Avainjyrsinkoneen tuotekehitys

(1)

Karelia-ammattikorkeakoulu Konetekniikan koulutus

Avainjyrsinkoneen tuotekehitys

Sami Sivonen

Opinnäytetyö, Joulukuu 2021

(2)

OPINNÄYTETYÖ Joulukuu 2021

Konetekniikan koulutus Tikkarinne 9

80200 JOENSUU +358 13 260 600 Tekijä

Sami Sivonen Nimeke

Avainjyrsinkoneen tuotekehitys Toimeksiantaja

Abloy Oy Tiivistelmä

Opinnäytetyössä keskityttiin modernisoivaan tuotekehitysprojektiin avainjyrsinkoneelle.

Projektissa koneelle oli tehtävä tarvittavat mekaaniset ja ohjelmalliset muutokset, jotta koneella kyettäisiin koneistamaan uutta avainmallia. Päivitys oli toteutettava koneturvalli- suus huomioiden ja päivitetyn koneen laaduntuottokyvyn oli vastattava toimeksiantajan tavoitteita.

Opinnäytetyön tietoperustassa käsiteltiin tuotekehitystä, koneistusparametreja koodijyr- sinnässä sekä mittausprosessin mittausepävarmuuden määrittämistä. Lopputuloksena koneella pystyttiin koodijyrsimään uutta avainmallia, mutta laaduntuottokykyä ei ehditty mitata projektille varatussa aikataulussa.

Kieli suomi

Sivuja 36 Liitteet 2

Liitesivumäärä 2 Asiasanat

tuotekehitys, koneistus, lastuava työstö, laadunhallinta, Gage R&R

(3)

THESIS

December 2021

Degree Programme in Mechanical Engineering Tikkarinne 9

80200 JOENSUU FINLAND

+ 358 13 260 600 Author

Sami Sivonen Title

Product Development Project of a Key Cutting Machine Commissioned by

Abloy Oy Abstract

The focus of this thesis was on a modernizing product development project for a key cutting machine. For the machine to be able to code-mill the new key model, mechanical and software changes had to be implemented. The upgrade process had to be carried out with machine safety in mind and the quality productivity of the upgraded machine must meet the customer's goals.

The thesis dealt with product development, machining parameters in code milling and determining the measurement uncertainty of the measurement process. As a result, the machine was able to code-mill a new key model, but the quality productivity was not measured due to the limited timeframe set for the project.

Language

Finnish Pages 36

Appendices 2

Pages of Appendices 2 Keywords

product development, machining, chip removal, quality control, Gage R&R

(4)

Sisältö

1 Johdanto ... 5

1.1 Toimeksiantaja ... 5

1.2 Opinnäytetyö ... 5

1.3 Vaatimusluettelo ... 6

1.4 Lähtökohdat ... 6

2 Opinnäytetyön tietoperusta ... 8

2.1 Tuotekehitys ... 8

2.2 Lastuava työstö ... 11

2.3 Laadunhallinta ... 13

2.4 Mittausepävarmuus ... 17

3 Tuotekehitysprojektin toteutus ... 19

3.1 Projektin aloitus ... 19

3.2 Kiinnitysistukoiden valmistus ... 20

3.3 Jyrsintäohjelman muokkaus ja lastuamisparametrien säätö ... 21

3.4 Purseiden hallinta ... 24

3.5 Mittausprosessin suorituskyvyn tarkastelu ... 28

3.6 Laaduntuottokyvyn mittaus ... 32

3.7 PC-ohjauksen päivitys ... 32

4 Tulokset ... 33

5 Pohdinta ... 34

Lähteet ... 36

Liitteet

Liite 1 R&R-koe 1 Liite 2 R&R-koe 2

(5)

1 Johdanto

1.1 Toimeksiantaja

Abloy Oy on lukitus- ja kulunhallintajärjestelmien valmistaja, joka kuuluu ASSA ABLOY -konserniin (Abloy Oy 2021a). Ensimmäinen Abloy-lukko keksittiin vuonna 1907. Lukon valmistukseen perustettiin Ab Låsfabriken - Lukkotehdas Oy niminen yritys vuonna 1919. Abloylla on yksi tehdas ja se sijaitsee Joen- suussa. (Abloy Oy 2021b.)

1.2 Opinnäytetyö

Tässä toiminnallisessa opinnäytetyössä keskitytään CNC-ohjatun avainjyrsinkoneen tuotekehitysprojektiin. Avainjyrsinkoneesta on tarkoitus tulla varakone Ab- loyn avaintuotantoon. Konetta käytetään pääsääntöisesti lukkoliikkeissä. Ta- voitteena on pystyä jyrsimään uutta EASY-avainmallia (kuva 1) turvallisuus- ja laatukriteerit täyttäen.

Kuva 1. EASY-avaimen 3D-malli (Abloy Oy 2021).

Mekaaninen EASY-avainjärjestelmä julkaistiin keväällä 2021 (Abloy Oy 2021c).

Kuten kaikki Abloy-lukot, myös EASY on toimintaperiaatteeltaan levyhaittalukko.

Avain on toiminnaltaan symmetrinen, eli avain sopii lukkoon kummin päin ta- hansa. Avaimessa on edeltäjiään suurempi avainlehti ja lehdessä on suuri väri-

(6)

tunniste, josta avaimet on helpompi erottaa toisistaan avainnipussa. Avainleh- teen on myös lisätty QR-koodi, joka mahdollistaa avainten nopean yksilöinnin.

(Abloy Oy 2021d.) EASY soveltuu käytettäväksi sekä rakennus- että laitelukituk- sessa. Avainta valmistetaan Joensuun tehtaalla ja avain on patentoitu vuoteen 2040 asti. (Abloy Oy 2021e.)

1.3 Vaatimusluettelo

Vaatimukset projektille olivat opinnäytetyön osalta seuraavat:

1. EASY-avaimelle sopivien kiinnitysistukoiden valmistus avainjyrsinkoneelle,

2. työstöohjelman päivitys uudelle avainmallille 3. sekä koneen laaduntuottokyvyn todennus.

Lisätoiveena opinnäytetyölle oli aikataulun salliessa selvittää, onko PC-ohjausta mahdollista saada toimimaan uudemmilla käyttöjärjestelmillä. Mikäli ohjauksen päivitys on mahdollista, täytyy päivitykseen toteutukseen tehdä ohjekirja. Pro- jektin toteutukseen varattiin aikaa kahdeksan viikkoa.

1.4 Lähtökohdat

Avainjyrsinkone (kuva 2) on alihankkijan valmistama ja ollut tehtaalla yli kymmenen vuotta. Konetta on päivitetty vuosien saatossa tarpeen mukaan, jotta koneella on kyetty tekemään koodijyrsintöjä uusiin avainmalleihin. Kone ei ole ollut päivittäisessä tuotantokäytössä, vaan sitä on käytetty pääasiassa koulutuk- sessa ja yksittäisten avainten koodijyrsintään testaustarkoituksessa. Uuden avainmallin julkaisun myötä kone haluttiin ottaa käyttöön tuotannon varako- neeksi, jolla on mahdollista koneistaa pieniä sarjoja avaimia.

(7)

Kuva 2. Projektin kohteena oleva avainjyrsinkone (Kuva: Sami Sivonen 2021).

Jotta koneella pystyttiin tekemään koodijyrsintään uuteen avainmalliin, täytyi koneelle valmistaa uudet kiinnitysistukat EASY:n mitoituksilla. Koneelle oli myös tehtävä EASY-avaimen jyrsinnän mahdollistava työstöohjelma. Projektin aloitus- hetkellä koneessa oli asennettuna kiinnitysistukat vanhemmalle avainmallille.

(8)

2 Opinnäytetyön tietoperusta

2.1 Tuotekehitys

Tuotekehitystä pidetään monivaiheisena prosessina, jonka tavoitteena on kehit- tää uusi tai paranneltu tuote (Jokinen 2010, 9). Tuotekehityksen prosessimallit ovat muuttuneet vuosien mittaan ja nykyäänkin erilaisia prosessimalleja on useita erilaisia. Esimerkkinä prosessimalli voi olla markkinavetoinen, jolloin ke- hitysprojekti alkaa markkinoilla tunnistetusta tarpeesta, joka pyritään täyttämään olemassa olevaa teknologiaa hyödyntäen. Vastaavasti prosessimalli voi olla teknologiavetoinen, jonka päämääränä on keksiä uusi teknologinen innovaatio, jolle etsitään markkinat tuotekehityksen jälkeen. (Hietikko 2015, 45.)

Yleinen tuotekehityksessä käytettävä prosessimalli (kaavio 1) sisältää seuraavat vaiheet:

1. Tuotekehitysprojektin käynnistäminen 2. Luonnostelu

3. Kehittely

4. Viimeistely (Jokinen 2010, 16).

(9)

Kaavio 1. Esimerkki yhdestä tuotekehityksen prosessimallista (Jokinen 2010, 16).

(10)

Tuotekehitys yrityksissä etenee yleisesti tuotekehitysprojektien muodossa. Tuo- tekehitysprojekti ei eroa merkittävästi rakenteeltaan muista projekteista. Se si- sältää muille projekteille tyypillisesti reunaehdot, vaatimusluettelon, ohjaus- ja johtoryhmän, palavereja sekä katselmoinnit projektin eri vaiheissa. (Hietikko 2015, 45.)

Tuotekehitysprojektin aloittamista varten on oltava sekä tarve kehitettävällä tuotteelle että mielikuva toteuttamismahdollisuuksista (Jokinen 2010, 17). Kehi- tystarve voi olla esimerkiksi tuotteen tekninen parantaminen, valmistuskustan- nuksien alentaminen tai vanhan tuotteen sovittaminen uuteen käyttötarkoituk- seen (Jokinen 2010, 10). Ennen tuotekehitysprojektin käynnistämistä on

selvitettävä myös projektin taloudellinen kannattavuus. Tämä vaatii selvitystyötä muun muassa projektin kehityskustannuksista, markkinatilanteesta ja tuotoista.

Projektin taloudellista kannattavuutta tarkastellaan projektin jokaisessa vaiheessa. (Jokinen 2010, 14.)

Projektin luonnosteluvaiheessa tuotteelle laaditaan vaatimusluettelo ja kokonaistoiminto. Kokonaistoiminto jaetaan osatoimintoihin, joille etsitään luonnoste- lun aikana ratkaisut siten, että kokonaistoiminto toteutuu. Ratkaisuehdotuksia vertaillaan toisiinsa ja jatkoon valitaan vaatimusluettelon kriteerit parhaiten täyt- tävä ratkaisuehdotus. (Jokinen 2010, 21.) Projektin aikana pyritään täyttämään asetut tavoitteet mahdollisimman kustannustehokkaasti ja tarkoituksenmukai- sesti (Jokinen 2010, 9).

Kehittelyvaihe alkaa kokoonpanoluonnoksen teolla luonnosvaiheessa valitusta ratkaisusta. Mikäli luonnoksen laatimisessa havaitaan teknisesti tai taloudelli- sesti heikkoja kohtia, ne pyritään poistamaan mahdollisuuksien mukaan. Seu- raavaksi etsitään kokoonpanoluonnoksen kannalta merkittävimmät ominaisuudet, joita aletaan optimoida. Optimoitavia ominaisuuksia voivat olla esimerkiksi käytettävät materiaalit ja tuotegeometria. (Jokinen 2010, 15.)

Kehitysprojektin viimeinen vaihe on viimeistely. Tässä vaiheessa laaditaan muun muassa työpiirustukset, osaluettelo sekä käyttö- ja huolto-ohjeet. Mikäli

(11)

suunniteltu tuote siirtyy sarjatuotantoon, on tuotteesta hyvä tehdä prototyyppi.

Prototyypistä voidaan tarkastaa, kuinka hyvin lopullinen tuote täyttää vaatimusluettelon kohdat. Lopullista valmistusmenetelmää voidaan testata valmistamalla nollasarja tuotantoympäristössä. Viimeistelyvaiheen jälkeen voidaan tehdä pää- tös tuotteen sarjatuotannon aloittamisesta. (Jokinen 2010, 17.)

2.2 Lastuava työstö

Lastuava työstö tarkoittaa valmistusmenetelmää, jossa kappaleesta poistetaan materiaalia lastuina. Kun lastuava työstö suoritetaan koneellisesti, puhutaan koneistuksesta. Lastuavia työmenetelmiä ovat esimerkiksi sorvaus, jyrsintä, sa- haus ja poraus. (Maaranen 2004, 12.)

Lastuavan työstön on tapahduttava nopeasti, jotta työstäminen on kustannuste- hokasta. Myös käytössä olevien terien on kestettävä mahdollisimman kauan lastuavina. Samaan aikaan työstöjäljen on oltava hyvä ja koneistettavan kappaleen mittatarkkuuden on pysyttävä riittävällä tasolla. (Heinonen & Kalliolahti 2020, 29.)

Toivotut ominaisuudet saavutetaan käyttämällä optimaalisia työstöarvoja. Työs- töarvot määrittävät esimerkiksi sen, millä nopeudella työkalun tai lastuttavan kappaleen täytyy pyöriä tai millä tavalla terän halutaan tunkeutuvan raaka-ai- neeseen. (Heinonen & Kalliolahti 2020, 29.) Työstöarvojen valintaan vaikuttavat myös käytettävissä olevat terät, koneet, työstökappaleen kiinnitysmahdollisuu- det sekä työstettävän kappaleen materiaali. Suuntaa antavia lastuamisarvoja on taulukoitu eri materiaaleille ja terille, jolloin koneen käyttäjän tehtäväksi jää valita sopivat arvot. (Heinonen & Kalliolahti 2020, 30.)

(12)

Jotta halutut ominaisuudet saavutetaan, täytyy käyttäjän osata valita seuraavat sopivat työstöarvot tilannekohtaisesti:

1. Lastuamisnopeus, (v), [m/min]

a. Nopeus, jolla työstettävä kappale ja työkalu liikkuvat suhteessa toisiinsa. Valinta tehdään teräaineen ja työstettävän kappaleen materiaalin perusteella. (Maaranen 2004, 14.)

2. Pyörimisnopeus, (n), [1/min]

a. Pyörimisnopeus lasketaan lastuamisnopeuden mukaan kaavalla:

i.

𝑛 =

^𝑣

𝜋⋅𝑑

^{, missä} ⁽¹⁾

v = lastuamisnopeus

d = kappaleen tai pyörivän työkalun halkaisija. (Maaranen 2004, 15.)

3. Syöttönopeus, (s), [mm/min]

a. Nopeus, joka kuvaa terän liikenopeutta lastuttavaan materiaaliin.

Syöttönopeus määräytyy raaka-aineen mukaan. Syöttönopeutta säätämällä voidaan vaikuttaa muun muassa kappaleen pinnanlaa- tuun sekä terien kestävyyteen. (Maaranen 2004, 16.)

4. Lastuamissyvyys, (a), [mm]

a. Syvyys, jossa terä etenee lastuttavassa kappaleessa. Lastuamis- syvyys ja syöttönopeus yhdessä määräävät lastun muodon ja koon. (Maaranen 2004, 16.)

(13)

Lastuavan työstön yleisin terämateriaali on nykypäivänä kovametalli. Kovame- tallin ohella terämateriaaleina käytetään myös pikaterästä ja keraamia. Teräma- teriaali valitaan yleensä työstettävän materiaalin mukaan. (Heinonen & Kallio- lahti 2020, 35.)

Kovametalli on kovaa ja kulutusta kestävää, ja se säilyttää lastuamisarvonsa korkeissakin lämpötiloissa, mikä mahdollistaa korkeat lastuamisnopeudet. Ko- vametalli valmistetaan sekoittamalla keskenään jauhettuja karbideja ja sideai- neita. Sekoitetut aineet sintrataan haluttuun muotoon, minkä jälkeen terä voidaan hioa lopulliseen muotoonsa. Hionnan jälkeen terä voidaan tarvittaessa pinnoittaa, jolloin terän lastuamisominaisuuksia voidaan parantaa. (Heinonen &

Kalliolahti 2020, 35.)

Pikateräs on seostettua ja lämpökäsiteltyä terästä. Pikateräs on kovametallia sitkeämpää, mutta kovuudeltaan ja kulutuskestävyydeltään heikompaa. Myös lämmönkesto on kovametallia alhaisempaa, minkä takia pikaterästä käyttäessä joudutaan käyttämään pienempiä leikkuunopeuksia. Alhaisemmat lastuamisnopeudet ovat suurin syy siihen, miksi kovametalli on terämateriaalina pikaterästä yleisempää. (Heinonen & Kalliolahti 2020, 36.)

2.3 Laadunhallinta

Opinnäytetyön yhtenä vaatimuksista on mitata ja todentaa kehitteillä olevan koneen laaduntuottokyky. Koneella on tarkoitus kyetä koneistamaan avaimia, jotka täyttävät sille annetut mittavaatimukset.

Karjalainen ja Karjalainen (2020, 378) kuvaavat laatua seuraavasti:

”Laatu on tuotteen tai palvelun kyky täyttää asiakkaan tarpeet ja odotukset sekä tuottaa valmistajalleen voittoa. Laatu tuo tyytyväisyyttä ja rahaa.” (Mt. 378).

Laadunhallintajärjestelmiä käsittelevässä standardissa SFS-EN ISO 9000 (2015) laatua kuvataan seuraavasti:

(14)

Organisaation tuotteiden ja palveluiden laatu määräytyy sen mukaan, mikä on niiden kyky täyttää asiakkaiden vaatimukset ja mikä on niiden tarkoitettu ja tahaton vaikutus olennaisiin sidosryhmiin. Tuotteiden ja palvelujen laatuun sisältyy niiden käyttötarkoituksen ja toimivuuden li- säksi myös asiakkaan kokema arvo ja niistä saama hyöty. (SFS-EN ISO 9000 2015, 6.)

Laadulla on suuri merkitys niin asiakastyytyväisyyteen kuin organisaation mai- neeseen. Tuotteiden ja palveluiden laatua pyritään kontrolloimaan laadunhallin- tajärjestelmillä, joiden tärkeimpänä ominaisuutena on pyrkiä täyttämään asiakkaan vaatimukset. Järjestelmän käyttöönotto tarjoaa yritykselle laadunhallintaan prosessimaisen lähestymisen. (SFS-EN ISO 9000, 2015, 6–7.)

Yksi nykyaikaisista standardoiduista laatutekniikan ja johtamisen menetelmistä on Lean Six Sigma. Lean Six Sigma voidaan mieltää filosofiana, visiona tai ko- koelmana työkaluja, joiden tärkeimpänä tarkoituksena on asiakastyytyväisyy- teen pyrkiminen. Lean Six Sigma voidaan nähdä myös analyyttisena ongelman- ratkaisumenetelmänä. (Karjalainen & Karjalainen 2020, 22–23, 54.)

Six Sigmaa käsittelevä standardi ISO 13053 (2014) määrittelee Six Sigman seuraavasti:

Six Sigman tarkoitus on parantaa liiketoimintaa ja laadunhallinnan tasoa ja tuottaa enemmän voittoa ratkaisemalla vakavia liiketoiminnan ongelmia, joita on voinut esiintyä pitkän aikaa. Lähestymistavan liikkeellepa- nevana voimana on organisaation kilpailukyvyn parantaminen ja virhei- den ja hukan vähentäminen. (ISO 13053-1, 2014, 8.)

Six Sigman syntymäpäivänä pidetään 15.1.1987, jolloin Motorola julkaisi Six Sigma Quality Program -ohjelman. Ohjelman tavoitteena oli kuuden sigman taso, jolla saavutetaan alle 3,4 virheellistä kappaletta miljoonaa tuotettua kappaletta kohden. (Karjalainen & Karjalainen 2020, 39.) Taulukko 1 kuvaa sigmatason suhdetta virheellisten kappaleiden lukumäärään miljoonaa kappaletta kohden (DPMO = Defects Per Million Opportunities). (ISO 13053-2, 2014, 8.)

(15)

Taulukko 1. Sigmatason suhde virheellisten kappaleiden lukumäärään (ISO 13053-2, 2014, 8).

Lean käsite syntyi Six Sigman kanssa samana vuonna 1987 (Karjalainen & Kar- jalainen 2020, 19). Siinä missä Six Sigma keskittyy tuotteiden ja palveluiden vir- heiden vähentämiseen, Lean keskittyy poistamaan prosessin hukkaa ja mene- tettyä aikaa. Six Sigman tavoin, Lean voidaan nähdä asiakastyytyväisteen pyrkivänä filosofiana. (Piirainen 2014).

Leanin ja Six Sigman yhteiskäytöllä siis pyritään systemaattiseen prosessin parantamiseen ja hukan minimointiin. Prosessin kyvykkyyttä voidaan mitata suori- tuskykyindekseillä Cp ja Cpk, joille on Lean Six Sigmassa asetettu tavoitetasot.

Lean Six Sigman tavoitteet täyttävän prosessin Cp-luvun on oltava yli 2,0 ja Cpk- luvun yli 1,5. (Karjalainen & Karjalainen 2020, 22–23.)

Cp-indeksi kuvaa prosessin teoreettista laaduntuottokykyä, mutta ei huomioi prosessinohjauksen nykytilaa. Cp-luku lasketaan kaavalla 2.

𝐶

_𝑝

=

^𝑈−𝐿

6𝜎̂

,

missä (2)

U = ylempi spesifikaatioraja L = alempi spesifikaatioraja

σ = arvioitu perusjoukon keskihajonta.

Cpk-luku ottaa huomio myös prosessinohjauksen. Cpk-luku lasketaan kaavalla 3.

(16)

𝐶

_𝑝𝑘

= min (

^{𝑈−𝑋̅}

3𝜎

) , (

^{𝑋̅−𝐿}

3𝜎

)

, missä (3)

U = ylempi spesifikaatioraja

L = alempi spesifikaatioraja

σ = arvioitu perusjoukon keskihajonta X = keskiarvo.

Lean Six Sigma parannusprojektit toteutetaan DMAIC-prosessin (kaavio 2) mukaan. DMAIC on ongelmanratkaisumenetelmä, joka sisältää erilaisia parannus- työkaluja prosessin suorituskyvyn parantamiseen. (Karjalainen & Karjalainen 2020, 216.) Prosessin nimi tulee sanoista määrittely (Define), mittaus (Mea- sure), analysointi (Analyze), parantaminen (Improve) ja ohjaus (Control). Pro- sessin olisi edettävä edellä luetellussa järjestyksessä. (ISO 13053-1, 2014, 44.)

Kaavio 2. DMAIC-prosessikaavio (ISO 13053-1, 2014, 44).

Määrittelyjakson aikana tunnistetaan prosessissa oleva ongelma ja määritellään tavoitetila. Mittausjaksossa määritetään prosessin suorituskyky. Analysointijak- sossa luodaan syy-seuraussuhde prosessin juurisyyn ja ongelman välille. Pa- rannusjaksossa pyritään poistamaan prosessin ongelman aiheuttama juurisyy.

Ohjausjaksossa pyritään ylläpitämään saavutettua suorituskykyä. (sixsigma.fi 2021.)

(17)

2.4 Mittausepävarmuus

DMAIC-menettelyyn kuuluvan mittausvaiheen onnistunut läpivienti edellyttää mittausprosessin kyvykkyyden arviointia (ISO 13053-1, 2014, 46). Prosessin suorituskykymittauksiin sisältyy aina mittausepävarmuuden osuus. Valmistus- prosessin kyvykkyyttä ei voida luotettavasti mitata ilman varmaa tietoa mit- tausepätarkkuuden osuudesta kokonaisuudesta. (Karjalainen & Karjalainen 2020, 269–270.) Karjalainen ja Karjalainen kuvaavat mittausprosessin tärkeyttä seuraavasti:

”Mittauksen oikeellisuuden vaatimusta ei koskaan voi ylikorostaa. Yli puolet epäonnistuneista laadun ja tuottavuuden parannusprojekteista kaatuu enemmin tai vähemmin mittaukseen ja sen virheisiin.” (Karjalainen & Karjalainen 2020, 269.)

Mittausepävarmuutta voidaan mitata R&R-testillä. Testin avulla saadaan määri- tettyä, kuinka mittausprosessin uusittavuus ja toistettavuus vaikuttavat mittaustuloksiin. Testissä verrataan mittausprosessin epävarmuutta suhteutettuna tuotteen toleranssialueeseen ja tulos ilmoitetaan prosentteina. (ISO 13053-2, 2014, 62.) Toistettavuus kuvaa mittalaitteistosta tulevaa vaihtelua ja uusittavuus mittaajasta johtuvaa vaihtelua (Karjalainen & Karjalainen 2020, 271).

Standardissa ISO 13053-2 (2014) määritellään R&R-kokeen tulosten hyväksyn- tärajat seuraavasti:

• ”GRR < 10 %: mittausjärjestelmä on hyväksyttävissä

• 10 % < GRR < 30 %: mittausjärjestelmää pitää parantaa

• GRR > 30 %: mittausjärjestelmä ei ole käyttöön soveltuva.” (ISO 13053- 2, 2014, 62.)

Standardissa määritellään myös menettelytavat oikeaoppisen R&R-kokeen suo- rittamiseen:

(18)

• Valitaan komponentit, jotka pitää mitata.

• Useita käyttäjiä pyydetään tekemään toistettuja mittauksia (esimerkiksi 10 komponenttia, jotka kolme käyttäjää mittaa kukin kolme kertaa).

• Tulokset analysoidaan taulukkolaskentaohjelmassa tai erityisesti tähän tarkoitetulla tilastollisella ohjelmistolla.

• Tulokset tulkitaan.

• Päätetään, onko mittausjärjestelmä hyväksyttävä. (ISO 13053-2, 2014, 62.)

Toistettavuuden osuus mittausepävarmuudesta sisältää myös mittalaitteiston kalibroinnista aiheutuvan vaihtelun. Mittauslaitteen kalibrointi vähentää laitteen bias-virhettä, joka kuvaa mittatuloksen ja todellisen mitan välistä eroa. (Karjalai- nen & Karjalainen 2020, 272.) SFS-EN ISO 9000 (2015) -standardi määrittelee mittalaitteen kalibrointia seuraavasti:

• Metrologiseen varmennukseen sisältyvät tavallisesti kalibrointi tai to- dentaminen – –, tarvittava viritys tai kunnostaminen – – ja uudelleenka- librointi, vertaaminen laitteen aiottua käyttöä koskeviin metrologisiin vaatimuksiin sekä tarvittava sinetöinti ja merkitseminen.

• Metrologinen varmennus on saavutettu vasta sen jälkeen, kun mittauslaitteen sopivuus aiottuun käyttöön on osoitettu ja dokumentoitu.

• Aiottua käyttöä koskeviin vaatimuksiin sisältyvät esimerkiksi mittausalu- een, resoluution, ja suurimman sallitun virheen huomioon ottaminen.

(SFS-EN ISO 9000, 2015.)

(19)

3 Tuotekehitysprojektin toteutus

3.1 Projektin aloitus

Toimeksiantaja oli teoriaosiossa mainitun tuotekehityksen prosessimallin mukai- sesti tunnistanut tarpeen modernisoivalle tuotekehitykselle, käynnistänyt projektin ja aloittanut luonnostelua.

Opinnäytetyö alkoi tutustumalla kehityskohteena olevaan avainjyrsinkoneeseen ja sen toimintaperiaatteeseen. Koneesta oli saatavilla käyttöohjeet, joiden avulla koneen mekaanisen rakenteen selvittäminen helpottui. Koneen ohjelmiston käyttöön oli tarjolla suhteellisen vähän tietoa.

Projektin seuraavana vaiheena opinnäytetyön osalta oli mallintaa valmistettavat kiinnitysistukat (kuva 3), joiden avulla uusi avainmalli sovitetaan mekaanisesti avainjyrsinkoneeseen. Istukoiden valmistuksen arvioitiin olevan monivaiheinen ja verrattain aikaa vievä prosessi, minkä takia istukat pyrittiin saamaan ensim- mäisenä valmiiksi. Mallinnuksen pohjana käytettiin vanhempien avainmallien kiinnitysistukoita. Mallinnuksen jälkeen malleista tehtiin valmistusdokumentit.

Kuva 3. Kiinnitysistukoiden mallit (Abloy Oy 2021).

(20)

3.2 Kiinnitysistukoiden valmistus

Istukoilta vaadittiin kulutuskestävyyttä, joten komponentit oli karkaistava. Koska avainjyrsinkoneella ei ole mahdollista kompensoida istukoista johtuvia keskei- syysheittoja, oli valmistuksessa priorisoitava kappaleiden mittatarkkuuksien säi- lyttäminen. Tästä syystä komponentteihin ei toivottu muotovääristymiä lämpökä- sittelyssä. Soveltuvin käytettävissä oleva karkaisumenetelmä oli bainitointi.

Bainitoinnin etuina muihin karkaisumenetelmiin on pienempi mittavääristyminen kappaleessa. Vastaavasti kappaleen maksimikovuus jää hieman alhaisemmaksi verrattuna muihin karkaisumenetelmiin. Halutut ominaisuudet huomioiden mate- riaaliksi valittiin Uddeholm Arne -työkaluteräs.

Etuistukan (kuva 4) valmistus aloitettiin CNC-koneistuksella, jossa kappaleesta poistettiin suurin osa materiaalista, minkä jälkeen kappale karkaistiin. Karkaisun jälkeen istukkaan lankasahattiin avaimen ulkoprofiili sekä halkiot. Halkiot mah- dollistavat istukan puristumisen kasaan avainjyrsinkoneessa, jolloin avain lukit- tuu etuistukkaan jyrsinnän ajaksi. Edellä mainitulla työjärjestyksellä pyrittiin mahdollisimman mittatarkkaan kappaleeseen, jotta etuistukka ei aiheuttaisi mit- taheittoja koodijyrsinnässä.

Kuva 4. Valmiit kiinnitysistukat (Kuva: Sami Sivonen 2021).

(21)

Takaistukan (kuva 4) valmistus alkoi aihion sorvauksella. Samalla aihioon sor- vattiin kierre, jonka avulla takaistukka on mahdollista irrottaa avainjyrsinkoneesta. Seuraava työvaihe oli CNC-työstökeskuksella, jossa kappaleen loput muodot koneistettiin. Koneistuksen jälkeen kappale bainiittikarkaistiin etuistukan tavoin. Karkaisun jälkeen kappaleen ulkopinta hiottiin ja kappaleeseen lankasahattiin avaimen profiili. Takaistukkaan asennettiin viimeisenä karkaistu taka- vaste, joka rajoittaa avaimen pituusliikkeen avainjyrsinkoneessa (kuva 5).

Kuva 5. Avain sovitettuna kiinnitysistukoihin (Kuva: Sami Sivonen 2021).

3.3 Jyrsintäohjelman muokkaus ja lastuamisparametrien säätö

Avainjyrsinkoneessa on kolme akselia (kuva 6), joiden liikkeitä voidaan jyrsinko- neen ohjelmistosta säätää portaattomasti. Parametrien arvoja muuttamalla vai- kutetaan muun muassa avaimen jyrsintäkulmiin ja lastuamisnopeuksiin.

(22)

Kuva 6. Avainjyrsinkoneen akselien suunnat (Abloy Oy 2021).

Uuden työstöohjelman pohjaksi valittiin vanhemman avainmallin ohjelma. Ohjel- man muokkaus aloitettiin X-akselin liikkeiden säädöllä, jotta avaimen pituus- suuntaiset jyrsinnät saatiin kohdalleen. Kun jyrsintöjen etäisyydet toisistaan saatiin karkeasti kohdalleen, siirryttiin säätämään avaimen jyrsintäkulmat kohdalleen. Kone jyrsii halutut kulmat R- ja Y-akselien yhdistetyillä liikkeillä. Kul- mien arvot ovat keskeisessä asemassa avainjyrsinkoneen kanssa, sillä nämä arvot määrittävät, kuinka avain kääntää haittalevyjä lukossa. Mikäli jyrsintäkul- mat on ohjelmoitu väärin, avain ei kykene kääntämään sille sarjoitetun lukon haittalevyjä oikein, mikä estää lukon aukeamisen.

Koska avainjyrsinkoneen ohjelmistosta oli rajallinen määrä dokumentaatiota, ei parametrien vaikutus jyrsittyyn avaimeen ollut alussa täysin selvä. Tästä johtuen sopivat työstöparametrit jouduttiin alussa etsimään kokeilemalla satunnai- sia arvoja.

Ensimmäiset säädöt tehtiin joko seuraamalla jyrsintöjen kulmia silmämääräi- sesti tai käyttämällä mekaanista lukulaitetta (kuva 7), joka näyttää jyrsinkulmat

(23)

suurpiirteisesti. Koordinaattimittakoneen käyttö ei ollut tässä vaiheessa vielä tar- peellista, sillä ensimmäisten ohjelmallisten muutosten vaikutus avaimen jyrsin- töihin oli silmämääräisesti havaittavissa.

Kuva 7. Avaimen jyrsintöjen kulmien säätöprosessissa käytetty lukulaite (Kuva: Sami Si- vonen 2021).

Silmämääräisen säädön jälkeen avaimia alettiin mittaamaan koordinaattimitta- koneella. Mittakoneen avulla pystyttiin skannaamaan avaimen jyrsintöjen kulmat lukulaitetta merkittävästi tarkemmin. Parametrien ja jyrsinkulmien vaikutusten selvittämiseen luotiin Excel-taulukko (taulukko 2), johon kirjattiin ylös avainkoh- taisesti työstöparametrit ja niitä vastaavan mittaraportin tulokset. Jokainen ko- neistettu avain numeroitiin, jotta avaimet ovat yksilöityjä. Tällä tavoin pyrittiin selvittämään yksittäisen parametrin vaikutus yksittäiseen jyrsittyyn piirteeseen avaimessa. Taulukosta kävi ilmi myös parametrin numero ja tarvittavan muutok- sen suuruus, jotka voitiin syöttää avainjyrsinkoneeseen seuraavan avaimen ko- neistusta varten. Tätä prosessia toistamalla avaimet saatiin hyvin lähelle toleranssialuetta.

(24)

Taulukko 2. Taulukon avulla haettiin työstöparametrien vaikutusta mittaustuloksiin. Sa- lassapitosopimuksen vuoksi taulukon lukuarvot ovat kuvitteellisia (Kuva: Sami Sivonen 2021).

Kun mittakoneen avulla oli muodostettu selkeä kuva jyrsintäparametrien vaikutuksesta avaimen mittoihin, parametrien säätöprosessi nopeutui merkittävästi.

Parametrien säädöstä ja vaikutuksesta avaimen mitoituksiin tehtiin lopuksi kir- jallinen ohje, jotta työstöohjelman muokkaus olisi jatkossa helpompaa.

3.4 Purseiden hallinta

Avaimia koneistettaessa havaittiin, että jyrsintä jättää avaimiin toivottua enem- män pursetta. Avaimissa on normaalisti aina pieniä purseita koneistuksen jäl- keen, minkä takia koneessa on sisäänrakennettuna pyörivä teräsharja, jolla avain viimeistellään purseettomaksi. Purseet olivat kuitenkin odotettua suurem- pia, jolloin jyrsittyjen avainten irrotus koneesta muodostui ongelmaksi, kun avaimeen muodostuneet purseet tarttuivat etuholkkiin avainta irrottaessa.

Parametri 1

5646 2387 8641 1234 Profiloimaton avain, koodi ---

Mittakone Parametri 2

4563 5646 4767 4568

Paremetri 3 Avaimen numero 7854

3241 4324 5322 2344 2345 3342 2235 Mitta 1 4687

3467 5233 3464 4343 4534 4214 4124 Mitta 2 5647

7846 6684 6564 5235 7741 6724 7453 Mitta 3 1235

4569 7894 4784 8897 2846 3143 5462 Mitta 4 8642

4324 7658 9802 9474 8973 6531 2234 Mitta 5 1567

5326 3452 2235 7562 7531 5773 5672 Muuttuja 1 A1

Muuttuja 2 B1

Mittatulos Muuttuja 3 C1

Mitta 8 Target Mitattu Ero Mitta 9 Target Mitattu Ero

1 550 545 5,00 6 521 520 1,00

2 810 800 10,00 7 522 499 23,00

3 972 980 -8,00 8 874 899 -25,00

4 804 811 -7,00 9 123 145 -22,00

5 999 997 2,00 10 144 140 4,00

Mitta 6 Nimellis Mitattu Mitta 7 Nimellis Mitattu

452 425 123 124

(25)

Uuden avainmallin profiilin poikkileikkauspinta-ala on suurempi, kuin niiden avainmallien, joille kone oli alun perin suunniteltu. Lisäksi uuden avaimen materiaalina käytetty uushopea oli hieman edellistä uushopea materiaalia sitkeäm- pää, mikä vaikeutti lastun katkeamista jyrsinnässä.

Purseongelmaa lähdettiin ratkaisemaan kahdella tavalla: lastuamisparametreja muuttamalla ja erilaisia jyrsinteriä (kuva 8) kokeilemalla. Koska tietoa uus- hopean lastuamisesta oli saatavilla hyvin rajoitetusta, päätettiin jyrsinnässä ottaa käyttöön tuotannossa olevien avainjyrsinkoneiden lastuamisarvoja. Tuotan- nossa olevien koneiden ei havaittu jättävän avaimiin suurta pursetta, joten tuotannon koneiden lastuamisarvot oletettiin optimaalisiksi käsillä olevaan pro- sessiin. Terävaihtoehtoja oli saatavilla kahta kappaletta, joista molemmat olivat valmistettu pikateräksestä.

Kun konetta tutkittiin tarkemmin, havaittiin, että koneessa on vakionopeuksinen sähkömoottori kiinteällä hihnapyörävälityksellä, jolloin terän kierrosnopeutta ei voitu muuttaa. Kierrosnopeus on tärkeässä asemassa lastuamisarvoja lasketta- essa. Kierrosnopeuden säätömahdollisuuden puute vaikeutti merkittävästi opti- maalisten lastuamisarvojen saavuttamista. Avainjyrsinkoneessa olevan terän kierrosnopeus päätettiin mitata takometrillä ja tulokseksi saatiin 1510 kierrosta minuutissa.

(26)

Kuva 8. Koodijyrsinnässä käytetty pikateräksinen kiekkojyrsin (Kuva: Sami Sivonen 2021).

Ainoaksi vaihtoehdoksi jäi koneen R-akselin kääntönopeuden säätäminen. R- akselin kääntönopeus määrittää sen, millä nopeudella avainaihiota liikutetaan terää vasten. Akselin nopeus määritetään yhdellä parametrilla. R-akselin kään- tönopeudelle ei ollut ohjelmistossa mitään yksiköitä, joten kääntönopeus päätet- tiin mitata parametrien säädön helpottamiseksi jatkossa. R-akselille määritettiin 90 asteen kääntö, joka kuvattiin 240 hertsin kuvataajuuteen kykenevällä kame- ralla. R-akselin alkuperäinen kääntönopeus oli 3.

Tämän jälkeen jokaisesta videoleikkeestä laskettiin, kuinka monta kuvaa 90 asteen kääntö kestää eri parametrien arvoilla. Näillä tiedoilla pystyttiin laskemaan jokaisen parametrin arvoa vastaava akselin kääntönopeus yksikössä kierrosta per sekunti (taulukko 3).

(27)

Taulukko 3. R-akselin kääntönopeuden laskenta (Kuva: Sami Sivonen 2021).

Testiavaimia jyrsittiin R-akselin kääntönopeuksilla 1–5 molemmilla jyrsinterillä ja jyrsitty avain kuvattiin. Tuloksia vertailtiin silmämääräisesti ja vähiten pursetta aiheuttanut kääntönopeuden ja terän yhdistelmä todettiin parhaaksi.

Testi osoitti, että suuremmat kääntönopeudet aiheuttivat vähemmän pursetta kuin pienemmät kääntönopeudet (kuva 9). Samalla havaittiin terän numero 1 ai- heuttavan keskimäärin vähemmän pursetta kuin terän numero 2. Nostamalla kääntönopeus parametrin arvoon 4 ja käyttämällä jyrsinnässä terää numero 1, saatiin purseiden määrä vähenemään merkittävästi alkuperäisestä (kuva 9).

Kuva 9. Työstöarvojen vaikutus purseen määrään koodijyrsinnässä (Kuva: Sami Sivonen 2021).

Nopeus Ensimmäinen frame Viimeinen frame Kuvia yhteensä Kääntöön menevä aika [s / 90°] Kääntönopeus [r / s]

1 281 461 180 0,75 0,33

2 163 255 92 0,38 0,65

3 83 146 63 0,26 0,95

4 138 185 47 0,20 1,28

5 67 107 40 0,17 1,50

Kuvataajuus [Hz] Kääntökulma [°]

240 90

(28)

3.5 Mittausprosessin suorituskyvyn tarkastelu

Projektin viimeisenä vaiheena oli määrittää koneen laaduntuottokyky ja vertailla saatua tulosta toimeksiantajan vaatimuksiin. Mittaraporttien tulosten lähesty- essä toleranssialuetta, havaittiin mittaraporteissa selittämättömiä muutoksia.

Osa mitoista muuttui mittausten välillä, vaikka näihin mittoihin vaikuttaviin para- metreihin ei ollut tehty muutoksia. Tämä herätti epäilyksiä mittaustapahtuman luotettavuudesta. Mittausprosessin on oltava luotettava, jotta suorituskykyindek- sit voitaisiin määrittää riittävällä tarkkuudella.

Mittausprosessin analysointi aloitettiin tarkastelemalla mittaustapahtumaa lä- hemmin. Ensimmäisenä oli tärkeää selvittää, aiheutuuko havaitut selittämättö- mät mittamuutokset mittausprosessista vai jyrsinnän epätarkkuuksista. Mittaus- tapahtumaa testattiin alustavasti mittaamalla yksi avain viiteen kertaan ja vertailemalla mittaraportteja. Vastaavasti jyrsinnässä tapahtuvaa laatuvaihtelua pyrittiin testaamaan mittaamalla viisi samoilla parametreilla jyrsittyä avainta. Tu- lokset analysoitiin yksinkertaisella Excel-taulukolla.

Sekä jyrsintäprosessissa että mittauksessa havaittiin vaihtelua. Jyrsinnässä ta- pahtuvat mittavaihtelut olivat kuitenkin merkittävästi mittakoneen vaihteluja suu- rempia. Jotta mittausprosessin vaihteluista saadaan tarkempia lukuarvoja, suo- ritettiin R&R-luotettavuustesti. Testi toteutettiin standardin ISO 13053-2:n (2014) ohjeistusta käyttäen. Testin avulla saadaan selville muun muassa mittaajan ja mittalaitteiston vaikutus mittauksen lopputulokseen.

Mittausprosessin tarkastelussa käytettiin DMAIC-menetelmää (ISO 13053-2, 2014):

• Ongelma määriteltiin ja prosessille annettiin tavoitetaso

• Prosessin kyvykkyys mitattiin

• Ongelmat pyrittiin korjaamaan, jonka jälkeen prosessin kyvykkyys mitattiin uudestaan. Mikäli ongelmaa ei saatu korjattua, toistetaan menetelmä uudestaan.

(29)

R&R-testien tulosten analysointiin käytettiin Abloyn R&R-testipohjaa. Standardi- testimetodista poiketen, testi tehtiin käyttäen ainoastaan yhtä mittaajaa useam- man mittaajaan sijasta, koska mittaajan merkitys käytössä olevassa mittausprosessissa katsottiin merkityksettömäksi. Ensimmäisessä osassa (R&R-raportissa nimellä Appraiser 1) mitattiin kymmenen avainta kahteen kertaan siten, että avaimia ei irrotettu mittausten välissä kiinnitysjigistä. Toisessa osassa (Apprai- ser 2) avain irrotettiin ja kiinnitettiin uudestaan kahden mittauksen välissä. Tes- tin tuloksista ei siis saatu tietoa eri mittaajien vaikutuksesta mittaustuloksiin.

Kaikki R&R-kokeet tehtiin käyttäen edellä mainittua menetelmää.

Liitteessä 1 on esimerkki R&R-kokeen tuloksista yhden mitattavan ominaisuu- den osalta. Jokaisesta mitattavasta piirteestä saatiin tulokseksi vastaavanlainen raportti. Raporttien tulokset vaihtelivat keskenään, sillä osa mitattavista piirteistä oli haastavampia mitattavia avaimen suhteellisen pienen koon takia. Kaikista pienimpien muotojen mittaus aiheutti suurimmat vaihtelut mittaraporteissa.

R&R-testin perusteella havaittiin kappaleiden välisten vaihteluiden (PV) olevan suurin yksittäinen tekijä koko prosessin mittavaihteluissa. Testitulos on linjassa aikaisemman tuloksen kanssa, jossa epäiltiin suurimpien mittapoikkeamien johtuvan kappaleiden välisistä vaihteluista.

Toiseksi suurin osuus kokonaisvaihtelusta syntyi mittalaitteiston ja mittaohjelman yhteisvaikutuksesta (EV). Mittauksia tehdessä havaittiin, että avaimen jyr- sinnät skannaava mittausprosessi on suhteellisen virhealtis. Mitattavat kappa- leet ovat suhteellisen pieniä, mikä aiheuttaa haasteita mittauksessa ja

mittatulosten luotettavassa laskennassa. Esimerkiksi pienikin purse tai epäpuh- taus kappaleessa voi aiheuttaa todella suuria muutoksia mittaraporttiin. Myös mittakappaleen kiinnityksestä (AV) aiheutui vaihtelua.

Standardin ISO 13053-2:n (2014) mukaan mittalaitteistosta ja mittaajasta aiheutuvan mittavaihtelun tulisi olla alle 30 %:a kappaleen toleranssialueesta ollak- seen hyväksyttävällä tasolla. Toistettavuuden ja uusittavuuden yhteenlaskettu

(30)

keskimääräinen osuus oli ensimmäisessä testissä 46 %:a (taulukko 4). Koko- naisuudessaan voidaan todeta, että mittausprosessi ei ole uusittavuudeltaan ja toistettavuudeltaan riittävällä tasolla.

Mittausprosessin parantamiseksi päätettiin tehdä uusi mittaohjelma. Uuden mittaohjelman oli tarkoitus olla vähemmän herkkä pienille purseille ja kiinnitysvir- heille. Tähän pyrittiin muun muassa skannauspisteiden määrän ja skannausalu- eiden muutoksilla, jolloin mittaohjelmassa suoritettava laskenta olisi vähemmän virhealtis.

Kappaleiden väliseen mittavaihteluun ei tiedetty tarkkaa syytä. Vaihteluväli oli kehityksen alla olevassa koneessa huomattavasti tuotantokoneita suurempaa, minkä takia vaihtelu täytyi saada pienemmäksi. Syyksi mittavaihteluille epäiltiin kiinnitysistukoiden välyksen olevan liian suuri, jolloin avain ei keskity koodijyr- sinnässä tarkasti samaan kohtaan. Ongelmaa lähdettiin ratkaisemaan valmis- talla uudet kiinnitysistukat tiukemmilla välyksillä. Tämän seurauksena avainjyrsinkoneen käytettävyys laski hieman, sillä avainten irrotus pienempien välysten takia on uusilla istukoilla tehtävä tarkemmin.

Mittaohjelman päivityksen ja kiinnityskomponenttien valmistuksen aikana tehtiin suppeampia R&R-kokeita, jotta mittaohjelman muutosten vaikutukset eivät tulisi yllätyksenä seuraavassa täysimittaisessa R&R-kokeessa. Jo alustavilla mittaohjelman muutoksilla havaittiin selkeää parannusta mittauksen luotettavuuteen.

Mittaohjelman ja kiinnitysistukoiden valmistuttua tehtiin toinen täysimittainen R&R-koe (liite 2). Tulokset olivat parantuneet merkittävästi ensimmäiseen testiin verrattuna.

Sekä mittauslaitteistosta että kiinnityksestä johtuva mittavaihtelu laski huomattavasti (liite 2). Tämän uskottiin olevan seurausta uudesta mittaohjelmasta, joka oli edellistä ohjelmaa vähemmän virhealtis kappaleen epäpuhtauksille tai ase- mointivirheille mittajigissä. Ohjelman suorittaman laskennan uskottiin olevan vä- hemmän virhealtis vanhaan ohjelmaan verrattuna. Myös kappaleiden keskinäi- set mittavaihtelut vähenivät, jonka uskotaan olevan seurausta pienimmillä välyksillä valmistetuista kiinnitysistukoista.

(31)

Taulukko 4. R&R-testien tulosten vertailutaulukko (Kuva: Sami Sivonen 2021).

R&R-testien tulosten vertailusta (taulukko 4) ilmenee muutosten suuruudet mittausprosessin kehityksessä. Laitteistosta ja mittaohjelmasta (%EVtol) johtuvat muutokset laskivat 29,56 % ja kiinnityksestä (%AVtol) aiheutuneet muutokset 6,5 %. Näiden yhteisvaikutuksen osuutta mittausepävarmuuteen saatiin lasket- tua noin 30 %:iin. Mittaustapahtumasta johtuvan mittausepävarmuuden

(%R&Rtol) keskiarvo asettui viimeisessä testissä keskiarvoisesti noin 16 %:iin, jota voidaan pitää kohtuullisen hyvänä tuloksena. Mittausprosessissa on silti vielä tilaa kehitykselle.

Koneistuksesta aiheutuvat kappaleiden väliset erot suhteessa toleranssialueeseen (%PVtol) laskivat noin 83 %. Tästä huolimatta vaihtelut kappaleiden välillä

Ensimmäinen R&R testi %EVtol [%] %AVtol [%] %R&Rtol [%] %PV/tol [%]

Mitta 1 31,91 8,08 32,92 294,35

Mitta 2 10,64 2,44 10,91 79,88

Mitta 3 20,04 3,78 20,39 68,87

Mitta 4 19,86 3,63 20,19 69,50

Mitta 5 41,67 20,23 46,32 156,92

Mitta 6 19,86 2,47 20,01 183,97

Mitta 7 12,77 4,23 13,45 86,48

Mitta 8 12,59 6,04 13,96 72,27

Mitta 9 41,49 13,59 43,66 89,31

Mitta 10 232,45 51,79 238,15 380,51

MIN 10,64 2,44 10,91 68,87

MAX 232,45 51,79 238,15 380,51

KA 44,33 11,63 46,00 148,21

Viimeinen R&R testi %EVtol [%] %AVtol [%] %R&Rtol [%] %PV/tol [%]

Mitta 1 29,38 3,17 29,55 40,88

Mitta 2 19,50 7,07 20,75 141,96

Mitta 3 12,16 11,02 16,41 26,51

Mitta 4 12,16 8,06 14,59 17,97

Mitta 5 8,36 6,42 10,54 22,46

Mitta 6 7,09 1,26 7,20 76,39

Mitta 7 28,62 5,63 29,17 196,32

Mitta 8 13,68 1,99 13,82 47,17

Mitta 9 8,87 2,30 9,16 38,19

Mitta 10 7,85 4,32 8,96 42,68

MIN 7,09 1,26 7,20 17,97

MAX 29,38 11,02 29,55 196,32

KA 14,77 5,12 16,02 65,05

%EVtol [%] 44,33 - 14,77 = 29,56

%AVtol [%] 11,63 - 5,12 = 6,50

%R&Rtol [%] 46,00 - 16,02 = 29,98

%PVtol [%] 148,21 - 65,05 = 83,15

(32)

jäivät noin 65 %:iin toleranssialueesta. Kappaleiden välisten vaihteluiden vähe- nemisestä huolimatta vaihtelu on vieläkin suurta suhteessa kappaleiden tole- ranssivaatimuksiin.

3.6 Laaduntuottokyvyn mittaus

Mittausepätarkkuuden määrityksen jälkeen projektin seuraavana vaiheena olisi ollut avainjyrsinkoneen laaduntuottokyvyn määritys. Mittausepävarmuuden määritys vei kuitenkin projektille varatusta aikataulusta suunniteltua enemmän aikaa, minkä vuoksi laaduntuottokyvyn mittaukseen ei jäänyt aikaa.

3.7 PC-ohjauksen päivitys

Projektin aikana kävi ilmi, että avainjyrsinkoneen valmistaja oli jo toteuttanut ohjauksen päivityksen. Tästä johtuen PC-ohjauksen päivitystä ei ollut tarpeen läh- teä tarkastelemaan.

(33)

4 Tulokset

Kiinnityskomponenttien mallinnus ja valmistus onnistui suunnitelman mukai- sesti. Projektin edetessä kiinnityskomponenteista valmistettiin uudet versiot pie- nemmillä välyksillä, mikä osoittautui toimivaksi ratkaisuksi koneistustarkkuuden kannalta. Komponentit vastasivat toimeksiantajan odotuksia ja osoittautuivat toi- miviksi avainten koodijyrsinnässä.

Myös työstöohjelma uudelle avainmallille osoittautui toimivaksi. Lopputuloksena uusien kiinnitysistukoiden ja uuden työstöohjelman ansiosta koneella kyettiin koodijyrsimään uutta avainmallia. Jotta ohjelman muokkaus jatkossa olisi helpompaa, tehtiin työstöparametrien säädöstä käyttöohjeet.

Avaimen koodijyrsinnän työstöparametreja muokattiin optimaalisemmiksi, jotta avaimissa olisi jyrsinnän jälkeen ennen viimeistelyä mahdollisimman vähän pursetta. Jyrsintäprosessia onnistuttiin kehittämään, mutta työstöarvojen rajalli- sesta säätömahdollisuudesta johtuen prosessissa on vielä parantamisen varaa.

Koneistettujen avainten laatu onnistuttiin kuitenkin saamaan tyydyttävälle tasolle.

Laaduntuottokyvyn mittauksen edellytyksenä on käytössä olevan mittausjärjes- telmän mittausepävarmuuden määrittäminen. Mittausepävarmuus onnistuttiin tuomaan hyväksytylle tasolle, mutta prosessia on vielä mahdollista parantaa jatkossa. Mittausepävarmuuden määritys vei kuitenkin suunniteltua enemmän aikaa, joten avainjyrsinkoneen laaduntuottokyvykkyyttä ei ehditty rajatun aikataulun puitteissa mitata.

Avainjyrsinkoneen PC-ohjauksen päivitystä ei opinnäytetyön aikana lähdetty tarkastelemaan, sillä avainjyrsinkoneen valmistaja oli jo tehnyt ohjauksen päivi- tyksen. Tämä tuli ilmi vasta projektin edetessä.

(34)

5 Pohdinta

Sekä minä että toimeksiantaja olimme tyytyväisiä opinnäytetyön tuloksiin, vaik- kakin alkuperäisestä suunnitelmasta jouduttiin poikkeamaan. Vaikka koneen suorituskykyä ei ehditty projektin aikana mitata, tuotti mittausprosessin tarkastelu tietoa mittauksen nykytilasta ja mahdollisista kehitystarpeista. Opinnäyte- työssä kerättyä tietoa voidaan hyödyntää sekä avainjyrsinkoneen että mittausprosessin jatkokehityksessä.

Haasteellisuutta projektiin toivat vajavaiset tiedot kehitettävän koneen mekaani- sesta rakenteesta sekä ohjelmiston toiminnasta. Mittausprosessin tarkasteluun jouduttiin käyttämään paljon suunniteltua enemmän aikaa. Projektin työmäärä osoittautui opinnäytetyön edetessä arvioitua suuremmaksi, minkä vuoksi kaik- kiin toimeksiantajan tavoitteisiin ei päästy.

Koneistusprosessiin ei pystytty vaikuttamaan suunnitellulla tavalla, koska toteu- tuksen aikana havaittiin, että koneen lastuamisarvojen säätö oli hyvin rajallista koneen mekaanisen rakenteen takia. Tästä johtuen lastuamisarvoja ei voitu optimoida opinnäytetyön tietoperustan mukaan. Mikäli lastuamista olisi saatu ke- vennettyä työstöarvoja muuttamalla, olisi koneen työstötarkkuus voinut paran- tua.

Uudesta uushopeamateriaalista ja suuremmasta avainaihiosta johtuen koneen lastuamisparametreja pitäisi todennäköisesti päästä muuttamaan nykyistä enemmän, jotta lastuamisprosessi saataisiin paremmaksi. Tämä ei ole mahdollista, ellei koneen terän kierrosnopeutta ole mahdollista muuttaa.

Yhtenä vaihtoehtona tähän olisi asentaa taajuusmuuttaja nykyisen sähkömoot- torin yhteyteen, jolla kierrosaluetta voitaisiin muuttaa. Taajuusmuuttaja mahdol- listaisi eri kierrosalueiden testauksen jyrsinnässä, mikä saattaisi keventää lastuamista. Taajuusmuuttajan huonona puolena on rajallinen säätövara

kierrosalueeseen.

(35)

Toisena vaihtoehtona olisi suurempitehoisen sähkömoottorin asentaminen va- kiomoottorin tilalle. Tämäkään ratkaisu ei ole täydellinen, sillä optimaalisia lastuamisarvoja ei vielä tiedetä tarkasti, jolloin moottorin valinnalle ei ole tarkkoja perusteita. Sopivatehoinen moottori voisi keventää lastuamista sen verran, että avainten mittatarkkuus säilyisi parempana. Ratkaisun huonona puolena on uuden sähkömoottorin hinta ja koneen muokkaaminen pois alkuperäisestä ko- koonpanosta.

Kolmantena vaihtoehtona olisi koneen voimansiirron välityksien muuttaminen.

Tämä olisi todennäköisesti kustannustehokkain ratkaisu, sillä hihnapyörät pysty- tään valmistamaan Abloyn tehtaalla. Lisäksi koneeseen ei tällä ratkaisulla tar- vitse tehdä pysyviä muutoksia. Mutta koska optimaaliset lastuamisarvot eivät ole vielä tiedossa, välityssuhteita ei tiedetä tarkasti. Tämä aiheuttaa ongelmia hihnapyörien mitoituksiin.

(36)

Lähteet

Abloy Oy. 2021a. Abloy yrityksenä. https://www.abloy.com/fi/yritys/. 24.11.2021.

Abloy Oy. 2021b. Abloyn historia. https://www.abloy.com/fi/yritys/historia/.

24.11.2021.

Abloy Oy. 2021c. Abloy Easy julkaisu. https://www.abloy.com/fi/uutiset-ja- media/tiedotteita/uutiset-2020/uutiskategoria-2020/uusi-abloy-easy/.

24.11.2021.

Abloy Oy. 2021d. Abloy Easy. https://www.abloy.com/fi/tuotteet/abloy-easy/.

24.11.2021.

Abloy Oy. 2021e. Abloy avainjärjestelmät.

https://www.abloy.com/fi/tuotteet/abloy-avainjarjestelmat/.

24.11.2021.

Heinonen, M., Kalliolahti, J. 2020. Koneistustekniikka. Helsinki: Sanoma Pro Oy.

Hietikko, E. 2015. Tuotekehitystoiminta. Helsinki: BoD – Books on Demand.

ISO 13053-1:fi. 2014. Prosessin kehittämisen kvantitatiiviset menetelmät. Six Sigma. Osa 1: DMAIC-menetelmä. Helsinki: Suomen

Standardisoimisliitto SFS ry.

ISO 13053-2:fi. 2014. Prosessin kehittämisen kvantitatiiviset menetelmät. Six Sigma. Osa 2: työkalut ja tekniikat. Helsinki: Suomen

Standardisoimisliitto SFS ry.

Jokinen, T. 2010. Tuotekehitys.

http://lib.tkk.fi/Reports/2010/isbn9789526033204.pdf. 24.11.2021.

Karjalainen, E. & Karjalainen, T. 2020. Lean Six Sigma 2.0 ja laatuteknologia.

Lahti: Quality Knowhow Karjalainen Oy.

Maaranen, K. 2004. Koneistustekniikat. Helsinki: WSOY Oppimateriaalit Oy.

Piirainen, A. 2014. Lean ja hukka – Muda, Mura ja Muri.

http://www.sixsigma.fi/fi/artikkelit/lean-ja-hukka-muda-mura-ja-muri/.

24.11.2021.

SFS-EN ISO 9000. 2015. Laadunhallintajärjestelmät. Perusteet ja sanasto.

Helsinki: Suomen Standardisoimisliitto SFS ry.

Six Sigma.fi. 2021. http://www.sixsigma.fi/index.php/fi/six-sigma/dmaic/.

24.11.2021.

(37)

Liitteet

Liite 1. R&R-koe 1 (Abloy Oy 2021).

(38)

Liite 2. R&R-koe 2 (Abloy Oy 2021).