FINAL CUTTER

Volgvormen en -pen

De vorm zelf:

Voor de volgvorm werd er beslist om het bij eenvoudige vormen te houden zoals vijf-, zes- en achthoeken.

Eerst werd er getest rond de vorm. Hiervoor moet er wel een systeem gebruikt worden om de volgpen tegen de volgvorm te duwen zodat deze de volgvorm goed volgt. Dit kan door het uiteinde van de 2^de arm van de tekenaap te verbinden naar het vast punt met een veer. Op die wijze wordt de volgpen weggeduwd van het vast punt in de richting van de volgvorm.

Op de tekening wordt de werking van de veer geschetst.

Volgpen                 

Na enkele testen werd vastgesteld dat bij sommige vormen er een probleem plaatsvond. De volgpen blokkeerde in de volgvorm omdat de bovenkant van de volgpen te veel ruimte heeft om te bewegen. Daardoor stond de volgpen schuin en zat de volgpen klem tussen de twee zijkanten van de volgvorm.

Als mogelijke oplossing werd er gedacht om de tekenaap in plaats van horizontaal, verticaal te plaatsen. Op deze manier is er geen hinder meer van de zwaartekracht waardoor er minder problemen zouden moeten komen. En zou zo de volgpen meer geneigd zijn horizontaal te blijven.

Bij deze opstelling kan er ook gebruikt worden van twee volgvormen. Hierdoor wordt de volgpen verplicht om horizontaal te blijven en wordt er moment herleid tot bijna nul.

Bij het verticaal opstellen kan de begeleider van de tekenaap ook verplaatst worden van tussen de twee tekenapen naar de wanden. Daardoor kan de te snijden isomoblok dikker zijn. Op deze wijze wordt er gebruik gemaakt van twee begeleiders. Ook dit zal bijdragen tot een hogere nauwkeurigheid dankzij een kleiner moment van de volgpen.

Daarna werd er onderzoek gedaan naar een vorm die is uitgesneden en dan de buitenkant gebruiken als volgvorm. Nu kan de volgvorm gevolgd worden door een veer te spannen tussen het pivot 2 en het vast punt. Op deze manier wordt de volgpen tegen de volgvorm gedrukt.

Deze optie werd ook afgekeurd omdat op deze wijze de volgpen schuin getrokken wordt.

Bij de 3^de optie wordt er een gleuf gecreëerd die de volgpen kan volgen. Op deze manier worden er geen onnodige krachten op de volgpen uitgeoefend. 

 

Overzicht aandrijving & volgvorm

 Bij het voorlaatste prototype werd de draaibeweging aangedreven door een tandwieltje dat in verbinding stond met het tandwiel waar de isomo op rust, dat op zijn beurt dan in verbinding stond met het tandwiel waarop de volgvorm verbonden is.

Probleem?                                       Doordat er slechts 1 volgvormpje werd gebruikt en de volgpen op verschillende punten ongelijkmatig werd belast, ontstonden er wringingen  op de staaf, waardoor deze soms blokkeerde

Oplossing?                                       Alles is nu 90° gedraaid, waardoor het makkelijk is een as door de twee zijkanten te steken. Deze as wordt relatief dicht bij elkaar door twee punten gesteund. Hierdoor is het mogelijk lang beide kanten een volgvorm te voorzien om wringingskrachten tegen te gaan en een zo hoog mogelijke nauwkeurigheid te behouden. De aandrijving gebeurt nu ook rechtstreeks aan de volgvormpjes.

Opspannen weerstandsdraad

Onderzoek

 Vanaf het begin waren er al enkele opties. Of de draad kan opgespannen worden tussen 2 punten of de draad gaat heen en terug en werkt als een soort mes.

  

Er werd beslist om met de eerste optie verder te werken. Bij de eerste maquette werden de 2 uiteinden van de weerstandsdraad geplakt op de uiteinden van de tekenaap. Deze methode was goed genoeg om deze te testen maar voor een finaal model was dit echter niet strak genoeg.

Opspanmethode

Dan is de zoektocht naar een goede opspanmethode begonnen. Er werd onderzoek gedaan naar de mogelijk om de draad op te spannen door er een gewicht aan te hangen langs onder. Dit idee werd echter direct verworpen omdat door het gewicht de tekenaap schuin ging staan en zo de nauwkeurigheid weer zou verdwijnen.

Een andere optie was om te werken met veerkracht. Hier waren weer enkele opties voor.

Optie 1: opspanning A

Op deze tekening is de rode draad de weerstanddraad en de groene draad een rekker.

Optie 2: opspanning B

Dit werd niet gebruikt omdat het zeer slecht is voor de draad om zo scherpe bochten te maken. Hoe rechter deze kan blijven hoe beter.

Optie 3: opspanning C

 Om te voorkomen dat de draad een onnodige hoek moet maken wordt er in de plaats van tekenaap naar tekenaap, van tekenaap naar box gespannen.

Dit is de methode die uiteindelijk gebruikt werd in het voorlaatste prototype. De kracht die de veer uitoefent is groot genoeg om de draad op te spannen en niet te groot zodat de tekenaap niet schuin getrokken wordt.

Overzicht opspanning weerstandsdraad

 De opspanning werd oorspronkelijk met scherpe hoekopstellingen gemaakt.

Probleem?                          De opspanning was niet erg functioneel aangezien het opspannen zelf niet in de lengte van de weerstandsdraad zat.

Oplossing?                           Gebruik van een standaard veer die iedereen wel in huis heeft (balpen) en deze wel in de lengte van de draad plaatsen omdat het plaatsen onder een hoek de uitzetting niet genoeg opvangt.

Gloeidraad

Overbrenging

Plaatsing

Bij de 2^de maquette zijn de verschillende tandwielen op één lijn geplaatst zodat de geleider er parallel mee kon staan. Er is ook een 4^de tandwiel bijgeplaatst. Dit 4^de tandwiel heeft als functie de andere aan te drijven. De functie van het eerst tandwiel is om de volgvorm te laten ronddraaien. Het 2^de tandwiel heeft als functie om 2 en 3 met elkaar te verbinden. Want deze kunnen niet rechtstreeks met elkaar in verbinding staan want dan zouden ze in tegengestelde richting draaien. Het 3^de tandwiel zorgt ervoor dat de blok isomo ronddraait.

De beweging van de tandwielen worden geholpen door kogellagers die in de grondplaat zitten.

De tandwielen zijn in verbinding gesteld met de kogellagers door middel van een as die in de kogellager spant. De kogellagers zijn in de MDF-platen geperst

Verbinding

De verbinding van de as naar het tandwiel gebeurt deels door een losse spanning maar wordt ook nog verstevigd door een lijmverbinding.

Deze lijmverbinding was echter niet sterk genoeg en hierdoor slipte de tandwielen.

Dan werd er op zoek gegaan naar een andere optie. De oplossing die uiteindelijk gekozen werd werkt met een systeem waarbij er in de as een gat zit. Door die as wordt dan een nagel gestoken. In het tandwiel zit nu ook een gleuf. Het tandwiel wordt zo gemonteerd dat de spijker exact in de gleuf past. Hierdoor is er geen slip meer aanwezig bij de tandwielen.

Toen er beslist werd de machine 90° graden om te draaien moest het overbrengingssysteem ook veranderen. De tandwielen stonden niet meer horizontaal maar verticaal. De kogellagers werden er uit gelaten omdat hun functie niet meer nodig was. De tandwielen blijven

op de assen draaien. Het verbindingssysteem blijft echter wel hetzelfde. Er wordt enkel nog een splitpen aan toegevoegd zodat de tandwielen niet van de as kunnen schuiven.

detailopname van een splitpen

Er werd echter nog een probleem ontdekt: als de tekenaap op een andere schaal wordt ingesteld komt het midden punt van het derde tandwiel een stuk opzij. Als de machine op een andere schaal moet werken moet dus niet enkel de tekenaap versteld worden maar ook de tandwielen. Er moesten dus enkele gaten bijgemaakt worden om voor de verschillende schalen een correcte overbrengen te verkrijgen.

Gat 1 en 2 zijn altijd bezet. 1 door het vast punt van de tekenaap. In punt 2 is de volgvorm altijd opgespannen. Als het op de kleine schaal staat worden gat 3 en 5 gebruikt. Als het op de grotere schaal staat worden 4 en 6 gebruikt. In 5 of 6 wordt het tussenwiel geplaatst en op 3 of 4 het tandwiel dat de isomo blok aanstuurt.

Wat hebben we geleerd?

-allereerst: mailen en afspreken met verantwoordelijken voor de lasercutter
zodat we daar niet blijven wachten op een goedkeuring op de lijst en er intussen allerlei andere groepen beginnen met laseren.

-Veel en op tijd prototypen, want in real life komen er altijd nog foutjes boven die niet duidelijk waren op de virtuele versie.

-Volgvormen basic houden

-aandrijving is interessanter wanneer deze rechtstreeks wordt aangedreven.

OPMERKING: We hebben het onszelf moeilijk gemaakt door de vorm automatisch te 'laten volgen'. Dit is een van de moeilijkste punten van het systeem.

-Wat hebben we daaruit geleerd? De lat hoger leggen is goed zodat je grenzen verlegt. Wel oppassen met de tijd die je nodig hebt en de tijd die je krijgt.

Tekenaap: vorderingen

Werking tekenaap

 Er wordt verwacht dat weerstandsdraad gespannen wordt tussen de 2 ‘pencil’ punten. Tussen deze 2 punten moet dus genoeg plaats zijn zodat zowel de hierboven vernoemde balk, een ondersteuningsvlak en de blok isomo ertussen passen. Dit wordt bereikt door tussen de verschillende delen van tekenaap cilinders te bevestigen die een ruimte creëren. Dit is een beetje nadelig voor de nauwkeurigheid omdat er zo meer gewicht is op punten die niet ondersteund worden en er dus een groter moment ontstaat., maar de functie is te belangrijk om dit niet te doen.

3.2 overzicht tekenaap

De tekenaap is de verschaler en overbrenger van de volgbeweging.

Probleem?                                       Omdat de tekenaap uit verschillende scharnierpunten bestaat is dit een cruciaal stuk. Bij de minste wringing die er is, zal de tekenaap minder efficiënt en nauwkeurig werken. Enkel door de zwaartekracht werden de scharnierpunten belast, waardoor alles wat stroever ging. Om dit op te vangen, werd er een volgkogeltje geplaatst op het uiterste punt van de tekenaap om het meeste op te vangen.  Dit was duidelijk nog niet genoeg omdat er te veel scharnierpunten zijn waarvan het kogeltje deze niet allemaal kan opvangen.

Oplossing?                                       De tekenaap werd 90° gedraaid. Hierdoor zitten alle delen van de tekenaap hangend naar beneden. Er zijn dus geen of weinig torsiekrachten door de delen op de scharnierpunten.

De tekenaap wordt nog extra ondersteund tussen de 3 bovenste bewegende punten zodat de twee tekenapen te allen tijde gelijk lopen.

Functionele maten tekenaap

De functionele maten hier zijn de afstanden tussen de boringen. Bij afwijkingen zal de tekenaap klemmen en niet meer correct werken. De beweging van de tekenaap en dus ook de nauwkeurigheid is voornamelijk afhankelijk van 1) het fixpunt en 2) de gleuf in de geleider. Met andere woorden: de nauwkeurigheid is afhankelijk van de geleider. De geleider zit vast in de behuizing door middel van een vorkverbinding. Deze verbinding vermindert mogelijke torsie tegenover een pin verbinding.

Alle stukken van de tekenaap worden gelaserd dus er staat op elke tekening al een basistolerantie die afhankelijk is van de nauwkeurigheid van de laser. De lasermachine valt in de nauwkeurigheidsklasse van ISO2768mK. De standaardtolerantie volgt dus deze tabellen:

tabel 3: met basistoleranties voor nieuwe constructies

In tabel 3 is af te lezen wat de toleranties zijn voor lineaire maten, afrondingsstralen, hoogten van afschuiningen en hoekmaatafwijkingen. Voor de tekenaap moet er gekeken worden in de rij van m middelmatig (IT 14).

tabel4: basistoleranties vorm- en plaats

In tabel 4 is af te lezen wat de toleranties zijn voor rechtheid en vlakheid,

rechthoekigheid en symmetrie. Er moet gekeken worden in de rij van K.

In de tekenaap wordt er wel een aantal keer gebruik gemaakt van een passing. De tekenaap wordt samengehouden met een M5 draadstang. Deze draadstangen verbinden ook de twee tekenapen met elkaar.

Voor deze passing wordt er gebruik gemaakt van een glijdende passing. Een glijdende passing is voor onderdelen die gemakkelijk verschuifbaar moeten zijn, doch die geen speelruimte mogen hebben. Bij een glijdende passing wordt er voor het gat H7 gebruikt en voor de as h6.

tabel5:  bepalen van passing

Dit werd dus ook op de 2D tekeningen toegepast:

Dit werd soortgelijk gedaan met alle andere gaten in de tekening met 1 uitzondering. Bij het pencil point moet er geen draadstang door maar de weerstandsdraad. Hiervoor moet er geen passing zijn dus is er ook geen extra tolerantie op gezet.

 Eind tekenaap: 

finale prototype kast: referenties en overzicht

Hoofdreferentievlakken en hoofdreferentieas

hoofdreferenties

De hoofdreferentieas is as C. Hier komt het fixpunt van de tekenaap; het enige niet-dynamische punt ervan. De maten van dit punt zijn gerefereerd aan vlak A respectievelijk vlak B op figuur 48. 

Wat is er nu concreet veranderd?

-De behuizing is 3x kleiner dan het eerste prototype. Dit is veel compacter en de boxvorm wordt ook meer benut qua stevigheid en nauwkeurigheid

-De T-gleuven werden precies afgemeten op de maten van de boutjes en de moeren waardoor de boutjes vast zitten en de behuizing dus ook strakker kan worden aangedraaid.

-De geleider bestaat nu uit twee vlakken waarin de geleidende gleuven zich bevinden. Hierdoor blijft de as die erdoor zit horizontaal en heeft deze ook twee steunpunten. Een nadeel is wel dat er hierdoor meer wrijving is, maar aangezien het geheel op die as wordt aangedreven, wordt die wrijving tenietgedaan, dus is er ook geen probleem.

-Net zoals de dubbele geleidende gleuf, is er ook een dubbele gleuf voor de weerstandsdraad.

-De aandrijving gebeurt rechtstreeks aan de volgas. Voor het gemak voor de aandrijving bevind de overbrenging zich aan de buitenkant van de machine. Ook ter reparatie en om volgvormen te verwisselen is dit handiger.

-De bodem is nog steeds 3x zo dik zodat de wanden een zo klein mogelijke afwijking zouden hebben qua haaksheid tegenover de bodem

Van probleem naar oplossing

GELEIDER

Voor de geleider hadden we gekozen voor een plaatje met daarin de geleidende gleuven. Aangezien de geleider een cruciaal onderdeel is van de machine en de nauwkeurigheid is de minste kracht die erop komt en niet genoeg wordt opgevangen te veel en zal de nauwkeurigheid veel lager liggen.

Probleem?                          Aangezien de geleider gesteund wordt door de behuizing, is deze slechts op twee punten gesteund. Twee punten die zich uiterst van elkaar bevinden. Dit veroorzaakt doorbuiging, wat heel slecht is vooral voor de nauwkeurigheid.

Oplossing?                        Bij de nieuwe smallere box staan de steunpunten veel dichter bij elkaar waardoor de doorbuiging wordt beperkt. Er zijn ook twee gleuven die ervoor zorgen dat bij het nieuwe systeem de as in de geleidende gleuf horizontaal blijft.

Nog functionele maten van de geleider zijn de steunvlakken. Deze zitten vast in de zijkant van de behuizing. Als de steunvlakjes niet parallel zitten met de geleider zelf, dan kan de volggleuf scheef zitten waardoor er torsie wordt veroorzaakt. Door deze torsie kan het zijn dat de volger niet goed meevolgt of zelfs vast komt te zitten.

De volggleuf

Om ervoor te zorgen dat de volgpen mooi vertikaal kan volgen, is het nodig tegenoverstaande vlakken van de gleuf parallel te maken.

figuur 46: geleidergleuf

Net zoals de steunvlakjes haaks moeten zijn met de binnenzijde van de volggleuf, zullen dus ook de steunvlakjes van de behuizing (vorkverbinding) er haaks moeten opstaan en dus horizontaal liggen.

BEHUIZING

Als behuizing hebben we voor een boxvorm gekozen aangezien deze opstelling normaal meer stevigheid biedt.

Probleem?                We maakten de box te groot, waardoor het effect van de stevigheid door doorbuiging teniet werd gedaan.

Oplossing?                       Een vernieuwd systeem dat zo compact mogelijk is waardoor ook de behuizing kleiner kan, en dus ook de doorbuiging heel erg wordt beperkt.

AANDRIJVING & VOLGVORM

Bij het voorlaatste prototype werd de draaibeweging aangedreven door een tandwieltje dat in verbinding stond met het tandwiel waar de isomo op rust, dat op zijn beurt dan in verbinding stond met het tandwiel waarop de volgvorm verbonden is.

Probleem?                        Doordat er slechts 1 volgvormpje werd gebruikt en de volgpen op verschillende punten ongelijkmatig werd belast, ontstonden er wringingen  op de staaf, waardoor deze soms blokkeerde

Oplossing?                     Alles is nu 90° gedraaid, waardoor het makkelijk is een as door de twee zijkanten te steken. Deze as wordt relatief dicht bij elkaar door twee punten gesteund. Hierdoor is het mogelijk lang beide kanten een volgvorm te voorzien om wringingskrachten tegen te gaan en een zo hoog mogelijke nauwkeurigheid te behouden. De aandrijving gebeurt nu ook rechtstreeks aan de volgvormpjes.

TEKENAAP

De tekenaap is de verschaler en overbrenger van de volgbeweging.

Probleem?                         Omdat de tekenaap uit verschillende scharnierpunten bestaat is dit een cruciaal stuk. Bij de minste wringing die er is, zal de tekenaap minder efficiënt en nauwkeurig werken. Enkel door de zwaartekracht werden de scharnierpunten belast, waardoor alles wat stroever ging. Om dit op te vangen, werd er een volgkogeltje geplaatst op het uiterste punt van de tekenaap om het meeste op te vangen.  Dit was duidelijk nog niet genoeg omdat er te veel scharnierpunten zijn waarvan het kogeltje deze niet allemaal kan opvangen.

Oplossing?                      De tekenaap werd 90° gedraaid. Hierdoor zitten alle delen van de tekenaap hangend naar beneden. Er zijn dus geen of weinig torsiekrachten door de delen op de scharnierpunten.

OPSPANNING

De opspanning werd oorspronkelijk met scherpe hoekopstellingen gemaakt.

Probleem?                  De opspanning was niet erg functioneel aangezien het opspannen zelf niet in de lengte van de weerstandsdraad zat.

Oplossing?                       Gebruik van een standaard veer die iedereen wel in huis heeft (balpen) en deze wel in de lengte van de draad plaatsen omdat het plaatsen onder een hoek de uitzetting niet genoeg opvangt.

CAD-tekeningen: totaalassembly

fig 17: halve Behuizing en inhoud

fig 19: Volledige machine: toe (afgeronde deel doorzichtig)

fig 18: fig 17 + zijkant en eerste bovendeel

CAD-tekeningen: Behuizing

Taakverdeling:

Marie: Behuizing en ondersteuning geleider

fig 15: behuizing

fig 16: totaalassembly (nog zonder plexiglas)

Functionele maten: 

fig 16a: functionele bemating behuizing

CAD-tekeningen: Tekenaap

Taakverdeling:

Francis: tekenaap

fig 13: bovenaanzicht tekenaap en onderstel

fig 14: tekenaap

Om de nauwkeurigheid zo groot mogelijk te houden, wordt de tekenaap ondersteund door een volgwieltje:

Functionele maten

De maten die zeer belangrijk zijn voor de nauwkeurigheid van de isomocutter zijn de maten die positie van de gaten bepalen. Als de gaten niet nauwkeurig geplaatst zijn ontstaan er fouten. De diameters van de gaten zijn ook zeer belangrijk. Deze moet overeenkomen met de diameter van de moeren zodat er geen of zeer weinig speling is waardoor er geen afwijking ontstaat. De diameter mag echter ook niet te klein zijn want dan zou er klemming ontstaan en is de bewegelijkheid verminderd.

De breedte van de stukken van de tekenaap hebben geen invloed op de werking van de tekenaap.
Maar aangezien dat deze toleranties binnen de tolerantie van de lasercutter valt, moet hier dus verder geen rekening gehouden worden.

De gleuven van de begeleider zijn ook zeer belangrijk. Deze mag maar zo dik zijn als de vijs die ook als volgpen dient. Als deze breder zou zijn zou de volgpen kunnen beginnen wiebelen waardoor de nauwkeurigheid naar beneden wordt gehaald. Als de gleuf te smal wordt zal de volgpen niet vlot meer kunnen bewegen wat weer voor een verminderde nauwkeurigheid zorgt.

CAD-tekeningen: onderstel

Taakverdeling:

Jolan: Onderstel en tandwielen

fig11: bovenaanzicht onderstel

fig12: 3Daanzicht onderstel met benaming

Verbindingssysteem behuizing

Systeem verbinden

Aanpassingen: 
-de T-vorm vervangen door een kruisvorm waardoor het boutje verder kan doorschroeven
-Diktes gaten aanpassen aan diktes platen (plexiglas, hout)

Verdeling CAD-onderdelen

Francis: tekenaap,
Jolan: basis met tandwielen en onderklemming
Marie: behuizing en ondersteuning geleider

Afspraken in verband met assembly:

Algemeen nulpunt: op fixpunt van de tekenaap
Referenties: Bovenvlak

Werkend prototype

Het was niet makkelijk, we zijn veel problemen tegengekomen waar je gewoon niet aan zou denken, maar die je enkel ontdekt als je het in real-life een uittest;

fig 1: totaalopstelling voor snijden

fig 2: volgvormpje met volgpen

fig 3: cutter: gloeidraad

 Filmpje werkend prototype

De volgpen volgt het volgvormpje (fig 2). Deze beweging wordt via de tekenaap overgezet naar de cutter (fig 3).

fig 4: geheel na snijden

Conclusies:

fig 5: eerste poging met voeding 12V wisselspanning en max. 30VA

- De juiste voeding is een aanrader, anders wordt de gloeidraad doorgebrand (fig 5)
(Geschikte voeding: 16V wisselspanning en max 10,2VA)

- De gloeidraad zelf is niet zo precies: het smelt een groot deel van de ISOMO weg.

- De volgpen is te dik, waardoor de punt tussen de twee halve cirkels van het hartje afgerond wordt in de ISOMO en het op een agerond hartje lijkt.

- De tekenaap moet ondersteund worden, deze zakt door het gewicht teveel naar beneden.

- De gloeidraad moet gespannen staan om de nauwkeurigheid te bewaren.

specifiekere uitwerkingsschets

Schetsen

fig1: totaalschets ISOMOsnijkopieerverschalingsmachine

fig2: detail eerst draaischijf

Splitterbout systeem: (7) in fig.2

Deze splitterbout zorgt ervoor dat al wat rond het cilindrisch deel zit, kan draaien.

fig3: detail gloeidraadhouder

Omdat de gloeidraad continu gespannen moet staan wordt deze opgespannen door middel van rekkers.