IML 322 İMALATTA OTOMASYON Bahar Hafta

Transkript

1 IML 322 İMALATTA OTOMASYON Bahar Dr. Hafta Erdinç Altuğ 4 Sayısal Kontrol (NC) ve Servo Sistemleri 1 Sayısal Kontrol (NC) Nedir? Sayısal Kontrol (Numerical Control) İşleme içeren mekanik işlemlerin veya diğer cihazların programlanmış bazı alfanumerik (hem alfabetik hem sayısal karakteri olan) veri içeren programlarla kontrol edilmesini sağlayan bir programlanabilir otomasyon türüdür. Bu veriler işlenen parça ile kesici arasındaki bağıl pozisyonu ve diğer komutları içerir. Kodda değişiklik yaparak programın değiştirilmesi mümkündür. Uygulamalar: 1. İşleme işlemleri (Delme, frezeleme v.b.) 2. İşleme dışı işlemler (Montaj, muayene v.b.) 3 1

2 NC cihazlarının tarihi Nümerik kontrol fikri ilk olarak II. Dünya savaşının sonlarına doğru (1940lı yıllarda) ABD hava kuvvetlerinin ihtiyacı olan kompleks uçak parçalarının üretimi için ortaya atılmıştır (John Parsons ve Frank Stulen). İstenen parçaların var olan imalat tezgahları ile üretilmesi çok zor veya imkansızdı. Parsons şirketi ve MIT (Massachusetts Institute of Technology) ortak çalışması sonucunda 1952 yılında ilk olarak bir Cincinnati-Hydro-Tel freze tezgahını Nümerik Kontrol ile kontrol ederek bu alandaki ilk başarılı çalışmayı gerçekleştirdiler. Bu tarihten itibaren pek çok takım tezgahı imalatçısı Nümerik Kontrollü tezgah imalatına başladı. 5 NC Sistemin Temel Elemanları Temel Elemanlar: 1. Program 2. Makina kontrol birimi 3. İşleme cihazı Program Makina Kontrol Birimi İşleme Cihazı Program: Bağıl pozisyon için detaylı komutlar, dönüş hızı, kesici seçimi v.b. bilgiler. Makina kontrol Birimi: (MCU) Mikro-işlemci ve kontrol cihazları (programları kaydetmek için) İşleme Cihazı:İmalat işlemini yapan cihaz 6 2

3 Step motorlar (3 adet) 3 eksenli bir NC cihazının Elemanları Kontrol elektroniği ve güç kaynağı Mekanik aksam Rulmanlar Vidalar (lead-screw) Diğer elemanlar 7 NC Koordinatları Referans koordinatları belirlenmelidir. Prizmatik parçalar için (x,y,z) doğrusal eksenleri ve bu eksenler etrafında dönüşleri için (a,b,c) eksenleri kullanılır. (Sağ el kuralı) Dönel NC sistemler için: (x,z) eksenleri kullanılır. (z dönüş eksenine paralel) 8 3

4 Konumlama: Mutlak veya Artan konumlama Hareket Kontrol Çeşitleri: 1. Noktadan-noktaya: Çalışma masasını istenen noktaya götürmek. Rota önemsiz, örneğin delme işlemi. 2. Devamlı rota kontrolü: Kesici rotasının kontrolü, birçok frezeleme ve torna işlemlerinde gereklidir. İki veya daha çok eksenin beraber kontrolü gerekliyse, buna eşdüzeltim (contouring) denir. Hareket Kontrolü y (30,30) (10,10) 20 İlk konum Son konum 20 x 9 Hareket Kontrolü Eşdüzeltim işleminde interpolasyona gerek duyulur: Şekiller sürekli, NC dijitaldir. (Eğriler çizgilerle yaklaşık olarak ifade edilir.) İnterpolasyon: Kesicinin gideceği ara noktaları belirleyerek rotanın belirlenmesini sağlar. İnterpolasyon Metotları: 1. Doğrusal (Çizgisel rota) 2. Dairesel (Yay uydurma) 3. Sarmal (Dairesel interpolasyon ve lineer hareket. 3 boyutlu şekiller için) 4. Parabolik ve Kübik (Üst dereceli eğriler uydurmak için. Daha çok işlem gerektirir. Havacılık ve otomotiv endüstrilerinde sıkça görülür.) CNClerde interpolasyon işlemleri genelde yazılımla gerçekleştirilir. 10 4

5 CNC CNC (Computer Numerical Control) Bilgisayar teknolojilerinin gelişmesiyle MCU birimleri bağımsız bir mikroişlemci ile çalıştırılabilir. CNC nin özellikleri: 1. Bir programdan fazlasını depolayabilme 2. Çeşitli girdi yöntemleri (disket, RS-232, diğer bilgisayarlar v.b.) 3. Program düzeltebilme 4. Gelişmiş Programlama yöntemleri (Makro programlar) 5. İnterpolasyon 6. Kurulum için konumlama özelliği (Çeşitli noktalar ile referansın belirlenmesi) 7. Kesici boyutlarının hesaba katılabilmesi (Manüel giriş ile veya algılayıcılarla) 8. Hızlanma ve hız kesme hesaplamaları (Kesici izinin kalmasını engellemek) 9. İletişim ara yüzü (program indirmek, işlem hakkında bilgi iletişimi, robot gibi diğer birimleri bağlamak için) 10. Teşhis işlemleri (Başlangıç, problem analizi, kesici hayat takibi, önleyici önlemler, programlama teşhisi (simülatör ile)) 11 CNC lerin kullanıldığı bazı alanlar Talaşlı imalat Fabrikasyon ve kaynakçılık Pres Muayene (üç boyutlu ölçme) ve kontrol Montaj Malzemelerin taşınması Alet bileme Kesme (lazerle, alevle v.b) Erozyon Kaplama Boru bükme Sıvama 13 5

6 CNClerin avantajları Konvansiyonel tezgahlarda kullanılan bazı elemanlarla kıyaslandığı zaman tezgahın ayarlama zamanı çok kısadır. Ayarlama, ölçü, kontrolü, manüel hareket vb. nedenlerle oluşan zaman kayıpları ortadan kalkmıştır. İnsan faktörünün imalatta fazla etkili olmamasından dolayı seri ve hassas imalat mümkündür. İmalatta operatörden kaynaklanacak her türlü kişisel hatalar ortadan kalkmıştır. Kalifiye insan ihtiyacına gerek yoktur (programlama hariç). 14 Tezgah operasyonları yüksek bir hassasiyete sahiptir. Tezgahın çalışma temposu her zaman yüksek ve aynıdır. Her türlü sarfiyat (elektrik, emek, malzeme vb.) asgariye indirgenmiştir. Kalıp, mastar, şablon vb. pahalı elemanlardan faydalanılmadığı için sistem daha ucuzdur. Depolamada daha az yere gerek vardır. Daha az yer işgal eder. Parça imalatına geçiş daha süratlidir. Parça üzerinde yapılacak değişiklikler sadece programın ilgili bölümünde ve tamamı değiştirilmeden seri olarak yapılır. Bu nedenle CNC takım tezgahlarıyla yapılan imalat büyük bir esnekliğe sahiptir. Düşük atık oranına sahiptir. 15 6

7 CNClerin dezavantajları Detaylı bir imalat planı gereklidir. (Maliyet açısından bir çok vardiya çalıştırılarak ekonomik olma çabasına girilir.) Pahalı bir yatırımı gerektirir. Tezgahın saat ücreti yüksektir. Konvansiyonel tezgahlara kıyaslandığında daha titiz kullanım isterler. Kesme hızları yüksek ve kaliteli kesicilerin kullanılması gerekir. Periyodik bakımları uzman ve yetkili kişiler tarafından düzenli olarak yapılmalıdır. Parça programlama (Deneyimli programcı gerekir. Yeni parça için programlama zamanı gerekir.) 16 CNClerin ana elemanı MCU Birimidir. Makina Kontrol Birimi Machine Control Unit (MCU) (beyin) MCU birimi: CNC ile NC arasındaki farkı yaratan birimdir. Elemanları: 1. Merkezi işlem birimi (CPU) 2. Hafıza 3. Girdi/Çıktı ara yüzü 4. Makina kesici eksenleri ve dönüş hızı kontrolü 5. Diğer işleme işlemleri kontrolü 17 7

8 MCU 1. Merkezi İşlem Birimi: MCU nun beynidir. Elemanları: a) Kontrol Birimi (Sıralama, kontrol ve düzenleme) b) Aritmetik Mantık Birimi (Hesaplamalar) c) Doğrudan erişim bellek (Geçici veri depolama) 2. Hafıza a) Ana hafıza (ROM read only memory, RAM random access memory) b) İkinci Hafıza (Sabit diskler, disketler v.b.) 3. Girdi/Çıktı ara yüzü Operatör paneli, klavye, ekran (CRT, LED, LCD) 4. Makina kesici eksenleri ve dönüş hızı kontrolü Pozisyon ve hız kontrolü yapan cihazlar 5. Diğer işleme işlemleri kontrolü Aç/kapa türünde ikincil işlemler 18 CNC yi çalıştıran yazılımlar: CNC Yazılımları 1. İşletim sistemi ROM dadır. Editör, kontrol programı (interpolasyon, ivmelenme/yavaşlama hesapları), yürütücü program 2. Makina ara yüz yazılımı İletişim işlemlerini yürütür 3. Uygulama yazılımı İmalat için kullanılan NC programı 19 8

9 Direct Numerical Control (DNC) CNC ler gündeme gelmeden önceki döneme ait (1960 lar) Tek bir anabilgisayar ile bir çok NC nin kontrol edilmesi Bilgisayarların gelişmesi ve ucuzlamasıyla uygulamadan kalktı. 20 DNC nin elemanları: 1. Ana bilgisayar 2. Hafıza 3. Kontrol edilen bir grup makina 4. İletişim Hatları lerde DNC tanımı değişiklik gösterdi. (Distributed Numerical Control) Dağıtılmış Sayısal Kontrol Haline geldi. Günümüzdeki haliyle; CNC tezgahlar için yazılan programların merkezi bir bilgisayarda depolanarak ilgili CNC tezgahlara gerektiği zaman yüklenmesi veya tezgahlardan merkezi bilgisayara geri gönderilmesi işlemi olarak düşünülebilir. 21 9

10 DNC Sistemlerine neden ihtiyaç duyulur? CNC tezgahları olan ve DNC sistemi olmayan bir imalat sanayinde, CNC tezgahlara program girilmesi aşağıdaki yöntemlerden biri veya birkaçı ile yapılır. Program satırları tek tek girilir. MDI (Manüel Data Input) CNC tezgahın disket sürücüsü ile CAM programı kullanılarak takım yolları oluşturulur, son işlemciden (postprosesör) geçirilir ve yine diskete ile tezgaha yüklenir. Taşınabilir bir bilgisayar ile tezgahın RS232 portları arasına kablo ile CNC tezgah imalatçısının sağladığı ve sadece o tezgah için tasarlanmış olan yazılım ve donanımı içeren bir sistem ile Kontrol sistemleri eski olan tezgahlar için, perforeşeritlere (Punch Tape) yazılan programlar tezgah üzerindeki şerit okuyucudan geçirilerek DNC ile ağ bağlantısı ile bunlara gerek kalmamaktadır. 22 İki ana başlıkta toplanabilir: 1. İşleme işlemleri a) Torna (yatay/dikey, iki eksen, sürekli kontrol) b) Delme (noktadan-noktaya kontrol, iki eksen kontrol, 6-8 delici olabilir.) c) Frezeleme (Devamlı rota kontrolü) d) Taşlama (iki eksen kontrolü) 2. İşleme dışı işlemler - Kablo sarma - Elektronik parça montaj - Teknik resim basma - Koordinat ölçme - Polimer kompozit madde yayma CNC Uygulamaları 23 10

11 CNC ile üretime uygun olan imalat işlemleri hangileridir? Parti ile üretim (düşük ve orta miktarda üretime uygun) Sipariş tekrarı olduğunda Karışık geometrili ürünler üretildiğinde Parçada çok metal işleme gerektiği durumlarda(havacılık sanayi) Bir çok ayrı işleme gerektiğinde (manüel işlem yapma masraflı olur.) Malzeme pahalıysa (hatalı üretim olasılığını düşürmek için) 24 CNC Programlama CNC yi çalıştıran yazılımlar: 1. İşletim sistemi 2. Makina ara yüz yazılımı 3. Uygulama yazılımı İmalat için kullanılan CNC programı Bizim ilgi alanımız Uygulama yazılımı Programlama Metotları: 1. Manüel programlama 2. Bilgisayar yardımıyla programlama 3. CAD/CAM ile programlama Şimdi bunları inceleyelim

12 1- Manüel Programlama Blok formatı Kelimeler Emir bloğundaki bu komutlara göre işlem gerçekleşir. Bu Kelimeler: Sıra Kelimeleri (N-kelimesi) Hazırlayıcı Kelimeler (G-kelimesi) Koordinatlar (x,y,z kelimeleri doğrusal eksenler için ve a,b,c dönüsel eksenler için) İlerleme oranı (F-kelimesi) Dönüş hızı (S-kelimesi) Kesici seçimi (T-kelimesi) Diğer komutlar (M-kelimesi) Blok sonu (EOB sembolü) 28 Sıkça Kullanılan Kelimeler Kelime Örnek Açıklama N N01 Sıra G G23 Hazırlayıcı kelime X,Y,Z X55.0 Koordinat değeri R R50.0 Yayın yarıçapı F G94 F40 Besleme oranı (Feed rate) S S0800 Dönüş hızı T T12 Kesici seçimi D D05 Kesici çapı M M03 Çeşitli komutlar 29 12

13 Sıkça Kullanılan G-Kelimeleri G00 Noktadan noktaya hareket G40 Göreceli konumu iptal et G01 G02 G03 G04 G10 G17 G18 G19 G20 G21 G28 G32 Doğrusal interp. hareket Dairesel interp. Saat yönünde Dairesel interp. Saat yönünün tersi Bekleme Kesici göreceli konum değeri Frezelemede x-y eksen seçimi Frezelemede x-z eksen seçimi Frezelemede y-z eksen seçimi İnç değerinde girdiler mm değerinde girdiler Referans noktasına dön Vidaya yiv açma kesimi G41 G42 G50 G90 G91 G92 G94 G95 G98 G99 Göreceli konumu iptal et, parça yüz. solunda Göreceli konumu iptal et, parça yüz. sağında Koordinat ekseni başlama noktası belirleme, bazı frezelerde. Mutlak koordinatların programlanması Artışlı koordinatların belirlenmesi Koordinat ekseni başlama noktası belirleme, bazı torna cihazlarında. Dakikadaki ilerleme hızı (freze ve delmede) Dakikada dönme hızı (freze ve delmede) Dakikadaki ilerleme hızı (tornada) Dakikada dönme hızı (tornada) 30 M-Kelimesi M00 M01 M02 M03 M04 M05 M06 M07 M08 M09 M10 M11 M13 M14 M17 M19 M30 Sıkça Kullanılan M-Kelimeleri Açıklama Programı durdur Opsiyonel programı durdur Programın sonu. Makineyi durdur. Saat yönünde mili döndür (freze) Saat yönünün tersinde mili döndür (freze) Mili durdur. Kesici değişimine başla Kesici sıvısını çok aç Kesici sıvısını az aç Kesici sıvısını kapat Bağlama düzeneğinin otomatik bağlanması Otomatik açılması Saat yönünde mili döndür (torna) Saat yönünün tersinde mili döndür (torna) Mil dönüşü ve kesici sıvısını kapat. Mili istenen pozisyonda durdur. Programın sonu. Makinayı durdur

14 Manüel Programlama Kelime adres formatında verilen komutlarda bir seri kelime ve bu kelimelerin başında birer önek bulunur. Değerler dört hane ile verilir. X020.0 X=20.0 mm demektir. Farklı CNC makinelerinde farklı kodlar bulunduğundan, makinenin kullanma ve programlama kılavuzlarına bakınız. G92 X0 Y Z010.0 Orijinin belirlenmesi Bazı torna makinelerinde G92 yerine G50 kullanılır. G21 G92 X0 Y Z010.0 Buradaki G21, koordinatların mm cinsinden olduğunu belirtir. Hareketler G00, G01, G02 ve G03 komutlarıyla verilir. 32 G00 şimdiki konumdan x,y,z noktasında hızla git komutudur. G00 X050.0 Y086.5 Z100.0 (50,86.5,100) e git Bu komut özellikle delme işlemlerinde kullanılır. G01 komutuyla x,y,z noktasına düz bir çizgide gitme için kullanılır. G01 G94 X050.0 Y086.5 Z100.0 F40 S800 Doğrusal interp. (50,86.5,100) e 40 mm/dak hızında ve 800 dön/dak dönüş hızıyla G02 ve G03 komutları dairesel interpolasyon için kullanılır (saat yönünde veya saat yönüne ters) G02 G17 X088.0 Y040.0 R028.0 F30 x-y düzlemindeki x,y noktasına, 30 mm/s hızında, 28mm lik yarıçaplı yay çizerek ulaşmak için kullanılır

15 Özellikle CNC freze makinesinde kesicinin rotasının parçanın yüzeyinden kesicinin yarıçapı kadar uzakta olması istenir. G40, G41 ve G42 kodlarıyla otomatik olarak yapılabilir. G40 kesici ofseti iptal etme G41 ve G42 kesicinin solunda veya sağında ofset yapma Resimde: Saat yönü => G41 Saat yönü tersi => G42 G42 G01 X100.0 Y040.0 D05 (D05 kesicinin hafızadaki yarıçap değeri) G10 P05 R10.0 (r=10mm yi hafızaya girmek) 34 Çeşitli Örnekler Örnek 1: Noktadan noktaya delme işlemi Ölçüler mm. Tolerans =±0.1mm. Malzeme: Alüminyum Üç delik delinecek 7.0 mm çaplı kesici İlerleme hızı: 0.05 mm/dönüş Dönüş hızı: 1000 dönüş/dak. Başlangıçta (0,-50,10) noktasında 35 15

16 NC Parça Programı N001 G21 G90 G92 X0 Y Z010.0; Orijini belirleme N002 G00 X070.0 Y030.0; Hızla ilk delik noktasına git N003 G01 G95 Z-15.0 F0.05 S1000 M03; İlk delme işlemi N004 G01 Z010.0; Kesiciyi delikten çıkar N005 G00 Y060.0; Hızla ikinci noktaya git N006 G01 G95 Z-15.0 F0.05; İkinci deliği del N007 G01 Z010.0; Kesiciyi delikten çıkar N008 G00 X120.0 Y030.0; Hızla üçüncü noktaya git N009 G01 G95 Z-15.0 F0.05; Üçüncü deliği del N010 G01 Z010.0; Kesiciyi delikten çıkar N011 G00 X0 Y M05; Hızla başlangıca git N012 M30; Program sonu, makineyi durdur 36 Çeşitli Örnekler Örnek 2: İki eksen frezeleme işlemi Ölçüler mm. Tolerans =±0.1mm. Malzeme: Alüminyum Parça çevresi frezeleme Yüzeyden 40mm aşağıda tabla bulunmaktadır. Kesici çapı 20mm. İlerleme hızı: 50 mm/dak. Dönüş hızı: 1000 dönüş/dak. Kesici ofset değeri 05 dedir. Başlangıçta (0,-50,10) noktasında 37 16

17 N001 G21 G90 G92 X0 Y Z010.0; Orijini belirleme N002 G00 Z S1000 M03; Hızla kesici derinliğine git, kesiciyi çalıştır N003 G01 G94 G42 Y0 D05 F40; Parçaya yaklaş, kesici ofseti N004 G01 X160; Alt kısmı frezele N005 G01 Y060.0; Sağ tarafı frezele N006 G17 G03 X130.0 Y090.0 R030.0; Yay etrafında dairesel interpolasyon N007 G01 X035.0; Üst tarafı frezele N008 G01 X0.0 Y0; Sol tarafı frezele N009 G40 G00 X M05; Hızla uzaklaş, ofseti iptal et N010 G00 X0 Y-050.0; Başlangıç noktasına git N011 M30; Program sonu, makineyi durdur 38 APT ile programlama APT automatically programmed tooling 1950 lerde geliştirildi. Sıkça kullanılır. APT dağarcığında 500 den fazla kelime vardır. Kitapta 6ncı bölüm sonundaki Appendix de bulabilirsiniz. APT dilindeki komutlar: Geometri komutları Hareket komutları Son işlemci (postprocessor) komutları Diğer işlem komutları 39 17

18 APT Dilinde örnekler Örnek 1 i APT ile yaparsak: MACHIN/DRILL,01 CLPRNT UNITS/MM REMARK Part geometry. Points are defined 10 mm above part surface. PTARG = POINT/0,-50.0,10.0 P5 = POINT/70.0,30.0,10.0 P6= POINT/120.0,30.0,10.0 P7= POINT/70.0,60.0,10.0 FROM/PTARG RAPID GOTO/P5 SPINDL/1000,CLW FEDRAT/0.05,IPR GODLTA/0.0,-25. SPINDL/OFF FINI Parça Geometrisi Hareket Komutları 40 Yardımcı Yazılımlar Bu yazılımlar (ve benzerleri) kodları oluşturmanıza ve oluşan kod grubunun simülasyonunu yapmanıza imkan tanır. AutoEditNC CnCSimulator CNC Simulator Video (Daha fazlası için CNC simulator araması yapın)

19 2-Bilgisayar Yardımıyla Programlama Manüel programlama zaman alıcı, sıkıcı ve hataya açıktır. Bilgisayar yardımıyla programlamanın birçok avantajı bulunur. Programcı: Parça geometrisinin belirlenmesi Kesici rotası ve işlem sırasının belirlenmesi Bilgisayar: Kodun üretilmesi CAD/CAM ile Programlama Bilgisayarla tasarımda parça detaylı olarak belirlendikten sonra programda var olan araçlar ile gerekli kodlar otomatik olarak oluşturulabilmektedir. Kesici rotasının belirlenmesi, kesicinin CAD/CAM veritabanından belirlenmesi ile başlar ve var olan yazılım modülü ile otomatik olarak belirlenebilir. Grafik olarak bu rota gösterilebilir ve simülasyon ile kontrol edilebilir. Bu programları simülasyonlarla kontrol etmek gereklidir (hatalar olabilir). Bu programlar daha sonra kullanıcı tarafından değiştirilebilir ve gerekirse optimize edilebilir

20 Servo Sistemleri Nedir? Neden kullanılır? Açık ve Kapalı döngü Pozisyon ve Hız Kontrolü Çeşitli Örnekler Tek eksenli tezgah konumlama sistemi 47 Servo Sistemleri Bir mekanizmanın performansını düzeltmek amacıyla kullanılan hata ölçme geri beslemesi kullanan bir otomatik cihazıdır. Bu terim özellikle geri besleme veya hata düzeltme sinyalinin mekanik konum veya diğer parametrelerin kontrolünde kullanıldığı sistemleri tarif eder. Arabalarda otomatik cam mekanizması (sürücü ile) Hız sabitleyici (kapalı döngü kontrol) Genelde konum kontrolü yapılır. Ufak R/C servo mekanizması 1. Elektrik motoru 2. Konum feedback potansiyometre 3. İndirgeme dişlisi 4. Eyleme kolu 48 20

21 Servo sistemleri (servolar) radarlar, gemi uygulamaları, uçak kontrolü ve endüstriyel uygulamalar gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Bir servo sistemi zayıf bir sinyal ile büyük yüklerin istenen konuma yüksek hassasiyetle taşınabilmesini sağlar. Servo sistemleri elektromekanik, elektrohidrolik, hidrolik veya pnömatik olabilir. Burada yapılan; istenen konumu ifade eden bir sinyalin üretilip, kontrol edilmesi, yükseltilmesi ve taşıma işlemi yapacak servo motora iletilmesi işlemleridir. 49 Servo Motor Uzun boylu, küçük çaplı, yüksek momentli, çalışma kararlılığı iyi olan motorlara servo motor denir. Servo motorlar DC ve AC de çalışan değişik tipleri vardır

22 D.C servo motorları, genel olarak bir D.C. motoru olup, çok küçük güçlerden çok büyük güçlere kadar imal edilirler.(0,05hp den 1000Hp ye kadar). Servo motorlar kısa sürelerde çok dur ve kalk yapabilen, programlanabilir motor çeşitleridir. Servo motorlar üzerindeki enkoder yada resolver sayesinde yaptığı tüm hareketleri en ufak adımına kadar sisteme bildirir, yani kendini kontrol eder. Bu yüzden hassasiyetin yanında yüksek hız ve tork gerektiren işlerde çok avantajlıdırlar d / dk ya kadar çıkan modelleri vardır. Servo motor teknolojisi gittikçe önem kazanmaktadır ve birçok endüstri alanında kullanılmaktadır bunlardan başlıcası CNC ler ve hassas dolum ve paketleme makineleridir. 51 Konum Algılayıcıları: Servo Elemanları Potansiyometre (Mekanik pozisyon bilgisini elektrik voltajına çevirir.) Hata Algılayıcıları: Toplama hatları E-transformatörleri Hız algılayıcıları: Takometre Modülatörler (DC hata sinyalini AC hata sinyaline çevirirler.) Demodülatörler (AC hata sinyalini DC hata sinyaline çevirirler.) Servo yükselteci AC ve DC Servo Motorlar (Ağır yüklerde AC motor kullanılır.) Çok döngülü servo çevrimi (Birden çok çevrimi birleştirilmesi) 52 22

23 Örnek: Odaklama Servo sistemi kullanan bir CD okuyucu. Servo, lazerin odaklanması ve takip edilmesinden sorumludur. Takip işlemi 53 İmalatta Servo Sistemleri NC parça programındaki koordinat değerlerini kesicinin işlenen parçaya göre bağıl pozisyonu olarak belirlenmesi işlemini sağlar. Step motor veya servo motor tarafından döndürülen bir milin lineer harekete dönüştürülmesi ile çalışma tablası hareket ettirilir. Bu vidalı sistemde her döngüde karşılık gelen hareketi gösteren bir p değeri vardır. İlerleme hızı da bu vidalı sistemin dönüş hızı ile orantılıdır. Tek eksenli tezgah konumlama sistemi 54 23

24 İki tip konumlama sistemi bulunmaktadır: A) Açık-döngü (İstenen konuma ulaşılıp ulaşılmadığı kontrol edilmez.) B) Kapalı-döngü (Algılayıcılar ile konum ölçülür.) 55 Açık Döngü Konumlama Sistemleri Bu tip sistemler Step motor ile çalıştırılır. Step motora gelen her bir dalga motorun (ve vidanın) bir açısal miktar (α derece) dönmesine sebep olur. Step motora verilen girdi Sistem Girdileri: Dalga sayısı (n p ), Dalga frekansı (f p ) [Örnek video] Sistem çıktıları: tabla konumu (x), tabla hızı (v t ) A m = n α p A m : motor şaftının dönüş miktarı, n p : motora verilen dalga sayısı α = 360 n s α: adım açısı, n s : motor için adım açıları sayısıdır (motorun bir özelliği)

25 A m = n α p A m : motor şaftının dönüş miktarı (dönüş/dak), n p : motora verilen dalga sayısı Eğer motor-vida arasında dişli varsa (yukardaki resimde r g =1) denklemler şu şekilde olacaktır: A n α p = A: Vidanın dönme miktarı (derece), r g : motor-vida arası dişli oranı r g r A A N N = m = m g N : motor dönüş hızı, N: Vidanın dönüş hızı m 57 Vidanın A derece dönmesi ise tablayı x birim ileri götürür. x = 60 f N = p N: Vida dönüş hızı (dönüş/dak.), f n r p : dalga dizisi frekansı, n s : dalga/dönüş t pa 360 n p : Gereken dalga sayısı s g v = f = Np V t : Tabla hızı r x: eksenin konumu, p: vidanın hatve değeri (pitch değeri), İstenen x konumuna tablayı götürmek için motora kaç dalga vermek gerekir? n p ns xr = p g Tablayı belli bir hızda sürmek için gereken dalga dizisi frekansı nedir? f p vtnsrg = 60 p 58 25

26 Örnek: Açık çevrim konumlama sistemi Bir elektronik devre montaj makinesinde devrenin makineye yerleştirilmesinden itibaren her bir elemanın devreye yerleştirilmesi 2.0 saniye almaktadır. Devre konumlamasını yapan x-y tablasında her eksen için vidaya bağlı bir adım motoru bulunmaktadır. Bu vidanın hatvesi 5.0 mm.dir. Motor adım açısı 7.2 derece ve dalga dizisi frekansı 400 Hz. olarak verilmiştir. Devreye iki eleman yerleştirilmiştir. Bunlar (25,25) ile (50,150) mm. konumlarındadır. İşlem orijinden başlayarak, tekrar orijinde biter. İşlem gören devrenin makineden alınıp, yerine yenisinin yüklenmesi 5 saniye almaktadır. Her harekette 0.25 saniyenin ivmelenme ve yavaşlamada kaybedildiği düşünülmektedir. Bu sistemde saatlik üretim oranı nedir? 59 Çözüm y B A O x 60 26

27 Kapalı Döngü Konumlama Sistemleri Kontrolü Geçici davranış zamanlarının iyileştirilmesi, kararlı hal hatalarının azaltılması ve yük parametrelerine hassasiyetin azaltılması için kapalı-çevrim kontrol kullanılır. Takip edebilme ve bozukluk reddetme problemleri [Örnek Video] 61 Kapalı Döngü Konumlama Sistemleri Bu tip sistemlerde bir servomotor ve bir enkoder bulunur. Vidanın belli bir açısal dönüşü ile enkoderden belirli sayıda ve frekansta dalga elde edilir. Dalga sayısı (n p ), Dalga frekansı (f p ) bilgilerinden kontrol sistemi Tabla konumu (x) ve tabla hızı (v t ) bilgilerini elde edebilmektedir. Enkoderden alınan sinyaller n p Ae = α Enkoderin ölçtüğü dalga sayısı, A e : enkoder şaftının açısı, α: boşluklar arası açı α = 360 n s α: boşluklar arası açı, n s : boşluk sayısı 62 27

28 Kapalı Döngü Konumlama Sistemleri α = 360 n s A n α pnp x = n r α: boşluklar arası açı, n s : boşluk sayısı e p = Enkoderin ölçtüğü dalga sayısı, A e : enkoder şaftının açısı s ge 60 pf p vt = fr = n r s ge r A A e ge = = Ne N r ge : vida enkoder arası dişli oranı N e : enkoder şaftı dönüş hızı, N: vida dönüş hızı 63 Örnek: Kapalı çevrim konumlama sistemi NC freze makinasının x-eksenini bir DC servomotor sürmektedir. Bu motor hatvesi 6.25mm olan bir vida doğrudan bağlanmıştır. Bir optik enkoder vidaya 1:5 dişli oranı ile (vidanın bir dönüşü, enkoder diskinin 5 dönüşüne sebep oluyor) bağlanmıştır. Optik enkoder her dönüşte 125 dalga vermektedir. Programlanan komutu uygulayabilmek için tabla (x=87.5, y=35.0) noktasından (x=25.0, y=180.0) noktasına düz rotada 200 mm/dakika ilerleme hızıyla hareket etmelidir. A) Sistemin x-eksenindeki kontrol hassasiyeti nedir? B) Motorun dönüş hızı nedir? C) İstenen ilerleme hızında optik enkoderden iletilen dalga dizisi frekansı ne olur? 64 28

29 A) Sistemin x-eksenindeki kontrol hassasiyeti nedir? y B) Motorun dönüş hızı nedir? x 25 87,5 C) İstenen ilerleme hızında optik enkoderden iletilen dalga dizisi frekansı ne olur? 65 Genel anlamda servo sistemleri Servo Sistemlerinin Tipleri Girdi Sinyali Büyütülmüş Sinyal a) Açık çevrim servo sistemi Yük Hata sinyali Servo motor b) Kapalı çevrim servo sistemi 66 29

30 Konum Servo Döngüsü Servo sistemleri fonksiyonlarına göre sınıflandırılabilir. Konumlama, hız, ivme gibi. Konum Servo Döngüsü: Daha detaylı incelersek 67 Konum Kontrolü Örneği Savaş gemisi topu konum kontrolü 68 30

31 Hız Servo Döngüsü Yükün belli bir hızda gitmesi istendiğinde kullanılır. Takometre ile hız ölçülür. Takometre şaft hızına bağlı olan bir voltaj değeri üretir. Hız servo döngüsü 69 Servo Özellikleri Zaman farkı (time lag) Bu zaman farkını azaltmak için servo yükseltecinin katsayısı artırılabilir. Ancak bu aşırmaya (overshoot a) sebep olur. Bu nedenle sönümlemeye ihtiyaç duyulur. Overdamped ile underdamped arasında bir değer hassasiyet, düzgün hareket ve kısa senkronizasyon zamanı açısından seçilir. Sürtünme ile sönümleme yapılabilir. Sürtünme kavrama veya manyetik kavrama

32 Frekans Cevabı: Sistemin bir karakteristik özelliğidir. İdeal koşullarda girdi sinyallerinin frekansların servo tarafından eksiksizce tekrarlanması amaçlanır. girdi Yük girdiden farklı bir fazdadır. Yük girdiden farklı bir büyüklüktedir. Servo yükseltecinin bant genişliğini ayarlanarak gürültü ve diğer frekanslar filtre edilebilir. 71 Çok Döngülü Servo Çevrimi 72 32

33 PID Kontrol Teta: Motor konumu (enkoder ile bulunabilir) Td: Dış bozukluk torkları Kr: Motor tork sabiti Hata= Teta* - Teta 73 Konumlama Sistemlerinde Hassasiyet CR = Maksimum {CR 1, CR 2 } (Kontrol Hassasiyeti) p CR1 = n r p CR1 = n r r s g s g ge CR 1 : Elektromekanik sistemlerin kontrol hassasiyeti, Açık döngü sistemlerde: Kontrol Hassasiyeti (mm.), p: vida oranı (mm/dönüş), n s : adım/dönüş, r g : dişli oranı Kapalı döngü Sistemlerde: r ge : vida ve enkoder arası dişli oranı L CR 2 = B 2 1 CR 2 : Kontrol Hassasiyeti (mm.), L: eksen uzunluğu (mm.), B: eksen bit uzunluğu (Genelde CR 2 <CR 1 istenir. Elektromekanik sistem kontrol hassasiyetinde limiti belirler.) Kesinlik = (CR/2)+3 Sigma (Sigma: Hatanın standart sapması) (Kesinlik: Maksimum pozisyon hatası) Tekrarlanabilirlik = ±3Sigma (Modern NC sistemlerinde mm.) 75 33

34 Örnek: Konumlama Sistemlerinde Hassasiyet Bir montaj makinesi tablası step motor ve vida kullanmaktadır. Tasarım özellikleri 0.4 m/s tabla hızı ve 0.02 mm hassasiyet gerektirmektedir. Vidanın hatvesi 5.0 mm ve dişli oranı 2:1 (motorun 2 dönüşü, vidanın 1 dönüşüne denk) verilmiştir. Motor, dişli kutusu, vida ve tabla bağlantılarındaki mekanik hatalar normal dağılım gösterir ve standart sapması mm olarak verilmiştir. A) Step motordaki en ufak adım açısı ne olmalıdır? (100) B) İstenen maksimum hızda dalga dizisi frekansı ne olmalıdır? (16000Hz.) 76 Çözüm a) Step motordaki en ufak adım açısı ne olmalıdır? b)istenen maksimum hızda dalga dizisi frekansı ne olmalıdır? VEYA Tabla hızı = 0.4 m/s. Vida hızı = 04 m/s /p Vida hızı * dişli oranı = Motor hızı Dalga dizisi frekansı = Motor hızı * adım açısı 77 34

35 Hafta 4 Sonu Sayısal Kontrol ve Servo Sistemleri Linkler: NC Konumlama Sistemleri Servo Sistemleri Nedir? Neden kullanılır? Açık ve Kapalı döngü Pozisyon ve Hız Kontrolü Çeşitli Örnekler mid=