Kiinnitysjärjestelmä joustavuuden mahdollistajana: Nykytila ja kehittämismahdollisuudet

Abstract

Tässä työssä tutkittiin kohdeyrityksen koneistustoimen toimintaa ja pyrittiin löytämään siitä kehityskohteita. Kehityskohteet pyrittiin rajaamaan niin että ne voitaisiin implementoida yrityksen tulossa olevaan joustavaan valmistusjärjestelmään (FMS). Kehityskohteita etsittiin koneistajille suunnatulla teemahaastattelulla ja alan kirjallisuuteen tutustumalla. Näiden perusteella työssä laajemmin käsiteltäväksi kehityskohteeksi valikoitui koneistuskiinnittäminen. Kiinnittämisen ja FM-järjestelmän yhdistäväksi linkiksi tämän työn osalta valikoitui joustavuus. Joustavuus on FM-järjestelmien kohdalla kriittinen ominaisuus ja kiinnittämisellä on merkittävä vaikutus järjestelmän kokonaisjoustavuuteen. Joustavuus itsessään on monialainen konsepti, mutta tämän työn kohdalla sen ajatellaan olevan kykyä muuttua tai reagoida vaivattomasti ja pienin kustannuksin sekä rahan että suorituskyvyn suhteen. Kirjallisuudesta tunnistettiin joustavuuden jaottelu mm. ulottuvuuteen, aikahorisonttiin ja elementteihin. Näitä jaotteluja käytettiin yrityksen tulevan kiinnitysjärjestelmän analysoimiseen. Koneistuskontekstissa kiinnittämisellä on merkittävä vaikutus työstön onnistumiseen. Kiinnittämisen tärkeimmät vaatimukset ovat kiinnitettävän kappaleen paikoillaan pitäminen ja sen tarkka paikoittaminen haluttuun sijaintiin. Kirjallisuudesta tunnistettiin useita erityyppisiä kiinnitysjärjestelmiä, joista joustavien kiinnitysjärjestelmien luokka ja sen sisällä modulaariset kiinnittimet ja nollapistekiinnittäminen sopivat parhaiten kohdeyrityksen tarpeisiin. Koneistukseen sopivaa mittaustekniikkaa käsiteltiin omana aihealueenaan sillä se voi mahdollistaa paikoittamisen automatisoinnin, esimerkiksi kosketusmitta-anturia käyttäen. Kappaleen nollapisteiden muuttamisen lisäksi mitta-anturia voidaan käyttää esimerkiksi tunnistamaan liian suuret tai pienet aihiot sekä havaitsemaan jos kiinnityksestä puuttuu aihio. Kohdeyrityksen tuleva kiinnitysjärjestelmä tulee koostumaan pääasiassa paleteista ja niille tulevista kolmisivuisista kiinnitystorneista. Tornien sivuihin voidaan kiinnittää joko nollapistekiinnittimin tai pultein peruslevy, johon kappalekiinnittimet, kuten OK-Visen valmistamat kiskokiinnittimet voidaan kiinnittää. Kiinnitys voidaan tarkastaa koneessa Renishaw RMP60 kosketusmitta-anturilla. Kiinnityksiä hallitaan järjestelmässä Fastemsin MMS-ohjelmistolla. Kiinnitysjärjestelmän joustavuus uudessa järjestelmässä jaettiin kiinnittämisen joustavuuteen ja paikoittamisen joustavuuteen. Kiinnittämisen joustavuutta käsiteltiin tilanteissa, joissa kappale vaihdetaan toiseen samanlaiseen, se vaihdetaan eri nimikkeeseen, joka on kuitenkin aiemminkin ollut tuotannossa, tai se vaihdetaan täysin uuteen nimikkeeseen. Lisäksi käsiteltiin volyymijoustavuutta. Paikoittamisen joustavuutta käsiteltiin manuaalisen ja automaattisen paikoittamisen kautta ja syvennettiin mitta-anturin hyödyntämisen osalta. Jatkokehitysmahdollisuuksien osalta todettiin mahdollisuuksina kiinnittämisen robotisoiminen tai mitta-anturin korvaaminen toisella menetelmällä, kuten laserskannauksella. Halvin ja helpoin tapa kehittää yrityksen tuotantoa kokonaisuutena olisi kuitenkin uuden tavan jalkauttaminen myös yrityksen vanhoille koneille.

In this work, the operations of the machining function of the target company were examined and areas for improvement were sought. The aim was to narrow down the development areas so that they could be implemented in the company’s upcoming flexible manufacturing system (FMS). Development areas were identified through theme-based interviews with machinists and by reviewing literature related to the field. Based on these, workholding was selected as the development area to be addressed more broadly in this work. Flexibility was chosen as the link between workholding and the FMS for this work. Flexibility is a critical feature of FMS and workholding has a significant impact on the overall flexibility of the system. Flexibility itself is a multisided concept, but in the context of this work it is considered to be the ability to change or respond easily and at low cost in terms of both money and performance. From the literature several dimensions of flexibility were identified, such as dimension, time horizon and elements. These categorizations were used to analyze the company’s future workholding system. In the context of machining, workholding has a significant impact on the success of the machining process. The primary requirements of workholding are to keep the workpiece in place and to position it accurately in the desired location. From the literature, several types of workholding systems were identified, among which the class of flexible workholding systems, and within it, modular clamps and zero-point clamping, best suited the needs of the target company. Measurement techniques suitable for machining were addressed as a separate topic, as they can enable the automation of positioning, for example by using a touch probe. In addition to changing the zero points of the workpiece, the probe can be used to identify excessively large or small blanks and detect if blanks are missing from the fixture. The future workholding system of the target company will primarily consist of pallets and three-sided fixture towers mounted on them. The sides of the towers can be equipped with base plates that are fixed into place with either zero-point clamps or bolts. Part fixtures such as OK-Vise rail fixture can be then mounted on the base plate. The fixture can be inspected in the machine using a Renishaw RMP60 touch probe. The fixtures are managed in the system using Fastems MMS software. The flexibility of the workholding system in the new system was divided into flexibility of clamping and flexibility of positioning. The flexibility of clamping was analyzed in situations where the workpiece is replaced with another identical one, replaced with a different item that has been in production before, or replaced with a completely new item. Additionally, volume flexibility was addressed. The flexibility of positioning was analyzed through manual and automatic positioning and with a deeper focus on the utilization of the touch probe. Regarding future development opportunities, possibilities such as the robotization of clamping or replacing the touch probe with another method, such as laser scanning, were identified. However, the cheapest and easiest way to develop the company’s production as a whole would be to implement the new method on the company’s older machines as well.