TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

Transkript

1 ISSN: Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2005 (2) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Teknik Not CNC Tezgahlarında Kamın Makro Programlanması ve İmalatı Vedat SAVAŞ, Çetin ÖZAY Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, ELAZIĞ ÖZET Bu çalışmada, endüstrinin bir çok alanında kullanılan kam mekanizmasının CNC tezgahlarında makro programının algoritması ve akış diyagramı çıkartılmıştır. Uygulama; polietilen malzeme üzerinde uygulaması yapılarak döngü açısının yüzey pürüzlülüğüne ve ilerleme hızına etkisi araştırılmıştır. Döngü açısının artması ile yüzey pürüzlülüğünün ve ilerleme hızının arttığı gözlemlenmiştir. Anahtar kelimeler: S CNC. Makro Program, kam 1-GİRİŞ Son yıllarda bilgisayar teknolojisinin kullanılması ile endüstrinin birçok alanında hızlı bir gelişme görülmektedir. Özellikle elektronik ve tıp alanlarında bilgisayar teknolojisi kullanılarak insanların hizmetine sunulan robotlar ve birçok cihaz bunun göstergesidir. Endüstrinin otomotiv, tıp, elektrik, elektronik ve imalat alanlarında kullanılan robotların düzgün değişmeyen hareketleri yapmaları için kullanılan sistemlerden biri de kam mekanizmasıdır. Kamlar, bir çok makine elemanı tarafından elde edilemeyen düzgün olmayan yada özel hareketleri elde etmeye yarayan karmaşık geometriye sahip makine elemanlarıdır [1]. Bu gelişmelere bağlı olarak da kamların üretilmesi de önem kazanmıştır. Kamlar genellikle döküm yolu ile üretilmektedir. Gelişen bilgisayar teknolojisi yardımı ile talaşlı üretimde CNC tezgahlarında makro programlama kullanılarak karmaşık geometriye sahip bir çok makine parçası üretilmeye başlanmıştır. Kamlar ve makro programlama ile ilgili bir çok çalışma yapılmıştır. Hong-Sen Yan yapmış olduğu çalışmada silindirik yol izleyen kam mekanizmalarının eğrisine bağlı olarak limit fonksiyonlarını çıkarmıştır. Bu fonksiyonlar ile kam yüzeyinin yuvarlanma eğrisini, temas yüzeylerinin bağıl normal eğrilerini belirlemiştir. İki ve üç boyutlu kamları sayısal olarak karşılaştırmıştır [2]. Yao ve diğ. kam mekanizmalarının optimum hareket kontrolünü araştırmışlardır. Yapılan araştırmalarda kamın hareket özelliklerinin kam hızının optimum seçilmesi ile iyileştiğini belirlemişlerdir[3]. Wu ve Angeles elastik torku karşılayan kam mekanizmasını tasarlamışlardır [4]. Navarro ve diğ. basma açıları ve profil eğrisi göz önüne alınarak kam büyüklüğünün minimize etmişlerdir [5]. Wu ve diğ. kam profili yarı çapını belirlemek için basit grafiksel yöntem kullanmışlardır [6]. Ahn ve diğ. değişken açısal hızlarda hareket eden kam mekanizmalarının dış kuvvetlere ve sürtünmeye bağlı olarak dinamik modelini tasarlamışlardır. Farklı kam profillerine göre olan değişiklikleri incelemişlerdir [7]. Bouzakıs ve diğ. yapmış oldukları çalışmalarda bilgisayar yardımı ile

2 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (2) CNC Tezgahlarında Kamın Makro Programlanması ve İmalatı kam mekanizmalarının optimum tasarımını ve NC frezeleme kodlarını çıkartmışlardır. Ayrıca belirlenen bu tasarım CAD_CAM sistemine uygulanarak NC kodları kısaltılmıştır [8]. Karmaşık ve özel profile sahip parçaların modellenmesi ve CNC tezgahlarında makro programlama ile işlenmesi üzerinde birçok araştırma yapılmıştır. Matematiksel modeli olan şekillerin Part programlarla çözümü ve CNC tezgahlarında imalatlarının yapılabilirliği üzerine çalışmalar yapılmıştır [9]. Eliptik paraboloit ve eliptik koni gibi uzay şekillerinin ISO sistemine göre verilen parametrelerle, Mikro Wax da programlarının ve imalatının üzerine çalışmalar yapmışlardır [10,11,12]. Bir başka araştırmada bir telefon ahizesinin bilgisayar destekli tasarım (CAD) ile modellenmiş, aynı ortamda modelden yararlanılarak kalıp yüzeyleri oluşturulmuştur. Ayrıca CAD programı ile takım yolları için NC kodları hazırlanmış ve CNC tezgahlarında imalatı yapılmıştır [13,1415]. Bunun yanı sıra serbest sistemli makro programlama ile delik delme programı üzerinde çalışmalar yapılmıştır [16,17,18]. Ayrıca makro programlama dili kullanılarak düz dişli imal edilmiştir [19]. yine makro programlama dili ile denklemi bilinen kardioid programı yazılmış ve CNC tezgahında imalatı yapılmıştır [20]. Başka bir araştırmacı da NC tezgahlarında kullanılan çeşitli programlama teknikleriyle ilgili araştırma yapmıştır [21]. Yapılan literatür çalışlarında kamların imalatı ile ilgili fazla bir çalışmanın yapılmadığı belirlenmiştir. Bu çalışmada denklemi bilinen bir kamın CNC makro programlama ile tasarlanması ve imalatının yapılması araştırılmış. Ayrıca döngü açısının yüzey pürüzlülüğü ve ilerleme hızına etkisi incelenmiştir. 2. Deney Modelin Boyutlandırılması Bu çalışmada kutupsal koordinatlarda r = b c * cosα denklemi dikkate alınarak 15 mm kalınlığında ve 20 mm çapındaki model üzerine yapılmıştır. r r y α r x Şekil.1. Kamın Şematik gösterimi Kutupsal koordinatlarda r = b c * cosα denklem ile verilen kam iş parçasının, dik işlem merkezli CNC freze tezgahında modellenebilmesi için bu denklemin ilk önce X ve Y eksen takımına göre parametrik ifadelerinin çıkarılması gerekir. Buradan hareketle, X ekseni için gerekli olan ifade α açısına bağlı olarak Şekil-2 r x cos α = r yukarıdaki bağıntı düzenlendiğinde, denklem aşağıdaki gibi yazılır. r x = r *cosα Yine Şekil-2 yardımı ile Y ekseni için gerekli olan ifade de α açısına bağlı olarak, 64

3 Savaş, V., Özay, Ç. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (2) r y sin α = r yukarıdaki bağıntı düzenlendiğinde, denklem aşağıdaki gibi yazılır. r y = r *sinα r x ve r y ifadelerine bağlı olarak modelin minimum boyutları belirlendi. 3-CNC Program algoritması, Akış Diyagramı ve İmalatı Kam şeklindeki bir iş parçasının modellenmesi için Dyna sistemi ile makrolar oluşturularak hazırlanan CNC programının algoritması aşağıda yazıldığı gibidir. Hazırlanan bu programda, akış diyagramında verilen sıraya göre işlemler yapılmaktadır. Başla Şekil.2. Kamın akış diyagramı Algoritma; 1. Adım: T01, M03, S, G21, G40, G90, G49, F, G54 X0 Y0 Z2 gibi değerlerin yazıldığı kısım, 2. Adım: minα, maxα, b, c, H min, H max gibi değerlerin tanımlanması, 3. Adım: G00 X0 Y0 Z2 değerinin yazılması. 4. Adım: H min ilk değerine göre parmak freze çakısının G01 kodu ile X0 Y0 Z-H min koordinatlarına göre kesme işleminin yapılması. 5. Adım: r x, r y ve R değerlerinin tanımlanması. 6. Adım: r x ve r y değerlerine bağlı olarak parmak freze çakısının G01 Xr x Yr y koordinatlarında talaş kaldırma işlemini yaptırırması. 65

4 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (2) CNC Tezgahlarında Kamın Makro Programlanması ve İmalatı 7. Adım: Eğer αmin< αmax ise adım 8 e git, αmin >αmax ise adım 9 a git. 8. Adım: αmin değerine α n kadar arttır ve Adım 6 ya git. 9. Adım: Eğer H min <H max ise adım 10 a git, H min >H max ise adım 11 e git. 10. Adım: H min i H n kadar arttır ve adım 4 e git. 11. Adım: H parça kalınlığı döngüsünden çık. 12. Adım: Programın G28 ve M30 kodları ile durma işleminin yap. Yukarıda verilen algoritma ve akış diyagramı dyna programında işletilerek Şekil 3 te verilen kam şekli elde edilmiştir. Yukarıda verilen kamın imalatı için öncelikle dyna programındaki kodlar DYNA MYTE 2900 CNC tezgahına aktarılmıştır. Kamın imalatında 5mm çapında HSS çeliğinden yapılmış parmak freze çakısı kullanılmıştır. Deneylerde polietilen plastik malzeme kullanılmıştır. Döngü açısı 2, 4, 6º olarak değiştirilmiştir. İmal edilen numunelerin yüzey pürüzlülükleri MITUTOYO 211 marka yüzey pürüzlülüğü cihazında ölçülmüştür. 4-Sonuçlar Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda Şekil.3 te görülen kamlar elde edilmiştir. İmal edilen numunelerin döngü açısına bağlı olarak elde edilen yüzey pürüzlülükleri ve ilerleme hızları Şekil.4 te ve Şekil.5 te görülmektedir. Şekil.3 te görüldüğü gibi yukarıda algoritması ve akış diyagramı verilen kamın simülasyon görüntüsü ve CNC tezgahında imal edilmiş kamın fotoğrafı verilmiştir. (a) (b) Şekil.3. Kamın; (a) imalat fotoğrafı (b) simülasyon görüntüsü Şekil.4 de döngü açısının artması ile yüzey pürüzlülüğünün artığı görülmektedir. Döngü açısının artması ile hareket doğrultusundaki yay uzunluğu artmakta ve buna bağlı olarak da kesici takımın doğrusal hareket ettiği uzunluk artmaktadır. Kesici takımın hareket ettiği uzunluk arttığından dolayı yüzey pürüzlülüğü artmaktadır. 66

5 Savaş, V., Özay, Ç. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (2) ,4 Yüzey Pürüzlülüğü (µm 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Döngü Açısı (α 0 ) Şekil.4. Döngü açısı-yüzey pürüzlülüğüne etkisi Şekil 5 te döngü açısının artması ile ilerleme hızının artığı görülmektedir. Döngü açısının artması ile kesici takımın birim zamanda aldığı yol artmaktadır. Buna bağlı olarak da ilerleme hızı artmaktadır. İmalatta yüzey pürüzlülüğünün daha alt seviyelerde olması istendiğinde döngü açısı daha küçük değerlerde verilmelidir. 350 İlerleme Hızı (mm/dak) Döngü Açısı (α 0 ) Şekil.5. Döngü açısı-ilerleme hızına etkisi Sonuç olarak bu çalışmada denklemi verilen kamın makro programlama tekniği kullanılarak CNC tezgahında imal edilmesinden aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. 1- Denklemi bilinen kamın makro programının akış diyagramı ve algoritması yazılıp; simülasyon görüntüsü elde edilmiştir. Hazırlanan makro program CNC tezgahına aktarılarak 2, 4, 6º farklı döngü açılarında üç farklı kam imal edilmiştir. 2- Döngü açısının artmasına bağlı olarak yüzey pürüzlülüğünün arttığı belirlenmiştir. 3- Döngü açısının artması ile ilerleme hızının arttığı tespit edilmiştir. 4- Matematiksel denklemi bilinen geometrik şekillerin, tezgahların makro programları kullanılarak imal edilmesi ile, özellikle robot teknolojisinde imalat hassasiyetini arttıracağı belirlenmiştir. 67

6 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (2) CNC Tezgahlarında Kamın Makro Programlanması ve İmalatı Kaynaklar 1. Servi M., Ergün C., Tatar A., Makine elemanları, Milli Eğitim Basımevi , Yan H., Curvature Analysis of Roller-Follower Cam Mechanisms, Mathematical Computer Modelling 20 p , Yao Y., Zhang C., Yan H., Motion control of cam mechanisms, Mechanism and Machine Theory, 35 p , Wu C., Angeles J., The optimum synthesis of an elastic torque-compensating cam mechanism, Mechanism and Machine Theory, 36 p , O. Navarro O., Wu C., Angeles J., The size-minimization of planar cam mechanisms, Mechanism and Machine Theory 36 p , Wu L., Wu S., Yan H., Simpli ed graphical determination of disk-cam curvature, 7. Ahn K., Kim J., Kim H., Desing of a Spring-Actıated High-Speed Cam Mechanism With Non- Constant Angular Velocity, Mechanics Research Commumcations, Vol. 27, No. 5, p , Mechanism and Machine Theory 34 p , Fischer, G., matematical Models, Frider. Vieweg.& Shon Braunschweig/Wiesbaden, Bouzakıs K., Mitsi S., Tsiafis J., Computer- aided Optimum Desing and NC Milling of Planar Cam Mechanisms, Int. J. Math. Tools Manufaet. Vol. 37, No. 8, p , İnan A., The Machining of Eliptic.Praboliod Using Computer Numerical Control Systems. The Journal of Fırat University, 5(1),67-77, Elazığ, İnan, A., CNC Tezgahları için Analitik İfadeli Uzay Şekillerinin İmalat Programlarının Çıkarılması ve Uygulanması. 5. Ulusal Makine Teorisi Sempozyumu. Uludağ Bursa, Eylül İnan, A., CNC Machining of Lines of Curvature on the Eliptic Paraboloid, The Journal of Fırat University, 4(1), 35-37, Elazığ, CAD-CAM Reference Issue, Machine Design, Cilt 57, Sayı 24 S.2-132, Erdman, A.G., Computer-Aided Design of mechanisms: 1984 and Beyond, Mechanism and Machine Teory, Cilt 20, Sayı 4, S , Sayısal Grafik, Sanal Gazete, Sayı:10, S. 5-25, İstanbul, Sayısal Grafik, Sanal Gazete, Sayı:11, S. 6-7, İstanbul, Balcı, I., Solid Modelling-Today s, H.P. Otomasyon Dergisi Nisan Sayısı, , Besant, C.B., Computer Aided Desing and Manufacture, 2 nd. Edn. Ellis Harwoord, Özel, C., Savaş, V., CNC Freze Tezgahlarında Denklemi Bilinen Şekillerin Makro Programlama ile İmalatlarının Araştırılması Mühendis ve Makina-Cilt: 42 Sayı: 496 S Özek, C., Özel, C., Dikey İşleme Merkezli Cnc Freze Tezgahlarında Makro Programlar Kullanılarak Düz Dişlilerin İmalatı Mühendis ve Makina Eylül Sayı