97
ME 250 DESIGN AND MANUFACTURING I Fall 2015 PROJECT TITLE Team 33 ME 250 Section 003, Team #3 Team Members Julia Roth Shadae BoakyeYiadom Jolene Xin Wei Ng Jonathan Bruns Jarred McDuffey 1

ME250 Final Report

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ME250 Final Report

  ME 250 DESIGN AND MANUFACTURING I 

Fall 2015   

PROJECT TITLE Team 33 

ME 250 Section 003, Team #3 Team Members 

Julia Roth Shadae Boakye­Yiadom 

Jolene Xin Wei Ng Jonathan Bruns Jarred McDuffey 

   

   

Page 2: ME250 Final Report

  Table of Contents  

1. ABSTRACT 2. INTRODUCTION 

2.1 Problem Statement 2.2 Background of the Michigan Ninja Relay Competition 

3. PROTOTYPE DESIGN 3.1 Squad and Zone Strategy Selection 

3.1.1 Squad Strategy 3.1.2 Zone Strategy 

3.2. Functional Requirements, Specifications, and Target values 3.2.1 Pick Up Cubes: Two Cubes at a Time 3.2.2 RMP speed: 2.69 inches/sec 3.2.3 Push the Largest Block: 3.75lb 3.2.4 Reach a height above the goal: 12 inch 3.2.5 Transportation and Safe Delivery of Cubes 3.2.6 Competition Size Specifications 

3.3 Design Concepts and Subsystems 3.3.1 Preliminary Design Concepts 3.3.2 Pugh Chart 3.3.4 Design Selection 3.3.4 Final Design Development 

Figure 2 shows the sketch of the RMP’s final design concept. 3.4 Analysis 

3.4.1 Motor Selection 3.5 Final Design and CAD Model (6 points) 

4. PROTOTYPE MANUFACTURING 4.1 Manufacturing Process 

4.1.1 Manufacturing Plans and Resources 4.1.2 Challenges 

4.2 Bill of Materials 5.   PROTOTYPE TESTING 

5.1 Preliminary Test 5.2 Scrimmage Results and Redesign Based on Scrimmage 5.3 Discussion of Competition Results 

5.3.1 Competition Winners 5.3.2 Our RMP and Squad Performance 5.3.3 Possible Improvements 

6.1 Project Summary 6.1.1 Design Overview 6.1.2 Design Evaluation 

6.2 Recommendation for Mass Production 6.3 Future Project Ideas 

Page 3: ME250 Final Report

7.     REFERENCES 8.     ACKNOWLEDGEMENTS APPENDICES: 

APPENDIX A: Preliminary Design Concept Sketches Appendix B: Calculations and Analysis 

B.1 Motor Selection B.2 Position of Shovel Axles B.3 Center Distance between Timing Belt Pulleys B.4 Stopper Height 

APPENDIX C APPENDIX C: 

C.1 : Items Purchased C.2 Traded Parts: 

 

1. ABSTRACT  This report will outline the design, manufacturing, and testing process of the prototype of our Robotic Machine Player (RMP). It gives background to the assignment presented and describes the respective zone strategies and functional requirements of our RMP. We will detail the initial design concepts and subassembly systems prior to manufacturing, and expound on our decision and evaluation process. This report will then continue on to elaborate about the actual manufacturing process, resources used, and the ways our design was refined and developed in response to testing and further scrimmage. Finally, we will provide a summary of the competition results, and will conclude with recommendations for future mass production goals and project ideas.  

2. INTRODUCTION 2.1 Problem Statement Our team was assigned to design, develop and build a RMP to compete in zone 4 of the Michigan Ninja Relay Competition. The RMP was to work together with other teams in the lab section, or squad, and score as many points as possible for the whole squad.   2.2 Background of the Michigan Ninja Relay Competition The competition was held during the ME250 Design Expo between the various squads. Each squad had four teams, and each team was assigned a quadrant of the arena, coined as a zone. The designed RMP was required to satisfy a size limitation, and could only be manufactured from the resources as stated in the game description. Each zone was unique and had its own obstacle. Zone one had a pyramid terrain, zone two was flooded with a sea of ping­pong balls, zone three was hindered by a maze, and zone four had large blocks surrounding both the RMP and the goal basket, obstructing the pathway throughout the zone. Each squad had three minutes to work together to score as many points as possible. Teams would control their RMP 

Page 4: ME250 Final Report

and pick up 1.5” plastic cubes either from the RMP directly before or from its own zone and pass them to the next zone. The zone boundary walls had holes. Cubes could either be passed over the wall or through these holes. In the case of zone four, cubes were dropped into the basket. Table 1 shows the corresponding points scored when cubes were successfully passed over specified zones or to the goal basket.   

initial zone  1  1  1  1  1  2  2  2  2  2  3  3  3  3  3  4  4  4  4  4 

final zone  1  2  3  4  G  1  2  3  4  G  1  2  3  4  G  1  2  3  4  G 

score  0  1  3  5  7  0  0  1  3  5  0  0  0  1  3  0  0  0  0  1 

Table 1: Scoring table 

3. PROTOTYPE DESIGN 

3.1 Squad and Zone Strategy Selection  3.1.1 Squad Strategy All RMP’s would be mobile and would pass blocks over walls. Whenever cubes from multiple zones exist in any zone, cubes from the earliest zones would be given priority. There would be direct interaction with RMP1 and RMP2. RMP2 would retrieve some of its own cubes at the beginning of the relay. RMP3 would retrieve some of its own cubes initially and subsequently return to its start position to receive cubes from Zone 2. RMP3’s construction should make it capable of traversing the narrow, more direct maze option.  3.1.2 Zone Strategy We were assigned zone 4. Our zone strategy was to first push out of the enclosure made by the obstructing blocks and head downwards and then towards the border between Zone 3 and 4. Obstacles in the path would be pushed out of the way. As soon as cubes were passed over from RMP3, a clear path should have already been made between the border of zone 3 and 4 and the goal. Figure 1 shows the RMP travel path strategy. RMP4 will aim to keep running between picking up cubes and passing them to the goal. The only scenario that RMP4 will interact and receive cubes from RMP3 is if they happen to be at the border at the same time. The RMP should be able to pick up 2 cubes at a time, and be highly mobile in order to efficiently carry multiple cubes to the goal in a single trip. The RMP should also be able to hold cubes without them sliding out. This minimizes the risk during the transportation of cubes to the goal. The RMP must then lift the cubes up by 12” and drop them into the goal.  

Page 5: ME250 Final Report

 Figure 1: RMP Travel Path Strategy 

3.2. Functional Requirements, Specifications, and Target values 3.2.1 Pick Up Cubes: Two Cubes at a Time The RMP should be able to pick up two cubes at a time. Our initial aim was to be able to pick up three cubes at a time, however the development of our final design affected this criteria and the size limitations restricted the number of cubes the RMP could carry. The RMP should also be able to prioritize and pick up cubes from the previous zones first regardless of the orientation they were positioned in. In order to pick up two cubes, the weight the RMP was required to lift was 2X, where X is the weight of one cube.   3.2.2 RMP speed: 2.69 inches/sec The approximate maximum distance the RMP would travel is the diagonal of the zone, which is approximately 80.7”. The RMP would require to travel back and forth from the border of zone 3 and 4 to the goal, and our aim was for this whole process to ideally take one minute. By taking this distance and dividing it by time, we estimated the stated value for our desired speed.  3.2.3 Push the Largest Block: 3.75lb The force the RMP exerted on obstacles should be large enough to overcome the static friction of the largest block when accelerating from rest. The magnitude of this pushing force required, F = 2.5lb was found using a tension rope. A safety factor of 1.5 was applied on this pushing force. This was to ensure that the RMP was able to move blocks easily and would not get stuck among the obstacles.   

Page 6: ME250 Final Report

3.2.4 Reach a height above the goal: 12 inch The height of the goal basket was 11 inches above the ground. The RMP should drop the cubes from a point slightly higher than this in order to ensure that cubes fell safely into the goal. This determined the height the RMP should reach and store cubes at ­­ an inch above 11”.  3.2.5 Transportation and Safe Delivery of Cubes The RMP should be able to successfully transfer the cubes into the goal. It can only score points if it is able to deliver cubes to the goal basket. It should also be able to safely pass 2 cubes at a time to the goal.   3.2.6 Competition Size Specifications Each RMP has an initial size limitation of 10” x 10” x 12” at its starting position. It must also fit a control box of around 5” x 2.5” x 2.15” with a battery of size 2.8”x 2”x 0.6” mounted on top.   

3.3 Design Concepts and Subsystems 3.3.1 Preliminary Design Concepts Design 1, the shovel, was for the RMP to pick up cubes with a dustpan. Rack and pinions would run on both sides. The shovel would be attached to the rack and thus would be lifted when the rack extended upwards. Cubes would be picked up by pushing them against the wall. The shovel had a weight attached to the back end, which would generate a moment and allow it to pivot on its back edge when lifted. This allowed for the safe storage of cubes in the shovel. At the ideal lifted height, the shovel would hit a triangular stopper, thus tilting it forward and allowing cubes to slide into the goal.   Design 2, the clamp and bring over like a ferris wheel, was for the RMP to have an extending                                     arm clamp. The arm would have two parallel metal plates. One would be motor driven to be able                                   to clamp cubes against the other plate. Lifting would be done by pivoting the arm over the top of                                     the RMP and swinging the clamp over the RMP. Similar to a ferris wheel, the clamp would be on                                     pivots that would allow it to swing freely. This allows the RMP to stay facing one direction and                                   would not require to turn around when picking and passing cubes.    Design 3, the claw, was a bending arm with a claw which would allow the RMP to pick up cubes                                       from above. The claw would have two pincers, which would be connected by gears to one                               motor. The claw would be able to grab a single cube at a time. The bending arm would then                                     unfold and lift the claw. Upon release of the claw, cubes could be passed to the goal.   Design 4, the motorized shovel, was a design similar to the shovel idea. However, this shovel                               would have a motorized hinged base, allowing the base of the shovel to tilt backwards and                               forwards. This would allow cubes to be safely secured while the RMP was moving, and also to                                 slide easily into the goal basket when desired.   The sketches for these designs can be found in Appendix A 

Page 7: ME250 Final Report

 3.3.2 Pugh Chart We constructed a pugh chart and weighed the design concepts against each other on requirements derived mainly from the functional requirements. These include passing cubes, pushing obstacles, lifting, mobility, and other manufacturing considerations. The weights of each requirement were determined based on our best judgement. Our design candidates were scored individually by each team member for each requirement, and the average was then calculated to determine the matrix scores. Table 2 shows the tabulated Pugh chart.     

Requirement  Weight  Design Concept 1: Shovel  

Design Concept 2:  Clamp and bring over like a ferris wheel  

Design Concept 3:  The Claw 

Design Concept 4: Motorized Shovel 

Pick up to two cubes at a time from where RMP3 drops the cubes 

4  0  ­1  ­2  0 

Push away the obstacles blocking the path of the RMP to the goal 

5  0  ­1  ­1  0 

Lift cubes high enough to reach into the goal 

4  0  1  2  ­1 

Dropping cubes into the goal 

4  0  1  2  0 

Ease in re­picking up cubes that fall off the RMP or that fall in areas not planned 

3  0  2  2  0 

Durability   1  0  ­1  ­1  0 

Manufacturability  3  0  ­1  ­3  0 

Creativity  1  0  1  1  0 

Page 8: ME250 Final Report

Mobility   2  0  0  1  0 

Speed  2  0  0  0  0 

Able to safely secure cubes while travelling between the border and the zone 

3  0  ­2  ­1  0 

Total    0  ­4  ­1  ­4 Table 2: Pugh Chart 

 3.3.4 Design Selection From the Pugh chart, we settled on Design 1. This was not only due to its highest score, but also because we believed that it was the most efficient in completing the required task and would be the most straightforward to manufacture. Compared to the other designs, Design 1 required one less motor. Furthermore, since RMP3 might not drop all of the cubes in the exact same spot, the ability to pick up more than one cube from multiple areas at a time was a large factor in our design selection. Accomplishing this could significantly reduce the amount of cycles that the RMP would have to repeat to pick up and lift cubes.   3.3.4 Final Design Development While building our first mock up, we realized the inability for the design to lift to the desired height. This led to the development of a combined scissor lift and rack and pinion lifting mechanism, where the scissor lift could raise the entire rack and pinion assembly. The sketch for this can be found in Appendix A. However, despite the feasibility of this design concept, our CAD model revealed that the space restriction only allowed the scissor lift to add less than an inch in height. It was not only substantially harder to manufacture due to its complexity and additional components, but also impractical to assemble. In addition, manufacturing a direct connection between the shovel and the rack was not ideal, where it would require us to press fit a length of sheet metal into the back of the rack. This raised the need to connect the shovel to the rack using a different method.   After further brainstorming, we introduced a pulley and string of a fixed length into the lifting subassembly. Instead of using racks on both ends of the shovel, we decided to lift the shovel by a single rack in the centre of the RMP. This evolved design solved the problem in connecting the shovel to the rack, enabled the RMP to lift to the desired height, and was also much simpler to manufacture. This final design still retained the same weight idea, as this was manufacturable and did not require additional motors for tilting the shovel.    3.3.5 Final Design Concept 

Page 9: ME250 Final Report

Our final design concept had three main subassemblies: the lifting subsystem, the weight tilting assembly, and the bumper driving system.   The lifting subsystem was similar to that of a forklift. The shovel, pulley, and slider were the main parts of the lifting subsystem. The shovel was connected to a slider that slid up and down the back of the rack based on the work done by the pulley system. RMP4 would pick up cubes by pushing them with the shovel against the zone boundary of zone 3 and 4. A string of fixed length was attached across the top of the rack and fixed on one end to the RMP’s base. The other end was tied to the slider. As the pinions lifted the rack, the string length from the top of the rack to the ground would be forced to increase on the side tied to the base, and thus decrease on the side of the slider. This raised the slider up the rack holder, lifting the connecting shovel to the desired height — slightly above the rim of the goal basket.   The weight tilting assembly involved a weight and the shovel. There was a weight attached to the back of the shovel, and the shovel was free to pivot on its axles. As soon as the shovel was lifted, the weight generated a moment along the back edge of the shovel, causing it to pivot backwards. This allowed cubes to slide into the shovel and be safely secured in the shovel during their transportation across the zone. Upon reaching the goal basket, the shovel was lifted to a height where it would hit a triangular stopper. This forced the shovel to tilt forward and allowed cubes carried to slide into the goal.   The bumper driving system involved the motorwheels of the RMP and the bumper. The bumper was static, and attached at the back of the RMP. It was utilized to push the blocks in the zone obstructing the path of the RMP out of the way. The bumper was intended to evenly distribute the pushing force, and thus maintain the RMP’s stability while pushing. This driving system also involved two planetary gearbox motors that supplied power to efficiently push with the necessary driving force. Figure 2 shows the sketch of the RMP’s final design concept.  

Page 10: ME250 Final Report

  

Figure 2: RMP’s Final Design Concept Sketch  

3.4 Analysis  Refer to Appendix B for the respective calculations.   3.4.1 Motor Selection For the motors used to drive the RMP, its primary objective was to be able to push the large block obstacles throughout the zone. As measured previously in our functional requirements, the total pushing force the RMP should exert on obstacles, F = 3.75lb. A safety factor of 1.5 was applied on the pushing force required. This implied that each motor should at least be able to provide a driving force of 1.875 pounds (8.34 Newtons). For this requirement we decided to utilize two planetary gearbox motors, each with a gear ratio of 400:1.   3.4.2 Position of Shovel Axles and Weight 

10 

Page 11: ME250 Final Report

From the CAD models, we found the location of the center of mass of the shovel. From this, we calculated a suitable distance where we could position the axles. We wanted the weight of the shovel to ideally play a role in tilting the shovel backwards, as we were afraid that the actual weight required might need to be larger, introducing unnecessary weight into the system. Also, we decided to place the weight aligned with the base of the shovel, as we wanted the line of action of the weight to line up with the axle at a reasonable angle when tilted back.   3.4.3 Center Distance between Timing Belt Pulleys Due to the introduction of the table, the center of motor shaft driving the timing belt pulley would be lifted to a height of 5” from the base. Using the CAD model, we found a rough distance between the pulleys, and eventually shifted the motor slightly to that we could get a value close to the actual center distance as calculated from the SDP/SI Center Distance Designer.   3.4.2 Stopper Height The stopper height was calculated after the introduction of the table. This height was essential as it would be the height we wanted the shovel to tilt at. We worked from calculating the ideal height of the shovel, and since the rack holder had a fixed length, we found a rough distance from the top of the rack holder to the base of the RMP. Using the fixed length of the string, we calculated the distance of the stopper from the top of the rack holder.   

3.5 Final Design and CAD Model (6 points) Refer to Appendix C for all drawings and manufacturing plans.   3.5.2 From Sketch to CAD While working on the CAD, we realized the need to create space for the control box. This led to                                     the building of a small table which could create space and hold the control box under the motor                                   driving the pulley. The dimensions of the table could only be found from measuring distances on                               the CAD. From the CAD, we also realized that the weight might be too heavy and result in                                   flipping the shovel when no cubes were carried. Thus we designed a weight backing plate and                               attached it onto the rising shovel holder as a precaution to limit the angle the shovel could tilt                                   backwards. In the development of the CAD model, we modelled the angle we wanted the shovel                               to tilt back and then positioned the weight plate to be at a suitable distance from the shovel.                                   Also, we only realized that the stoppers would be at a height too tall after building the CAD                                   model. This prevented the shovel from being able to hit the stopper at the desired height. Thus                                 we had to calculate a suitable height for the stopper to be at and designed the stopper to extend                                     the tip of the stopper to reach that height. In addition, the placements of most components could                                 not be determined until we started working on the CAD. This included the pillowblocks, motor                             wheels, rack holder and the alignment of holes. We could only find out that things would                               interfere with each other from the CAD model. Figure 3 shows the CAD for the final RMP design                                   concept. 

11 

Page 12: ME250 Final Report

 Figure 3: CAD of Final RMP Design Concept 

  3.5.1 Design Details and Justification The lifting, weight tilting and bumper driving subsystems together were split into the following                           assemblies:  Inner Rack Holder Assembly: The rack holder had to have an extruded rectangular cut with a                               slot to allow for an external slider to slide inside it while constraining its movement in the x and y                                       axis. It also had to have a hole for the pulley rod to fit inside, and tapped holes to attach the                                         stopper and rack to. The length of the rack holder was derived from maximizing the height limit.                                 We wanted to fit a decent length of the rack while still fitting into the size limitations. The                                   stoppers were triangular shaped in order to tip the shovel. It also had to be extended                               downwards as we wanted it to hit the shovel at the ideal height.   Outer Rack Holder Assembly: The rack outer holder had to constrain the inner rack holder, and                               yet still allow the slider to pass through. It needed to have tapped holes to be attached to the                                     base and for the attaching of the gear supports. The gear shaft was made to hold the timing belt                                     pulley and the pinion gear. The diameter was the bore of the gear sizes and a hole was made to                                       secure the pinion gear to the shaft via a spring pin. The gear supports had a hole to support the                                       

12 

Page 13: ME250 Final Report

gear and extending arms to hug the outer rack holder. They were also angled in order to provide                                   further horizontal support to the outer rack holders. The gear mount block were used as a                               means to attach the gear supports to the RMP, thus it was rectangular in shape where it was                                   perpendicular to both the gear supports and the base of the RMP. The pillow blocks were                               mostly similar as to the one in the base assembly. They were cut from angled stock, reamed                                 and drilled. They were dimensioned to be the length of the outer rack holder.   Rising Shovel Holder Assembly: The rising shovel holder needed to have tapped holes to attach                             the shovel arms and weight backing plate to, and clearance holes for the pulley strings to pass                                 through. It also needed a square sliding head where it was meant to slide smoothly up and                                 down the rack holder. The giant ellipsed cut in the center was intended to reduce the amount of                                   material used and thus make it lighter. The rack holder could only be placed in the center of the                                     base due to interference with the motorwheels if pushed any nearer the edge, while the shovel                               was at the front of the RMP at the floor. Thus, the slider was also relatively long as it needed to                                         connect the rack holder to the shovel. The shovel arms were L­shaped, as they had to not only                                   extend out from the rising shovel holder, they also had to extend downwards, where the base of                                 the RMP was higher off the ground and the shovel had to sit flat on the ground. The width of the                                         arms were selected in order to provide sufficient clearance for the holes and for the pulley                               string. The weight backing plate had to be attached to the rising shovel holder, and had to be                                   large enough to be in contact with the back of the shovel, but not unnecessary large. The shovel                                   axles had to have grooves to place e­clips to constrain unwanted movement of the shovel. It                               was also not unnecessarily long to cause interference with cubes picked up in the shovel.   Shovel Assembly: The shovel had to be made out of two parts. The shovel front utilized sheet                                 metal which could easily be bent to form a U­shape. Triangular sides were chosen for it to only                                   tilt in one direction upon hitting the stopper. The shovel back was a rectangular plate where it                                 could form an enclosure with the shovel front. The weight was a rectangular block to allow it to                                   line up flat against the back of the shovel.   Figure 4 shows the before lifting and at ideal height instants of the weight tilting system. As shown, the weight allows the shovel to tilt back, while the weight backing plate prevents it from over tilting. When the base of the shovel reaches 12”, the tip of the stopper triangle would hit the sides of the shovel. Any further increase in height would cause it to tilt forward.  

13 

Page 14: ME250 Final Report

 Figure 4: Weight Tilting Mechanism 

   Base Assembly: The Base was made with acrylic, and had holes to mount the motors and pillow                                 blocks. There was a hole in the center to allow wires from the motors to pass through and                                   connect to the control box. The bumper had six holes in it to allow attachment to the pillow                                   blocks. It was rectangular and flat to ensure that it would have maximum surface area contact                               with the block obstacles. Figure 5 shows the flat back surface of the bumper. The hex rods were                                   used where the BaneBots wheel had a hex mount. The connecting motor shafts were designed                             to be able to be press fitted into the hex rod, and a hole was to allow attachment to the motor                                         shaft using a spring pin. The pillow blocks are generally similar, they were made with holes on                                 both faces to allow a secure attachment of perpendicular faces to the base.  

14 

Page 15: ME250 Final Report

 Figure 5: Bumper Driving System 

  

 

4. PROTOTYPE MANUFACTURING  

4.1 Manufacturing Process 4.1.1 Manufacturing Plans and Resources In the process leading up to manufacturing, we acquired knowledge on manufacturing, mounting and assembly through reading instructions from the project resources folder on cTools and through learning from previous project examples. We modelled our design concept on Solidworks, and pulled up available CAD part files from vendor websites. From our Solidworks model, we were able to create detailed engineering drawings and this led to the drafting of the respective manufacturing plans. We also used SDP/SI’s center distance designer tool to calculate the center distance between the timing belt pulleys for use in our prototype model. In the manufacturing of our RMP, we utilized a variety of resources. This includes the mill, lathe, ME250 machine workshop, Duderstadt Center 3D printing cube, waterjet machine, and the CNC laser cutter.   4.1.2 Challenges A difficulty faced was in accurately bending or cutting the sheet metal at the desired marking line using the brake and the bench press. We were required to eyeball the placement of the metal plate, which made it impossible to precisely manufacture our sheet metal parts. Due to this resulted inaccuracy, we encountered issues when lining up the holes between mating parts. The hole placements were not identical to the one planned on the CAD model. This problem affected the assembly of the shovel and the table. In order to counter this, we used the waterjet to cut the clearance holes in the shovel bottom more specifically. We also measured all hole 

15 

Page 16: ME250 Final Report

locations after bending to find the respective mating hole locations instead of following the CAD instructions directly.   Additionally, we were also challenged by the lack of consideration for e­clip clearances. Since we only allocated e­clip grooves and did not display the e­clips on the CAD model, we failed to ensure that the e­clips would not interfere with other parts. It was during assembly that we found out that the screws for the gear supports would block the e­clips for the gear shaft, and that the e­clips on the pulley rod would touch the stopper. In order to resolve this, we remade the gear supports with one less clearance hole.    Another major issue in the manufacturing process was the uneven and inaccurate dimensions of the stock material and parts. Our initial CAD model was based off dimensions stated in the tool kit list and from the mounting examples zip file provided on cTools. During assembly, we realized that the motor bracket dimensions were wrong due to the different gear ratio we used. In addition, the slider did not have a high enough tolerance to slide smoothly in the inner rack holder. We learnt to take precaution against this by first measuring dimensions based on the actual parts. The ideal slider dimensions was measured from the inner rack holder part, and we machined and attached a cube to size on top of the slider to allow it to slide more smoothly.  

4.2 Bill of Materials A complete list of purchased and traded items can be found in Appendix D.  Table 3: Bill of Materials   

Part # 

Description  Material Description 

Dimension  Supplier 

Total Quantity  

Price (USD) 

Justification of Material 

001  Shovel Front  1/16” Aluminum Plate    

2.56” x 22.6”  5.13” x 1.86” 

Kit  1  ­  Easy to be bent to create a box­like holding area for cubes 

002  Shovel Back  ¼” Aluminum Plate 

  Kit  1    Able to add weight and tilt the shovel backwards. Thick enough to enhance sturdiness of the shovel  

16 

Page 17: ME250 Final Report

003  Rack Holder  Aluminum Square Tube Stock ­ 1"x1", 1/8" Wall 

  Kit  1    Square space inside made it convenient to easily fit a sliding piece inside. Sturdy with sufficient thickness. 

004  Rack Outer Holder  

1” x 2” Aluminum Rectangular Stock 

.75” x.52”x 

.52” Kit  1    Able to be cut 

once and made into two large pieces 

006  Stopper   PLA plastic     Kit  2    3D printed as it was an odd shape  

008  weight   

¼” Aluminum Plate 

.6” X 1.7”  

Kit  1    The heaviest material available in the kit that could easily be cut to size 

009  Rack  Nylon rack, 24 pitch 

8.5”  Kit  1     

010  Rising Shovel Holder 

¼” Aluminum Plate 

0.5”x0.5”x0.55”   

Kit  2    Thick enough to slide through the rack holder 

011  Shovel Arm  ¼” Acrylic Plate 

 1.70”x .6”  

Kit  1    Lasercut because of the weird shape and was decently strong 

012  Weight Backing Plate 

1/16” Aluminum Plate 

1” x 0.38”  

Kit  2    Thin and lightweight 

013  Shovel Axle  3/8” Aluminum Rod  

1.515”  McMaster 

2  $1.47 

Multi­purpose Unpolished 6061 Aluminum Chosen because of its diameter size  

014  Gear Supports 

Dowerin Plate 

  Kit  1    Lasercut because it was an odd 

17 

Page 18: ME250 Final Report

  shape and was decently strong   

015  Gear Mount Block 

¼” Aluminum Plate 

  Kit  1    Thick enough to drill holes on all sides  

016  Pinion Gear  24 D.P.,24 Teeth, 20° Pressure Angle, Acetal/No insert spur gear 

  Kit  1      

017  Upper Spur Gear 

48 D.P.,72 Teeth, 20° Pressure Angle, Acetal/No insert spur gear 

1.25”  Kit  1     

018  Gear Shaft  12L14 Carbon Steel Tight­ Tolerance Rod 1/4" Diameter 

  Kit  1    Sturdy and diameter fit the bore of the gears. 

019  Pillowblock  ¼ inch thick Angle Stock  

1” x 1” x 2”  Kit  2    Sturdy and already angled to shape. Provided support 

020  Pulley Shaft  12L14 Carbon Steel Tight­ Tolerance Rod 5/16" Diameter 

  McMaster 

  3.04  Had the same diameter as the pulley’s bore 

021  Pulley  Acetal Pulley for Fibrous Rope  

1”x 0.7”  McMaster 

1  1.80*2 

Large enough to hold a fibrous rope    

18 

Page 19: ME250 Final Report

 

022  Motor Connecting Shaft 

Aluminum rod, 3/8" diameter 

1”  Kit  1    Chosen because sturdy, could be lathed to fit the gear bore. 

023  Lower Spur Gear 

48 D.P.,48 Teeth, 20° Pressure Angle, Acetal/No insert spur gear 

    1     

024  Pulley Rope  3/16” diameter fibrous rope 

34”  Amazon 

1  6.35  Chosen because it was strong and would not 

025  Planetary Motor 

Tamiya 72001 Planetary Gearbox Kit  

  Kit  1     

 

030  Base   Acrylic Plate (6 by 7 inch) 

  Kit  1    Easy to laser jet holes and also sturdy 

031  Motor Table Bottom 

Square Stock 

2”  Kit   2    Sturdy base and the dimensions could lift the platform high enough  

032  Bumper  ¼ inch Aluminum plate 

6” x 7”  Kit  1    Thick and large enough to to spread weight so that pushing wouldn not damage our RMP 

033  Pillow block  ¼ inch stock  

1” x 1” x 1”   Kit  2    Strong and supportive and in suitable 

19 

Page 20: ME250 Final Report

shape 

035  Bearings  Flanged SS bearing 

Flanged SS bearing 

Kit  4     

036  Planetary Motor 

Tamiya 72001 Planetary Gearbox Kit  

­  Kit  2     

037  Front Wheel Axles 

    Kit  2    Sturdy and fit into the hex shape  

038  BaneBots Wheel 

BaneBots Wheel 

2­7/8" x 0.4", 1/2" 

Kit  2    Chosen because these wheels could provide more grip against the ground  

039  Polypropylene wheels 

Polypropylene wheels 

3” 1/4” bore  Kit  2     

040  Table Top Level 

1/16” Aluminum Plate 

    1    Light and could be bent easily 

041  Pillow block bumper 

Aluminum 90 Degree Angle Stock 1"x1", 1/4" thick 

1” x 1” x 1”  Kit  4    Chosen because of its shape 

042  Frontwheel Pillowblock 

Aluminum 90 Degree Angle Stock 1"x1", 1/4" thick 

1” x 1” x 1”   Kit  2    Chosen because of its shape 

044  Front wheel Bushing 

Flanged brass bushing ­  

1/4" ID, 3/8" OD  

Kit  2     

045  Control Box  Delrin Plate     Kit      Chosen 

20 

Page 21: ME250 Final Report

Table Top  because it was pretty sturdy and light and easy to lasercut 

046  Driving Axle  12L14 Carbon Steel Tight­Tolerance Rod, 1/4" Diameter 

    2    High tolerance to prevent shaft from fatigue from torsion motion 

047  Hex Rod  Multipurpose 6061 Aluminum Bar, 1/2" Hex Size 

  Kit  4    Fits inside the wheel 

048  Motorwheel Pillowblock 

Aluminum 90 Degree Angle Stock 1"x 1", 1/4" thick 

1” x 1” x ½”  Kit  2    Chosen because it was sturdy and was the right shape 

049  Table Bottom Level 

 1/16” sheetmetal  

6.65” x 2.6”  Kit  1  Kit  Chosen because it was lightweight and flat, and skinny allowing more room for the control box   

050  Table Bottom Legs 

Square Stock 

2.7”  Kit   2  Kit  Chosen because of its sturdiness and height 

 

  

21 

Page 22: ME250 Final Report

5.   PROTOTYPE TESTING 

5.1 Preliminary Test  Prior to the scrimmage we tested whether two cubes would fit into the shovel in order to satisfy                                   its ability to pick up two cubes at once. We also tested if the weight attached would successfully                                   tilt the shovel far enough backwards to securely hold the cubes. Both of these tests were                               successful and we satisfied both the functional requirements of picking up two cubes at once                             and in successful delivery to the goal. We also tested if each motor wheel was fully functional                                 prior to the scrimmage. We noticed that one of the motors attached to the wheel failed to run                                   smoothly. To fix this motor wheel, we greased the inside of the planetary gearbox and filed                               down the rough edges of the gears. We also measured the dimensions of the RMP to ensure                                 that the existing manufactured robot was within the size specifications.  

5.2 Scrimmage Results and Redesign Based on Scrimmage Prior to the scrimmage, we discovered that the slider would get stuck while going up and down the rack as a result from the moment applied to it by the string or from the weight of the shovel. In order to rectify this, we attached a rectangular cuboid to the slider to minimize the angle it could tilt and thus prevent jamming. After retesting, the cuboid improved the smoothness of the slider, however it was attached with glue and would shift slightly when force was applied. Also, the slider still ultimately jammed on its way down. This was due to the fact that the majority of the rack holder was not horizontally constrained, and did not move vertically upwards when lifted. There was only pressure where the pinion was in direct contact with the rack and this contributed to the failure of the sliding assembly.   In addition, we also found out that one of the pillow blocks did not align correctly with the holes on the bumper, thus affecting the assembly of the bumper to the RMP. Therefore, this had to be remade and hole locations had to be changed.  During the scrimmage, we realized the rack was not in contact with the pinions, where the pinions were placed too far out. This required us to modify the design. The hole for the gear shaft on the gear supports was brought closer to the rack and the gear supports were laser cut again. This change also required us to shave the edge of the outer rack holder slightly in order to prevent interference between the gear shaft and the outer rack holder.  

5.3 Discussion of Competition Results  5.3.1 Competition Winners In the Michigan Ninja Relay competition, Squad 4 won the 1st place with a score of 13 points, and Squad 7 follows behind in 2nd place with a score of 10 points. In 3rd place comes Squad 10 and Squad 2, with a tie of 5 points, and in 4th place is Squad 6 with a score of 4 points.  

22 

Page 23: ME250 Final Report

5.3.2 Our RMP and Squad Performance In the course of the control box setup period, we struggled with identifying the corresponding motor wheel wires. In addition, some of the male electrical connectors were not attached securely enough to the motor wires and fell out easily. This caused us to be pressed for time when hooking up the RMP to the control box in the given time frame.  During the actual competition, the RMP’s right wheel motor malfunctioned. This resulted in the RMP failing to have sufficient force to push its way out of the surround obstacle blocks, and was immobilized to transport cubes across the zone. Similarly, the other teams in our squad were held back by the difficulty in overcoming their individual zone obstacles. This led to the decision for our squad to pick up cubes from our own zones instead of any necessary prioritization. However, our squad ultimately failed to transport any cubes successfully across the zones and earned no points during the competition.   5.3.3 Possible Improvements To improve the performance of our RMP, we should verify that all motors function properly on the actual day of the competition. Grease could also be applied liberally on all the gears and bearings to ensure a smooth flow between any rotating torque transmission systems. In addition, we should have labelled the connecting wires in the RMP, organized them with a cable tie, and ensured that all male connectors were crimped tightly to motor wires beforehand to ideally execute a more efficient setup process.   To achieve a better overall squad performance, we could have carried out a trial run prior to the competition day in order to gain experience, test the feasibility and efficiency of the squad strategy, and identify any issues neglected.  6. DISCUSSION AND RECOMMENDATIONS  

6.1 Project Summary  6.1.1 Design Overview In summary, the project required us to design and manufacture an RMP capable of satisfying three major functional requirements. Firstly, the RMP needed sufficient power to push blocks out of its way. Secondly, it had to reach a height of twelve inches while staying within the size restrictions at the start of the match. Lastly, it had to be able to safely pass cubes to the goal. In order to facilitate the execution of these functions, our final RMP design consisted of the following three subsystems: a bumper driving system, a lifting subsystem and a weight tilting mechanism. The driving system utilized two planetary gearbox motors for sufficient power to push the blocks, and the attached bumper was intended to evenly distribute the pushing force and maintain stability while pushing. The lifting mechanism involved a rack and pinion and pulley assembly. This system worked similar to the lifting mechanism of a forklift. Pulleys were attached to the rack with a string of a fixed length which was pinned on end to the base, raising the shovel as the rack lifted. The weight system would generate a moment on the back of the shovel and cause it to pivot backwards when lifted, and the stoppers would force the shovel to 

23 

Page 24: ME250 Final Report

tilt forwards when at the ideal height. Minor design considerations include a table subassembly built to create clearance space for the control box.  

 6.1.2 Design Evaluation The rack and pinion forklift subsystem could be successful in lifting the shovel to the desired                               height. However, the major failure in this design was the belt size chosen. The timing belt used                                 was from the MXL series, and the tooth pitch was too small to ensure a good grip between the                                     timing belt pulleys. Thus the belt would jump easily and failed to lift the rack. Furthermore, there                                 was a lack of constraints in keeping the rack holder vertical, and this affected its ability to lift the                                     shovel. This design should definitely implement an additional part that would restrict the rack                           holder to only vertical motion. Lastly, the slider would jam in the rack holder while it was being                                   raised as a result from the moment applied to it by the load carried. This component required a                                   very high tolerance for a perfect fit, however, the odd shape of the slider prevented us from                                 easily machining it to perfect size. With our given time restrictions, we could only counter this                               problem by sanding the edges of the slider and making a temporary cube to glue onto the                                 existing slider. The cube did improve the smoothness, however attaching it with glue was not                             ideal. In the future, a perfectly machined sliding cube above and below the slider itself could be                                 attached to ensure a better constraint on the slider sides.  The weight tilting mechanism was successful in tilting the shovel as desired. It allowed the                             shovel to tilt back perfectly while carrying cubes, and allowed the shovel to tilt forward upon                               hitting the stoppers. The only flaw in this design is that it is very specific. If a heavier shovel load                                       or different shovel height was desired, the weight tilting mechanism alongside the stopper height                           would have to be recalculated.   The bumper driving system was a failure due to the inability to successfully drive the RMP out of the obstructing blocks. The decision to use planetary motors might not have been ideal due to its plastic composition, where the gears could easily jam. The metal gearmotor could have been a stronger alternative. Furthermore, the weight of the RMP itself was not considered and this might have affected the driving force the RMP could push with. The bumper however was a decent idea, where its surface area covered more than half of one face of the obstacle blocks.   The additional table subassembly was also an essential feature in the design. It provided clearance to place the control box. However, it made it difficult to access the control box due to the table top, and this affected our performance. In the future, this table design could possibly be improved to include a sliding tray to slide the control box out. Alternately, the rack holder could be shifted to provide space to mount the control box at the side.  Based on our current experience, we would have definitely done more calculations and analysis at the start. We could have modelled the RMP and obtained the relevant properties from the CAD, and from there verify that the motors chosen were strong enough. We would also have installed a timing belt pulley with a larger pitch to prevent the belt from jumping teeth. In 

24 

Page 25: ME250 Final Report

summary, it would be wise to have started the design process earlier. Using time effectively was a major component of this course. It was only during the actual manufacturing of the RMP when we identified problems that impacted its performance. Overall, the whole project was a huge learning experience in terms of team coordination, mechanical design, manufacturing, and in learning to use the machine shop.  

6.2 Recommendation for Mass Production For mass production, we would have to consider the manufacturing costs and time efficiency in manufacturing. 3D printing is a manufacturing process likely to be eliminated as it is not time efficient and the printing material is also relatively costly. This applies mainly to the RMP’s stoppers. Instead, aluminium could be used instead to perform the same task and yet be manufactured in much less time. To further enhance manufacturing efficiency, parts such as the shovel back, weight plate, table legs and weight could be cut instead using resources such as the waterjet or laser cutter, which can be preset to accurately and efficiently cut out measurements as compared to utilizing human labor. Lastly, fasteners could be used more instead of tapping the pillow blocks, where tapping is a more tedious process. 

6.3 Future Project Ideas For future projects, it would be interesting to see a sports game type competition, possibly such as soccer with the use of RMPs. The squads could come up with many strategies such as how many defensive bots or offensive bots they would want. This freedom of choice would definitely inspire many new creative ideas and strategies. It might also build further enthusiasm among students due to the popularity of such sports throughout the world.  

7.     REFERENCES ● ME 250 lecture slides  ● ME 250 staff and Faculty(Trevor Sultana, Michael Umbriac, and all other GSI’s) ● Machine Shop faculty (Toby Donajwoski, John, and Charlie)  ● SDP/SI Center Distance Designer, from http://sdp­si.com/estore/centerdistancedesigner  

8.     ACKNOWLEDGEMENTS Firstly, we would like to thank our GSI, Trevor Sultana, for his patient supervision and advice throughout the whole process, beginning with the strategy and ending with the competition at the Design Expo. We hope you get better soon and wish you all the best.  Besides our GSI, we want to thank Michael Umbriac and Professor Kazuhiro Saitou for their lectures, John, Charlie and Toby from the Machine shop for the help and advice they provided while planning and manufacturing the parts and all the other GSIs for their help in overcoming difficulties. Next, we want to thank our peer mentor Amy Liu as well as the Water­Jet staff for their assistance.  

25 

Page 26: ME250 Final Report

Finally, we would like to thanks Shell for sponsoring the ME 250 project.   

 

APPENDICES:  

 

APPENDIX A: Preliminary Design Concept Sketches A.1 The Shovel 

   

26 

Page 27: ME250 Final Report

A.2  The Clamp 

 A.2.1 The Clamp 

 

27 

Page 28: ME250 Final Report

 A.3 The Claw 

 A.3.1 The Claw 

     

28 

Page 29: ME250 Final Report

 A.4 The Motorized Shovel 

 A.4.1 Motorized Shovel Design 

 

29 

Page 30: ME250 Final Report

 A.4.2 Details of Motorized Shovel Mechanism 

          

30 

Page 31: ME250 Final Report

           A.5 The Developed Shovel with Scissor Lifting mechanism 

 A.5.1: Rack and Pinion and Scissor Lifting Mechanism for Shovel 

 

31 

Page 32: ME250 Final Report

 A.5.2 Detail of Scissor Lifting Mechcanism. When lifted and closed. 

 A.5.3 View of Combined Scissors and Rack holder Lifting Mechanism 

32 

Page 33: ME250 Final Report

Appendix B: Calculations and Analysis B.1 Motor Selection  The following analysis justifies our use of these motors:   Wheel radius (r) = .0381 m  Safety factor (fs) = 1.5  Force to push (F) = 5.56 Newtons   TD = fsFr = (1.5)*(5.56)*(0.0381) = .3178 Nm   Ts = 0.0173 Nm  n0 = 13600 revolutions per minute   TD ≤ ɣ*M*TS   = 15*400*.0173 = 1.038  and .5889 ≤ 1.038  Therefore the 400:1 Planetary gearbox motor will be effective to use for pushing the blocks out of the way.  B.2 Position of Shovel Axles From the CAD, Figure B.2 shows the following properties of the shovel (the origin was on the plane at the back of the shovel).   

 Figure B.2.1 Shovel Properties  

x = 0.44  y = 0.72  The shovel is symmetric about the z plane running through its center , thus we only need to consider the x and y points of its center of mass.   Figure B.2.2 details the reasons why we placed the axles at that location, where we wanted the weight of the shovel to play a role in helping to tilt the shovel backwards, but at an angle that would not be too extreme.  

33 

Page 34: ME250 Final Report

 Figure B.2.2 Shovel Axle Location Calculation 

   

34 

Page 35: ME250 Final Report

B.3 Center Distance between Timing Belt Pulleys Figure B.3 shows the CAD model used to measure the distance between the timing belt pulleys.

Figure B.3.1 Horizontal Distance, x  = 0.98055” Vertical Distance, y = 3.249” By Pythagoras Theorem, Center Distance  = sqrt[(x)^2 + (y)^2)] 

  = sqrt[(0.98055)^2 + (3.249)^2] = 3.3937” 

 Figure B.3.2 shows the use of SDP/SI’s Center Distance Designer. We initially got a desired center distance, and then moved the motor horizontally to match it with the actual center distance calculated in the distance designer application. The 28 tooth timing belt pulley was chosen based on the diameter. Since the height of the motor shaft would be 0.656” above the table, the radius of the pulley had to be less than this distance, and this was a pulley in stock and within this value. The 42 timing belt pulley was chosen with similar justification, we did not want it to be too big to interfere with the screws on the outer rack holder. Thus we chose a 

35 

Page 36: ME250 Final Report

reasonable sized pulley which could still increase the torque as seen from the pulley ratio. The belt pitch was chosen based on the idea that it would fit onto the spur gears. However we have realized that this was not the case and that we needed a belt with a larger tooth pitch in order to successfully lift the shovel and prevent the jumping of teeth.    

Figure B.3.2 SDP/SI Center Distance Designer               

36 

Page 37: ME250 Final Report

 B.4 Stopper Height 

 Figure B.4.1: String Length Calculation at Start 

Figure B.4.1 shows the starting positions of the lifting subsystem. One end of the string (green in color) is attached to the table top at a height of 4.35 above the ground, while the other end is tied to the slider. It is assumed that l1 is approximately the length of the rack holder: 9.5”. In addition, the pulley’s radius makes the approximate vertical distance from the top of the pulley to the tabletop to be 9.55”  Then, the initial starting distance from the top of the pulley to the table top is approximately = 9.55” ­ 4.35” = 5.2”  and the top of the pulley to the holes in the rising shovel holder (which does not lie flat on the base) is approximately 9.23” as measured from the CAD model.  Figure B.4.2 continues to show the instant when the shovel reaches the ideal height, that is when the base of the shovel is 12” above the ground. From there, it is possible to find the distance l2, the distance from the top of the rack holder that the tip of the stopper should be.  

37 

Page 38: ME250 Final Report

 Figure B.4.2 Instant when Shovel is at Ideal Height 

     

38 

Page 39: ME250 Final Report

 

 APPENDIX C C.1: Drawings

39 

Page 40: ME250 Final Report

40 

Page 41: ME250 Final Report

41 

Page 42: ME250 Final Report

 

 

42 

Page 43: ME250 Final Report

43 

Page 44: ME250 Final Report

44 

Page 45: ME250 Final Report

45 

Page 46: ME250 Final Report

46 

Page 47: ME250 Final Report

47 

Page 48: ME250 Final Report

48 

Page 49: ME250 Final Report

49 

Page 50: ME250 Final Report

50 

Page 51: ME250 Final Report

51 

Page 52: ME250 Final Report

52 

Page 53: ME250 Final Report

53 

Page 54: ME250 Final Report

54 

Page 55: ME250 Final Report

55 

Page 56: ME250 Final Report

   

56 

Page 57: ME250 Final Report

  

 

57 

Page 58: ME250 Final Report

 

  

58 

Page 59: ME250 Final Report

 

59 

Page 60: ME250 Final Report

  

 

60 

Page 61: ME250 Final Report

61 

Page 62: ME250 Final Report

   C.2 : Manufacturing Plans  

Manufacturing Plan  Part Number : ME 250­ 001 Part Name:  Lifting_001_ShovelBottom   Team Name : Team 33  Raw Material Stock : 1/16” Aluminium Plate   

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Waterjet Part          

2  Bend both triangular 

Brake Machine 

     

62 

Page 63: ME250 Final Report

sides up  

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 002 Part Name:  Lifting_002_Shovel Back  Team Name : Team 33  Raw Material Stock : ¼” Aluminium Plate   

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut Aluminium plate to 5.75” x 2” 

Horizontal Band Saw 

    300 

2  Bring length of plate to 5.375in  

mill  vice   ⅜ in 2 flute endmill, collet, parallels  

840 

3  Bring width of plate to 1.80in  

mill  vice  ⅜ in 2 flute endmill, collet, parallels   

840 

4  

Arrange the part upright  

mill  vice  parallels    

5  Set x and y datum points 

mill   vice  edgefinder, drill chuck  

900 

6  drill #6­32 tapped holes on sides  

mill  vice   #36 drill bit, center drill, parallels 

1000  

7  Arrange the part flat 

mill  vice  parallels    

8  find x and y   mill  vice   edgefinder, drill chuck  

900 

9  drill #6­32  mill   vice   #36 drill bit,  1000 

63 

Page 64: ME250 Final Report

tapped holes on flat surface  

center drill, parallels  

10  tap all  #6­32 holes 

  Tapping Device  

#6­32 tap   

11  File and Deburr  

    File, deburring tool  

 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­003 Part Name:  Rack Holder Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Aluminum Square Tube Stock ­ 1"x1", 1/8" Wall 

Step #  Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  Cut one end of the stock of so to 9.5 inches 

Vertical bandsaw 

    300 

2  End mill to correct size cutting off .05 inches at a time 

Mill  Vice  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

3  Cut a slit through the center of one of side of the square stock 

Mill  Vice  collet,¼ inch flute 

1400 

4  Set up X and Y datum points at the end of the slit  

Mill    Edge finder,drill chuck 

900 

5  End mill .05 inch more making the slot .3 

Mill  Vice  collet, ¼ inch flute 

1400 

6  Set up vice and find datum lines for X and Y 

Mill  Vice  Edge finder,drill chuck 

900 

7  Center drill and drill holes on the either side perpendicular to the face of 

Mill  Vice  Center Drill, #36 Drill Bit  

1000 

64 

Page 65: ME250 Final Report

the slit. 

8  Deburr the inside of the holes 

    Deburring tool  

 

9  Install 6­32 tap and engage hole (nearest the end) in part with clockwise rotation. Repeat this for all other holes 

Tapping machine 

  6­32 inch tap 

 

10  Set up vice and find datum lines for X and Y 

Mill  Vice  Edge finder,drill chuck 

900 

11  Center drill and drill holes on the other two sides that have not been drilled into 

Mill  Vice  Center Drill, Drill Bit #P 

1000 

12  Deburr the inside of the holes 

    Deburring tool  

 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 004 Part Name:  Outer Rack Holder  Team Name : Team 33  Raw Material Stock : 1” x 2” rectangular Stock    

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut one end of the stock of so to 8 ⅛ inches 

Vertical bandsaw 

    300 

2  End mill to correct size cutting off .05 inches at a time 

Mill  Vice  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

3  Cut a slit on one end of 

Mill  Vice  collet, 3/8 inch flute 

1100 

65 

Page 66: ME250 Final Report

the stock just after the thickness to create 2 angled pieces  

4  Turn the stock over and repeat step 3 to create two equal angled pieces  

Mill  Vice  collet, ⅜ inch flute  

1100 

5  Set up X and Y datum points at the end of the slit  

Mill    Edge finder,drill chuck 

900 

6  End mill ends of each piece to size  

Mill  Vice  collet, ¼ inch flute 

1400 

7  Set up vice and find datum lines for X and Y 

Mill  Vice  Edge finder,drill chuck 

900 

8  Center drill and drill holes on the larger three holes on one of the pieces 

Mill  Vice  Center Drill, #36 Drill Bit  

1000 

9  Center drill and drill the two holes on the top of the larger piece 

Mill  Vice   Center Drill, #36 Drill Bit  

1000 

10  Deburr the inside of the holes 

    Deburring tool  

 

11  Install 6­32 tap and 

Tapping machine 

  6­32 inch tap   

66 

Page 67: ME250 Final Report

engage hole (nearest the end) in part with clockwise rotation. Repeat this for all other holes 

11  Repeat Steps 5­10 for the other angled piece 

       

   

Manufacturing Plan Part Number : ME 250­008 Part Name:  Lifting Weight Team Name : Team 33  Raw Material Stock : ¼” Aluminum Plate   

Step # 

Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  Cut Aluminum Stock 1.70”x .6” (slightly larger) 

Vertical BandSaw 

    300 

2  Mill all edges of the block to size cutting off .05 at a time 

Mill  Vice  ¾ 2­flute end mill, collet 

840 

3  Set up vice and find datum lines for X and Y 

Mill  Vice     

4  Center drill and drill holes  Mill  Vice  Center drill, Drill chuck, #36 drill bit 

1000 

67 

Page 68: ME250 Final Report

5  Install 6­32 tap and engage hole in part with clockwise rotation  

Tapping machine 

  6/32 inch tap   

6  Repeat step 4,  for the other hole 

Tapping machine 

  6/32 inch tap   

7  Reverse tap, remove and clean tap. 

Tapping machine 

  6/32 inch tap   

8  Repeat step 6 for other hole  Tapping machine 

  6/32 inch tap   

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­009 Part Name:  Rack Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Nylon Rack, 24 pitch, 12" length   

Step #  Process Description 

Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  Cut rack to 8.5 inches  

    xacto knife   

2  Center drill and drill holes through the the front of the rack 

Drill Press  Vice  Center drill, Drill chuck, 32 Drill bit  

3600 

3  Repeat step 2 for all holes 

Drill Press  Vice  Center drill, Drill chuck, 32 Drill bit  

3600 

 Manufacturing Plan 

Part Number : ME 250­010 

Part Name:  Rising Shovel Holder 

68 

Page 69: ME250 Final Report

Team Name : Team 33 

 Raw Material Stock : Aluminum 1/4” Stock 

  

Step #  Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(

RPM) 

1  Waterjet Piece         

2  Find datum lines for X and Y  Mill  Vise  edge finder, 

drill chuck 

900 

3  Center drill  and drill all 4 holes 

on the front side 

Mill  Vise  Center Drill, 

Drill Size 

#36 

1000 

4  Deburr the holes      Deburring 

tool 

 

5  Install 6­32 tap and engage 

hole(nearest to end) in part 

with clockwise rotation. Repeat 

this for all other holes 

Tapping Machine  

  6­32 inch tap   

6  Reorient the part to one end 

and repeat Steps 2­5 with the 

two holes on the sides 

perpendicular  

       

7  Reorient the part to the other 

end and repeat Steps 2­5 with 

the two holes on the sides 

perpendicular  

       

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 012 

69 

Page 70: ME250 Final Report

Part Name:  Weight Backing Plate Team Name : Team 33  Raw Material Stock : 1/16 Aluminium Plate   

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut a rectangular piece size 2”x 1” 

Bench Shears 

     

2  Center drill and drill two holes on one end  

Drill Press  Vice  Center Drill, Drill Size #36 

 

3  Deburr holes      Deburring Tool 

 

 Manufacturing Plan 

Part Number : ME 250­ 013 Part Name:  Shovel Axle Team Name : Team 33 Raw Material Stock : Aluminum Rod, 3/16” diameter  

Step # 

Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  Cut rod to length of 1.75 in  Horizontal Band saw 

    300 

2  Smooth out and deburr both ends 

Lathe  Collet  cutting tool, file 

750 

3  measure the length      calipers   

4  touch edge to the surface and set Z 

Lathe  Collet  cutting tool  750 

5  Cut length to 1.51 in  Lathe  Collet  cutting tool  750 

70 

Page 71: ME250 Final Report

6  Rezero Z and touch edge to outer diameter and zero X 

Lathe  Collet  grooving tool 

750 

7  cut grooves  Lathe  Collet  grooving tool, calipers   

750 

8  File edges  Lathe  Collet  File  300 

  

Manufacturing Plan  Part Number : ME 250­015 Part Name:  Gear Mount Block Team Name : Team 33  Raw Material Stock : ¼ inch Aluminum plate 

Step #  Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  Cut plate to slightly larger than 1.5 by .6 

vertical bandsaw 

    300 

2  Mill to the exact size  Mill  Vice  collet, ¾ 2­flute collet  

900 

3  Set datum points X and Y   Mill  Vice  edgefinder,drill chuck 

900 

4  Center drill and Drill the two holes on top side 

Mill  Vice  center drill, drill size #29 

1600 

5  deburr hole       deburring tool  

 

6  Tap holes  Tap Drill    tapping drill #8­29 

 

7  Reorient the piece to the side and set datum points X and Y  

Mill       

8  Center drill and drill the points two holes on the side  

Mill    center drill, drill size #36 

 

71 

Page 72: ME250 Final Report

9  Reorient the piece and repeat steps 7­8 

Mill    tapping drill #6­32 

 

10  deburr and tap all four holes  Tap Drill    deburring tool, tap drill  

 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­016 Part Name:  Pinion Gear (24 teeth) Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Pinion Gear  

Step #  Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  Hold part in vise  Mill  vise     

2  Set datum points X and Y   Mill  Vise  edgefinder,drill chuck 

900 

3  Center drill and drill hole (.0625” diameter) 

Mill  Vise  center drill, #1/16 drill bit 

1600 

4  deburr hole       deburring tool  

 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 017 Part Name:   Upper Spur Gear (72 teeth)   Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Spur gear (72 teeth)    

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Set datum points X and Y  

Mill  Vice   Edgefinder, drill chuck  

900 

2  Center drill  Mill   Vice   Center drill,  1800  

72 

Page 73: ME250 Final Report

and Drill   #43 Drill bit  

3  Tap hole       4­40 tap, tap handle, center  

 

4  deburr hole       deburring tool  

 

  

Manufacturing Plan  Part Number : ME 250­ 012 Part Name:  Lifting Supports  Team Name : Team 33  Raw Material Stock : ⅜ Diameter Aluminium rod    

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut rod down to 3 in  

Horizontal band saw  

vise    300 

2  Cut .1 in off both faces and file  

Lathe   Collet   cutting tool, file 

750  

3  measure the length  

    calipers    

4  Touch the tool to the face and zero Z axis  

lathe   Collet   cutting tool   1000 

5  Cut down length to 2.7 in and measure  

Lathe   Collet   cutting tool, calipers   

1000 

6  Finish cut to 2.6 in  

Lathe   Collet   cutting tool    

7  Zero Z axis          

73 

Page 74: ME250 Final Report

8  Touch cutting tool to diameter and zero X axis  

Lathe   Collet   cutting tool   1000 

9  Cut piece to .25 in diameter in .02 in increments  

Lathe   Collet   cutting tool   1000 

10   Chamfer both sides and file  

    file   300  

11  Set X and Y on the mill  

mill  Vice   edgefinder   900  

12   Center drill and drill 1/16 in hole  

Mill  Vice   parallels, center drill, 1/ 16 in drill bit 

1000 

13  Set the diameter 

Lathe   Collet  grooving tool   750  

14   Make cut for E­Clip  

Lathe   Collet   grooving tool   750  

15  Debur hole       deburring tool  

 

  

  

Manufacturing Plan  Part Number : ME 250­019 Part Name:  Pillow Block Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Aluminum 90 Degree Angle Stock ­ 1"x1", 1/4" thick 

Step #  Process Description 

Machine  Fixture  Tool(s)  Speed (RPM) 

1  Cut stock to 2 inches  Vertical Band Saw 

    300 

2  Hold part in vice  Mill  Vice     

74 

Page 75: ME250 Final Report

3  Mill one end of part, just enough to provide a fully machined surface. 

Mill  Vice  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

4  Remove part from vise. Break all edges by hand.  

Mill  Vise  File   

5  Place part in vise to machine other end of part. Mill the part to 1.75" length, taking several passes at .05" per pass. Turn off the spindle, and measure part with calipers.   

Mill  Vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

 

6  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

Mill  Vise  File   

7  Remove cutter and collet. Install drill chuck. Return part to vise. 

Mill  Vise  Drill Chuck   

8  Find datum lines for X and Y.  

Mill  Vise  Edge finder, drill chuck 

900 

9  Center drill and drill the three holes 

Mill  Vise  Center drill, #25 drill bit, drill chuck  

1000 

11  Remove part from vise. Deburr the hole 

Mill  Vise  Hole deburring tool 

 

12  Return part to vise. The undrilled side facing down. 

Mill  Vise  Drill chuck   

13  Find datum lines for X and Y.  

Mill  Vise  Edge finder, drill chuck 

900 

14  Center drill and drill  Mill  Vise  Center drill,  1000 

75 

Page 76: ME250 Final Report

the other three holes.  #25 drill bit, drill chuck  

15  Deburr both holes  Mill    Hole deburring tool 

 

  

Manufacturing Plan Part Number : ME 250­ 020 Part Name:  Pulley shaft Team Name : Team 33 Raw Material Stock : Aluminum Rod, 3/16” diameter  

Step # 

Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  Cut rod to length of 6.75in  Horizontal Band saw 

    300 

2  Smooth out and deburr both ends 

Lathe  Collet  cutting tool, file 

750 

3  measure the length      calipers   

4  touch edge to the surface and set Z 

Lathe  Collet  cutting tool  750 

5  Cut length to 6.5 in  Lathe  Collet  cutting tool  750 

6  Rezero Z and touch edge to outer diameter and zero X 

Lathe  Collet  grooving tool 

750 

7  cut grooves  Lathe  Collet  grooving tool, calipers   

750 

8  File edges  Lathe  Collet  File  300 

   

Manufacturing Plan  Part Number : ME 250­ 022 

76 

Page 77: ME250 Final Report

Part Name:  Motor Connecting Shaft  Team Name : Team 33  Raw Material Stock : ⅜” Aluminium Rod,    

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut stock ⅜” rod oversize, to around 1.375” length 

Band Saw  Vice    300 ft/mm 

2  Hand file off the burr left from the band saw and install the material into the collet on the Lathe 

Lathe    File   

3  Find datum points for Z axis 

Lathe      1000 

4  Move the Z­axis inward to cut approximately .020” off the end of part. to obtain a completely machined surfaced. 

Lathe      1200 

5  Remove the part and flip 180 degrees to repeat the process on the other end. 

Lathe      1200 

6  Remove the part and measure the length. Re­install the part and continuing cutting in increments of 0.20” until the part is 1.25” long.  

Lathe      1200 

7  Find new datum  Lathe      1000 

77 

Page 78: ME250 Final Report

points for Z and X axis 

8  Move the tool to the end of the part and remove .080 of material off the diameter in the X­axis to a length of .400 in the Z­axis. Then take a .005 deep cut, and re­zero the X­axis after this cut 

Lathe      1200 

9  Measure the diameter. Remove the difference to machine the diameter to 0.25”, traverse to the finish length of 0.450” in Z 

Lathe    0­1” micrometer 

 

10  Remove all burrs      File, deburring tool 

 

11   Install the drill chuck and the center drill. Move the tailstock within range of the part and lock it into position. Drill to a depth of approx. three quarters of the way up to the major diameter of the center drill. 

Lathe    Center Drill  1100 

12  Remove center drill and install #78 drill bit into the drill chuck. Peck drill to a depth of 0.64” 

Lathe    #78 drill bit  1200 

13  File and deburr      File,   

78 

Page 79: ME250 Final Report

holes  Deburring Tool 

14   Hold part in vise  Mill   Barrel Vise     

15  Find datum lines for X and Y.  

Mill   Vise    900 

16  Centerdrill and drill the .0625” diameter hole 

Mill   Vise  Center drill, #1/16 drill bit, drill chuck 

1000 

17  Centerdrill and drill the other hole (.089” diameter hole) 

Mill   Vise  Center drill, #43 drill bit, drill chuck 

1000 

18  Deburr both holes      Deburring Tool 

 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 023 Part Name:   Lower Spur Gear (48 teeth)   Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Spur gear (48 teeth)    

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Set datam points X and Y  

Mill  Vice   Edgefinder, drill chuck  

900 

2  Center drill and Drill hole (.0625” diameter) 

Mill   Vice   Center drill, #1/16 Drill bit  

1800  

3  deburr hole       deburring tool  

 

  

Manufacturing Plan 

79 

Page 80: ME250 Final Report

Part Number : ME 250­ 024 Part Name:  Front Wheel Axles Team Name : Team 33  Raw Material Stock : ¼” Carbon Steel rod   

Step #  Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  cut rod to 4.3” and deburr edges 

vertical band saw 

    300 ft/min 

2  Touch side to make sure it’s fully machined. Break edges by hand 

Lathe  collet  one contact cutting tool, file 

400 

3  machine other end as above and measure length with calipers 

Lathe  collet  one contact cutting tool, file 

400 

4  touch edge and set X to Zero 

Lathe  collet  one contact cutting tool 

400 

5  Cut the part to 4.21" length, taking several passes at .05" per pass. Final cut at .01” remove from collet and measure length with calipers 

Lathe  collet  one contact cutting tool 

400 

6  touch edges and set X and Z to Zero 

Lathe  collet    400 

7  cut groove for e­clipse  Lathe  collett  grooving tool 

400 

8  45°x.01” fillet on edges  Lathe  collet  file  300 

9  deburr groove      deburring tool 

 

80 

Page 81: ME250 Final Report

10  switch sides and repeat steps 6­9 for other side 

       

    

Manufacturing Plan  Part Number : ME 250­ 025 Part Name:  Frontwheel_Pillowblock Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Aluminum 90 Degree Angle Stock ­ 1"x1", 1/4" thick   

Step #   Process Description   Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut to 1 1/16”  vertical band saw 

    300 

2  Hold part in vise.  Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

3  Mill one end of part, just enough to provide a fully machined surface. 

Mill  vise    840 

4  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

Mill    file   

5  Place part in vise to machine other end of part. Mill the part to 1.00" length, taking several passes at .05" per pass. Turn off the spindle, and measure part with calipers. 

Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

6  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

  vise     

81 

Page 82: ME250 Final Report

7  Remove cutter and collet. Install drill chuck. Return part to vise. 

Mill  vise  drill chuck   

8  Find datum lines for X and Y. 

Mill  vise  edge finder, drill chuck 

900 

9  Centerdrill and pre­drill the pressfit hole. 

Mill  vise  Center drill, P drill bit, drill chuck 

800 

10  Ream the pressfit hole to size. 

Mill  vise  0.3740" reamer 

100 

11  Remove part from vise. Deburr the hole. 

    Hole deburring tool 

 

12  Return part to vise. The undrilled side facing down. 

Mill  vise  drill chuck   

13  Find datum lines for X and Y. 

Mill  vise  edge finder, drill chuck 

900 

14  Centerdrill and drill the two holes. 

Mill  vise  Center drill, #36 drill bit, drill chuck 

1000 

15  Deburr both holes.      Hole deburring tool 

 

16  Tap two #6­32 holes by hand, using the center to align the other end of the tap. 

  vise  Center, drill chuck, #6­32 tap and handle 

 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­032 Part Name:  Bumper Team Name : Team 33  Raw Material Stock : ¼” Aluminum Plate    

Step #  Process Description 

Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

82 

Page 83: ME250 Final Report

1  Cut the aluminum plate 7.5”x6.5” 

Vertical Band Saw 

­  ­  230 

2  File Edges  ­  ­  File  ­ 

3  Square up the stock 

Mill  Vice  ¾ inch endmill and collet 

900 

4  Set datum points x and y  

Mill   Vice  Edge finder   300 

5  Center drill and drill  

Mill  Vice  center drill, #36 drill  

900 

6  Adjust z axis  Mill  Vice     

7  Drill .1 inch deep counterbore 

Mill  Vice  ⅜ inch endmill 

900 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­033 Part Name:  Pillow Block Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Aluminum 90 Degree Angle Stock ­ 1"x1", 1/4" thick 

Step #  Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed (RPM) 

1  Cut stock to 2 inches  Vertical Band Saw 

    300 

2  Hold part in vice  Mill  Vice     

3  Mill one end of part, just enough to provide a fully machined surface. 

Mill  Vice  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

4  Remove part from vise. Break all edges by hand.  

Mill  Vise  File   

83 

Page 84: ME250 Final Report

5  Place part in vise to machine other end of part. Mill the part to 1.75" length, taking several passes at .05" per pass. Turn off the spindle, and measure part with calipers.   

Mill  Vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

 

6  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

Mill  Vise  File   

7  Remove cutter and collet. Install drill chuck. Return part to vise. 

Mill  Vise  Drill Chuck   

8  Find datum lines for X and Y.  

Mill  Vise  Edge finder, drill chuck 

900 

9  Centerdrill and drill the three holes 

Mill  Vise  Center drill, #25 drill bit, drill chuck  

1000 

11  Remove part from vise. Deburr the hole 

Mill  Vise  Hole deburring tool 

 

12  Return part to vise. The undrilled side facing down. 

Mill  Vise  Drill chuck   

13  Find datum lines for X and Y.  

Mill  Vise  Edge finder, drill chuck 

900 

14  Centerdrill and drill the other three holes. 

Mill  Vise  Center drill, #25 drill bit, drill chuck  

1000 

15  Deburr both holes  Mill    Hole deburring tool 

 

   

84 

Page 85: ME250 Final Report

Manufacturing Plan Part Number : ME 250­ 037 Part Name:  Front Wheel Axles Team Name : Team 33  Raw Material Stock : ¼” Carbon Steel rod   

Step #  Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  cut rod to 4.3” and deburr edges 

vertical band saw 

    300 ft/min 

2  Touch side to make sure it’s fully machined. Break edges by hand 

Lathe  collet  one contact cutting tool, file 

400 

3  machine other end as above and measure length with calipers 

Lathe  collet  one contact cutting tool, file 

400 

4  touch edge and set X to Zero 

Lathe  collet  one contact cutting tool 

400 

5  Cut the part to 4.21" length, taking several passes at .05" per pass. Final cut at .01” remove from collet and measure length with calipers 

Lathe  collet  one contact cutting tool 

400 

6  touch edges and set X and Z to Zero 

Lathe  collet    400 

7  cut groove for e­clipse  Lathe  collett  grooving tool 

400 

8  45°x.01” fillet on edges  Lathe  collet  file  300 

85 

Page 86: ME250 Final Report

9  deburr groove      deburring tool 

 

10  switch sides and repeat steps 6­9 for other side 

       

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 040 Part Name:  Table Lift Team Name : Team 33  Raw Material Stock : 1/16 Aluminium Plate   

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut sheet metal to size of 2.6” x 6.64” 

Bench Shears  

     

2  Center Drill and drill holes on either end  

Drill Press  Vice  center drill, drill bit size # 36 

1000 

3  Bend up both sides  

Brake        

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 041 Part Name:  Bumper_Pillowblock Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Aluminum 90 Degree Angle Stock ­ 1"x1", 1/4" thick   

Step #   Process Description   Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut to 1 1/16”  vertical band saw 

    300 

86 

Page 87: ME250 Final Report

2  Hold part in vise.  Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

3  Mill one end of part, just enough to provide a fully machined surface. 

Mill  vise    840 

4  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

Mill    file   

5  Place part in vise to machine other end of part. Mill the part to 1.00" length, taking several passes at .05" per pass. Turn off the spindle, and measure part with calipers. 

Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

6  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

  vise     

7  Remove cutter and collet. Install drill chuck. Return part to vise. 

Mill  vise  drill chuck   

8  Find datum lines for X and Y. 

Mill  vise  edge finder, drill chuck 

900 

9  Centerdrill and drill the four  holes. 

Mill  vise  Center drill, #36 drill bit, drill chuck 

1000 

10  Deburr all holes.      Hole deburring tool 

 

   

Manufacturing Plan  Part Number : ME 250­ 042 Part Name:  Frontwheel_Pillowblock Team Name : Team 33  

87 

Page 88: ME250 Final Report

Raw Material Stock : Aluminum 90 Degree Angle Stock ­ 1"x1", 1/4" thick   

Step #   Process Description   Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut to 1 1/16”  vertical band saw 

    300 

2  Hold part in vise.  Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

3  Mill one end of part, just enough to provide a fully machined surface. 

Mill  vise    840 

4  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

Mill    file   

5  Place part in vise to machine other end of part. Mill the part to 1.00" length, taking several passes at .05" per pass. Turn off the spindle, and measure part with calipers. 

Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

6  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

  vise     

7  Remove cutter and collet. Install drill chuck. Return part to vise. 

Mill  vise  drill chuck   

8  Find datum lines for X and Y. 

Mill  vise  edge finder, drill chuck 

900 

9  Centerdrill and pre­drill the pressfit hole. 

Mill  vise  Center drill, P drill bit, drill chuck 

800 

10  Ream the pressfit hole to size. 

Mill  vise  0.3740" reamer 

100 

88 

Page 89: ME250 Final Report

11  Remove part from vise. Deburr the hole. 

    Hole deburring tool 

 

12  Return part to vise. The undrilled side facing down. 

Mill  vise  drill chuck   

13  Find datum lines for X and Y. 

Mill  vise  edge finder, drill chuck 

900 

14  Centerdrill and drill the two holes. 

Mill  vise  Center drill, #36 drill bit, drill chuck 

1000 

15  Deburr both holes.      Hole deburring tool 

 

16  Tap two #6­32 holes by hand, using the center to align the other end of the tap. 

  vise  Center, drill chuck, #6­32 tap and handle 

 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 046 Part Name:  Motor Wheel Axle Driving Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Aluminum Rod, .25” diameter  

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut rod to length of 1.25 in 

Horizontal Band saw  

    300 

2  Smooth out and deburr both ends  

Lathe   Collet   cutting tool, file 

750 

3  measure the length  

    calipers    

4  touch edge to the surface 

Lathe   Collet   cutting tool  750  

89 

Page 90: ME250 Final Report

and set Z  

5  Cut length to 1.00 in  

Lathe   Collet   cutting tool   750  

6  Find datum lines for X and Y 

Mill  Vice    900 

7  Center drill and drill smaller hole 

Mill  Vice  center drill, #45 drill bit 

900  

8  Find datum lines for X and Y 

Mill  Vice    900 

9  Center drill and drill larger hole 

Lathe   Vice  center drill, #16 drill bit 

300  

   

Manufacturing Plan Part Number : ME 250­ 047 Part Name:  Hexagon for rear wheels Team Name : Team 33  Raw Material Stock : hex rod Tools needed: 3/4 inch 2­flute endmill, collet, file, drill chuck, edge finder, center drill #1 drill bit, .2495” reamer   

Step #  Process Description  Machine  Fixture  Tool(s)  Speed(RPM) 

1  Cut .425” of hex rod  vertical band saw 

    300 

2  Hold part in vise  Lathe  hex collet  

cutting tool   

90 

Page 91: ME250 Final Report

3  cut one end of part, just enough to provide a fully machined surface. 

Lathe  hex collet  

  840 

4  Remove part from collett. Break all edges by hand. 

    file   

5  Place part in collett to machine other end of part. cut the part to .30" length, taking several passes at .05" per pass. Turn off the spindle, and measure part with calipers. 

Lathe  hex collet  

cutting tool  840 

6  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

    file   

7  Install drill chuck. Return part to collet. 

Lathe  hex collet 

   

8  Center drill and pre­drill the press fit hole. 

Lathe    Center drill, #1 drill bit 

800 

10  Ream the press fit hole to size.  

Lathe    .249” reamer 

100 

11  Remove part from collet. Deburr the hole. 

       

  

Manufacturing Plan  Part Number : ME 250­ 048 Part Name:  MotorWheel_Pillowblock Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Aluminum 90 Degree Angle Stock ­ 1"x1", 1/4" thick   

91 

Page 92: ME250 Final Report

Step #   Process Description   Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut to 1 1/16” and cut one side of angle stock to ⅝  inch  

vertical band saw 

    300 

2  Hold part in vise.  Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

3  Mill one end of part, just enough to provide a fully machined surface. 

Mill  vise    840 

4  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

Mill    file   

5  Place part in vise to machine other end of part. Mill the part to 1.00" length, taking several passes at .05" per pass. Turn off the spindle, and measure part with calipers. 

Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

6  Remove part from vise. Break all edges by hand. 

  vise     

7  Repeat Steps for the ⅜ inch edge until it is to size 

       

8  Remove cutter and collet. Install drill chuck. Return part to vise. 

Mill  vise  drill chuck   

9  Find datum lines for X and Y. 

Mill  vise  edge finder, drill chuck 

900 

10  Centerdrill and drill the four  holes. 

Mill  vise  Center drill, #36 drill bit, drill chuck 

1000 

11  Deburr all holes.      Hole   

92 

Page 93: ME250 Final Report

deburring tool 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 049 Part Name:  Control Box Table Team Name : Team 33  Raw Material Stock : 1/16 Aluminium Plate   

Step #   Process Description  

Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut Sheetmetal to 5 inch by 1 inch 

Bench Shears 

     

2  Center drill and drill two holes on either side 

    Center drill, drill size #36 

1000 

3  Deburr Holes      Deburring Tool 

 

 Manufacturing Plan  

Part Number : ME 250­ 050 Part Name:  Table Bottom Legs Team Name : Team 33  Raw Material Stock : Aluminum ½” Square Stock   

Step #   Process Description   Machine   Fixture   Tool(s)   Speed(RPM) 

1  Cut Square stock oversize to 2.85” 

Vertical Band Saw 

    300 

2  Hold part in vise.  Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

3  Mill one end of part,  Mill  vise    840 

93 

Page 94: ME250 Final Report

just enough to provide a fully machined surface. 

4  Rotate and place part in vise to machine other end of part. Mill the part to 2.7" length, taking several passes at .05" per pass. Turn off the spindle, and measure part with calipers. 

Mill  vise  3/4 inch 2­flute endmill, collet 

840 

5  Remove cutter and collet. Install drill chuck. Return part to vise.  

  vise     

6  Find datum lines for X and Y. Use a vise stopper to retain datum lines 

Mill  vise  edge finder, drill chuck,   

900 

7  Centerdrill and drill the two holes 0.25” in depth 

Mill  vise  Center drill, #43 drill bit, drill chuck 

1000 

8  Flip around and hold part in vise, drill one hole 0.25” in depth 

Mill  vise  Center drill, #36 drill bit, drill chuck 

1000 

9   Flip to standing and reposition stopper. Find new datum lines for X and Y.  

Mill  vise  edge finder, drill chuck,   

900 

10  Centerdrill and drill one hole 0.25” in depth 

Mill  vise  Center drill, #43 drill bit, drill chuck 

1000 

11  Flip around and drill one hole 0.25” in depth 

Mill  vise  Center drill, #43 drill bit, drill chuck 

1000 

12  Deburr all holes      Hole deburring tool 

 

94 

Page 95: ME250 Final Report

13  Tap one  #6­32 holes by hand, using the center to align the other end of the tap. 

  vise  Center, drill chuck, #6­32 tap and handle 

 

14  Tap four  #4­40 holes by hand, using the center to align the other end of the tap. 

  vise  Center, drill chuck, #4­40 tap and handle 

 

  

APPENDIX C:  C.1 : Items Purchased 

Name  Description  Dimensions  Supplier  Qty  Price  Notes 

Item for shovel Axle 

3/8” Aluminum Rod  

12”  McMaster  1  $1.47   

Pulley Shaft  12L14 Carbon Steel Tight­ Tolerance Rod 5/16" Diameter 

12”  McMaster  1  $3.04  http://www.mcmaster.com/#standard­steel­rods/=ztazc6   

Pulley  Acetal Pulley for Fibrous Rope 

1”x 0.7”  McMaster  2  $1.80 each 

http://www.mcmaster.com/#8901t11/=zta88f  

Pulley Rope  3/16” diameter Fibrous rope 

  Amazon    $6.35  http://www.amazon.com/Rope­King­DBN­31650­Diamond­Braided/dp/B005TLUYOM/ref=sr_1_3?ie=UTF8&qid=1447549666&sr=8­3&keywords=3%2 

Timing Belt Pulley (28 teeth) 

Light Weight Mxl Timing Belt Pulley, 1/4" Belt 

  McMaster  1  $6.50  

http://www.mcmaster.com/#1254N22  

95 

Page 96: ME250 Final Report

Width, 0.88" OD, 28 Teeth 

Timing Belt Pulley (42 teeth) 

Light Weight Mxl Timing Belt Pulley, Fits 1/4" Belt Width, 1.24" OD, 42 Teeth 

  McMaster  1  $6.88  http://www.mcmaster.com/#1254N26  

Timing Belt  Mxl Series Neoprene Timing Belt, .08" Pitch, 96 Trade Size, 9.6" Outer Circle, 1/4" W 

  McMaster  1  $4.37  http://www.mcmaster.com/#7887k81/=108ah93  

PURCHASE TOTAL 

        $32.21   

    

Order Number  Shipping Costs 

1116JNG  $5.30 

1123JNG  $10.46 

SHIPPING TOTAL  $15.76 

 TOTAL COST = $32.21 +$15.76 = $47.97  C.2 Traded Parts:   

Trade­in part  Trade­out part(s) 

From  Positive Trade Deficits 

Description 

Double Gear Box  2 Planetary Gearbox  

Crib  $0  Needed 3 planetary gearbox 

    

96 

Page 97: ME250 Final Report

         

97