Evolventtihampaallisten komponenttien valmistussuunnittelun kehittäminen

Abstract

Tarve tälle työlle syntyi ATA Gears Oy:n strategiapäivityksestä, joka koski evolventtihammastettujen komponenttien valmistuksen ja myynnin lisäämistä. Tarkemmin esitettynä yrityksen tarkoitus on keskittyä sellaisiin erikoislieriöhammaspyöriin, joiden valmistus on edullisempaa ATA:n moniakselisella työstökonekannalla perinteisiin evolventtihammaspyörien valmistuskoneisiin verrattuna. Työn tutkielmallisena tavoitteena oli tutkia kartiopyörien ja lieriöpyörien valmistussuunnittelun välisiä eroja sekä selvittää kuinka toteutetaan systemaattinen ja tehokas lieriöpyörien valmistussuunnitteluprosessi. Tässä työssä evolventtihampaallisilla komponenteilla tarkoitetaan lieriöpyöriä ja evolventturituksia, mutta tekstin yhteydessä puhutaan pääasiassa yleistävästi lieriöpyöristä. Tutkielmallisen tavoitteen lisäksi työn konkreettisena tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa systematisoitu lieriöpyörien valmistussuunnittelun prosessi. Prosessin tuli olla helposti omaksuttava ja kohdeyrityksen systeemeihin hyvin implementoituva. Täten toteutuksen lähtökohtana oli suunnitella lieriöpyörien valmistussuunnittelun prosessi mahdollisimman samankaltaiseksi jo valmiiksi olemassa olevan kartiopyörien valmistussuunnitteluprosessin kanssa. Toteutukseen kuului myös suunnitteluohjelmistoihin liittyvän automatisoinnin kehittäminen systeemisuunnittelun periaatteiden mukaisesti. Työn sisältämän kirjallisuusselvityksen avulla hankittua tietoa sovellettiin käytännön toteutuksessa, jonka lisäksi työssä hyödynnettiin tutkimusmenetelminä myös toimintatutkimusta sekä avoimia haastatteluja. Toimintatutkimus mahdollisti tutkimustyön kanssa samaan aikaan etenevän kehitystyön, jonka avulla tutkittiin suunniteltujen ratkaisujen soveltuvuutta käytäntöön. Tietoa kehityskohteista, kohdeyrityksen prosessien nykytiloista ja kehitettävien systeemien vaatimuksista kerättiin pääasiassa avoimien haastattelujen avulla. Kokonaisuudessaan toteutuksessa keskityttiin valmistussuunnitteluun liittyvän toiminnan systematisointiin ja automatisointiin. Työn toteutus aloitettiin määrittelemällä ajantasainen kartiopyörien valmistussuunnitteluprosessi. Tämän jälkeen alettiin suunnittelemaan lieriöpyörien valmistussuunnittelun prosessia, joka pidettiin mahdollisimman samankaltaisena kartiopyörien valmistussuunnittelun prosessin kanssa. Prosessin kehityksen yhteydessä paneuduttiin sen yksityiskohtiin, joita olivat pääasiassa lähtötietojen keruun ja katselmusten järjestämisen systematisointi sekä suunnitteluohjelmistojen toimintojen automatisointi. Työn tuloksena saatiin selville lieriöpyörien ja kartiopyörien valmistussuunnitteluun vaikuttavia eroja. Samalla työn tuloksena saatiin suunniteltua ja toteutettua systematisoitu lieriöpyörien valmistussuunnittelun prosessi sekä suurimmaksi osaksi siihen liittyvä suunnitteluohjelmistojen automatisointi. Lieriöpyörien näkökulmasta vaikuttavimmat erot liittyivät valmistustekniikkaan, valmistustarkkuuksiin, hammashelpotuksiin ja hammasmittauksiin. Nämä asiat huomioitiin muun muassa valmistussuunnittelun prosessin hahmottelun sekä automatisoitavien toimintojen vaatimusten määrittelyn yhteydessä. Diplomityön tärkeimpinä tuotoksina saatiin toteutettua lieriöpyörien valmistussuunnittelun virtauskaavio, tukimateriaali lähtötietojen keruuta ja katselmointeja varten, yhtenäinen evolventtihammastustietolomake sekä ATA:n oman laskentaohjelman automatisointia koskevat ohjelmistomuutokset.

The need for this thesis arose when ATA Gears Oy updated its business strategy regarding involute gear sale and production increasement. More precisely, this strategy focused on special involute gears that are more beneficial to produce with ATA’s multiaxis machining centers when compared to traditional gear production machines. The research object of this thesis was to examine the differences between the detail design of bevel gears and cylindrical gears. Another object was to investigate how a systematic and efficient cylindrical gear detail design process is formed. In this thesis the generalized term cylindrical gear is used to describe all involute gears which also covers involute splines. In addition to the research objects the thesis also had a concrete object. This object was to design and implement the systematized detail design process of cylindrical gears. The process requirements were that the process had to be easily adoptable and well implementable to ATA’s systems. Thus, the starting point for this project was to make the process as similar as possible when compared to the detail design process of bevel gears which already existed in the company. The project also included the development of design software automatization. The main research method in this thesis was literature review and the information that was gained with it was applied in practice. In addition to this, action research and open interviews were used as research methods. Action research enabled the possibility that the design and the implementation of the detail design process progressed alongside with the research work. The information about the development targets, current states of the company processes and requirements of the developed systems were gathered mainly by utilizing open interviews. All in all, the implementation part of this thesis focused on detail design systematization and automatization. The implementation was started by defining the current state of the bevel gear design process in the company. After this, the real designing of cylindrical gear detail design process was started. The process details were examined carefully during the process design. These details were mainly the systematization of initial data gathering and design software automatization. Bevel gear and cylindrical gear detail design differences were revealed as the result of this thesis. At the same time the detail design process of cylindrical gears was also implemented into practice. The automatization of design softwares were also implemented for the most part. From the viewpoint of cylindrical gears, the biggest differences between cylindrical gears and bevel gears were related to machining techniques, production accuracies, gear teeth reliefs and measurements. These features were also acknowledged when the new cylindrical gear detail design process was outlined, and software automatization requirements were defined. The most relevant outputs of this thesis were the flowchart of cylindrical gear detail design process, backing for the initial data gathering, unified involute gear toothing data sheet and the software updates regarding ATA’s own gear calculus software.