Mika Aitto-oja TYÖKALUKIRJASTON LUOMINEN CNCTYÖSTÖKONEELLE JA CAM-JÄRJESTELMÄÄN

Mika Aitto-oja TYÖKALUKIRJASTON LUOMINEN CNCTYÖSTÖKONEELLE JA CAM-JÄRJESTELMÄÄN Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma Huhtikuu 2008

TIIVISTELMÄ OPINNÄYTETYÖSTÄ Yksikkö Aika Tekijä/tekijät Ylivieskan yksikkö 16.4.2008 Mika Aitto-oja Koulutusohjelma Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma Työn nimi Työkalukirjaston luominen CNC-työstökoneelle ja CAM-järjestelmään Työn ohjaaja Sivumäärä Heikki Salmela 37+2 liitettä Työelämäohjaaja Juhani Jaakola Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli luoda Sievi-Tools Oy:n käyttöön toimiva työvälinejärjestelmä. Tähän pyrittiin selkiyttämällä työvälineiden numerointia ja niiden kuvauksia. Tavoitteena oli työvälinejärjestelmä, jonka avulla lastuavassa työstössä esiintyvien virheiden, muutoksien ja epävarmuustekijöiden vähentäminen olisi mahdollista. Aikaisempi työvälinejärjestelmä korvattiin tätä tarkoitusta varten kehitetyllä uudella työvälinejärjestelmällä. Uuden työvälinejärjestelmän avulla selvitettiin myös työvälineiden käytön optimointia, sekä järjestelmän avulla saavutettavia hyötyjä Lopputuloksena saatiin toimiva työvälinejärjestelmä, jonka katsottiin vastaavan asetettuja vaatimuksia. Työvälinejärjestelmää testattiin käytännössä ja selvitettiin käyttöönoton aikana ilmenneitä ongelmia. Asiasanat Lastuava työstö, optimointi, työvälinejärjestelmä

ABSTRACT CENTRAL OSTROBOTHNIA UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Ylivieska unit Degree programme Date 16.4.2008 Author Mika Aitto-oja Degree Programme in Mechanical Engineering and Production Technology Name of thesis Creating tool library for CNC-milling machine and CAM-system Instructor Pages Heikki Salmela 37+2 attachment Supervisor Juhani Jaakola The aim of this Bachelor s thesis was to create a functional tooling system for Sievi-Tools Inc. This goal was intended to be reached by simplifying tool numbers and their descriptions. A further aim was to develop a tooling system that allows preventing of mistakes, changes and uncertainty occurring during milling process. The previous tooling system was replaced with a new tooling system developed for this purpose. Tooling optimization and the benefits of new system was also with new tooling system. The result of this project is a functional tooling system which met the expectations that had been set in the beginning. Field tests were made and difficulties occurred during tests were clarified. Key words Milling process, optimization, tooling system

LYHENTEET CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CNC Computerized Numerical Control NC Numerical Control

TIIVISTELMÄ ABSTRACT LYHENTEET SISÄLLYS 1 JOHDANTO...1 2 CNC-KONEISTUS...2 2.1 Yleistä 2 2.2 Ohjelmointimahdollisuudet 2 2.3 CNC-ohjelma 3 2.4 Heidenhain CNC-ohjaus 3 2.5 CNC-koneet eri teollisuuden aloilla 4 2.6 Sievi-Tools Oy:n työstökoneet 6 3 TIETOKONEAVUSTEINEN VALMISTUS- JA SUUNNITTELU...7 3.1 CAM-järjestelmän ominaisuudet 7 3.2 Yhteensopivuus 8 4 KONEISTUSKESKUSTYÖKALUT JYRSINTÄPROSESSISSA...9 4.1 Tasojyrsimet 9 4.2 Kulmajyrsimet 10 4.3 Muotojyrsimet 11 4.4 Tappijyrsimet 12 4.5 Urajyrsimet 12 4.6 Porat 13 4.7 Avarrustyökalut 15 4.8 Työkalunpitimet 16 5 KONEISTUSTYÖKALUJEN HALLINTA...20 5.1 Työkaluvalikoima 21 5.2 Toimenpiteitä työkalujen hallintaan 21 5.3 Ohjelmistot 22 5.4 LCC Tool Manager 22 6 TYÖKALUKIRJASTON LUOMINEN...24 6.1 Lähtötilanne 24 6.2 Työn tavoite ja rajaus 24 6.3 Sievi-Tools Oy 24 6.4 Työkaluihin tutustuminen 25 6.5 Työkalulyhenteet 26 6.6 Työkaluryhmät ja numeroalueet 27 6.7 Työkaluryhmien taustaa 27 6.8 Työkalujen pituusalueet 29 6.9 Sievi-Tools Oy:n CAM-järjestelmä 29 7 JOHTOPÄÄTÖKSET...33 7.1 Työkalukirjastolla saavutettavia etuja 33 7.2 Tuotannon tehostuminen 33 7.3 Jatkokehityssuunnitelmat 34 8 YHTEENVETO...36 LÄHTEET...37 LIITTEET

1 1 JOHDANTO Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on selkiyttää Oulaisissa toimivan Sievi-Tools Oy:n työstökoneiden työkalujen numerointia ja turvata oikean terän käyttö. Lähtökohtana työlle on yrityksessä aiemmin käytössä olleen työkalukirjaston sisältämät epävarmuustekijät. Korvaava työkalukirjasto on tarkoitus suunnitella ja ottaa käyttöön siten, että uuteen työkalujärjestelmään siirtyminen aiheuttaa mahdollisimman lyhyen katkoksen yrityksen tuotantoon. Tarkoituksena on myös vähentää koneistuksessa tehtäviä kirjauksia ja muutoksia, sekä epävarmuustekijöitä, jotka johtuvat aiemmin käytössä olleen työkalujärjestelmän puutteista. Korvaavan työkalujärjestelmän avulla on lisäksi tarkoitus tehostaa yrityksen tuotantoa, sekä vähentää koneistuksessa tapahtuvia virheitä. Työkalukirjaston suunnittelun eräänä lähtökohtana on saada järjestelmästä niin kattava, että se riittää työkalujärjestelmää yrityksen voidaan tarpeisiin pitkälle tulevaisuudessa tulevaisuuteen. hyödyntää jo Työssä kehitettyä uusien tuotteiden suunnitteluvaiheessa, koska selkeämpi järjestelmä helpottaa työkalujen käytön optimointia. Opinnäytetyön kirjallinen osuus jakautuu tietokoneistettua numeerista ohjausta ja tietokoneavusteista suunnittelua, sekä työkalujen hallintaa käsitteleviin osuuksiin. Lisäksi esitellään työn käytännön osuutta.

2 2 CNC-KONEISTUS Lyhenne CNC tulee englanninkielisistä sanoista Computerized Numerical Control ja se tarkoittaa tietokoneen avulla suoritettavaa numeerista ohjausta. CNC-työstökoneen ohjaukseen kuuluvat tietokone, sekä ohjelmamuisti. (Pikkarainen 1999, 8.) CNC-koneet tulivat NC-koneiden seuraajiksi 1970 luvun puolivälissä. NC-kone (Numerical Control) on numeerisesti ohjattu, mutta sen ohjaukseen ei käytetä tietokonetta, eikä siinä ole ohjelmamuistia. Internet-sivu: (Lynch 1997.) 2.1 Yleistä Kaikille CNC-koneille on tunnusomaista se, että niillä on kaksi tai useampia ohjelmoitavia liikesuuntia, joita kutsutaan akseleiksi. Liikeakselit voivat olla lineaarisia, eli suoraviivaisia tai pyöriviä, joissa liikkeet tapahtuvat ympyrärataa pitkin. CNC-koneen käyttö- ja ohjelmointi muuttuu sitä vaikeammaksi, mitä useampi ohjelmoitava akseli koneessa on. CNC-koneessa on oltava liikeakselit, jotta koneistettavan tuotteen monimutkaisetkin muodot voidaan toteuttaa. Porauksessa esimerkiksi tarvitaan kolme liikeakselia, joista kaksi paikoittaa työkappaleen oikeaan kohtaan ja kolmas liikeakseli mahdollistaa porauksen. CNC-koneiden lineaariakselit on merkitty kirjaimilla X, Y ja Z. Ympyrärataakselit on merkitty kirjaimilla A, B ja C. Internet-sivu: (Lynch 1997.) 2.2 Ohjelmointimahdollisuudet CNC-koneistuskeskuksen ohjelmoitavia asioita ovat esimerkiksi automaattinen työkalunvaihto, karan toiminta, sekä jäähdytys. Useimmissa koneistuskeskuksissa on työkalumakasiini, josta tarvittava työkalu siirtyy työstökoneen karalle automaattisesti edellyttäen tietenkin, että ohjelmointi on tehty oikein. Työstökoneen karan pyörimisnopeus

3 (kierrosta minuutissa) voidaan ohjelmoida samoin kuin karan pyörimissuunta, sekä karan pysäytys oikeaan aikaan. Internet-sivu: (Lynch 1997.) 2.3 CNC-ohjelma CNC-ohjelma on kirjoitettu lausekemuodossa ja CNC-ohjaus suorittaa lausekkeet peräkkäin, askel askeleelta. CNC-ohjelmassa käytetään vakiintuneita sanoja ja kirjaimia, joilla työstökone saadaan tekemään halutut toiminnot. Esimerkiksi G tarkoittaa liikekäskyä, F syöttönopeutta, S karan pyörimisnopeutta, sekä T työkalun numeroa jne (Pikkarainen 1999, 81). Kun kirjaimet ja sanat laitetaan loogiseen järjestykseen, muodostuu niistä lausekemuotoinen ohjelmakäsky. CNC-ohjaus vaikuttaa CNC-ohjelmaan siten, että se lukee CNC-ohjelmaa ja samalla aktivoi ohjelmakäskyt peräkkäisessä järjestyksessä. Ohjelmakäskyjen aktivoiduttua voi työstökone suorittaa halutut toiminnot ja akselien liikkeet. CNC-ohjelmaan vaikuttamisen lisäksi ohjausta tarvitaan muihinkin tarkoituksiin. Nykyaikaiset CNC-ohjaukset mahdollistavat ohjelman muokkauksen eli editoinnin, mikäli itse ohjelmassa havaitaan virheitä. Yleisesti ottaen CNC-ohjaus mahdollistaa työstökoneen kaikkien toimintojen säätämisen. Internet-sivu: (Lynch 1997.) 2.4 Heidenhain CNC-ohjaus Heidenhain 530i on hyvin monipuolinen CNC-ohjaus työstökoneella tapahtuvaan CNCohjelmointiin. työstökeskusten Ohjaus soveltuu ohjelmointiin. jyrsin- ja Heidenhain porakoneiden, 530i avarruskoneiden, mahdollistaa sekä suurnopeustyöstön erinomaisella tarkkuudella, koska siinä on sisäänrakennetulla muuntimella varustettu digitaalinen karan ja akseleiden ohjaus. Heidenhain 530i suoriutuu enimmillään 13:sta akselin ja karan ohjauksesta.

4 Ohjelmointitapana voidaan Heidenhain 530i:lle käyttää joko suoraan työstökoneella tapahtuvaa ohjelmointia tai erikseen ulkoisen ohjelmointiaseman avulla tapahtuvaa ohjelmointia. Lisäksi ulkoinen ohjelmointi onnistuu myös CAD/CAM-järjestelmän kautta. Nopealla ethernet-liitynnällä saavutetaan lyhyet siirtoajat myös pitkille ohjelmille. Heidenhain 530i soveltuu hyvin erilaisiin käyttökohteisiin. Käyttökohteena voi olla joko yksinkertainen 3-akselinen jyrsinkone työkalu- ja muottituotannossa tai automatisoidussa tuotannossa olevan koneistuskeskuksen ohjaus. Internet-sivu: (Heidenhain 2008.) Sievi-Tools Oy:n työstökoneissa on käytössä em. CNC-ohjaus Heidenhain 530i, sekä sitä edeltävä versio Heidenhain 430. Olennaisilta ominaisuuksiltaan Heidenhain 430 on samantyyppinen kuin 530i, mutta 430:ssä on selvästi hitaampi tiedonsiirtonopeus. Hitaampi tiedonsiirtonopeus hankaloittaa varsinkin suurien työkalutiedostojen CNCkoneelle siirtoa. 2.5 CNC-koneet eri teollisuuden aloilla Konepajateollisuudessa käytetään CNC-koneistuskeskuksia, joilla voidaan tehdä kaikentyyppiset koneistukset, kuten tasojyrsintä, muotojyrsintä, urajyrsintä, poraus, kalvaus, viisteytys jne. CNC-sorveilla puolestaan voidaan tehdä kaikentyyppiset sorvaustyöt. Erilaiset CNC-hiomakoneet ovat myös hyvin yleisiä metalliteollisuudessa. CNC-hiomakoneita käytetään erityisesti työkalujen valmistuksessa. Kuviosta 1. nähdään CNC-koneistuskeskus. KUVIO 1. CNC-koneistuskeskus. Internet-sivu: (Maketek Oy 2008.)

5 CNC-ohjausta käytetään nykyään myös kipinätyöstökoneissa. Kipinätyöstö on menetelmä, jossa metallia poistetaan elektrodin ja työkappaleen välille syntyvien kipinöiden avulla. Kipinätyöstöelektrodi on samanmuotoinen ja kokoinen kuin työstettävä muoto. Kipinätyöstömenetelmää käytetään hyvin yleisesti lävistystyökalujen ja erilaisten ruiskupuristusmuottien valmistukseen. Kuviosta 2. nähdään CNC-ohjattu kipinätyöstökone. KUVIO 2. CNC-kipinätyöstökone. Internet-sivu: (CAD Milling LA Oy 2008.) Puuntyöstöteollisuudessa käytetään nykyään CNC-koneita yhtä yleisesti kuin metalliteollisuudessakin. CNC-koneistuskeskuksia käytetään puuntyöstöön hyvin samalla tavalla kuin metalliteollisuudessa, mutta työstettävästä materiaalista johtuen työstöarvot ovat erilaiset. Erityyppisistä CNC-koneista mainittakoon esimerkiksi sovellukset kilpien kaivertamiseen, vesileikkaukseen, plasmaleikkaukseen, sekä elektroniikkateollisuuden juotoskoneisiin. Kuviosta 3. nähdään CNC-ohjattu plasmaleikkauskone. Internet-sivu: (Lynch 1997.) KUVIO 3. CNC-plasmaleikkauskone. Internet-sivu: (Esab 2008.

6 2.6 Sievi-Tools Oy:n työstökoneet Sievi-Toolsilla on tällä hetkellä tuotantokäytössä kaksi CNC-koneistuskeskusta, joiden molempien merkki on Deckel Maho. Kuvioista 4. ja 5. nähdään molemmat koneistuskeskukset. KUVIO 4. Vanhempi koneistuskeskus KUVIO 5. Uudempi koneistuskeskus Sievi-Toolsin koneistuskeskusten työstöalue on noin 1200 x 1200 millimetriä ja työstökorkeus on enimmillään noin 800 millimetriä. Lisäksi koneiden karan kierrosnopeus on 18000 kierrosta minuutissa, joten koneilla voidaan suorittaa nopeita ja hyvin monipuolisia koneistuksia. Karaa kallistamalla voidaan työkappaletta koneistaa viideltä sivulta, sekä vinoista asennoista yhdellä kiinnityksellä. Karan kallistusmahdollisuuden ansiosta työvaiheet vähenevät ja koneistuksen tarkkuus paranee. Koneissa on lisäksi paletinvaihtaja, mikä mahdollistaa sarjojen ja asetusten tekemisen samanaikaisesti. Internet-sivu: (Sievi-Tools Oy 2008.) 5-akselinen koneistuskeskus haastaa 3D-suunnittelijan: 3-akselisen koneen työstö vaatimuksineen on vielä melko helppo hahmottaa, mutta 5-akselinen maailma lainalaisuuksineen on oma lukunsa. Ensimmäisen 5-akselisen koneen hankinnan ja sen käytössä osoittaman edun jälkeen, kynnys seuraavan koneen hankkimiseen on houkuttelevan matala. Deckel Mahon koneiden maine perustuu niiden tinkimättömään laatuun. Deckel Maho tarjoaa viimeisintä metallintyöstötekniikkaa ja alan uusimpia innovaatioita vaativimpaankin käyttöön. Internet-sivu: (Fastems 2008.)

7 3 TIETOKONEAVUSTEINEN VALMISTUS- JA SUUNNITTELU Tietokoneavusteisesta valmistuksesta käytetään lyhennettä CAM, mikä tulee englanninkielisistä sanoista Computer Aided Manufacturing. Tietokoneavusteisesta suunnittelusta puolestaan käytetään lyhennettä CAD, mikä tulee englanninkielisistä sanoista Computer Aided Design. (Pikkarainen 1999, 170.) Tuotekehitystyössä CAD-ohjelmiston käyttö automatisoi suunnitteluprosessin, kun taas CAM-ohjelmiston käyttö automatisoi tuotteen valmistuksen. Kumpaakin em. menetelmää käytetään nykyään runsaasti ja ne ovatkin muuttaneet tuotteiden valmistusprosessia merkittävästi. Ennen CAD- ja CAM-järjestelmiä tuotteista tehtiin piirustukset käsin, jonka jälkeen tuotteet valmistettiin perinteisillä työstötekniikoilla. Pian CNC-koneiden yleistyttyä, alkoivat CAD-ohjelmistot saada sijaa teknisten osapiirustusten tekemisessä. CAD-ohjelmistot johtivat lopulta CAM-ohjelmistoihin, jotka hyödyntävät tehokkaasti CAD-ohjelmistolla tehdyistä piirustuksista saatavaa dataa lopputuotteen valmistuksessa. CAD- ja CAM-ohjelmistot ovat pohjimmiltaan aivan erityyppisiä, koska CAD-ohjelmisto määrittelee tuotteen suunnitteluominaisuuksia ja CAM-ohjelmisto valmistusominaisuuksia. Internet-sivu: (Arabe 2003.) 3.1 CAM-järjestelmän ominaisuudet CAM-järjestelmä käyttää CAD-järjestelmällä luotua dataa CNC-koneen ohjelmakoodin luomiseen ja samalla se helpottaa CNC-koneiden ohjelmointia. CAM-järjestelmän avulla käyttäjä pystyy määrittämään valmistettavan tuotteen geometrian- ja työstöarvot, sekä luomaan työkalupolut. Lisäksi CAM-järjestelmän avulla voidaan ohjelmoitu data siirtää suoraan työstökoneille. CAM-järjestelmiä on kahta erilaista tyyppiä: prosessikeskeinen ja geometriakeskeinen. Prosessikeskeinen CAM-järjestelmä on sovitettu osaksi tuotteen valmistusprosessia, mikä sisältää työkalujen ja koneistusvaiheiden tehokkaan käytön, sekä oikea-aikaiset työkalujen

8 vaihdot ja monimutkaisten prosessien hallinnan. Geometriakeskeinen CAM-järjestelmä puolestaan pohjautuu valmistusprosessin geometrisiin piirteisiin, joihin kuuluvat monimutkaisten osien geometriat, sekä suurehkot CAD-mallin tiedostot. Molemmilla CAM-järjestelmätyypeillä Prosessikeskeinen CAM-järjestelmä prosesseja, siinä mutta on on omat pystyy kuitenkin vahvuutensa käsittelemään hyvin vähäinen ja varsin valikoima heikkoutensa. monimutkaisia geometrioita. Geometriakeskeinen CAM-järjestelmä puolestaan pystyy käsittelemään monimutkaisia geometrioita, mutta sen prosessinhallintakyvyt ovat vähäiset. Prosessikeskeinen CAM-järjestelmä soveltuu erinomaisesti sellaiseen koneistustuotantoon, missä tuotteen geometria ei ole niin monimutkainen kuin itse tuotantoprosessi, sekä lisäksi se soveltuu erinomaisesti koneistusajan lyhentämistoimenpiteisiin. Geometriakeskeinen CAM-järjestelmä puolestaan on parempi vaihtoehto muottien, työkalujen ja meistien valmistukseen, missä työn monimutkaisin osuus liittyy osien geometrioihin, eikä niinkään itse valmistusprosessiin. Internet-sivu: (Arabe 2003.) 3.2 Yhteensopivuus CAD-järjestelmien jälleenmyyjät markkinoivat nykyään myös täysin integroituja CAMjärjestelmiä, joihin sisältyy sekä CAD että CAM-järjestelmät. Näillä CAD/CAMjärjestelmillä saavutetaan monia etuja. CAD/CAM-järjestelmissä on vasta-alkajia ajatellen hyvin käyttäjäystävällinen käyttöliittymä, joka mahdollistaa ohjelmiston nopean oppimisen. CAD/CAM-järjestelmät on suunniteltu siten, että käyttäjä voi helposti siirtää dataa CAD-järjestelmästä CAM-järjestelmään, eikä käyttäjän tarvitse huolehtia datan käännösvirheistä. Integroiduissa CAD/CAM-järjestelmissä on kuitenkin vielä joitakin epäkohtia, kuten se, että ne ovat yleensä kalliimpia kuin erilliset järjestelmät. Toinen epäkohta on se, että integroitu järjestelmä ei välttämättä ole yhtä joustava kuin erillinen järjestelmä, koska CAD/CAM-järjestelmien valmistajat saattavat korostaa enemmän tuotteensa CADominaisuuksia. Internet-sivu: (Arabe 2003.)

9 4 KONEISTUSKESKUSTYÖKALUT JYRSINTÄPROSESSISSA Jyrsintä on nykymuodossaan hyvin monipuolinen koneistusmenetelmä. Työstökoneiden nopea kehitys on mahdollistanut sen, että jyrsintämenetelmällä voidaan jo koneistaa hyvin monimuotoisiakin kappaleita. Jyrsintä soveltuu nykymuodossaan entistä paremmin esimerkiksi reikien, syvennysten ja kierteiden koneistamiseen. Työkalujen kehitys, erityisesti täyskovametallijyrsinten ja kääntöterien osalta on parantanut olennaisesti jyrsinnän tuottavuutta ja tasalaatuisuutta. Perusperiaatteiltaan jyrsintä on koneistusmenetelmä, jossa pyörivä ja moniteräinen työkalu lastuaa työkappaletta CNC-koneella ohjelmoitujen syöttöliikkeiden mukaisesti. Menetelmässä syöttöliikkeiden suunta on lähes rajaton. Jyrsinnästä tekee erittäin tehokkaan menetelmän juuri sen lastunirrotustapa. Menetelmässä kukin terä lastuaa vain hetken kerrallaan ja rajatun ainemäärän, joten yleensä lastunpoistosta ei koidu ongelmia. Jyrsintää on perinteisesti käytetty eniten tasomaisten pintojen koneistamiseen, mutta 5-akselisten koneistuskeskusten yleistyttyä on muunkinlaisia muotoja ja pintoja alettu jyrsiä. (Sandvik Coromant 2005, D 5.) 4.1 Tasojyrsimet Tasojyrsimiä käytetään ensisijaisesti työkappaleiden tasomaisten pintojen rouhintaan ja viimeistelyyn. Tasojyrsimiä on saatavilla hyvin laajalla halkaisija-alueella. Esimerkiksi Sandvik Coromant toimittaa tasojyrsimiä halkaisija-alueella 32 500 millimetriä. Tasojyrsimiä on saatavilla sekä neliönmuotoisilla että pyöreillä teräpaloilla. Tasojyrsimiin on saatavilla teräpaloja kaikkien ISO-standardin mukaisten materiaalien lastuamiseen. Lastuttavat aineet on jaettu seuraaviin ISO-standardin mukaisiin luokkiin: teräs (P), ruostumaton teräs (M), valurauta (K), alumiini (N), kuumalujat ja titaaniseokset (S), sekä karkaistut aineet (H). Kuviosta 6. nähdään tasojyrsin ja kuviosta 7. nähdään tasojyrsin, jossa on pyöreät teräpalat.

10 KUVIO 6. Tasojyrsin KUVIO 7. Tasojyrsin pyöreillä teräpaloilla Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) Tasojyrsimiä käytetään Sievi-Toolsin tuotannossa aika vähän, koska yrityksen valmistamat tuotteet sisältävät yleensä kohtalaisen vähän pelkästään tasomaisia pintoja. Suurinta osaa Sievi-Toolsin koneistustyökaluista käytetään monimuotoisten kappaleiden koneistukseen. 4.2 Kulmajyrsimet Kulmajyrsimet soveltuvat erinomaisesti 90 asteen nurkkien jyrsintään. Kulmajyrsintä voidaan käyttää myös tasojyrsintään esimerkiksi ohutseinämäisissä kappaleissa. Lisäksi kulmajyrsintä voidaan käyttää uranjyrsintään, kun halutaan uran säteen olevan mahdollisimman pieni. Kulmajyrsimeksi voidaan luokitella myös siilijyrsin. Siilijyrsimessä on kierremäinen runko, jossa on useita teräpalarivejä päällekkäin, joten se soveltuu hyvin syvään kulmajyrsintään, sivu- ja muotojyrsintään, sekä pyöröavarrukseen. Kuviosta 8. nähdään kulmajyrsin ja kuviosta 9. nähdään siilijyrsin. KUVIO 8. Kulmajyrsin Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) KUVIO 9. Siilijyrsin

11 Sievi-Tools käyttää tuotannossaan hyvin paljon erilaisia kulmajyrsimiä, koska useissa asiakastöissä on sellaisia syvennyksiä ja muotoja, joiden kulman säde on oltava mahdollisimman pieni. 4.3 Muotojyrsimet Muotojyrsimet soveltuvat erilaisten taskujen jyrsintään ja kaarevien muotojen jyrsintään. Muotojyrsintään voidaan käyttää myös tasojyrsintä, jossa on pyöreät teräpalat. Muotojyrsimiä ovat erilaiset varsijyrsimet, joissa pyöreät teräpalat, sekä erilaiset sädevarsijyrsimet. Kuviosta 10. nähdään sädevarsijyrsin ja kuviosta 11. nähdään varsijyrsin, jossa on pyöreät teräpalat. KUVIO 10. Sädevarsijyrsin KUVIO 11. Pyöreäpalainen varsijyrsin Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) Sievi-Tools käyttää tuotannossaan kaikkia em. muotojyrsintyyppejä, koska asiakastyöt sisältävät usein hyvin monimutkaisia kaarevia muotoja. Kaarevissa muodoissa on lisäksi hyvin monenkokoisia säteitä, joten muotojyrsimistä tarvitaan useita erilaisia variaatioita.

12 4.4 Tappijyrsimet Tappijyrsimiä on saatavana sekä pikateräksisenä että täyskovametallisena. Tappijyrsimiä on hyvin monentyyppisiä: Ilman nurkkapyöristystä, nurkkapyöristettyjä, kartiomaisia, kartiomaisia nurkkapyöristettyjä, pallopäisiä, viistetappeja, sekä kierrejyrsimiä. Kierrejyrsimiä ei pidä sekoittaa tavallisiin kierretappeihin. Kierrejyrsimillä kierteen koneistaminen tapahtuu ympyräinterpolaation avulla, eli samalla kierrejyrsimellä voidaan koneistaa eri halkaisijoita. Tappijyrsimiä voidaan käyttää esimerkiksi kiilaurien jyrsintään, taskujen jyrsintään, muotojen jyrsintään, päätyjen tasaamiseen, sekä viisteiden jyrsintään. Kuviosta 12. nähdään erilaisia tappijyrsimiä ja kuviosta 13. nähdään erilaisia kierrejyrsimiä. KUVIO 12. Tappijyrsimiä KUVIO 13. Kierrejyrsimiä Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) Sievi-Toolsilla on tuotantokäytössä hyvin paljon erilaisia tappijyrsimiä. Tällä hetkellä yrityksessä käytetään eniten pallopäisiä tappijyrsimiä, sekä nurkkapyöristettyjä tappijyrsimiä. Varsinkin nurkkapyöristettyjä tappijyrsimiä on oltava hyvin laaja valikoima, koska koneistettavissa tuotteissa on paljon erilaisia kulmanpyöristyssäteitä. 4.5 Urajyrsimet Urajyrsimiä ovat erilaiset kiekkojyrsimet ja T-urajyrsimet, mutta erityyppisiä uria voidaan koneistaa myös tasojyrsimillä ja tappijyrsimillä. Sandvik Coromant toimittaa

13 kiekkojyrsimiä halkaisija-alueella 80 315 millimetriä. Kiekkojyrsimiä on saatavilla sekä yksirivisillä teräpaloilla että monirivisillä teräpaloilla. Lisäksi kiekkojyrsimiin on saatavilla erimuotoisia teräpaloja. Kuviosta 14. nähdään yksirivinen kiekkojyrsin ja kuviosta 15. nähdään erityyppisiä uran koneistusvaihtoehtoja. KUVIO 14. Kiekkojyrsin KUVIO 15. Erilaisia uratyyppejä Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) Sievi-Toolsilla on tuotantokäytössä muutamia kiekkojyrsimiä ja T-urajyrsimiä, mutta useimmiten yritys käyttää erilaisia tappijyrsimiä urajyrsinnässä. 4.6 Porat Porauksessa koneistetaan työkappaleeseen lieriömäinen reikä. Koneistusmenetelmistä poraukseen liittyvät olennaisesti myös ydinporaus, väljennys, kalvinta ja avarrus. Kaikkien em. menetelmien yhteinen tekijä on pyörivä pääliike yhdistettynä lineaariseen syöttöliikkeeseen. Porausmenetelmistä voidaan erottaa omiksi menetelmikseen lyhyen ja syvän reiän poraus. Syväporauksella voidaan koneistaa erittäin syviä reikiä, joiden syvyys voi olla jopa 150 kertaa reiän halkaisija. Kehittyneistä materiaaleista valmistetut porat ovat oleellisesti vähentäneet reikien koneistuksen vaatimia esivalmistelu- ja viimeistelyvaiheita. Nykyaikaiset poramateriaalit mahdollistavat umpiaineen porauksen yhdellä työkierrolla ja useimmiten ilman keskiö- tai alkureikien porausta. Hyvien poramateriaalien ansiosta on myös porattujen reikien laatu

14 saatu niin hyvälle tasolle, ettei reikien pinnanlaatua välttämättä tarvitse parantaa esimerkiksi kalvimella. Porausta voidaan osittain verrata jyrsintään, mutta poraus eroaa jyrsinnästä siten, että menetelmällä on erityisen tiukat vaatimukset lastunmurron- ja poiston osalta. Porausta rajoittavat tekijät ovat reiän mitat, eli mitä syvempi reikä, sitä vaativammaksi muuttuu porauksen hallinta ja lastujen poisto. Yleisin porausmenetelmä on umpiaineen poraus, jossa yhdellä työkierrolla porataan täysin umpinaiseen kappaleeseen halkaisijaltaan halutun suuruinen reikä. Ydinporausta puolestaan käytetään silloin, kun koneistettavat halkaisijat ovat suuria. Ydinpora ei koneista reiän koko halkaisijaa vaan ainoastaan holkkimaisesti reiän reunalta. Tästä syystä koneistettavan reiän keskelle jää ns. sydän ja sen takia ydinporausta voidaan käyttää vain läpireikien koneistamiseen. Ydinporauksessa on se etu, että se vaatii vähemmän konetehoa kuin umpiaineen poraus. (Sandvik Coromant 2005, E 3.) Kierukkaporia valmistetaan hyvin laajalla pituus- ja halkaisija-alueella ja niitä on saatavilla sekä pikateräksisinä että täyskovametallisina. Lisäksi on saatavana sellaisia kierukkaporia, joissa rungon läpi menevät reiät lastuamisnesteen syöttöä varten. U-porissa on vaihdettavat teräpalat, samoin kuin ydinporissa. U-porat soveltuvat hyvin suurten ainemäärien poistoon silloin, kun ei tehdä läpiporausta. Kuviosta 16. nähdään kierukkapora, jossa on reiät lastuamisnesteelle ja kuviosta 17. nähdään U-pora. KUVIO 16. Kierukkapora Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) KUVIO 17. U-pora

15 Sievi-Tools käyttää tuotannossaan paljon erilaisia kierukkaporia, mutta usein työkappaleista poistettava ainemäärä on niin suuri, että U-pora on parempi vaihtoehto. 4.7 Avarrustyökalut Avarrus on koneistusmenetelmä, joka on tarkoitettu reikien suurentamiseen pyörivällä työkalulla. Avarrettavat reiät on voitu valmistaa joko muilla koneistusmenetelmillä tai esimerkiksi valamalla, takomalla tai polttoleikkaamalla. Ensiksi reikä rouhitaan karkeisiin mittoihin, jonka jälkeen se viimeistellään tarkkoihin mittoihin ja toivottuun pinnankarheuteen. Tyypillisesti avarrukseen käytetään koneistuskeskuksia ja pystykaraisia avarruskoneita (aarporia). Menetelmässä aksiaalissuunnassa. Yleisin syötetään pyörivä avarruskohde on työkalu avarrettavaan läpireikä reikään kotelomaisessa tai pyörähdyssymmetrisessä kappaleessa. Työkappaleen ulkopuoliseen avarrukseen on saatavilla erityisiä avarrustyökaluja. Tyypillisesti avarrettavat reiät ovat halkaisijaltaan 30 100 millimetriä, muitakin kokoja on saatavilla. Esimerkiksi Sandvik Coromant toimittaa avarrusteriä rouhintaan halkaisijaalueella 23 550 millimetriä ja viimeistelyyn halkaisija-alueella 3-975 millimetriä. Avarrusteriä on saatavilla sekä kiinteinä että säädettävinä malleina. Avarrus on jaettu neljään eri menetelmään, eli yksiteräiseen avarrukseen, moniteräiseen avarrukseen, porrastukseen ja kalvintaan. Menetelmistä yksiteräistä avarrusta käytetään yleensä viimeistelyyn ja rouhintaan silloin, kun avarrettava materiaali on lastunhallinnan kannalta ongelmallinen. Yksiteräinen avarrus sopii erityisen hyvin käytettäväksi silloin, kun CNC-koneen teho on vaatimaton. Moniteräistä avarrusta kahdella tai kolmella teräsärmällä käytetään rouhintaan yleensä silloin, kun tavoitteena on mahdollisimman suuri lastuvirta. Erinomainen tuottavuus on mahdollista käyttämällä kahta tai kolmea samalle aksiaaliskorkeudelle asetettua terää ja suositeltua terän syöttöarvoa.

16 Porrastukseen käytetään rouhinta-avarrustyökalua, jonka terät on paikoitettu toisistaan poikkeavasti aksiaalis- ja radiaalisuunnassa. Porrastus parantaa lastunhallintaa vaativia materiaaleja koneistettaessa. Kalvinta on hyvin kevyt viimeistelymenetelmä, jossa koneistetaan erittäin tarkkoja reikiä moniteräisellä työkalulla. Kalvinta edellyttää esikoneistetun reiän, johon on jätetty hyvin pieni työstövara. Menetelmällä saavutetaan erittäin hyvä pinnanlaatu ja tarkat toleranssit. Kalvintateriä on saatavilla sekä kiinteinä että irrotettavilla kärkiosilla. Kuviosta 18. nähdään kalvin, jossa on vaihdettava kärki ja kuviosta 19. nähdään eräs Sievi-Toolsin avartimista. (Sandvik Coromant 2005, F 3, F 4.) KUVIO 18. Kalvin irtokärjellä KUVIO 19. Säädettävä avarrin Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) Sievi-Toolsilla on tuotantokäytössä useita erityyppisiä kalvimia, koska koneistettavilla tuotteilla on usein kovat vaatimukset reikien mittatoleranssien suhteen. Yrityksellä on käytössä lisäksi useita säädettäviä avarrustyökaluja. 4.8 Työkalunpitimet Työkalujen pitimet ovat tuottavassa koneistuksessa erittäin tärkeässä asemassa. Mikäli työkalun kiinnitys koneen karaan on huono, aiheutuu siitä suorituskyvyn, luotettavuuden ja laadun heikkenemistä, vaikka itse terä olisi kuinka hyvä tahansa. Koneistuskeskusten jatkuva kehittyminen asettaa työkalunpitimille yhä kovempia vaatimuksia.

17 Työkalunpitimien kehitystyöllä pyritäänkin parantamaan työkalujen tukevuutta, tarkkuutta, paikoitusta, sekä muihin järjestelmiin sopivuutta. Työkalunpitimet voidaan luokitella modulaarisiin ja kiinteisiin pitimiin. Modulaarinen pidinjärjestelmä liitäntäkappaleita, tarkoittaa sitä, jatkokappaleita, että työkalukartioon välikappaleita, sekä voidaan liittää erilaisia supistuskappaleita, joihin varsinainen työstöterä kiinnitetään. Kuviosta 20. nähdään modulaarinen pidinjärjestelmä. (Sandvik Coromant 2005, G 3, G 4.) KUVIO 20. Modulaarinen työkalun pidinjärjestelmä Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) Moduularinen pidinjärjestelmä soveltuu parhaiten käytettäväksi tilanteissa, joissa työkappaleiden kokovaihtelut edellyttävät erimittaisten työkalujen käyttöä. Työkalunpitimen moduulirakenteella voidaan työkalujen pituus optimoida jokaisessa tilanteessa. Moduulirakenne on hyvä vaihtoehto myös silloin, kun työkaluja tarvitaan useissa työstökoneissa, joissa on erimalliset tai erikokoiset kartiot ja eritoten silloin, kun koneistettavien työkappaleiden monimutkaisuus edellyttää lukuisia erikoistyökaluja. Kiinteään pidinjärjestelmään puolestaan kuuluvat erilaiset kiristysholkki-istukat, poraistukat, ruuvikiristeiset istukat, kartioistukat, kierteitysistukat, sekä hydrauliset ja hydromekaaniset istukat. Em. istukkatyypit on tarkoitettu erilaisten varsijyrsimien, kierretappien, kierukkaporien, kartiovartisten porien, sekä tappijyrsimien kiinnitykseen. Kiinteät työkalunpitimet soveltuvat parhaiten käytettäväksi erikoiskoneissa, joilla työstetään aina samanlaisia työkappaleita, sekä työkaluihin, joilla on yleensä

18 vakioasetukset. Kuviosta 21. nähdään kiristysholkki-istukka ja kuviosta 22. nähdään valikoima hydraulisia istukoita. (Sandvik Coromant 2005, G 9.) KUVIO 21. Kiristysholkki-istukka KUVIO 22. Hydraulisia istukoita Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.) Sievi-Tools käyttää tuotannossaan molempia pidinjärjestelmiä. Moduulirakenteisia työkaluja yritys käyttää paljon sen takia, että koneistettavana on hyvin usein erittäin monimutkaisia geometrioita sisältäviä työkappaleita. Yhteinen tekijä modulaarisella ja kiinteällä pidinjärjestelmällä on se, että molempien pidintyyppien kiinnitys työstökoneen karalle tapahtuu kartion avulla. Kartio kiinnittyy työstökoneen karalle siten, että karan kiinnitysmekanismi vetää kartiota vetotapista niin, että kartio tarttuu karalle. Kartioissa käytetään ISO- ja DIN-standardeja. Kartioissa käytetään työkalujen kiinnitykseen joko keskiruuvikiinnitystä tai sivusta kiinnitystä. Kuviosta 23. nähdään erilaisia kartioita ja kuviosta 24. nähdään molemmat kiinnitystavat. KUVIO 23. Erilaisia kartiotyyppejä Internet-sivu: (Sandvik Coromant 2008.)

19 KUVIO 24. Työkalujen kiinnitystavat (Sandvik Coromant 2005, G 10.)

20 5 KONEISTUSTYÖKALUJEN HALLINTA Työkalujen hallinta (eng. Tool Management) on tärkeä osa nykyaikaista tuotantotekniikkaa ja sen kehitystä. Työkalukustannukset tuotantokustannuksista, mutta muodostavat koneistustyökaluilla noin on 3 % yritysten merkittävä vaikutus kokonaistuotantokustannuksiin, joten oikealla työkalujen hallinnalla voidaan saavuttaa huomattavia säästöjä vuositasolla. (Sandvik Coromant 1994, V-3.) Koneistusalan yrityksen kokonaistuotantokustannuksiin koneistustyökalujen lisäksi työvoimakustannukset, sekä mittausvälineet, muut vaikuttavia käsityökalut, yleiskustannukset. Kuviosta tekijöitä ovat raaka-aineet, 25. nähdään kokonaistuotantokustannusten muodostuminen. Kuvion 25. merkintä CT tarkoittaa koneistustyökaluja ja merkintä CP tarkoittaa mahdollista kokonaistuotantokustannusten pienentymistä. KUVIO 25. Kokonaistuotantokustannukset (Sandvik Coromant 1994, V-3.)

21 5.1 Työkaluvalikoima Jokaisen koneistusalan yrityksen välttämättömiä tehtäviä ovat koneistusmenetelmien kehittäminen, sekä ajan ja käytettävissä olevien resurssien mahdollisimman tehokas hyödyntäminen. Kaikki tuotannon kehittämistoimenpiteet tähtäävät parhaiden mahdollisten työkalujen ja työstöarvojen käyttöön. Työkalujen käytön optimoinnilla on ratkaistava, minkälainen työkalumäärä on riittävä tuotannosta selviämiseen. Valitettavasti hyvin usein käy niin, että ajan kuluessa työkaluasiat jätetään hoitamatta joko tahallisesti tai tahattomasti. Tilanne johtaa hyvin pian siihen, että työkaluja vaihdetaan ja niiden määrää lisätään ajattelematta lainkaan kokonaistilannetta. Em. tilanteen seurauksena kaluston määrä kasvaa hallitsemattomasti, työkaluvaraston hoito ja työkalujen valinta vaikeutuu, sekä työkalu- ja käsittelykulut nousevat. Työkalu- ja käsittelykustannuksia voidaan alentaa huolellisella suunnittelulla, sekä järkevän työkaluvalikoiman valinnalla. Koneistusmenetelmät täytyy myös sovittaa kyseiselle työkaluvalikoimalle sopivaksi. Työkaluvalikoima tulee päättää vasta huolellisen ja kattavan analyysin perusteella, koska koneistustyökaluilla on merkittävä vaikutus tuotantovälineiden investoinnissa. Parhaatkaan koneistusmenetelmät eivät tuo säästöjä, jos työkaluvalikoima on työhön sopimaton. (Sandvik Coromant 1994, V-19.) 5.2 Toimenpiteitä työkalujen hallintaan Otetaan huolellisen analyysin perusteella valittu työkaluvalikoima käyttöön ja pyritään pitämään työkalumäärä mahdollisimman pienenä. Pyritään siis optimoimaan työkaluvalikoima siten, että se sisältää mahdollisimman vähän erilaisia työkaluja, eli hankitaan sellaisia työkaluja, jotka soveltuvat useisiin erilaisiin koneistusvaiheisiin. Ei ole järkevää pitää laajaa valikoimaa sellaisia työkaluja, joita voidaan kutakin käyttää vain yhdenlaiseen koneistusvaiheeseen. Yksinkertaistetaan työkalujen kuvauksia, eli käytetään helposti omaksuttavia lyhenteitä ja merkintöjä ja jätetään kuvauksista sellaiset merkinnät pois, jotka saattavat aiheuttaa sekaannusta. Lisäksi hankitaan sellaisia työkaluja joiden terämateriaalit, sekä

22 terägeometriat mahdollistavat työstöarvojen parantamisen. Työstöarvojen optimointi puolestaan johtaa koneistusaikojen lyhentymiseen ja sitä kautta kustannusten pienentymiseen. (Sandvik Coromant 1994, V-19.) 5.3 Ohjelmistot Työkalujen hallintaan on nykyään tarjolla valmiita ohjelmistoja, joiden tehokkaalla käytöllä pystytään parantamaan työkalujen tehokasta käyttöä, sekä työkalutietojen luotettavuutta. Työkalujen hallintaohjelmisto on kannattava investointi sellaisiin yrityksiin, joissa on isot työkaluvalikoimat ja joissa vaatimuksena ovat lyhyet työkalujen esiasetusajat, sekä CNC-koneen karalle tulevan työkalun tunnistustiedot. 5.4 LCC Tool Manager LCC Tool Manager-ohjelmistoa markkinoi Langlais Computer Consultants (LCC). LCC Tool Manager on PC-tietokoneisiin tarkoitettu Windows-pohjainen sovellus ja se on yhteensopiva useimpien CNC-ohjausten kanssa. Ohjelmistoa käytetään CNC-ohjauksen työkalutietojen hallintaan ja ylläpitoon. LCC Tool Manager-ohjelmisto käsittelee työkalujen pituus- ja sädekompensointitiedot siten, että ne toimivat oikein CNCohjauksessa. LCC Tool Manager-ohjelmistossa määritellään kaikille työkaluille geometriatiedot, sekä kuvaukset, jotka voivat olla enimmillään 8 merkkiä pitkät. Koneistusvaiheessa CNCohjaus kutsuu käytössä olevia työkaluja em. kuvausten perusteella. LCC Tool Managerohjelmisto kääntää työkalu- ja geometriatiedot CNC-ohjelman ymmärtämään muotoon, sekä lisää pituus- ja sädekompensointitiedot CNC-ohjelmaan. Internet-sivu: (Langlais 2008.) Kuviosta 26. nähdään LCC Tool Manager-ohjelmiston käyttöliittymä, mikä on Windows käyttöjärjestelmään tottuneille helposti omaksuttavissa. Kuviosta 27. nähdään työkalulistan

23 ulkoasu. LCC Tool Manager-ohjelmistosta on saatavilla ilmainen kokeiluversio. Kokeiluversio on ladattavissa internetosoitteesta: http://www.cncsw.com/lcctm.htm KUVIO 26. Käyttöliittymä KUVIO 27. Työkalulista

24 6 TYÖKALUKIRJASTON LUOMINEN 6.1 Lähtötilanne Sievi-Tools Oy:ssä koneistusta häiritsee puutteellinen työkaluhallinta. Yrityksessä on tällä hetkellä CAM-järjestelmässä käytössä työkalukirjasto, mutta se ei täytä tehtäväänsä riittävän hyvin. Työkalukirjaston numerointi ei ole yksiselitteinen ja siitä syystä työstökoneen rataluettelossa on joskus samoja numeroita erilaisille terille. Työkalujen kuvaukset eivät myöskään ole yksiselitteisiä, joten nykyisellä järjestelmällä virhemahdollisuus koneistuksessa on merkittävä. Tämän opinnäytetyön tekeminen aloitettiin tammikuussa 2008. 6.2 Työn tavoite ja rajaus Opinnäytetyön tavoitteena on luoda Sievi-Tools Oy:n käyttöön toimiva työkalukirjasto, eli selkiyttää työkalujen numerointia sekä kuvauksia ja täten turvata oikean terän käyttö kulloisessakin työvaiheessa. Uuden työkalukirjaston luomisella pyritään lisäksi työkalujen käytön optimointiin, sekä vähentämään koneistuksessa tehtäviä kirjauksia, muutoksia ja muita epävarmuustekijöitä. Lisäksi tavoitteena on selvittää uuden järjestelmän käyttöönotossa mahdollisesti ilmenevät ongelmat, sekä tehdä loppuarviointi järjestelmällä saavutettavista hyödyistä. 6.3 Sievi-Tools Oy Sievi-Tools on Oulaisissa sijaitseva yritys, mikä tarjoaa asiakkailleen 3D-tekniikkaan perustuvaa muottien ja työkalujen valmistusta, sekä alihankintakoneistusta. Sievi-tools käyttää toiminnassaan sertifioitua ISO9001: työntekijämäärä on tällä hetkellä 16 henkilöä. 2000 laatujärjestelmää. Yrityksen

25 Muottituotannossaan Sievi-tools on toiminut monen eri tuotantoalan parissa. Esimerkkejä muottituotannosta: Alipainemuotit Puhallusmuotit Erikoismuotit- ja lestit Lämpömuovausmuotit Valumallineet, keernalaatikot Jalkinemuotit ja työvälineet Muottien kiillotukset ja muutos- ja korjaustyöt Materiaaleina muottituotannossaan Sievi-tools käyttää alumiinia, työkaluteräksiä, punametalleja, muoveja jne. Sievi-tools aloittaa muottien valmistuksen yleensä asiakkaan toimittaman 3D-geometrian pohjalta. Tarvittaessa yritys voi laatia 3D-mallit myös asiakkaan toimittamista 2D-kuvista. Lisäksi yritys voi digitoida kappaleen siirrettävällä 3D-mittakäsivarsilaitteella. Mittauskäyristä Sievi-tools laatii tarvittavat geometriat. Yritys tarjoaa myös kokonaisuuden tai osageometrioiden 3D-suunnittelun asiakkaan kanssa laadittujen lähtöarvojen perusteella. Internet-sivu: (Sievi-Tools Oy 2008.) 6.4 Työkaluihin tutustuminen Opinnäytetyön tekeminen aloitettiin tutustumalla Sievi-Toolsilla käytössä olevaan työkalukirjastoon, sekä käytössä oleviin koneistustyökaluihin. Lähtötilanteessa yrityksen työkalukirjastossa oli erilaisia teriä noin 300 kpl. Opinnäytetyön jatkoa ajatellen täytyi ensin selvittää käytössä olevien työkalujen tyypit ja oikeat nimitykset. Työkalujen selvitystyö tehtiin yhdessä yrityksen osastonjohtajan, CNC-ohjelmoijan, sekä tiiminvetäjän kanssa. Lisäksi selvitystyössä käytettiin apuna Sandvik Coromantin teknistä käsikirjaa. Työn alkuvaiheessa tutkittiin mahdollisuutta hyödyntää valmista työkalujärjestelmää ja tästä syystä otettiin tarkasteluun myös kappaleessa 5.4 mainittu työkalujen hallintaohjelmisto LCC Tool Manager. Hyvin pian selvisi kuitenkin, että LCC Tool

26 Manager-ohjelmisto ei sovellu Sievi-Toolsin käyttöön. Ensimmäinen syy ohjelmiston soveltumattomuuteen on se, että ko. ohjelmistossa käytettävät työkalukuvaukset saavat olla enintään 8 merkkiä pitkiä. Tämä seikka aiheuttaa välittömästi ristiriidan CAM-ohjelmiston ja LCC Tool Manager-ohjelmiston välillä. Toinen oleellinen seikka ohjelmiston soveltumattomuuteen Sievi-Toolsin käyttöön on se, että LCC Tool Manager tunnistaa käytettävät työkalut kooditagien avulla. Yrityksessä ei kuitenkaan toistaiseksi ole halua investoida työkalujen tunnistusjärjestelmään. Em. syistä johtuen valmiin työkalujärjestelmän hyödyntäminen hylättiin ja sen sijaan keskityttiin luomaan kokonaan uusi työkalukirjasto. 6.5 Työkalulyhenteet Työkaluihin perehtymisen jälkeen selvitettiin perusasioita uuden työkalukirjaston luomisesta. Yrityksessä on käytössä kaksi koneistuskeskusta, joiden CNC-ohjauksessa käytetään Heidenhain-ohjausta ja joiden työkalumakasiiniin mahtuu 120 työkalua. Kyseisessä ohjaustyypissä voidaan työkaluille määrittää enintään 16 merkkiä käsittävä työkalukuvaus. Heidenhain-ohjaukseen voidaan määritellä noin 32000 työkalua, mutta niin suurta rivimäärää ei ole mielekästä käsitellä. Uuden työkalukirjaston alustavaksi arvioksi määriteltiin 1000 riviä. Heidenhain-ohjauksessa voidaan ottaa näytölle aktiivinen, eli työkalumakasiinissa olevien työkalujen määrän mukainen työkaluluettelo. Tämän pohjalta 1000 riviä olisi vielä helpohkosti käsiteltävissä oleva rivimäärä. Seuraavaksi aloitettiin työkalulyhenteiden suunnittelu. Suunnittelulle asetti rajoitteita edellä mainittu Heidenhain-ohjaus. Työkalukuvauksen 16:sta merkkiin täytyi saada sovitetuksi työkalun lyhenne, ulkohalkaisija, varren halkaisija, kokonaispituus, leikkaavien särmien lukumäärä, nurkkapyöristyksen säde, sekä työkalun kartiomaisuus. Työkalulyhenteiden termit perustuvat olennaisilta osin Sandvik Coromantin tekniseen käsikirjaan, mutta niitä muokattiin Sievi-Toolsin käyttöön sopiviksi. Jokaisella yrityksellä on omat vakiintuneet toimintatapansa, jotka koskevat myös esimerkiksi koneistustyökalujen nimityksiä. Tämä tosiasia otettiin huomioon uuden työkalukirjaston luomisessa.

27 Käytännön osuus työkalulyhenteiden suunnittelussa aloitettiin siten, että kirjattiin paperille joitakin ehdotelmia alkutilanteeksi. Kuitenkin hyvin pian siirryttiin työssä käyttämään Microsoft Excel-taulukkolaskentaohjelmaa. Excel-taulukon sarakeleveys asetettiin siten, että yhteen soluun mahtui 16 merkkiä. Taulukon fontiksi valittiin Courier New ja fonttikooksi 10 (syy-yhteys fontin valintaan selviää kappaleessa 6.9). Työkalulyhenteistä tehtiin useita erilaisia ehdotelmia, joita hyväksytettiin yrityksessä. Työkalulyhenteet aiheuttivat ongelmia sen takia, että lyhenteet täytyi saada hyvin kuvaaviksi, mutta käytössä oli kuitenkin vain em. 16 merkkiä. Liitteestä 1 nähdään lopulliset työkalulyhenteet. 6.6 Työkaluryhmät ja numeroalueet Työkalukirjastoon määriteltiin erilaisille työkaluille omat työkaluryhmät ja niille vastaavat numeroalueet. Omiksi työkaluryhmiksi muodostuivat vaihtopalat, vaihtopäät, tapit alumiini, tapit teräs, pallot alumiini, pallot teräs, R-terät, porat, kalvimet, kierretapit, sekä erikoisterät. Työkaluryhmiä muodostui kaikkiaan 11 kpl, joten tässä vaiheessa työkalukirjaston tuleva laajuus alkoi hahmottua. Tässä vaiheessa heräsi epäilys siitä, että riittääkö työkalukirjastolle alussa arvioitu 1000 riviä. Lisäksi jokaisen työkaluryhmän numeroalueeseen jätettiin noin 20 riviä tyhjiksi sen takia, että uusille työkalukuvauksille jäisi lisäysmahdollisuus. Liitteestä 2 nähdään lopulliset työkaluryhmät ja numeroalueet. 6.7 Työkaluryhmien taustaa Työkaluryhmä nimeltä vaihtopalat sisältää kaikki sellaiset terät, joissa on vaihdettavat teräpalat. Tähän ryhmään sijoitettiin Sievi-Toolsin käyttämistä teristä seuraavat: Kiekkojyrsimet, nurkkajyrsimet, otsajyrsimet, pallojyrsimet, pyöreäpalaiset sädejyrsimet, U-porat, sekä viistejyrsimet. Kuviosta 28. nähdään pyöreäpalainen sädejyrsin.

28 KUVIO 28. Pyöreäpalainen sädejyrsin Työkaluryhmä nimeltä vaihtopäät sisältää kaikki sellaiset terät, joissa on vaihdettava kärkiosa. Tähän ryhmään sijoitettiin seuraavat terät: Nurkkapyöristetyt tappijyrsimet, pallojyrsimet, sekä varsijyrsimet. Työkaluryhmä nimeltä tapit alumiini sisältää kaikki sellaiset tappijyrsimet, joita käytetään alumiinin koneistamiseen. Työkaluryhmä nimeltään tapit teräs sisältää puolestaan kaikki sellaiset tappijyrsimet, joita käytetään teräksen koneistamiseen. Työkaluryhmä nimeltä pallot alumiini sisältää kaikki sellaiset pallopäiset tappijyrsimet, joita käytetään alumiinin koneistamiseen. Työkaluryhmä nimeltä pallot teräs sisältää vastaavasti kaikki sellaiset pallopäiset tappijyrsimet, joita käytetään teräksen koneistamiseen. Työkaluryhmä nimeltä R-terät sisältää kaikki sellaiset terät, joissa on nurkkapyöristys. Tähän ryhmään sijoitettiin seuraavat terät: Nurkkapyöristetyt tappijyrsimet. Työkaluryhmä nimeltä porat sisältää seuraavat terät: Lyhyet kierukkaporat, pitkät kierukkaporat, sekä kanuunaporat. Työkaluryhmä nimeltä kalvimet sisältää kaikki yrityksen käytössä olevat kalvimet. Työkaluryhmä nimeltä kierretapit sisältää puolestaan kaikki yrityksen käytössä olevat kierretapit. Työkaluryhmä nimeltä erikoisterät sisältää kaikki sellaiset terät, jotka eivät sovellu mihinkään edellä mainituista työkaluryhmistä. Tähän ryhmään sijoitettiin seuraavat terät:

29 Kaiverrusjyrsimet, keskiöporat, kiekkoharjat, kuppiharjat, kiekkojyrsimet, kartiomaiset tappijyrsimet, sekä T-urajyrsimet. 6.8 Työkalujen pituusalueet Sievi-Toolsin tuotannossa tarvitaan eniten pituusvaihtoehtoja nurkkapyöristetyille tappijyrsimille, pallopää tappijyrsimille, sekä tappijyrsimille. Tämän takia em. työkaluille määriteltiin työkalukirjastoon 5 eri pituusaluetta: 4D, 6D, 10D, 13D ja xd, missä 4D tarkoittaa sitä, että työkalun kokonaispituus on 4 kertaa työkalun ulkohalkaisija jne. Pituusalue xd lisättiin työkalukirjastoon myöhempiä muutoksia silmällä pitäen. Lisäksi tappijyrsimille määriteltiin työkalukirjastoon 6 halkaisija-aluetta: 6, 8, 10, 12, 16 ja 20 millimetriä. Pituusalueiden lisääminen aiheutti sen, että työkalukirjaston rivimääräksi ei riittänyt alussa arvioitu 1000 riviä. Rivimäärä kasvoi siis sen vuoksi, että jokaista terää kohti määriteltiin työkalukirjastoon useita eri halkaisijoita ja jokaiselle halkaisijalle 5 eri pituusaluetta. Kierukkaporia tarvitaan yleensä kahta eri pituutta ja sen vuoksi työkalukirjastoon lisättiin kierukkaporille 2 eri pituusaluetta: Lyhyet ja pitkät porat. Lisäksi kierukkaporille määriteltiin halkaisija-alueeksi 1-20 millimetriä, 0,1 millimetrin välein. Tämä seikka kasvatti jälleen työkalukirjaston arvioitua rivimäärää. Työkalukirjaston lopulliseksi rivimääräksi saatiin 1500 riviä, mutta määrän ei katsottu aiheuttavan ylipääsemättömiä ongelmia. Tulimme myös siihen lopputulokseen, että työkalukirjaston työkaluryhmät ja numeroalueet ovat kohtalaisen nopeasti omaksuttavissa. 6.9 Sievi-Tools Oy:n CAM-järjestelmä CAM-ohjelmistona yrityksessä on Cimera Oy:n edustama PowerMILL 7. PowerMILL on suomenkielinen, tehokas ja helppokäyttöinen 3D CAM ohjelmisto monimutkaisten muotojen työstöä varten. Selkeä käyttöliittymä ja grafiikka helpottavat ohjelmiston oppimista ja käyttöä.

30 PowerMILL generoi rouhinta- ja viimeistelytyöstöradat jotka optimoivat CNC - työstökoneiden tuottavuuden ja jotka takaavat koneistettujen kappaleiden korkean laadun. PowerMILL sisältää ominaisuuksia jotka on kehitetty suurnopeustyöstöä varten. Internet-sivu: (Cimera Oy 2008.) erityisesti Kuten kappaleessa 6.1 mainittiin, on PowerMILL-ohjelmistossa työkalukirjasto, minkä kehittäminen oli tämän opinnäytetyön tarkoitus. Työkalutietojen siirto PowerMILLohjelmistosta CNC-työstökoneille tapahtuu tekstitiedoston muodossa. Tekstitiedoston fontti on kappaleessa 6.5 mainittu Courier New. Seuraavassa vaiheessa käännettiin Excel- taulukkolaskentaohjelmalla tehty työkalukirjasto tekstitiedostoksi. Tämän takia fonttikokojen tuli täsmätä. Mikäli lähdetiedoston ja kohdetiedoston fontti ja fonttikoko eivät olisi täsmänneet, olisi tiedoston käännös epäonnistunut. Tämä asia huomattiin muutaman epäonnistuneen yrityksen jälkeen. Lisäongelmia aiheutui vielä siitä, että valmiissa tekstitiedostossa täytyy tiettyjen vakioparametrien olla tietyissä kohdissa tiedostoa. Lopullinen tiedostojen kääntäminen saatiin onnistumaan yrityksen ja erehdyksen kautta. Kuviosta 29. nähdään aiemmin käytössä ollut työkalulista. KUVIO 29. Vanha työkalulista Kuvion 29. yläreunassa nähdään työkalulistan vakioparametrit: T, NAME, L, R, R2 jne. Parametrien merkitys on seuraava: T on työkalun numero, NAME on työkalun kuvaus, L on työkalun pituuskompensoinnin arvo, R on työkalun säde, R2 on työkalun

31 reunapyöristyksen säde jne. Näiden vakioparametrien kohdistusvirheet Excel-taulukon ja tekstitiedostoksi kääntämisen välillä aiheuttivat sen, että tiedonsiirto CAM-järjestelmän ja CNC-ohjauksen välillä epäonnistui useita kertoja. Tiedosto-ongelmien ratkaisun jälkeen havaittiin työssä PowerMILL-ohjelmistoon liittyvä ongelma, josta aiheutuisi mahdollisesti ylimääräistä ja aikaa vievää tietojen kirjaustyötä. Vaikka PowerMILL-ohjelmisto saatiinkin välittämään työkalutiedosto CNC-koneille, täytyi vielä selvittää se, että miten saataisiin 1500 riviä työkalutietoa fyysisesti PowerMILL-ohjelmistoon. Asiaa tutkittiin yhdessä CAM-ohjelmoijan kanssa ja havaittiin, että asian tiimoilta on lähestyttävä PowerMILL-ohjelmiston edustajaa. Cimera Oy:lle lähettiin sähköpostitiedustelu em. ongelmaa koskien 27.3.2008. Ongelma tuli ratkaista mahdollisimman nopeasti, koska muutoin uuden työkalujärjestelmän käyttöönotto ja testaaminen viivästyisi. Mikäli työkalutiedot jouduttaisiin kirjaamaan käsin CAM-ohjelmistoon, kuluisi siihen työaikaa mahdollisesti useita päiviä ja lisäongelmaksi muodostuisivat virhemahdollisuudet tietojen käsin kirjauksessa. Cimera Oy:stä vastattiin sähköpostitiedusteluun 4.4.2008 siten, että työkalutietoja ei voida lukea suoraan taulukoista tai tekstitiedostoista. Työkalutiedot voidaan kuitenkin luoda PowerMILL makron avulla. Ensin luodaan makro, joka tekee yhden työkalun ja sitten ko. makroa kopioidaan peräkkäin tiedostoon. Lisäksi kopioituihin makroihin muutetaan tarvittavat arvot jokaiseen lohkoon. Kuviosta 30. nähdään yhdelle työkalulle luotu makro. KUVIO 30. PowerMILL makro

32 Muutamalle työkalulle tehdyn makron jälkeen huomattiin, että työkalutietojen saaminen PowerMILLiin olisi kuitenkin harmittavan hidas prosessi, käytettiinpä työssä joko käsin kirjausta tai makroja. Asia ratkaistiin lopulta siten, että kaikki työkalutiedot kirjattiin käsin. Tietojen kirjaus oli vaativa prosessi, koska tiedot tuli kirjata oikein ja koska rivejä oli 1500 kpl. Kuviosta 31. nähdään PowerMILLin työkalutietojen syöttölomake. KUVIO 31. PowerMILLin työkalutietokanta. Hankaluuksista huolimatta, työkalutiedot saatiin kuitenkin syötettyä onnistuneesti PowerMILLin tietokantaan. Työkalukirjaston lopullisten hienosäätöjen jälkeen CAMohjelmoijan oli merkittävästi aiempaa helpompi valita sopiva työkalu kulloiseenkin koneistusvaiheeseen.

33 7 JOHTOPÄÄTÖKSET 7.1 Työkalukirjastolla saavutettavia etuja Toimiva työkalukirjasto vaikuttaa koko yrityksen koneistusketjuun. Työkalukirjasto toimii linkkinä CAM-ohjelmoinnin ja CNC-koneistuksen välillä ja on täten olennainen osa laadukkaiden tuotteiden valmistusprosessia. Toimiva työkalukirjasto helpottaa CNCkoneistajien työtä siten, että he voivat pitää CNC-ohjaukseen tulevaa työkalulistaa niin luotettavana, ettei työkalutietojen oikeellisuutta ole syytä epäillä. Näin ollen koneistajien tekemät kirjaukset vähenevät ja heidän resursseja vapautuu tuottavaan työhön. Työkalukirjaston vakioidut nimikkeet ja numeroinnit puolestaan poistavat koneistajien epävarmuutta siitä, mikä työkalu milloinkin on kyseessä. Hyvin toimivan työkalukirjaston avulla poistetaan epävarmuustekijöitä myös CAMohjelmoinnin osalta. CAM-ohjelmoija voi luottaa siihen, ettei työkalukirjaston tietoihin ole tehty muutoksia koneistajien tai muiden henkilöiden toimesta. Toimivaan työkalukirjastoon ei tarvitse tehdä muutoksia vakioitujen nimikkeiden osalle, mutta mahdollisille uusille terille on jätetty työkalukirjastoon lisäysmahdollisuus. Lisäykset saa kirjata ainoastaan CAM-ohjelmoija, ja tällöin tiedonkulusta johtuvat ongelmat poistuvat. 7.2 Tuotannon tehostuminen Toimivalla työkalukirjastolla on merkittävä osuus myös silloin, kun halutaan tehostaa yrityksen tuotantoa. Koska työkalukirjasto on osa koneistusketjua, ei sen merkitystä tule väheksyä. Ketju on yhtä vahva kuin sen heikoin lenkki, joten työkalukirjaston rakentamiseen kannattaa käyttää tarpeeksi aikaa ja harkintaa. Tuotanto tehostuu toimivan työkalukirjaston avulla jo pelkästään siksi, että koneistuksesta jäävät ylimääräiset kirjaukset pois ja koneistusvirheet vähenevät.