. Praktická část – navrhněte moţnosti čištění radiusů ručním způsobem

– vyberte nejvhodnější návrh pro čištění rádiusu na křídlech profilu Salamander

4. Proveďte výpočty působících sil v zařízení

5. Ekonomicky zhodnoťte navrhované zařízení a jeho moţnou pozici na trhu 6. Závěrečné zhodnocení

TÉMA :

Inovace ručního očišťovače rohŧ plastových oken

ANOTACE: Diplomová práce se zabývá inovací stávajícího odpichovacího zařízení, slouţícího k začištění svárových spojů při výrobě PVC oken. V práci je popsáno současné zařízení, jeho výhody a nevýhody. Návrh několika moţných řešení, z nichţ je jedno vybrané a dále rozpracované. Je zde rozepsán popis jednotlivých konstrukčních prvků a její odůvodnění. Dále popis celé sestavy nového zařízení a schéma funkce.

V návrhu jsou vyuţity metody DFX a FMEA. V závěru je ekonomické zhodnocení nového zařízení.

THEME :

Innovation of PVC window corner cleaning machine

ANNOTATION: Diploma thesis is about current cleaning machine, which is used for cleaning weld joints during manufacturing PVC windows. In this thesis is described current machine, his positives and negatives. Design few new solutions and selected one to develop. Explanation design features and their purpose. Description whole assembly and function scheme. In design are included DFX and FMEA methods. Economical evolution is at the end of thesis.

Desetinné třídění :

Klíčová slova : OČIŠŤOVAČ, PVC OKNO, SVAROVÉ SPOJE

Zpracovatel : TU v Liberci, Fakulta strojní, Katedra částí a mechanismů strojů Dokončeno : 2011

Archivní označení zprávy:

Počet stran : 58 Počet příloh : 1 Počet obrázků : 38 Počet tabulek : 16

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, ţe na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č.

121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 (školní dílo) a § 35 (o nevýdělečném uţití díla k vnitřní potřebě školy).

Beru na vědomí, ţe TUL má právo na uzavření licenční smlouvy o uţití mé práce a prohlašuji, ţe s o u h l a s í m s případným uţitím mé práce (prodej, zapůjčení apod.).

Jsem si vědom toho, ţe uţití své diplomové práce či poskytnout licenci k jejímu vyuţití mohu jen se souhlasem TUL, která má právo ode mne poţadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaloţených univerzitou na vytvoření díla (aţ do jejich skutečné výše).

Datum 25. 5. 2011

Podpis

Místopřísežné prohlášení

Místopříseţně prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci vypracoval samostatně s pouţitím uvedené literatury pod vedením vedoucího diplomové práce.

V Liberci 25. 5. 2011 ………

Poděkování

Rád bych poděkoval panu Františkovi Borůvkovi, za výborné vedení a dobré rady při vytváření této práce. Panu Milanovi Víškovi a Petrovi Pavlů za podporu při otázkách z výroby plastových oken. Dále panu Ladislavu Ševčíkovi, Jiřímu Ţákovi a Aleši Lufinkovi. Nakonec bych rád poděkoval firmám Profil Technik s.r.o, Pavlů Complex s.r.o. a Freezart s.r.o., ţe mi vyšli vstříc při praktických ukázkách.

Tato práce byla vytvořena s podporou studentské grantové soutěţe.

7

Obsah

Seznam pouţitých zkratek, jednotek a veličin: ... 9

1. Úvod ... 10

1.1. Cíle diplomové práce ... 10

1.2. Harmonogram ... 11

1.3. Profil zadávající firmy ... 12

2. Rozbor možností očišťování svárových spojŧ ... 13

2.1. Ruční ... 13

2.2. Strojní ... 14

2.3. Zhodnocení moţností očišťování ... 17

3. Analýza současného stavu ... 18

3.1. Popis zařízení ... 18

3.2. Problémy stávajícího zařízení ... 19

3.3. Poţadavky ... 20

3.4. Moţnosti inovace ... 22

3.5. Inovační prohlášení ... 23

4. Návrhy řešení ... 24

4.1. Současné zařízení ... 24

4.2. Návrh č. 1 – Změna drţáku ostří ... 24

4.3. Návrh č. 2 – Změna síly pruţin ... 26

4.4. Návrh č. 3 – Pouţití pruţných břitů ... 26

4.5. Návrh č. 4 – Změna vedení břitu ... 28

4.6. Návrh č. 5 - Pouţít stávající housenku spoje k vedení ... 30

4.7. Návrh č. 6 – Tvarový břit ... 31

4.8. Návrh č. 7 - Frézovací stůl ... 33

4.9. Srovnání všech návrhů ... 34

4.10. Vyhodnocení srovnání ... 36

5. Nové zařízení – Frézovací stŧl ... 36

5.1. Princip vedení ... 37

5.2. Pohon frézy ... 38

5.3. Ustavení okna ... 39

5.4. Analýza moţných vad a jejich důsledků ... 39

5.5. Metody DFX ... 41

5.6. Princip práce na zařízení ... 43

5.7. Celková konstrukce ... 45

8

6. Výpočet sil ... 46

6.1. Výpočet řemene ... 46

6.2. Výpočet pruţiny k napínání řemene ... 47

6.3. Výpočet síly potřebné k posuvu ... 48

7. Fréza ... 50

7.1. Popis měření ... 50

7.2. Výpočet řezné síly ... 52

7.3. Analýza metodou konečných prvků ... 52

8. Ekonomické zhodnocení ... 55

9. Závěr ... 56

10. Použitá literatura: ... 57

11. Seznam příloh: ... 58

9

Seznam použitých zkratek, jednotek a veličin:

k[N/mm] ……… tuhost pruţiny

x,s [mm] ……… volná délka pruţiny

Fpř [N] ……… síla předepnutí pruţiny F_p [N] ……… síla pruţiny mezi táhly Fř [N] ……… síla působící z řemene F_Ex [N] ……… síla potřebná k posuvu

DFX ……… Drawing Exchange Format

p[MPa] ……… měrný řezný odpor

n[ot/min] ……… frekvence otáčení

v

s

QFD ……… Quality function deployment

FMEA ……… Failure mode and effects analysis

DFX ……… Design for X

PVC ……… Polyvinylchlorid

10

1. Úvod

Práce vychází z poţadavků firmy Profil Technik s.r.o., která se specializuje na výrobu plastových a hliníkových stavebních prvků, převáţně oken. V Profil Technik s.r.o. pouţívají při výrobě PVC oken ruční odpichovací zařízení. Zařízení pouţívají k očištění sváru profilu okna. Princip začištění spočívá v odstranění svarové housenky, která vzniká při svarovém spoji v rozích oken. Toto konkrétní zařízení se jmenuje ROTOX HAG 128. Pouţívá se na okna s rádiusovou hranou SALAMANDER řady Streamline, u kterých firma nemůţe pouţít stávající stroje CNC. Jelikoţ se jedná o minoritní podíl výroby, tak investice do nového stroje by se firmě nevyplatila. Bohuţel toto zařízení nevyhovuje potřebám. Při jeho pouţití dochází k poškrábání pohledové folie na rámu okna. Tyto okna se nyní začišťují ručně, aby nedocházelo k jejich poškrábání. Zde je prostor pro vylepšení stávajícího zařízení, nebo k návrhu zcela nového zařízení, které bude vyhovovat potřebám firmy.

1.1. Cíle diplomové práce

Cílem práce je navrhnout inovaci zařízení. Inovace bude ve formě změn stávajícího zařízení - vylepšení, nebo ve vytvoření úplně nového zařízení. U obou případů je třeba zajistit vyhovující stav očištění svárového spoje. Nejprve je třeba stanovit poţadavky zákazníka, v tomto případě zadávající firmy Profil Technik s.r.o. Po zjištění zákaznických potřeb vytvořit QFD, aby se zajistilo, ţe tyto potřeby budou reflektovány do budoucích návrhů. Na základě specifikovaných potřeb se vytvoří návrh několika moţných řešení. Z těchto řešení se vybere nejvhodnější, které se dále v práci rozpracuje a vytvoří se 3D model a posléze výpočty. Při návrhu se zároveň vypracuje FMEA, aby se jiţ při návrhu předcházelo moţným chybám. Po prvním návrhu se na některé sloţité části aplikují metody DFX. Na závěr se vytvoří výkresová dokumentace.

Zhodnotí se cena a pravděpodobná pozice na trhu. O vytvoření prototypového zařízení se rozhodne, dle předpokládané výrobní ceny.

11

1.2. Harmonogram

Tabulka 1 - Harmonogram Kalendářní

týden Rok Úkol

40

2010

Zadání diplomové práce

41 Průzkum trhu

44 Testování zařízení

46 Vyhodnocení nedostatků

47 Zákaznické potřeby, QFD

52 Návrh konceptů

1

2011

Vyhodnocení konceptů

2 Rozpracování konceptu

5 FMEA

6 DFX

7 Dokončení 3D modelu

9 Výpočet sil

10 Simulace MKP

10 Vytvoření zprávy

13 Vytvoření výkresové

dokumentace

14 Korektura

16 Vytisknutí zprávy, výkresů

18 Svázání

19 Odevzdání

12

1.3. Profil zadávající firmy

Firma Profil Technik s.r.o. podniká od roku 1995 v oblasti projektování, výroby a montáţe prosklených stavebních prvků. Výrobky firmy jsou určeny pro novostavby i rekonstrukce. Firma je zaměřena svým výrobním programem na výrobu hliníkových i plastových prvků. Specializuje se na atypické, z konstrukčního hlediska sloţitější a po architektonické stránce velmi zdařilé originály. V rámci zdokonalování přístupu k zákazníkovi a zkvalitňování výroby zavedly v roce 2002 ČSN EN ISO 9001.2001.

Ruční odpichovací zařízení pouţívají při výrobě oken převáţně do rodinných domů a to okna firmy Salamander řady Streamline. Pouţívané zařízení firma obdrţela zdarma přímo od výrobce okenních profilů, který jej dodává spolu s profily výrobcům oken.

13

2. Rozbor možností očišťování svárových spojŧ

Před samotným rozborem moţností očišťování jsem nejprve provedl průzkum trhu, abych zjistil, jakými moţnými způsoby se v současnosti začišťují plastová okna.

Vzhledem k velice rozsáhlému portfoliu různých strojů se zaměřím jen na ty, které zvládnou začistit rádiusovou hranu.

2.1. Ruční

Ruční nŧž

Nejzákladnější je ruční nůţ Don Carlos (obrázek 1). Tímto noţem se odřízne housenka.

Zde je problém, ţe operátor musí být zkušený. Při řezání housenky v rozích je obtíţný přístup, proto se můţe kvalita řezu lišit v průběhu rádiusu. Také v závislosti na zchladnutí housenky je vyţadovaná rozdílná síla, protoţe čím chladnější, tím je housenka tvrdší a obtíţnější na odříznutí. Toto jsem zjistil při vlastním zkoušení začišťování. Kvalita začištění se také můţe lišit v závislosti na únavě operátora, jeho zkušenosti nebo ostrostí noţe. Cena noţe je 350 Kč.

Obrázek 1 - Don Carlos

Nůţ Don Carlos a zařízení ROTOX HAG 128 jsou jediná ruční zařízení, které vyuţívají člověka k vytvoření hlavní řezné síly pro odříznutí housenky. Jak je patrné, moţností je málo, je to především z důvodu nesnadné proveditelnosti takového zařízení, u kterého je nutné zajisti vedení po křivce a také dostatečně velkou řeznou sílu.

14 Ruční frézka DI

Pomocí úhlového vodítka se nasadí frézka na vnitřní roh. Pomocí frézy s kulatou hlavičkou se odstraní svarová housenka. Pohon zajišťuje pneumatický motor. U tohoto zařízení je také potřeba zručného operátora. Zařízení je vyobrazeno na obrázku 2. Tuto frézku vyrábí firma ROTOX.

Obrázek 2 - Ruční fréza DI

2.2. Strojní

Břit na pneumatickém válci

Čištění pomocí břitu, který je umístěn na pneumatickém válci. Břit vykonává pohyb podél profilu a tím odřízne svarovou housenku. Zdroj síly a posuvu je pneumatický válec, který je nakloněn pod uhlem. Břit je odpruţený a tím vyrovnává zakřivení profilu. Tento způsob pro rádiusovou hranu vyuţívá například stroj firmy ROTOX EPA 474, který jsem viděl osobně za chodu ve firmě Freezart s.r.o. Liberec. Zde mi byla názorně předvedena ukázka výroby jednoho křídla okna. Tento stroj je typu CNC, který má řídící program. Celý stroj je automatický, takţe si sám otáčí profil. Na základně zvoleného programu jiţ očistí celé okno, nikoli jen rádiusovou část jako u předchozích ruční zařízení. Na obrázku 3 je celý stroj.

15

Obrázek 3- ROTOX EPA 474

Tento stroj zvládá plně automatické začištění rohů, sloupků a kříţových spojů na pohledových plochách, vnějších rozích, dráţek pro těsnění a vnitřních rohů na PVC okenních rámech a křídlech. Má noţe uloţené na pruţinách coţ by mělo zvýšit jeho kvalitu opracování. Ukázka opracovaného rohu je na obrázku 4. Tento roh je sice od jiného výrobce profilů, nicméně také s rádiusovou hrannou. Jak je vidět, toto začištění není dokonalé. Operátor poté musí dočistit profil pomocí dláta (z důvodu pevnosti materiálu). Tento stroj se hodí jako univerzální stroj, ale okna s rádiusovou hranou nezačistí dokonale.

Obrázek 4 - Ukázka čištěného profilu

Princip noţe na pneumatickém válci vyuţívají i další stroje, např. od stejného výrobce model EPA 274, kde není automatické podávání, ale ruční. Od výrobce URBAN typ SV 430 (obr. 5). Tento model nemá plně automatické otáčení, proto musí operátor okno ručně otáčet pro očištění všech rohů. Kvalitu opracování nemohu posoudit, jelikoţ jsem toto zařízení neměl moţnost vidět, ale vzhledem k tomu, ţe výrobce přímo dodává nůţ na rádiusové profily, tak se domnívám, ţe kvalita očištění bude lepší, neţli u stroje

16

ROTOX EPA 274. Dále tento nůţ vyuţívají u firmy URBAN modely SV 405, SV 420,SV 430,SV 530,SV 800 a SV 815.

Obrázek 5 - URBAN SV 430

Stroje jsou dodávány dle specifikací zákazníka, který si můţe zvolit, jaké moduly potřebuje. Kaţdý modul se hodí k očištění jiné části okna. Základní cena stroje SV 405 je 25 500 Euro (624 623 Kč), v základním nastavení stroj neobsahuje modul s břitem na pneumatickém válci. Samotný modul stojí 2 380 Euro (58 298 Kč).

Kotoučová fréza

Poslední moţnost začišťování je pomocí kotoučové frézy. Schéma očištění je zobrazeno na obrázku 6. Tento princip je velice vhodný na rozdílné tvary hran, jelikoţ pohyb frézy vykonává naprogramované rameno a tím je i zajištěna vysoká přesnost. Další výhodou je, ţe povrch je frézován vysokými otáčkami a to přispívá ke kvalitnějšímu povrchu.

Obrázek 6 - Schéma čištění frézou

17

V závislosti na pouţitém stroji se otáčky pohybují od 2800 ot/min do 5400 ot/min.

Stroje s tuto frézou vyrábí firma URBAN a jsou to modely SV 305, SV 410, SV 420, SV 430, SV 530, SV 800, SV 815, SV 840. V tomto výčtu jsou zastoupeny, jak ruční tak i plně automatické programovatelné stroje. Dále je moţná volba frézy s rovnými zuby, nebo se zuby zkosenými do špičky. Na obrázku 7 je zobrazen nejvyšší model SV 840, který je plně automatizován, má grafické prostředí, nejvyšší přesnost a nejkratší časy cyklů čištění.

Obrázek 7 - URBAN SV 840

Z hlediska ceny, je zde stejný systém modulů jako u předchozích strojů stejného výrobce. V tomto případě základní cena stroje SV 410 je 38 110 Euro (933 506 Kč) a modul s frézou stojí 3 050 Euro (74 709 Kč).

2.3. Zhodnocení možností očišťování

Z výčtu všech moţností je vidět, ţe přímo k očištění jen rádiusové hrany slouţí jen nástroje, které jsou poháněny lidskou silou. Všechny ostatní stroje zvládnou začistit většinou celý profil. Z hlediska kvality vychází nejlépe stroje pouţívající kotoučovou frézu. Cenově je nejlepší ruční nůţ, který je nejlevnější. U strojů s přibývajícími funkcemi stoupá i cena. Tento průzkum potvrdil, ţe moţností jak očistit rádiusovou plochu není mnoho a proto se zde nachází místo na trhu. Nepopisoval jsem zde současné zařízení firmy Profil Technik s.r.o., jelikoţ se mu budu věnovat v další kapitole.

18

3. Analýza současného stavu

3.1. Popis zařízení

Jak bylo v úvodu jiţ zmíněno, stávající zařízení vyrábí firmy Rotox typ HAG 128 (obr. 8). Zařízení funguje na principu břitu noţe, který je usazen v drţáku a ten se pohybuje pomocí vedení a hřebenového převodu ovládaného pákou. Ostří se pohybuje šikmo nahoru.

Řez probíhá zevnitř okna směrem ven. Drţák ostří je usazen na pruţinách ve všech osách pohybu, aby vyrovnával zakřivení odřezávané plochy. Zařízení se ustavuje na rám okna pomocí dorazů z obou stran. Jeden z těchto dorazů je pevný a druhý pohyblivý.

Obrázek 8- Popis stávajícího zařízení

1- šroub, 2- rychloupínací páka, 3- vedení, 4-hřeben, 5-vedení drţáku ostří, 6-ovládací páka, 7- pohyblivý doraz, 8-pruţiny, 9-ostří, 10- pevný doraz

19

Z obrázku 8 je vidět, ţe zařízení má mnoho ostrých hran, které při špatné manipulaci mohou také poškodit okno. Zařízení je skoro celé z hliníkové slitiny, ale i přes to, má vyšší váhu cca 4kg, která zhoršuje manipulaci s ním.

Na obrázku 9 je vidět ustavení zařízení na rámu a směr odřezávání. Z tohoto pohledu je patrné, ţe operátor nevidí přímo do místa řezu a neví, zdali je správně ustaveno, nebo jestli nepoškodí okno.

Obrázek 9 - Ustavení na rám

3.2. Problémy stávajícího zařízení

Největším problémem je poškození profilu okna. Toto poškození je ve formě poškrábání folie, která tvoří pohledovou část profilu okna. Názorně je to vidět na obrázku 10.

Obrázek 10 - Poškození

20

Škrábnutí vyobrazené na obrázku 10 mají kaţdý jiný původ. Škrábnutí (1) vlevo od housenky je způsobené ostřím, dlouhé škrábance (2) po stranách přes bílou folii jsou způsobené drţákem ostří a zbylé škrábnutí (3) je od špatného ustavení na rám. Zde je jasně vidět, ţe je nejspíše více zdrojů, které mohou být např.:

- Obtíţná manipulace se zařízením - Ostré hrany

- Kolize drţáku ostří s rámem okna - Neodborné zacházení se zařízením - Špatná kontrola správného ustavení - Váha zařízení

3.3. Požadavky

Jelikoţ se jedná o čištění pohledových dílů, tak je velice důleţitá kvalita začištění.

Mezi další poţadavky patří rychlost začištění, sloţitost a fyzická náročnost pro obsluhu, variabilita pro různé profily, zamezení poškození, jednoduché ustavení, opakovatelnost očištění.

Na základě poţadavků jsem vytvořil QFD diagram (tab. 2), aby bylo zajištěno promítnutí zákaznických poţadavků do finálního návrhu. Metoda QFD vyuţívá principů tzv. korelačních matic, pomocí kterých je moţné kaskádovým způsobem rozpracovat zákazníkovy potřeby na technické charakteristiky výrobku. Jednotlivé zákaznické poţadavky mají svojí významnost a korelují s charakteristikou výrobku.

Kaţdá potřeba a vlastnost se poté porovnává s konkurenčním výrobkem. Jako svůj výrobek k porovnání sem zvolil současný očišťovač ROTOX HAG 128.

Poţadavky zákazníka:

- Jednoduché ovládání - Jednoduché upnutí profilu - Viditelnost do místa řezu - Moţnost čistit rozdílné profily - Rychlost čištění

- Kvalita očištěné plochy

21

Z QFD diagramu vyplívá, ţe nejdůleţitější charakteristika pro zákazníka bude ovládací síla. Cílovou hodnotu jsem tedy z důvodu vysoké významnosti sníţil o 10N, ale vzhledem ke korelaci upínací síly s ovládací, jsem musel sníţit i tu o 10N. Podobným

Tabulka 2 -QFD

22

způsobem jsem upravil cílové hodnoty zdvihu a na základě jeho úpravy, se změnily také rozměry a hmotnost.

3.4. Možnosti inovace

Pro inovaci jsem zvolil parametry, které by bylo dobré změnit, aby výsledné zařízení fungovalo bezproblémově.

Parametry jsou:

 Změnit tvar ostří

- stávající tvar ostří škrábe profil

 Modifikovat tvar drţáku ostří

- stávající tvar drţáku škrábe profil

 Upínání na rám

- stávající upínání vyţaduje další činnosti, bylo by jednodušší kombinace řezacího pohybu s upnutím

 Odlehčit celé zařízení

- vytvořit pokud moţno lehčí zařízení, zároveň se tím ulehčí manipulace

 Jiná technologie čištění

- pouţít např. frézy, pásové břitů nebo systému nůţek

 Upravit stávající na funkční

- provést jen minimální modifikace, aby se nemuselo vyrábět celé nové zařízení

 Udělat univerzální pro více druhů oken

- bylo by vhodné, aby nové zařízení bylo univerzální na více druhů profilů

23

3.5. Inovační prohlášení

Tabulka 3 - Inovační prohlášení

Popis výrobku Očišťovač svarových housenek z PVC okenních profilů s rádiusovou hranou

Klíčové obchodní

cíle Prodej 250 ks.

Primární trh Malosériový výrobci PVC oken

Sekundární trh Výrobci profilů

Předpoklady a omezení

Výrobní cena 20 000 Kč, prodejní cena 30 000 Kč.

Zařízení budou kupovat výrobci oken, kteří nemají strojní park k očištění PVC okna s rádiusovou hranou.

Očišťovací zařízení musí vytvářet kvalitní začištění svarového spoje. Zařízení bude jednoduché ovládat. Práce

na něm bude bezpečná. Zařízení nebude vyţadovat zvláštní údrţbu.

Účastníci inovačního

procesu

Bc. Lukáš Onodi, doc. Ing. František Borůvka, CSc.

24

4. Návrhy řešení

4.1. Současné zařízení

Před samotnými návrhy řešení, jsem potřeboval přesně identifikovat, příčiny poškrábání okna. Z tohoto důvodu jsem vytvořil 3D model pro podrobnou analýzu v CAD. Jelikoţ výrobce nedodává výkresovou dokumentaci k výrobkům, tak jsem rozebral celé zařízení a odměřil jsem jeho rozměry pomocí posuvky na přesnost 0.5mm.

Následně jsem celé zařízení a profil okna vymodeloval v 3D CAD programu Solidworks 2011. Nakonec jsem udělal simulaci pohybů při odřezávání svarové housenky, kde byl vidět na několika místech průnik drţáku ostří s profilem (obrázek 11).

Obrázek 11 - Průnik drţáku ostří

4.2. Návrh č. 1 – Změna držáku ostří

Tato modifikace je velice jednoduchá a dala by se aplikovat na stávající zařízení.

Jedná se jen o sraţení hran, které jsou v kontaktu s profilem během odřezávání profilu.

Tato modifikace nemá ţádný negativní vliv na funkci, maximálně by mohla mít vliv na pevnost drţáku. Při zvolení této metody bychom skutečnost ověřili nejprve počítačovou simulací.

25

Obrázek 12 - Stávající tvar Obrázek 13 - Modifikovaný tvar

Ostří, které také v některých místech poškozuje profil, by bylo moţné jinak přebrousit a vše ostatní by se zachovalo.

Výhody:

- hlavní výhodou této modifikace je moţnost zachovat stávající zařízení

- na tuto modifikaci zařízení bude třeba minimálních nákladů Nevýhody:

- neřeší se problém upínání na rám - váha zařízení zůstává stejná

- při plně ztuhlé housence dojde k zubatému řezu - manipulace zůstává stejně problémová

- není příliš inovativní

Obrázek 14 - Pohled na modifikovaný model

26

4.3. Návrh č. 2 – Změna síly pružin

Soustava pohyblivé hlavy obsahuje pruţiny. Tyto pruţiny jsou tam z důvodu vyrovnání křivkové dráhy ostří a bočních výchylek, které mohou vzniknout špatným seříznutím a svařením profilů. Pruţiny jsou ale příliš tvrdé a nedovolí dostatečný pohyb od profilu a tím dochází k jeho poškrábání.

Modifikace pruţinového systému, tak aby zůstal zachován dostatečný přítlak pro řez, ale zároveň, aby byl umoţněn pohyb drţákové hlavy směrem od profilu

Musely by se pouţit jiné pruţiny, nebo změnit směr působení síly na pruţiny, aby zachovávaly přítlak a zároveň dovolily pohyb od profilu.

Výhody:

- u této modifikace by bylo moţné zachovat části stávajícího zařízení - na tuto modifikaci zařízení bude třeba minimálních nákladů

- moţné vyřešení zubatého řezu při úplně ztuhlé housence Nevýhody:

- nutná modifikace pruţinového systému - neřeší se problém upínání na rám - váha zařízení zůstává stejná

- manipulace zůstává stejně problémová - není příliš inovativní

4.4. Návrh č. 3 – Použití pružných břitŧ

Při tomto návrhu by se pouţilo pruţných břitu. Pro tento návrh jsem vytvořil model ze stavebnice Merkur (obr. 15). Bylo by třeba vymyslet systém vedení pro dva pruţné břity. Tyto břity by byly velice podobné pilovému pásu. K odříznutí by docházelo v místě, kde by tyto břity byly u sebe, tak jak je zobrazeno na obrázku 16.

Břity by se pohybovaly jako u pásové pily. Byly by vedeny přímo do místa s housenkou

27

pomocí vodícího kola (obr. 17) Zakřivení by vyrovnaly pomocí svých pruţných vlastností.

Obrázek 15 - Celý model

Problematické by bylo převodování kol, tak aby se točila při pohybu po profilu a roztočila i pásy s břity. Dále by bylo sloţité ustavení na profil a vedení po přímce.

Navrhované pásy s břity nejsou v běţném sortimentu výrobců a museli by se nechat vyrobit na zakázku.

Obrázek 16 - Pruţné břity

28

Obrázek 17 - Vodící kolo

Výhody:

- ostří se přesně tvaruje podle profilu - univerzálnost na profily

- rychlost řezu

- předpokládaná vysoká kvalita povrchu řezu - moţnost řezu i ztuhlé housenky

Nevýhody:

- nemoţnost pouţití stávajících dílů

- pravděpodobně sloţitý mechanismus pohybu pásového ostří - velké mnoţství nestandardních dílů

- pásové ostří není v nabídce dodavatelů

- není známa doba ţivotností ostří (vysokému tření ostří o sebe)

4.5. Návrh č. 4 – Změna vedení břitu

Návrh spočívá ve vytvoření vedení kolem prostoru řezu. Rám by byl tvarován stejně jako dráha řezu ostří. Na vedení by byl napojen kluzný člen s ostřím, které by pomocí tlačení operátora po dráze vedení odřezával housenku. Návrh tohoto řešení je vyobrazen na skice (obr. 18).

29

Obrázek 18 - Skica návrhu

1-vedení, 2- valivá kola, 3- kolo, 4- břit, 5- upínací člen, 6- profil

Kluzný člen by měl valivé vedení a kola, která by se opírala o profil. Vedení by zamezilo vychýlení kluzáku z roviny řezu. Pohyb po křivce profilu by byl zajištěn koly kluzného členu.

Výhody:

- ostří se pohybuje přesně po profilu - univerzálnost na profily

- není pouţit ţádný mechanizmus - je vidět do místa řezu

Nevýhody:

- nemoţnost pouţití stávajících dílů

- sloţitý upínací mechanismus vedení na profil

- operátor musí být silný pro odstranění plně ztuhlé housenky - problém zubatého řezu

- velikost celého zařízení

- pouţití jedno vedení na jeden profil

30

4.6. Návrh č. 5 - Použít stávající housenku spoje k vedení

Zařízení by se výrazně zjednodušilo a zmenšilo, kdyby nebylo třeba upínací mechanizmus. Při tomto návrhu bychom měli jen drţák ostří, který by byl ergonomicky tvarovaný do ruky. Na tomto drţáku by bylo ostří a také soustava vedení v podobě koleček skloněných pod úhlem, aby lépe vedly po housence. Princip by byl takový, ţe těmito kolečky se zachytí za housenku a pohybuje se po ní. Ostří, které bude za vedením, by housenku poté odřízlo. Pouţití by bylo moţné na více druhů profilů, ale housenka by musela mít vţdycky tu správnou tuhost. Měkká housenka by nezajistila dostatečnou podporu vedení a příliš ztuhlou housenku by nešlo odříznout z důvodu nedostatečné síly operátora.

Obrázek 19 – Skica

1- rukojeť, 2- tělo, 3- pruţina, 4- kolo, 5- břit, 6- svarová housenka

Výhody:

- ostří se pohybuje přesně po profilu - univerzálnost na profily

- není pouţit ţádný mechanizmus - je vidět do místa řezu

- jednoduché na obsluhu - velikost

31 Nevýhody:

- nemoţnost pouţití stávajících dílů

- operátor musí být silný pro odstranění plně ztuhlé housenky - problém zubatého řezu

- velikost celého zařízení

- nemoţnost zajištění proti sklouznutí z housenky - moţnost poranění operátora

- kvalita výsledného řezu

4.7. Návrh č. 6 – Tvarový břit

Zařízení, které by mělo ostří tvarované přesně jak rovina řezu profilu okna.

Tvarovým břitem (obr. 20) by se celá svarová housenka odřízla najednou. Tímto principem by se zvýšila rychlost odstranění a sníţila by se síla potřebná k odstranění housenky. Problémová bude přesnost ustavení celého zařízení a výroba tvarového ostří.

Na obrázku 21 je zobrazen model, na kterém bylo simulováno otevírání a zavírání břitů.

Kaţdý břit musí mít jinou osu otáčení, aby nedocházelo k poškození profilu. Celkově by břity měli tři osy otáčení, kaţdý břit svojí a jednu společnou, kterou by se celý mechanizmus přiblíţil do polohy před odstřihnutím. Na konci páky bude muset být nějaký pruţný člen, který bude spojovat oba drţáky ostří dohromady. Pruţný musí být z důvodu rozdílných úhlu natočení při otevření. Nejlepší by bylo asi lano nebo nějaký tyč s kloubem uprostřed.

Obrázek 20 - Tvarový břit

32

Obrázek 21 – Zařízení s tvarovými břity

Výhody:

- ostří je přesně jako rovina řezu - je vidět do místa řezu

- jednoduché na obsluhu - velikost

- není nutná vysoká síla

- předpokládaná vysoká kvalita povrchu - není závislost na stav ztuhnutí housenky - rychlost odstřihnutí housenky

Nevýhody:

- nemoţnost pouţití stávajících dílů - velikost celého zařízení

- nutná vysoká přesnost při výrobě - sloţitost upnutí

- neeliminuje chyby při výrobě svarového spoje - pouţití jen na jeden druh profilu

- sloţitá manipulace s celým zařízením

33

4.8. Návrh č. 7 - Frézovací stŧl

Koncept je na obrázku 22. Vyuţíval by frézu k odfrézování housenky. Fréza by byla umístěna na kyvném ramenu a kopírování zajistí dva nezávisle spojené kuţely, které by se odvalovaly po profilu. Přítlak naopak zajistí pruţiny připevněné na raménku. Pohon frézy je pomocí řemene, který je napojen na kuţelové sokolí. Sokolí by mohlo být poháněno stojanovou vrtačkou, tedy zařízením, kterým disponuje většina podniků.

Profily by se upínaly na pohyblivý stůl. Při pohybu stolu, by se zároveň s ním pohyboval i profil a tím by došlo k odfrézování celé housenky. Posuv stolu by zajistil operátor. Zároveň si operátor můţe určit dle stavu ztuhnutí housenky, jak rychle bude stolem posouvat a také ručním způsobem by se otáčely jednotlivé rohy okna.

Obrázek 22 - Frézovací stůl

Výhody:

- kvalita opracované plochy - je vidět do místa řezu - jednoduché na obsluhu - řeznou sílu vykoná stroj

- není závislost na stav ztuhnutí housenky - rychlost odstřihnutí housenky

- moţnost pouţití na více druhů profilů

34 Nevýhody:

- nemoţnost pouţití stávajících dílů - velikost a sloţitost celého zařízení

4.9. Srovnání všech návrhŧ

Pro snazší rozhodnutí jsem tyto návrhy srovnal do tabulky 4 a ohodnotil jednotlivé parametry body od 0 do 5, kde 5 je nejlepší a 0 nejhorší. Kritéria jsem vybral podle toho, které si myslím, ţe jsou důleţité pro budoucí zařízení.

Kriteria jsou:

- Jednoduchost obsluhy (váha – 40%)

o jestli je třeba školení k ovládání zařízení a moţnost chyby obsluhy

- Rozměry (váha – 10%)

o na rozměrech závisí jednoduchost manipulace, skladnost, nároky na materiál

- Kvality opracování (váha – 30%)

o jak kvalitní povrch předpokládáme, ţe vznikne - Výroba (váha – 5%)

o sloţitost výroby - Hmotnost (váha – 5%)

o zohledňuje pouţité materiály a také vypovídá o manipulaci - Standardizované díly (váha – 5%)

o zdali je moţnost při výrobě pouţít standardizované díly, popřípadě díly ze stávajícího zařízení

- Cena výroby (váha – 5%)

o udává moţnou schopnost konkurence na trhu

35

Tabulka 4 – Rozhodovací tabulka

36

4.10. Vyhodnocení srovnání

Z výsledků nejlépe vychází frézovací stůl. Při rozpracování a zváţení zbytečné sloţitosti při pouţití pohonu ze stojanové vrtačky a také z nebezpečnosti takového řešení jsem se rozhodl pouţít elektromotor. Pouţití elektromotoru, také dovolilo otočit profil frézovanou stranou směrem dolu a to pomůţe zamezení kontaktu operátora s frézou. Zařízení bude vyuţívat k pohonu motor, ale veškerá ostatní obsluha bude ruční.

5. Nové zařízení – Frézovací stŧl

Nové zařízení bude pouţívat k očištění svarové housenky kotoučovou frézu.

Pohon této frézy bude zajišťovat elektromotor spojený s hřídelí frézy ozubeným řemenem. Základní schéma je na obrázku 23. Fréza pomoci vodítek, které budou kopírovat frézovanou křivku, odfrézuje housenku jen do hloubky, kterou stanoví vodítka. Fréza bude upevněna na dvou kyvných ramenech, které zajistí, ţe vzdálenost mezi vodítky a frézou bude vţdy stejná a nedojde k zaříznutí frézy do profilu. Zároveň tyto ramena poskytnou posuv dolů podél křivky a také přítlačnou sílu pro frézu. Tato síla je vyvozena z taţné pruţiny, která je umístěna mezi rameny. Při pohybu ramen dolů se tato pruţina napíná a vytváří přítlačnou sílu. Tato pruţina bude jiţ předepnuta v základním stavu, aby byl vyvinut přítlak jiţ od první pozice. Operátor jen ustaví profil na pohyblivé desce a poté jen přejede profilem přes frézu. Je to podobné, jakoby řezal dříví na kotoučové pile.

Obrázek 23 - Schéma frézovacího stolu

1- profil okna, 2- kotoučová fréza, 3- vedení, 4-pohyblivá deska, 5-pruţina, 6-ramena

37

5.1. Princip vedení

Fréza bude vedená pomocí vodítek, které budou vyosené (a) o vzdálenost do strany (b) od frézy viz obrázek 24. Zároveň vodítka musí mít stejný průměr jako fréza, aby bylo zajištěno dokonalé vedení. Pro větší dotykovou plochu jsou jednotlivá vodítka zkosena pod úhlem 45°. Jediná nevýhoda tohoto způsobu vedení je skutečnost, ţe bude fungovat jen u profilů, které mají úhel mezi rohy 90°. Vzhledem k tomu, ţe většina oken má tento úhel, nevidím toto jako velký nedostatek. Hloubka řezu je nastavitelná, neboť vodítka je moţné podélně posunovat. Tento posun zajišťují dva klíny z kaţdé strany kamenu, které jsou přitlačovány shora stavěcími šrouby. Toto řešení nabízí posun na kaţdou stranu o 4 mm. Lepší řešení by bylo dát ze strany stavěcí šrouby, ale toto nemohlo být provedeno, protoţe se na stranách nacházejí hřídele frézy a ramen. Vodítka jsou vyrobena z alkalického polyamidu. Má dobrý kluzný odpor, je pevný, houţevnatý a tvrdý.

Obrázek 24 - Princip vodítek

1- profil okna, 2- vodítko, 3- drţák hřídelí, 4-hřídel frézy, 5-rameno, 6-kotoučová fréza, 7- hřídel ramena, 8-ozubená řemenice, 9- stavěcí šrouby

38

5.2. Pohon frézy

Pohon frézy zajišťuje rozvodový řemen 2GT od výrobce Misumi. Tento řemen je dostatečně úzký, aby se vešel do stísněného prostoru, ale je i dostatečně pevný na to, aby dokázal přenést krouticí moment 2.6 Nm a otáčky 4800 ot/min z motoru Siemens 1FU8. Zapojení motoru je v návodu od výrobce, přiloţeném na DVD. Řemenice pohánějící frézu se pohybuje po křivce, a proto není konstantní osová vzdálenost mezi řemenicí motoru a řemenicí pohánějící frézu. Z tohoto důvodu jsem musel pouţít dvojici vodících kladek. První pevná kladka je umístěná u paty ramének ve stejné výšce, jako jsou osy otáčení spodních ramen a vodorovné vzdálenosti (c) jako je hřídelka frézy od vrchní osy otáčení ramen viz obrázek 25. Druhá kladka je pruţná, a tím vyrovnává rozdílnou osovou vzdálenost řemenic. Prodlouţení je 7 mm, pohyb kladky k jejímu vyrovnání je 5 mm. Pouţil jsem vertikální vedení dráţkou a dvojici pruţin z kaţdé strany hřídelky kladky.

Obrázek 25 - Princip napínání řemene

39

5.3. Ustavení okna

K ustavení okna na pohyblivý stůl je pouţita dvojice pevných dorazů z pryţe.

Z druhé strany je pouţita upínka Sermax H13B, která má upínací sílu 1200N. Na konci této upínky do tvaru V jsou také pryţové dorazy. Pryţové dorazy jsou tvarovaný s šikmým zkosením, aby bylo vyloučeno nadzdvihnutí profilu. Do tohoto zkosení přijde hrana profilu okna a tím se zajistí jak horizontální poloha, tak i vertikální. Při práci bude mít operátor stále ruku na profilu okna, a pouţije ji k pohybu stolu a jištění okna.

5.4. Analýza možných vad a jejich dŧsledkŧ

Z důvodu předcházení moţným vadám, jsem se rozhodl pouţít metodu FMEA.

Konkrétně její variantu pro konstrukci. FMEA znamená z anglických slov Failure Mode and Effect Analysis, coţ je do češtiny překládáno jako analýza moţných vad a jejich důsledků. Princip je takový, ţe se identifikuje prvek nebo funkce, u kterého by mohla nastat vada. Poté se napíše moţná vada, následky této vady a ohodnotí se význam této vady stupnicí 1-10 (1- nevýznamný, 10- nejvýznamnější). Nyní se identifikují moţné příčiny této vady, ohodnotí se moţný výskyt této příčiny 1-10 (1- minimální výskyt, 10- velice častý). Nakonec se napíše, jakým způsobem se nyní kontroluje tato příčina a také se ohodnotí moţná odhalitelnost 1-10 (1- lehce odhalitelná, 10- neodhalitelná). Celá tato analýza končí spočítáním rizikového čísla, které je součinem předchozích třech čísel a na základě velikosti toho čísla (RPN > 100) se navrhne opatření, které zamezí moţným vadám.

Konstrukční FMEA pro můj návrh je v tabulce 5. Po analýze jsem se rozhodl pro pouţití mechanismu, který zamezí uvolnění západky, před koncovou polohou stolu. Bez zajišťovacího mechanizmu by se mohla západka uvolnit dříve a tak by mohlo dojít k poškození profilu, popřípadě i k poranění operátora. Mechanismus je popsán v kapitole 5.6. Na základě výsledků z analýzy jsem se rozhodl celé zařízení zakrytovat, aby se zamezilo padání nečistot dovnitř zařízení. Poslední výstup z analýzy FMEA je pouţití kvalitnějšího materiál na výrobu západky.

40 Tabulka 5 - FMEA-K

Prvek Funkce

Možná vada

Možné následky

vady

Výz. Možné příčny vady

Výs. Stávající kontrola

Odh. RPN Doporučen é opatření

Upínání okna

Špatné upnutí

Nepřesné obrobení

7 Chyba

operátora 2 Mistr 4 56 školení operátorů 7 Opotřebení

dorazu 3 Pravidelná

kontrola 2 42 žádné

Západka frézy

Nezachycení frézy

Poškození

profilu 8 Selhání

pružin 3 Pravidelná

kontrola 2 48 žádné Poškození

profilu 8 Opotřebení

západky 4 Pravidelná

kontrola 2 64 žádné Poranění

operátora 10 Selhání

pružin 3 Pravidelná

kontrola 2 60 žádné Poranění

operátora 10 Opotřebení

západky 4 Pravidelná

kontrola 2 80

Použití kvalitnějšího

materiálu Uvolnění

před koncovou

polohou stolu

Poškození

profilu 8 Chyba

operátora 6 Mistr 5 240

Pojistný mechanismu

s Poranění

operátora 10 Chyba

operátora 6 Mistr 5 300

Pojistný mechanismu

s Doraz

horní polohy ramen

Nezajištění Poškození profilu

8 Vymáčknutí

vložek 3 Pravidelná

výměna 1 24 žádné

8 Opotřebení

konce ramen 2 Pravidelná

kontrola 1 16 žádné 8 Nečistoty 5 Pravidelné

čištění 2 80 krytování

Řemen- pohon

Vypadnutí Zastavení frézy

3 Poškození

vodítka 2 Pravidelná

kontrola 2 12 žádné

3

Vypadnutí napínacích pružin na

vodítku

2 Pravidelná

kontrola 1 6 žádné

3 Vytáhání

řemene 2 Pravidelná

kontrola 1 6 žádné

Prasknutí

Zastavení

frézy 3 Únava

materiálu 1 Vizuální

kontrola 3 9 žádné

Poranění

operátora 10 Únava

materiálu 1 Vizuální

kontrola 3 30 žádné

Fréza

Uvolnění Zastavení frézy

3 Povolení

řemenice 2 Pravidelná

kontrola 1 6 žádné

3

Povolení pojistné matice

2 Pravidelná

kontrola 1 6 žádné

Prasknutí Poranění

operátora 10 Únava

materiálu 1 Vizuální

kontrola 2 20 žádné Pohyblivý

stůl Zaseknutí Zastavení

obrábění 5 Nečistoty 5 Pravidlné

čištění 2 50 školení operátorů

41

5.5. Metody DFX

Cílem DFX metod je vytvoření pokud moţno nejefektivnějšího modelu popisující reálný produkční proces. Metody typu DFX řeší vztah navrhovaných strojních celků s ohledem na jednoduchost, snadnost a rychlost výroby, montáţe, demontáţe, udrţovatelnosti apod. Konstrukční práce, stejně jako práce spojené s přípravou výroby a technologii ve velké míře determinují, jak je produkt vyráběn a co bude stát jeho výroba. Struktura nákladů na výrobek dokazuje, ţe náklady a cenu výrobku ovlivníme zejména konstrukčním řešením výrobku. [1]

Mezi metody DFX patří DFA – návrh s ohledem na montáţ, DFM – návrh s ohledem na výrobu, DFE – návrh s ohledem na ţivotní prostředí, DFD – návrh s ohledem na demotovatelnost a recyklaci,

Z metod DFX jsem si vybral pouţití metody DFA (Design for assembly). Tato metoda je určená k optimalizaci montáţe. K analýze jsem vybral spodní drţák ramen. Zde je třeba zajistit horní pozici ramen. První návrh (obr. 26) počítá s pouţitím čepu, na kterém budou gumové návleky, které zajistí horní pozici. Gumové návleky budou tlumit náraz ramen. Celá pozice čepu bude zajištěna dvěma maticemi z kaţdé strany. Kompletní analýza je v tabulce 6 v levé části.

Obrázek 26 - 1. návrh

42

Druhý návrh (obr. 27) řeší jištění horní pozice pomocí dorazu v podobě tvarového konce prvního páru ramen. Tento tvarový konec se v horní pozici zastaví o vloţku, která je mezi drţákem a ramenem. Vloţka je upevněna pomocí šroubu, který zároveň upevňuje drţák. Pouţití vloţky je z důvodu moţného vymačkávání, proto se počítá, ţe bude vyrobena z měkčího materiálu, neţ je rameno nebo drţák. Po určitém počtu cyklů by se vyměnila. Celá analýza je v tabulce 6 v pravé části.

Z výsledků analýzy je zřejmé, ţe druhý návrh je z hlediska montáţe efektivní na 61%, to je oproti prvnímu návrhu nárůst o 11%. Poměr pomocných a spojovacích operací se také zlepšil. Celkově druhý návrh je lepší, a proto jej pouţiji.

Obrázek 27 - 2. návrh

V rámci filozofie metod DFX jsem navrhoval celé zařízení, např. z hlediska výroby (DFM) jsem zvolil rám celého zařízení z řezaných profilů Item. Protoţe, kdyby se celá skříň vyráběla svařováním a vyráběním jednotlivých dílů, tak by byla více pracná. Nyní stačí nařezat profily Item na potřebné délky a spojit je. Zároveň toto řešení podporuje metodu Design for Enviroment, kdyţ na konci ţivotního cyklu lze snadno celou konstrukci rozloţit, popřípadě jen nahradit nefunkční díly.

43

Tabulka 6 - DFA analýza

1. návrh 2. Návrh

Analýza Spojovací

operace

Analýza Spojovací

operace

Č. Název dílu Funkční Montážní Č. Název

dílu

Funkční Montážní

1 Šroub B 1,5 4 1 Šroub B 1,5 4

1 Šroub B 1,5 4 1 Šroub B 1,5 4

1 Šroub B 1,5 4 1 Šroub B 1,5 4

1 Šroub B 1,5 4 1 Šroub B 1,5 4

5 Podložka B 1,5 2 5 Podložka B 1,5 2

5 Podložka B 1,5 2 5 Podložka B 1,5 2

5 Podložka B 1,5 2 4 Vložka A 1,2 1,5

5 Podložka B 1,5 2 6 Vložka A 1,2 1,5

13 Čep B 1,3 1,5 9 Hřídel A 2 2

12 Gumový návlek A 1,2 1 9 Hřídel A 2 2

11 Matice B 1,5 4 7 Pouzdro A 2 2

11 Matice B 1,5 4 7 Pouzdro A 2 2

9 Hřídel A 2 2 7 Pouzdro A 2 2

9 Hřídel A 2 2 7 Pouzdro A 2 2

7 Pouzdro A 2 2 3 Rameno A 1,2 1,5

7 Pouzdro A 2 2 3 Rameno A 1,2 1,5

7 Pouzdro A 2 2 2 Rameno A 1,4 1,5

7 Pouzdro A 2 2 2 Rameno A 1,4 1,5

3 Rameno A 1,2 1,5 Počet dílů Suma "A" Suma M Suma S

3 Rameno A 1,2 1,5 18 11 28,6 41

3 Rameno A 1,2 1,5 Efektivnost návrhu sestavy Suma "A" 61,11%

3 Rameno A 1,2 1,5 Počet dílů

Počet dílů Suma "A" Suma M Suma S Poměr pomocných operací Suma M 2,6

22 11 34,3 52,5 Suma "A"

Efektivnost návrhu sestavy Suma "A" 50% Poměr spojovacích operací Suma S 3,73

Počet dílů Suma "A"

Poměr pomocných operací Suma M 3,12 Suma "A"

Poměr spojovacích operací Suma S 4,77 Suma "A"

5.6. Princip práce na zařízení

Vypnutí a zapnutí frézy je tlačítkem start/stop. Nastavení otáček, nebo momentu nebude moţné a i z hlediska účelu zařízení je to zbytečné. Dále je zařízení vybaveno bezpečnostní západkou, aby nedošlo k poranění operátora při výměně profilu okna,

44

nebo k naraţení frézy do profilu okna. Západka se nachází v levé části zařízení a zamezuje ramenům pohyb zpět, kdyţ se ofrézuje celý profil. Zároveň poté umoţní snazší výměnu profilu okna. Západka jde uvolnit jen kdyţ je stůl v pravé poloze.

Uvolnění západky před pravou koncovou polohou zamezí posuvný mechanizmus, který nedovolí posunutí ovládací tyče. Posuvný mechanizmus je zavřený do doby, neţ je stůl ve správné poloze. Ve správné poloze zatlačí šroub celý mechanizmus do otevřené polohy. Poté jiţ můţe operátor zatlačit na tyč, kterou se otevře západka, a ramena se přesunou do pracovní pozice. Ramena se automaticky zastaví v horní poloze - pracovní, kde ještě nedochází k dotyku s profilem okna. Zastaví je tvarový konec na prvním páru ramen. V celém tomto západkovém mechanizmu jsou čtyři pruţiny. Jedna pruţina je přímo u západky, ta je zkrutná a zajišťuje správné zapadnutí západky. Druhá pruţina je tlačná na ovládací tyči a ta obstarává vracení tyče do původní polohy. Zbylé dvě pruţiny jsou na posuvném mechanizmu a starají se o zavřený stav posuvného mechanismu. Celý tento mechanismus je znázorněn na obrázku 28.

Obrázek 28 - Posuvný mechanizmus

1- pohyblivý doraz, 2- pevný doraz, 3- západka, 4-drţák západky, zkrutná pruţina, 5-ovládací tyč (místo pro obsluhu operátora), 6-tlačná pruţina, 7- vodítko tyče, 8-upínka Sermax, 9- deska posuvného

mechanizmu, 10- šroub, 11-vedení, 12-tlačná pruţina, 13-tvarová konec prvního páru ramen

45

5.7. Celková konstrukce

Celé zařízení jsem se snaţil navrhnout, aby bylo co nejmenší. Celkové rozměry jsou 550x300x230 mm, přičemţ při pohybu ještě stůl přejíţdí o 60 mm levou hranu.

Konstrukce rámu je z profilů Item, které nabízejí variabilní kamenový systém a jednoduchou montáţ. Pro snazší montáţ, jsem volil šrouby s vnitřním šestihranem. Celé zařízení bude zakytované z důvodu bezpečnosti a zamezení padání nečistot. Odpad, který se vytvoří během uţívání, bude padat dovnitř. Čištění bude probíhat pomocí vysavače v jedné z krajních poloh stolu. Jinak je zařízení bezúdrţbové. Pohled na celé zařízení je na obrázku 29.

Obrázek 29 - Celkový pohled

46

6. Výpočet sil

6.1. Výpočet řemene

Řemen jsem zvolil ozubený od výrobce Misumi 2GT – 9mm široký. Délku řemene jsem odvodil z funkce, kterou nabízí Solidworks, kde program napsal přesnou délku.

Délka řemenu je 702 mm. Řemenice jsou obě stejného průměru, takţe není zde ţádný převod. Řemenice jsou také od výrobce Misumi. Na straně motoru je standardní s dráţkou, ale na straně frézy je upravená s vnitřním vybráním a závitem (obr. 30).

Vybrání je z důvodu místa pro zajišťovací pojistnou maticí a pomocí závitu se stáhne fréza k osazení hřídele. K napínání řemene je pouţito dvou kladek, jedna je ozubená z vnitřní strany řemenu a je pevná. Druhá je hladká a je umístěna vně řemene.

Doporučená napínací síla od výrobce k napnutí řemene je 25N a maximální doporučené napětí je 32N. Napínání zajišťuje vnější hladká kladka.

Obrázek 30 - Řemenice s vybráním

Vhodnost řemene udává výrobce Misumi pouze podle převodní tabulky (tab. 8), ve které je navrhovaný výkon a poţadované otáčky. Bohuţel výrobce neudává jiné parametry pro výpočet řemene neţ jiţ zmíněnou tabulku. Při zanesení parametrů motoru (tab. 7) do převodní tabulky pro řemeny 2GT, vybraný řemen vyhovuje.

Tabulka 7 - Parametry motoru

Výkon [kW] 0.41

Otáčky max. [ot/min] 4800 Kroutící moment [Nm] 2,6

47

Tabulka 8 - Průvodce výběrem řemene

6.2. Výpočet pružiny k napínání řemene

Parametry pruţiny jsou v tabulce 9. Bylo třeba vypočítat počáteční napnutí pro získání napínací síly Fp1=12.5 N. Tato síla odpovídá polovině doporučené od výrobce, a to z důvodu plánovaného pouţití páru pruţin z kaţdé strany hřídele. Potřebný zdvih pro vyrovnání prodlouţení řemene je a=5mm.

Tabulka 9- Parametry pruţiny

Průměr drátu [mm] 1

Průměr pružiny [mm] 8

k - Tuhost pružiny [N/mm] 0,51 s - Volná délka pružiny [mm] 10 Fpř - Počáteční předpětí [N] 4.26

L= F_p1− F_př

k =12.5 − 4,26

0,51 = 16,156 mm ⁽¹⁾

F_p2= F_P+ a ∙ k = 12,5 + 5 ∙ 0,51 = 15,05N ⁽²⁾

Síla při vyrovnávání délky bude 2*Fp2 tedy 30,1 N. Tímto je splněna doporučená napínací síla výrobce řemene.

48

6.3. Výpočet síly potřebné k posuvu

Síla potřebná k přetlačení ramen s frézou a vodítky je zpracován v tabulce 11.

Hodnoty jsou po kroku 5° od počátečního úhlu nastavení ramen 115° do konečného 140°. V kaţdém kroku jsem odměřil z grafického řešení výšku bodu H, je to z důvodu odvalující se křivky profilu po fréze. Potřebné hodnoty jsou v tabulce 10.

Tabulka 10 – Potřebné hodnoty

k - Tuhost pružiny N/mm] 1,05 Fpř2– předepnutí pružiny [N] 6,17 x - Volná délka pružiny [mm] 79

b [mm] 120

c [mm] 200

l [mm] 65

α - počátek [°] 115

α - koncový [°] 140

β - počátek [°] 40

β - konec [°] 24,96

s - počátek [mm] 89

s - koncový [mm] 89,4

Obrázek 31 - Působení sil