CNC TORNA ve İŞLEME MERKEZİ KONTROL SİSTEM TASARIMI CNC TURNING & MILLING MACHINE CONTROL SYSTEM DESIGN

Transkript

1 CNC TORNA ve İŞLEME MERKEZİ KONTROL SİSTEM TASARIMI CNC TURNING & MILLING MACHINE CONTROL SYSTEM DESIGN Özgür Acar 1, Dilek Bilgin Tükel 1 1 Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bölümü Doğuş Üniversitesi, İstanbul acarozgur10@gmail.com,dtukel@dogus.edu.tr Özetçe Teknoloji hızla ilerlemekte, endüstride kullanılan eski torna ve işleme tezgâhlarının kontrol sistemleri iyileştirmek gerekmektedir. Bu çalışmada, üniversitemizde yedek parça olmadığı için atıl olan tezgâhların modernizasyonu, kontrol ünitelerinin yenilenmesi için var olan sistemin çalışması incelenmiş, yeni kullanılacak kontrol sisteminin simülasyonu yapılarak satranç taşı işleyecek şekilde çalışması sağlanmıştır. Abstract In this project, the aim is retrofiting old turning and milling cnc machines at Dogus University Control & Automation Engineering Laboratory and to learn designing CNC control system and to use CNC machines with Mitsubishi M70V series. Simulation of a chess piece (queen) production has been achieved. 1. Giriş İmalat endüstrisinde kullanılan CNC (Computer Numerical Control), bilgisayarlı sayısal kontrollü tezgahlar sektöre büyük kolaylıklar sağlamıştır. Nümerik kontrol ilk kez II. Dünya Savaşı sırasında ABD hava kuvvetlerinin karmaşık uçak parçalarının üretimi için ortaya çıkmıştır. Zamanın şartlarında bu karmaşık parçaların imalatı var olan tezgahları ile mümkün değildir. İlk olarak freze tezgahı nümerik kontrol ile çalıştırılmıştır. CNC nin çalışmasındaki temel mantık; sayı, harf, ve sembollerden üretilmiş kodların yardımıyla makinelerin işletilmesidir. Sayısal kontrollü makineler 3 bileşenden oluşur: Parça Program, Makine Kontrol Ünitesi, Takım Tezgahı. Bilgisayarlı nümerik kontrol tezgahın yazılmış programların kaydedilmesi yanında parça üretiminin her aşamasında programı durdurma, programda değişiklik yapabilme, programa kalınan yerden devam edebilme yeteneklerine sahiptir. CNC makinelerin çalışması için sağlanan iletişim sistemi bileşenleri şunlardır: tahrik elemanları, ölçme elemanları, kontrol ünitesi ile tahrik ve ölçme elemanlarının arasındaki iletişimi sağlayan devreler, sistemin çalışmasını sağlayan bilgisayar programı. CNC Tezgahların Avantajları: Tezgahın çalışma temposu her zaman yüksek ve aynıdır. Tezgahta yüksek hassasiyette parça üretmek mümkündür. Seri ve hassas üretim insan faktörünün fazla etkili olmaması nedeniyle mümkündür. Üretim sırasında ayarlama, ölçü kontrolü ve elle hareket nedeniyle olusan zaman kayıpları en aza indirilmistir. Üretim sırasında operatörden kaynaklanan hatalar ortadan kaldırılmıstır. Parça üzerinde yapılacak değisiklikleri kısa sürede program üzerinde yapmak suretiyle uygulamak mümkündür. Her türlü sarfiyat (malzeme, elektrik, emek) en aza indirgenmistir. CNC Tezgahların Dezavantajları: Detaylı bir imalat planı gereklidir. İlk yatırım maliyeti çok pahalıdır. Klasik tezgahlara göre daha titiz bakım ve kullanım gereklidir. Kaliteli dolayısıyla pahalı kesici takımların kullanılması gerekir. CNC Tezgahların Yapısı: CNC makineler 0.001mm hassasiyet ile çalışabilir ve ani frenlemeleri en iyi şekilde yapabilirler. Bu da motorlarının, kızaklarının ve millerinin daha karmaşık bir yapıda olmasının sonucudur. CNC Tezgah 3 ana üniteden oluşur: mekanik aksam, güç besleyici ve motorlar. Her ana mil tezgaha bir hareket verir ve bu tezgahın eksen sayısını belirtir. [1] CNC Torna tezgahı

2 Bilgisayar desteği ile çalışan torna tezgahları Cnc torna tezgahı diye adlandırılmaktadır. Cnc torna tezgahlarında temelde 2 eksen bulunmaktadır. Çapta ilerlemeyi sağlayan eksen X ekseni ve boyda ilerlemeyi sağlayan eksene Z ekseni denir. Cnc torna tezgahları yatay ve dikey olarak imal edilirler. Aynanın dönme ekseni yere paralel ise Yatay Cnc Torna, yere dik ise Dik Cnc Torna tezgahı denir. Mirac PC tabanlı bir CNC Torna tezgahıdır. 2 eksenli 0.75kW ayna motoru ve eksen step motorları vardır. CNC Freze tezgahı Temel X,Y,Z eksen hareketleri ile prizmatik parçaların üretiminde kullanılan, bilgisayar desteği ile çalışan tezgahlardır. Cnc freze tezgahları dikey ve yatay olacak şekilde iki türlüdür. Dikey freze tezgahlarında iş parçasının bağlı olduğu tezgah tablası X ekseninde boyuna, Y ekseninde enine ve kesici takımın bağlı olduğu iş mili Z ekseninde dikine hareket eder. Yatay Cnc freze tezgahlarında iş parçasının bağlı olduğu tezgah tablası X ekseninde boyuna, kesici takımın bağlı olduğu iş mili Y ekseninde yukarı-aşağı ve Z ekseninde ileri-geri hareket eder. Dik Cnc freze tezgahlarına Dik işleme merkezi ve Yatay cnc freze tezgahlarına Yatay işleme merkezi denir. Şekil 2: CNC Tornanın Eksenleri Kontrol Paneli CNC tezgahının kontrolü bu panel aracılığıyla yapılır. Ekran ya da operatör panel kısmında yapılan işlemler görülür. Simülasyonlar izlenebilir. Alfabetik ve sayısal tuşlar ile veri girişi gerçekleşir. Kontrol tuşları ile manuel hareket için eksen seçimi, taret döndürme, tezgah aynasını açma/kapama, tezgah milini çalıştırma/durdurma, soğutma sistemi açma/kapama, acil durdurma, devir sayısı/ilerleme gibi ayar düğmeleri bulunur.[1] 2. Proje Planlama ve Sistem Bileşenleri CNC Torna ve İşleme Tezgahlarının kontrol sistemlerinin yenilenme projesi için; laboratuarımızda atıl olarak duran CNC makineler (Şekil 1,2,3,4) yapısı incelendi. Çalışma mantıklarını, kullanılan ekipmanlarının özellikleri çıkarıldı. Sistemin modernizasyonu için gerekli malzeme listesi oluşturularak, PLC programlama, motor sürücüleri ile parametrelendirme, arayüz tasarımı hakkında çalışma yapıldı. Satranç taşlarından vezirin CNC makinede imalatı için gerekli parça programı yazıldı ve Mitsubishi M70V serisi CNC üniteleri ile CNC makinelerinde simüle edildi. Şekil 3: Triac Serisi CNC İşleme Merkezi. Triac PC tabanlı bir CNC İşleme Merkezidir. 3 eksenli ayna motoru: 1.1 Kw, DC, 1.5 hp ve step motorlar: 200 steps/rev, DC. Şekil 1: Mirac CNC Torna. Şekil 4: CNC İşleme Merkezinin eksenleri.

3 Yenileme için kullanılacak CNC kontrol ünitelerine, motorlara ve diğer malzemeler: Mitsubishi CNC M70V serisi kontrol ünitesi Torna İçin Servo motor + Enkoder (Z ve Taret) Servo motor + Enkoder + Fren (X) Servo sürücü (X,Z,Taret) Mitsubishi CNC M70V serisi kontrol ünitesi İşleme Merkezi İçin Servo motor + Enkoder (X ve Y) Servo motor + Enkoder + Fren (Z) Servo sürücü (X,Y,Z) Şekil 7: NC Tranir. 3. CNC Tezgah Kullanımı ve Parça Program Yazmak Kontrol ünitesinin PLC programalaması için Mitsubishi GX Works programı kullanır (Şekil 5). PLC programının içeriği olarak çalışma modları seçimleri, kapı açık kapalı kontrolü, takım seçme gibi kontrollerdir. CNC Tezgahta istediğimiz vezir taşını imal edebilmek için parça programı yazmak gerekmektedir. [2] Programlamanın kuralları aşağıda ki gibidir: 1- Program Numarası (O 0001) CNC programının başlangıcında O adresinden sonra, 4 rakama kadar program numarası girilir. Aynı program numarası birden fazla programa verilemez. Her bir parçanın (değişik parçanın) programına farklı Program Numarası verilerek hafızada saklanır. Örnek: İki işlemle işlenecek parça için de iki farklı program numarası verilmelidir. 1. İşleme için Program Numarası O 0001; 2. İşleme için Program Numarası O 0002; Şekil 5: GX Works. Motor Sürücülerinin parametlendirme ayarlarını yapmak için ise Mitsubishi MR Configurator programı (Şekil 6) kullanıldı. 2- Program Satır Numarası (N 10) N adresinden sonra kontrol ünitesi modeline göre 4 ve 5 rakama kadar Program Satır Numarası verilir. Satır Numarası: - Yeni programın kontrolünde, - Normal Operasyonda, -Program içerisinde herhangi bir satırı çağırmada kullanılır. Genellikle program içindeki önemli yerlerde, programın arada bir yerden başlatılması gerektiğinde, satırı çağırma kolaylığı nedeniyle Satır Numarası verilir. Örneğin, bir takım için operasyonun başladığı yerde Satır Numarası verilir. 3- Parça Programı Belirli bir mantıksal sıraya göre yazılmış ve iş parçasının işlenmesi için gereken tüm bilgileri içeren, alfabetik, nümerik, alfanümerik ve sembollerden meydana gelen programlara denir. Şekil 6: MR Configurator. Arayüz tasarımı Mitsubishi NC Designer ile yapıldı ve nılır ve bu arayüzü simülasyonda çalıştırmak için ise NC Trainer programı kullanılır (Şekil 7). 4- Adres CNC programında A' dan Z' ye kadar olan her bir karakter adres olarak tanımlanır. Örneğin X, Y, Z, T, F, G, S, G, M vb. N10 G00 X0. Z2. T0101; 5- Data

4 CNC programında her adresten sonra gelen sayısal değerler (işaret ve ondalık nokta içeren) "DATA" olarak adlandırılır. N10 Z2. T0101; G00 X0. ; 6- Kelime Adres ve dataları içeren ve her bir program satırını oluşturan en küçük birimdir. N10 G00 X0. Z2. T0101; 7- Blok CNC programında anlam bütünlüğü oluşturan satır ya da satırlara denir. Her program bloku " ; " ile biter. 8- Koordinat Komutları A - Mutlak Koordinat Sistemine Göre (Absolute Coordinate System) Bu tür koordinat sisteminde kesici takım iş parçası sıfır noktasına (X0, Z0) göre verilir. 1 noktasında konum X20. Z10. ; 2 noktasına hareket X10. Z-5. ; B - Eklemeli Koordinat Sistemine Göre (Incremental Coordinate System) Bu tür koordinat sisteminde kesici takım son bulunduğu noktaya göre verilir. Bu koordinat sisteminde X ekseni için U, Z ekseni için W adresleri kullanılır. 1 noktasında konum X20. Z10. ; 2 noktasına hareket U-10. Z-15. ; Not: X ve U adresleri ile girilen değerler çap değerleridir. Ancak gerçekte takım hareketi yarıçap kadar olur. Kesici takım bulunduğu bir noktadan bir başka noktaya hareket ettirilmek istenildiğinde iki farklı şekilde gönderilebilir; 9- CNC Parça Programlamada İşlem Sırası CNC programı yazılmadan önce aşağıdaki işlem sıralarına dikkat edilmesinde büyük fayda vardır. 1- CNC tezgahının işlem bölgesi belirlenir. 2- İş parçasının tezgaha bağlanma şekli belirlenir. 3- İşlem sıraları belirlenir. (Örneğin, alın tornalama, dışçap tornalama, pah kırma,delik delme vb.) 4- İşleme türüne göre gerekli paso derinlikleri (talaş miktarları) belirlenir. 5- Finiş tornalama için bırakılacak paso miktarları belirlenir. 7- Kesme Hızı, Devir Sayısı ve İlerleme ile ilgili değerler belirlenir. 8- CNC programı önce kağıt üzerine yazılır. 9- Yazılan program CNC tezgahı kontrol ünitesinde diyalog programlama ile yazılır. 10- Yazılan programın Grafik Benzetimi (Simülasyonu) kontrol ünitesi ekranında izlenir ve varsa hatalar düzeltilir. 11- İlk iş parçası Adım Adım Modunda (Step by Step Mode) kontrollü bir biçimde işlenir. 12- İlk iş parçası imalatı sonunda; - Kesici takımların sağlıklı hareket edip etmediği, - Herhangi bir yere çarpıp çarpmadığı, - Verilmiş olan paso miktarlarına göre tezgahın kesme koşulları, - Programda girilmiş olan kesme hızı, devir sayısı ve ilerleme değerlerinin uygun olup olmadığı kontrol edilir. Bu değerlerde değişiklik yapılması gerekiyorsa CNC programından değiştirilmektense Tezgah Kontrol Ünitesi üzerindeki "Spindle Override" ve "Feed Override" düğmelerinden ayarlanması tavsiye edilir. 13- İşlenmiş olan iş parçasının ölçüleri imalat resmine göre kontrol edilir. Ölçüsel farklılıklar varsa ilgili kesici takımın "Ofset Sayfasına" girilir ve gerekli düzeltmeler (çap ve boy) yapılır. 14- Yapılan son düzeltmelere göre işlenen ikinci iş parçasının ölçüleri tekrar kontrol edilir. Herhangi bir olumsuzluk yoksa artık seri imalata (Nonstop Mode) geçilir. [2] 4. Vezir Satranç Taşının CNC Tornada imalatı (Tool Wear Offset X Z Tool 007 in T01) (QUEEN-CHESS Parça Programı) (Bar Stock 50mm x 250mm) G00 X0 Z0; (Takım Değiştirme için hızlı pozisyonlama) T0101; (Takım 1 çağırılır) M03 S2000 F0.15; (Aynayı çalıştırır 2000rpm, 0.15mm/rev besleme ile) N00 G00 X Z30.129;(Parça sıfırına hızlı pozisyonlama yapar) N01 G01 U-25; (Parçanın işlenmesi taslak olarak başladı) N02 G01 U25; N16 G01 U-25; N17 G01 U25; N18 G01 W-2; N19 G01 U-10; N20 G01 U10; N27 G01 W-2; N28 G01 U-10;

5 N29 G01 U10; N30 G01 W-2; N31 G01 U-10; N32 G01 U10; N72 G01 W-2; N73 G01 U-10; N74 G01 U10; N75 G01 W-2; N76 G01 U-15; N77 G01 U15; N90 G01 W-2; N91 G01 U-15; N92 G01 U15; N93 G01 W-2; N94 G01 U-10; N95 G01 U10; N96 G01 W-2; N97 G01 U-10; N98 G01 U10; N99 G01 W-2; N100 G01 U-20; N101 G01 U20; N141 G01 W-2; N142 G01 U-20; N143 G01 U20; N144 G01 W-2; N145 G01 U-10; N146 G01 U10; N192 G01 W-2; N193 G01 U-10; N194 G01 U10; N195 G01 W-20; (Taslaktan sonra eğimlerin şekillenmesi) N196 G01 U-10 W20; N197 G01 W4; N198 G01 U-10 W30; N199 G01 W30; N200 G01 U10; N201 G01 W4; N202 G01 U-5; N203 G01 W4; N204 G01 U-2; N205 G01 W4; N206 G01 U2 W2; N207 G01 U-2 W2; N208 G01 U-5 N208 G01 U10 W30; N209 G01 W4; N210 G01 U-15 W2; N211 G01 W12; N212 G01 U-25; (Radyusların oluşumu ve son şekil verme) N213 G02 U25 W-8 R12; N214 G01 U-5 W-2; N215 G02 U5 W-2 R5; N216 G02 U15 W-2 R10; N217 G01 W-4; N218 G03 U-10 W-30 R20; N219 G02 U7 W-2 R4; N220 G03 U-2 W-2 R3; N221 G01 W-4; N222 G02 W-4 R3; N223 G01 U5; N224 G02 W-4 R3; N225 G01 U-8; N226 G03 W-30 R60; N227 G03 U10 W-30 R20; N228 G01 W-4; N229 G03 U10 W-20 R20; N230 G01 U-5 W-3; N231 G01 U3 W-3; N232 G01 W-5; G00 X250 Z200; (Güvenli bölgeye hızlı pozisyonlama) M30; (Program Sonu) 5. Sonuçlar Bu projede üniversitemizdeki atıl durumdaki tezgahların modernizasyonu için bu sistemlerin çalışması incelenmiş. Kullanılması gereken kompenentlere karar verilmiş ve sistemin benzetimi yapılmıştır. Bir sonraki aşamada tasarlanan sistem gerçeklenecektir. Teşekkür Mitsubishi Electric firmasına, bu projeye olan katkısından dolayı teşekkür ederiz. Kaynakça [1] Kocaeli Üniversitesi Uzun çiftlik Nuh Çimento Meslek Yüksek Okulu Öğr. Gör. Serkan AKTAŞ - CNC EĞİTİMİ DERS NOTLARI [2] Hamit Arslan CNC Programları