This thesis was carried out at Atlas Copco Industrial Technique in Nacka, Sweden. Atlas Copco is a world leading manufacturer of industrial tools for a wide range of industries. One application is semi-automatic drilling machines for the aerospace industry. The latest trend for such tools is moving in a direction of increased control and traceability. The purpose of this thesis was to investigate the possibility of replacing the pneumatic motor in an industrial semi-automatic drilling machine, PFD1100, with an electric motor and explore the possibilities such design would enable. The two main priorities for the thesis have been: Investigate the capacity of an electric motor developed by Atlas Copco and find out if it’s suitable for use in drilling applications. Develop concepts for a new driveline, solving the two core functions of the drill - spindle rotation and spindle feed. The thesis has been limited to use the electric motor from an existing nutrunner and carry over the design for the spindle mechanism from the PFD1100 drilling machine. A background study was conducted of the aerospace industry in general and drilling applications in particular. The authors made a study visit to Airbus production facilities in Hamburg to get a better insight of where and how the tools are used. The background study supported the need for an electric drilling machine, targeted at smaller hole sizes and stack drilling applications. A hybrid prototype machine was designed and manufactured consisting of the driveline from the PFD1100 drilling machine and the motor and electrics from an electric nutrunner. The purpose of the prototype was to verify analytical calculations of the mechanical drilling power through physical testing, and investigate how the machines would behave with an electric motor. The prototype showed promising results with respect to drilling performance and basic adaptive drilling. The electric motor from the nutrunner was tested in a power test rig and the results were used to adapt an existing MATLAB script for estimating motor and inverter losses. With the adapted script provided by Atlas Copco, the gear ratio for the drilling machine could be optimized to minimize losses in the motor and electrical systems. Finally, concepts for a transmission between the electric motor and the spindle mechanism was generated and evaluated with a weighted Pugh’s evaluation matrix. Concepts focused on achieving a tool with minimum size and weight as well as expanding the tool functionality. The most promising concepts according to the evaluation were those that offered a compact and robust solution. To minimize resources and time to market, these concepts could offer a good starting point for continued develpoment. / Detta examensarbete utfördes vid Atlas Copco Industrial Technique i Nacka, Sverige. Atlas Copco är världsledande leverantör av industriella verktyg till olika typer av industrier, bland annat flygindustrin. Semi-automatiska borrmaskiner har använts inom flygindustrin i flera år och trenden för sådana verktyg rör sig i riktning mot ökad kontroll och spårbarhet. Syftet med arbetet var att undersöka möjligheten att ersätta den pneumatiska motorn i en industriell semi-automatisk borrmaskin, PFD1100, med en elektrisk motor samt utforska de fördelar som en sådan konstruktion kan medföra. De två huvudprioriteringarna var följande: Undersöka kapaciteten hos en elmotor utvecklad av Atlas Copco och hur den lämpar sig för en borrmaskin. Utveckla koncept för en ny drivlina som löser de två huvudfunktionerna rotation och matning av borrspindeln. Examensarbetet avgränsades till att använda motorn från en befintlig mutterdragare och grundprincipen från PFD1100 borrmaskinens mekanism för spindeldrivning. I en bakgrundsstudie undersöktes flygindustrin i allmänhet och borrningsapplikationer i synnerhet. Författarna gjorde ett studiebesök hos Airbus produktionsanläggning i Hamburg för att se hur verktygen används och vilka behov som finns. Från bakgrundsstudien drogs slutsatsen att en elektrisk maskin bör rikta in sig mot mindre hålstorlekar och tillämpningar av stackborrning. En prototyp konstruerades bestående av drivlina och spindeldrivning från PFD1100 och motorpaket och styrning från en elektrisk mutterdragare. Syftet med prototypen var att verifiera teoretiska beräkningar av den mekaniska borreffekten och få en ökad förståelse för maskinens beteende med en elmotor. Prototypen visade lovande resultat med avseende på borrning och kunde även utföra adaptiv borrning i viss utsträckning. Den elektriska motorn testades i en effektprovrigg och resultatet användes för att anpassa ett befintligt MATLAB-skript för beräkning av motorförluster. Skriptet, som tillhandahölls av Atlas Copco, användes för att optimera utväxlingen för verktyget i syfte att minimera effektförluster i motor och elektronik. Flertalet koncept genererades för rotation och matning där några av koncepten skulle ge ett så kompakt verktyg som möjligt med låg komplexitet, medan andra koncept fokuserade på utökad funktionalitet. Koncepten utvärderades med en viktad Pughs utvärderingsmatris. De mest lovande koncepten enligt konceptutvärderingen var de som erbjöd en kompakt och robust lösning som tillämpar kända tekniska principer. Om resurskrav och tid till marknad ska minimeras så kan dessa koncept utgöra en bas för fortsatt utveckling.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-218028 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Hallberg, Daniel, Ringdahl, Patrik |
| Publisher | KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2017:100 |
Page generated in 0.0026 seconds