Dubbele curveschijf aanpassen met 3D-scanning en reverse engineering
Een curveschijf zet een draaiende beweging om in een nauwkeurig bepaalde verplaatsing van bijvoorbeeld een pen, hefboom of rolvolger. De vorm van het curveprofiel bepaalt wanneer de beweging begint, hoe groot de slag is en hoe deze beweging verloopt.
Voor een klant heeft MartCad een complexe dubbele curveschijf aangepast. In het oorspronkelijke bewegingsverloop moest een kleine ongewenste beweging worden verwijderd. Daarnaast moest een andere beweging eerder tijdens de omwenteling plaatsvinden.
Alleen de complete curveschijf op de as verdraaien was hiervoor geen oplossing. Daarmee zou het volledige bewegingsprogramma van beide profielen als geheel verschuiven, terwijl juist het verloop binnen de cyclus moest worden gewijzigd.
Omdat een nokrol door beide curveprofielen wordt geleid, konden de profielen niet los van elkaar worden gewijzigd. Beide curves moesten in samenhang worden aangepast, zodat de kleine ongewenste beweging verdween, de gewenste beweging eerder plaatsvond en de nokrol correct opgesloten en geleid bleef.
Dit project ging daardoor niet alleen om het reconstrueren van de vorm, maar vooral om het opnieuw opbouwen en gericht wijzigen van de functie van het onderdeel.
Project in het kort
Vraag: verwijder een kleine ongewenste beweging en laat een andere beweging eerder in de rotatie plaatsvinden.
Uitdaging: pas beide profielen zodanig aan dat de nokrol correct geleid blijft.
Aanpak: 3D-scanning, extractie van beide curveprofielen, reconstructie van het bewegingsverloop, CAD-aanpassing en bewegingsvalidatie.
Resultaat: een productierijp CAD-model waarin de ongewenste kleine beweging is verwijderd en de gewenste beweging eerder in de cyclus plaatsvindt.
Wat is een dubbele curveschijf?
Een curveschijf, ook wel cam genoemd, zet rotatie om in een gecontroleerde lineaire of zwenkende beweging. Het curveprofiel bepaalt de verplaatsing van de follower als functie van de rotatiehoek.
Bij een dubbele curveschijf of conjugate cam werken twee curveprofielen samen op één follower of volgermechanisme. Daardoor is de onderlinge geometrische relatie kritisch. Een afwijking in één profiel kan direct leiden tot extra speling, onrustige beweging, verhoogde belasting of blokkeren.
Bekijk animatie: werking van een curveschijf
Waarom beide curveprofielen moesten worden aangepast
In het oorspronkelijke bewegingsverloop zat een kleine beweging die niet langer gewenst was. Daarnaast moest een andere slag van een pen, hefboom of vergelijkbaar onderdeel eerder tijdens de omwenteling plaatsvinden.
De complete curveschijf op de as verdraaien zou alleen het volledige bewegingsprogramma eerder of later laten plaatsvinden. Daarmee verdwijnt de kleine ongewenste beweging niet en verandert ook de onderlinge timing binnen de cyclus niet.
De vereiste wijziging zat dus in de vorm van het bewegingsprogramma zelf. Omdat de nokrol door twee samenwerkende profielen wordt gestuurd, moesten beide curves gelijktijdig worden aangepast.
De opdracht was daarom:
- een kleine ongewenste beweging uit het oorspronkelijke verloop verwijderen;
- een andere beweging eerder in de rotatie laten plaatsvinden;
- de benodigde slag en het gewenste bewegingskarakter behouden;
- beide curveprofielen op elkaar afgestemd wijzigen;
- de nokrol over de volledige omwenteling correct blijven geleiden;
- vloeiende overgangen zonder ongewenste sprongen realiseren;
- een reproduceerbaar CAD-model voor productie opleveren.
Er was geen betrouwbare originele CAD-data beschikbaar. Het bestaande onderdeel moest daarom eerst volledig worden gemeten en functioneel worden geanalyseerd.
3D-scannen als basis voor functiereconstructie
Met een ATOS 3D-scanner is de volledige dubbele curveschijf nauwkeurig vastgelegd. Daardoor ontstond een betrouwbare digitale basis van beide curveprofielen.
De scandata gaf inzicht in:
- de werkelijke vorm van beide profielen;
- de radiale positie per rotatiehoek;
- lokale slijtage en asymmetrie;
- de overgang tussen actieve en niet-actieve zones;
- de onderlinge relatie tussen beide curves.
Bij dit soort vrije curvevormen zijn handmatige metingen, radiusmallen of enkele meetpunten onvoldoende. De functie ligt niet in één maat, maar in het volledige profiel.
Meer over deze meetmethode leest u op onze pagina 3D-scannen .
Aanpak in zes stappen
- 3D-scan van het originele onderdeel en beide curveprofielen;
- extractie van de profielen uit de scandata;
- reconstructie van de followerverplaatsing per rotatiehoek;
- vaststellen welke kleine beweging moest vervallen en welke beweging eerder moest plaatsvinden;
- lokale CAD-aanpassing van beide profielen in samenhang rond de nokrol;
- vergelijking en validatie van origineel en aangepast model.
De aanpassing werd dus niet uitgevoerd als een eenvoudige rotatie van de complete curveschijf. Het bewegingsverloop zelf werd gewijzigd: een kleine ongewenste beweging werd verwijderd en een andere beweging werd naar een eerdere positie in de cyclus gebracht.
Analyse van het oorspronkelijke bewegingsverloop
Vanuit de scandata is het oorspronkelijke bewegingsverloop van de follower gereconstrueerd als functie van de rotatiehoek.
Daarbij zijn onder meer bepaald:
- de kleine ongewenste beweging in het oorspronkelijke profiel;
- het begin- en eindpunt van de gewenste beweging;
- de maximale en minimale verplaatsing;
- de duur van de slag, uitgedrukt in rotatiehoek;
- het stijg- en daalverloop;
- de overgang tussen de verschillende curvegebieden;
- de onderlinge positie van beide curveprofielen.
De curvevorm kan daarbij worden gezien als een bewegingsprogramma. Bij een constant toerental vertegenwoordigt de rotatiehoek het tijdsverloop van de machinecyclus.
De lengte en vorm van het werkende curvegedeelte zijn belangrijk, omdat veranderingen hierin invloed kunnen hebben op de duur van de beweging, de lokale stijging, de drukhoek en de belasting van de follower.
Lokale aanpassing van beide curveprofielen
Op basis van de analyse zijn beide curveprofielen in CAD gereconstrueerd. Vervolgens is de kleine ongewenste beweging uit het profiel verwijderd en is het gedeelte dat de gewenste slag veroorzaakt naar een eerdere hoekpositie in de cyclus verplaatst.
Omdat beide profielen samenwerken, konden zij niet los van elkaar worden gewijzigd. De aanpassing moest zodanig worden uitgevoerd dat de follower over de volledige omwenteling correct tussen beide profielen bleef bewegen.
Daarom zijn de volgende uitgangspunten aangehouden:
- de kleine ongewenste beweging uit het profiel verwijderen;
- alleen het functioneel noodzakelijke deel van de profielen wijzigen;
- de gewenste slag en het bewegingskarakter behouden;
- de gewenste beweging eerder in de rotatie laten plaatsvinden;
- vloeiende aansluitingen op de ongewijzigde profieldelen maken;
- beide curves gelijktijdig en in onderlinge samenhang aanpassen.
Het doel was dus niet om een visueel nette curve te tekenen, maar om een reproduceerbaar profiel te maken dat dezelfde functionele beweging uitvoert op een eerder moment in de cyclus.
Bewegingscontrole en validatie
Na de CAD-aanpassing is het oorspronkelijke en aangepaste bewegingsverloop met elkaar vergeleken.
Daarbij is gecontroleerd of:
- de kleine ongewenste beweging daadwerkelijk is verdwenen;
- de gewenste beweging daadwerkelijk eerder begint;
- de maximale en minimale verplaatsing volgens het gewenste verloop blijven;
- het stijg- en daalverloop vloeiend blijft;
- de nokrol correct tussen beide profielen blijft lopen;
- beide curveprofielen over de volledige omwenteling correct samenwerken;
- geen abrupte profielovergangen of ongewenste bewegingssprongen ontstaan.
Pas nadat het aangepaste model hetzelfde functionele bewegingskarakter liet zien als het origineel, is het CAD-model vrijgegeven voor productie.
Meer over onze controle- en vergelijkingsmogelijkheden leest u op 3D meten .
Resultaat
De kleine ongewenste beweging is uit het oorspronkelijke bewegingsverloop verwijderd. Daarnaast is de gewenste beweging van de pen of hefboom binnen de rotatie naar een eerder moment verplaatst.
Beide curveprofielen zijn in samenhang aangepast, zodat de nokrol over de volledige omwenteling correct tussen de profielen blijft lopen. De gewenste slag en het functionele bewegingskarakter zijn daarbij behouden.
Het resultaat was een productierijp CAD-model waarin de ongewenste kleine beweging is verwijderd en de gewenste machinefunctie eerder in de cyclus plaatsvindt, terwijl de nokrol correct door beide aangepaste curveprofielen wordt geleid.
Deze case laat zien dat reverse engineering verder kan gaan dan het kopiëren van een bestaand onderdeel. Door de oorspronkelijke functie te analyseren, kan een bestaand mechanisme ook gericht worden gewijzigd en opnieuw productiegereed worden gemaakt.
Veelgestelde vragen
Waarom was alleen verdraaien op de as niet voldoende?
Door de complete curveschijf te verdraaien, verschuift het volledige bewegingsprogramma als geheel. In dit project moest het verloop zelf veranderen: een kleine beweging moest verdwijnen en een andere beweging moest eerder plaatsvinden. Daarvoor moesten de profielen worden aangepast.
Hoe wijzig je het bewegingsverloop zonder de nokrol verkeerd te belasten?
Eerst wordt het oorspronkelijke verplaatsingsverloop van de nokrol ten opzichte van de rotatiehoek gereconstrueerd. Daarna worden beide profielen gezamenlijk aangepast. Zo kan een kleine beweging worden verwijderd en een andere beweging worden vervroegd, terwijl de rol correct geleid blijft en de overgangen vloeiend blijven.
Waarom moeten beide curveprofielen worden aangepast?
Beide profielen werken samen op dezelfde nokrol. Wanneer slechts één profiel wordt gewijzigd, kan de onderlinge afstand of opsluiting van de rol niet meer kloppen. Daarom moeten beide profielen in samenhang worden aangepast en gevalideerd.
Kan MartCad een curveschijf reconstrueren zonder originele tekening?
Ja. Met 3D-scanning kan het bestaande profiel nauwkeurig worden vastgelegd. Vervolgens kunnen de curvevorm, de followerverplaatsing en de onderlinge relatie tussen de profielen worden gereconstrueerd in CAD.
Een bestaand machineonderdeel aanpassen zonder originele CAD-data?
MartCad combineert 3D-scanning, reverse engineering en CAD-engineering om niet alleen de vorm, maar ook de functie van bestaande onderdelen te reconstrueren en gericht aan te passen.
