3 Eksenli CNC Freze Tezgahında ĠĢlenen Konik Yüzeyler Ġçin Optimum Eğim Açısının Belirlenmesi

Transkript

1 6 t Itratioal Advacd Tcologis Symposium (IATS 11), May 211, Elazığ, Turky 3 Eksli CNC Frz Tzgaıda ĠĢl Koik Yüzylr Ġçi Optimum Eğim Açısıı Blirlmsi C. Özl 1, Ġ. H. ġalıtürk 2 1 cozl@firat.du.tr Fırat Üivrsitsi Maki Müdisliği Bölümü, Elazığ 2 isaliturk@firat.du.tr Fırat Üivrsitsi Maki Müdisliği Bölümü, Elazığ Dtrmiig optimal slop agl of t coical surfacs tat macid o 3 Axis CNC millig maci Astract I tis study, slop agl tat rsults optimal cusp igts was dtrmid y ivstigatig of cusp igts causd y surfac's slop agl as maciig of coical surfacs' at CNC millig macis via flat ad sprical d mills, wic ar ig widly usd i idustry. T coical surfac's paramtric quatios was otaid for tis purpos at first. CAD modl was gratd i MATLAB accordig to otaid quatios. Matmatical xprssios for maciig t surfac was otaid for ot of flat ad sprical d mills. At t d, paramtrs' ffcts o cusp igt was prstd i grapics. Cusp igt wic is causd maciig y flat dmill's is lowr ta sprical d mill's w slop agl of t surfac is gratr ta 76,536 o ad lowr ta 2,532 o was s. Kywords Cusp igt, coical surfac, CAM Y I. GĠRĠġ üzylr v oları taımı, tasarım v imalat içi kritik ir rol oyar. Yüzylri frzlmsi avacılık, uzay, iyomdikal, moilya, gmi, türi, prslm v döküm kalıplarıı imalatıda çok yaygı ir Ģkild uygulamaktadır. Buu içi yüzylri iģlmsid yüzyd kala talaģ kalıtıları kotrol dilmlidir. Bu kalıtılar ist assasiyti sağlayacak kadar az v grksiz ksm iģlmlri yol açmayacak kadar yüksk olmalıdır. Bu amaçla takım yolu oluģtururk gld izl yötm sait talaģ kalıtısı ld tmktir [1]. Hsi-Yug, F. v Huiw, L. srst formlu yüzylri 3 ksli CNC frzd iģlmsid torik talaģ kalıtısıı v ksici takım mrkzii düzlmdki izdüģümlri kullaılarak talaģ kalıtısı yükskliğii sait tuta ir algoritma gliģtirmiģlrdir. Bu yolla m grksiz takım yollarıı oluģturulması gllmiģ m d iģl yüzyi daa kısa sürd itirilmsi sağlamıģtır [2]. C, Z. C. v arkadaģları, sait talaģ kalıtı yükskliği v kokav yöd adım algoritmalarıı irlģtirrk gliģtirdiklri yötmd daa kısa v atasız takım yolları oluģturmayı aģarmıģlardır. Kokav yöd talaģ ksm adımı iģlck gomtrii atasız ir Ģkild sayısallaģtırılmasıı sağlark Ģit talaģ kalıtısı yükskliği yötmi is takım yollarıı daa vrimli ir Ģkild oluģturulmasıı sağlamıģtır [3]. Kim, ir çalıģmasıda yüzylri ğrilik tsörlrid faydalaarak gliģtirdiği, "cusp-mtric" adıı vrdiği ir yötml ikici drcd foksiyolara saip yüzylri assas ir Ģkild iģlmsii sağlamıģtır [1]. Su v Wrigt, ir çalıģmalarıda ksm paramtrlrii 41 simülasyo yoluyla ld tmy yaraya ir yötm gliģtirmiģlr v simülasyoda ld dil paramtrlrl %3-4 daa vrimli iģlm yapılaildiğii ortaya koymuģlardır [4]. BaĢka ir çalıģmada C v arkadaģları kürsl uçlu parmak frz çakılarıı ilrlm dğrlrii optimiz tmiģlr v optimum ilrlmyi, dvir aģıa ilrlmi yaal ilrlmi üçt irid daa küçük olduğu dğrlrd ld tmiģlrdir. Optimum ilrlm dğrid talaģ kalıtı yükskliği miimum olmuģtur [5]. Li v arkadaģları, Bzir yüzylri iģlmsid takım yollarıı oluģtururk, takım oryatasyouu da saa kata ir yötm gliģtirrk yüzydki iģlm atalarıı %3 a kadar azaltailmiģlrdir. Bu çalıģmada, takım yolları oluģturulurk saplaa takım yolu lli sayıda oktayla tmsil dilmiģtir [6]. C, Z.C. v Sog, D. srst formlu yüzylri 3 ksli CNC tzgalarıda radyüslü düz alı parmak frz çakılarıyla iģlirk, iģl v iģlmy acimlri ksiģimlrid faydalaarak, sait talaģ kalıtısı yükskliği ld tmk içi ir algoritma gliģtirmiģlrdir. GliĢtiril yötm mvcut ticari CAD/CAM programlarıı kulladığı yötmlrl karģılaģtırdığıda daa vrimli ir iģlm yapıldığı soucuu ortaya koymuģtur [7]. Hwag v Ho 5 ksli CNC frzd iģlm yapılırk CAM programlarıı oluģturduğu takım yolları iģlirk oluģturula takım tmas oktaları arasıda ksici takımı ksl döm arktid dolayı koum ataları oluģmaktadır. Bu ksl döm arktlrii d dikkat alarak gliģtirdiklri takım yolu algoritmasıyla ata miktarıı,1' kadar düģürmüģlrdir [8]. Cao v Liu lir olarak saplaa takım tmas oktaları arasıdaki gçiģlri, ikici drcd gçiģlrl saplamak surtiyl kulladıkları ilrlm dğrlrii yüksk olmasıa rağm talaģ kalıtı yükskliklrii klasik yötmlr gör çok daa küçük kalmasıı sağlayacak ir mtot gliģtirmiģlrdir [9]. Bilidiği gii koik yüzylri müdislik tasarımlarıda v uygulamalarıda kullaıldığı pk çok durum vardır. Koik yüzylri ömli özlliği, u tür yüzylri yükskliklri oyuca ksitlrii dğiģmsidir. Bu spl koik yüzylri assas ir Ģkild frzlmlri vya imal dililmlri oldukça uzu imalat sürlrii grktirmktdir. Bu çalıģmada koik ir yüzyi CNC dik iģlm mrkzli frz tzgaıda düz v kürsl uçlu çakılarla ksilmsi durumuda, yüzyi ğim açısıa gör u çakılarda agisii kullaımıı daa vrimli olduğu iclmiģtir. ÇalıĢmaı soucuda, ğim açılarıa gör kullaımı daa vrimli olacak çakıı sçimi yapılmıģtır.

2 C. Özl, İ.H. Şalıtürk II. TAKIM YOLU DENKLEMLERĠNĠN TÜRETĠLMESĠ Dik iģlm mrkzli CNC frz tzgaıda koik ir yüzyi iģlilmsi içi takım yolu dklmlrii türtilmsi grkir. ġkil 1 icldiğid koik yüzyi Z yükskliği oyuca XY düzlmi parall düzlmlr oyuca dairsl ksitlrd oluģtuğu görülmktdir. Bu durumda yüzy, çakıı talaģ ksm driliği ağlı olarak XY düzlmlridki dairsl ksitlri ksilmsi il imal dililir. a) Ö görüüģ ġkil 1: Koik yüzy ġkil 2: Koik yüzyi öd görüüģü Burada sırasıyla r koik yüzy üzridki ragi ir oktaya karģılık gl ksiti yarıçapı, u ksit karģılık gl yükskliği, koik yüzyi maksimum yükskliğii, r u yüksklik dğri karģılık gl maksimum ksiti yarıçapıı v da yüzyi koiklik açısıı göstrmktdir (ġkil 2). ) Üst görüüģ ġkil 3 yardımıyla sırasıyla aģağıdaki gii ld dilir. X m r ( r r ) cos r cos (1) Ym r ( r r ) si r si (2) Z (3) m Burada, r düz uçlu parmak frz çakısıı yarıçapıı v is frz çakısıı talaģ ksm yükskliğii göstrmktdir. Yi yüzyi kürsl uçlu çakı il iģlmsi durumuda da takım yolu dklmlrii türtilmsi grkmktdir. Buu içi kürsl uçlu çakıı yüzy üzridki koumu dikkat alıarak dklmlr türtilir (ġkil 4). ġkil 4: Kürsl uçlu çakıı yüzy üzridki koumu (öd görüüģ) a) Ö görüüģ Kürsl uçlu çakı içi paramtrik takım yolu dklmlri sırasıyla aģağıdaki gii yazılailir. X m r ( r r ) cos r cos cos (4) Ym r ( r r ) si r cos si (5) Z (6) m ) Üst görüüģ ġkil 3: Düz uçlu çakıı yüzy üzridki koumu Çakı koumuyla il ilgili ifadlr ġkil 2 v Düz uçlu frz çakısıı (1), (2), (3) v kürsl uçlu çakıı is (4), (5), (6) dklmlri gör koik yüzyi iģlyilmsi içi v içi sıır Ģartlarıı vya dğiģim aralıklarıı lirlmsi grkir. v içi sıır Ģartları sırasıyla aģağıdaki gii yazılailir (ġkil 2 v 42

3 3 Eksli CNC Frz Tzgaıda İşl Koik Yüzylr İçi Optimum Eğim Açısıı Blirlmsi a) Ö görüüģ ) Ġzomtrik görüüģ ġkil 6: Yüzyi CAD modli ) Üst görüüģ ġkil 3). 36 (7) (8) Burada oluģturula CAD modlidki r ir farklı rk, koik yüzyi Z ksi oyuca X-Y düzlmlridki ksitlrii göstrmktdir (ġkil 6). Yi ld dil CAM kodlarıa gör koik yüzy dik iģlm mrkzli CNC frzd iģlirk, çakı yüzyi Z ksi oyuca r ir talaģ ksm driliği ağlı olarak, X-Y düzlmi parall düzlmlr oyuca dairsl ksitlri ksilmsi Ģklid iģlr (ġkil 7). Koik yüzy dik iģlm mrkzli CNC frzd ksilirk frz çakıları u dğiģim aralıklarıa gör, G1 doğrusal trpolasyo koduyla arkt ttirilrk yüzyi iģlyilir. Acak kürsl uçlu çakı il yüzy iģlirk yükskliği kadar daa üyük sçilmlidir (ġkil 4). III. KONĠK YÜZEY ĠÇĠN CAM KODLARININ OLUġTURULMASI Koik yüzyi CNC frzd m düz m d kürsl uçlu çakılarla iģlilmsi içi (1), (2), (3), (4), (5) v (6) dklmlri kullaılarak CAM kodlarıı türtilmsi grkir. Bu makald ir koik yüzy içi CAM kodları türtilirk MATLAB programlama kullaıldı. Hazırlaa programda CAM kodlarıı türtmk içi stadart ISO G v M kodları kullaıldı. Bu programı akıģ diyagramı ġkil 5 dki giidir. a) X-Y düzlmlri oyuca çakı arktlri ) Z ksi oyuca çakı arktlri ġkil 7: Takım yolları Düz v kürsl uçlu çakılar yüzyi ġkil 7 d vril takım yollarıa gör iģlmsi durumuda, yüzy üzrid ġkil 8a v dki gii talaģ kalıtıları ( v ) oluģacaktır. ġkil 5: CAM kodlarıı türtmk içi akıģ diyagramı Hazırlaa program, iģlm paramtrlri gör yüzyi CAM kodlarıı oluģturmakta v 3 oyutlu grafik olarak takım yollarıı görütülmktdir. a) Düz uçlu parmak frz çakısı a) Ö görüüģ 43

4 C. Özl, İ.H. Şalıtürk ) Kürsl uçlu parmak frz çakısı ġkil 8: TalaĢ kalıtıları Bu talaģ kalıtılarıı çakı yarıçapı, talaģ ksm driliği v yüzy koiklik açısıı ir foksiyou olduğu görülmktdir (ġkil 8). Düz uçlu parmak frz çakısı il yüzy iģlirk, talaģ kalıtısıı ( ) doğru ir Ģkild saplaailmsi içi uzuluğuu k uzuluğua gör dik olması grkir (ġkil 6a). Burada arktl aģağıdaki ifad yazılailir. içi si (9) içi d aģağıdaki ifad yazılır. 2 2 k r r (1) 2 IV. TALAġ KALINTILARININ ĠġLEME PARAMETRELERĠNE GÖRE DEĞĠġĠMĠ Bu makald talaģ kalıtılarıı dğiģimlrii iclmk içi yukarıda türtil ağıtılara gör MATLAB da ir program azırladı. Hazırlaa program γ v r r dğrlridki dğiģimlri gör çalıģtırıldı v ulua talaģ kalıtılarıı dğiģim miktarları aģağıda grafiklr alid vrildi (ġkil 9 v 1). ) YakılaĢtırılmıĢ görüüm (-9 ) ġkil 9: Farklı çakı çapı v yüzy koiklik açılarıa gör talaģ yükskliklrii dğiģimlri Talo 1: Farklı yarıçap dğrlrid talaģ yükskliğii Ģit olduğu açı dğrlri Çap (mm) Açı (drc) TalaĢ Kalıtı Yükskliği (mm) 2,532,39 76,536,688 2,532,464 76,536 1,211 2,532,618 76,536 1,3615 2,532,773 76,536 1,719 2,532,928 76,536 2,422 Talo 2: Ġlrlmy ağlı olarak Ģit talaģ yükskliklrii ld dildiği açılar Radyal TalaĢ Ksm Adımı (S r ),35,65,95 1,25 1,55 1,85 Eğim Açısı (drc) TalaĢ Yükskliği ( = ) (mm) 2,532,39 76,536,688 4,826,194 69,313 1,2162 7,3889, ,196 1,6649 1,511, ,34 1, ,93,872 39,18 1, ,582 1,241 a) Gl görüüm (-9 ) 44

5 3 Eksli CNC Frz Tzgaıda İşl Koik Yüzylr İçi Optimum Eğim Açısıı Blirlmsi a) Gl görüüm (-9 ) yarıçaplarda Ģit talaģ yükskliklrii ld dildiği açı dğrlri 2,532 o v 76,536 o olarak lirlmiģtir. Eğim açısıı 2,532 o d küçük v 76,536 o d üyük olduğu durumlarda düz uçlu çakı, diğr dğrlr içi kürsl uçlu çakı kullamaı yüzy assasiyti akımıda daa uygu olacağı görülmktdir. Yi talaģ kalıtı yükskliklri, çakı çapıı artmasıyla doğru oratılı olarak artmıģtır. TalaĢ ksm adımı arttıkça kürsl uçlu çakı kullaımıı uygu olacağı açı aralığı da azalmıģtır. Bua karģılık talaģ kalıtı yükskliği dğrlri ilrlmdki r %3 luk artım içi yaklaģık 2 kat olmuģtur. Bu souçlara gör yüzy düzgülüğüü ö plada olduğu durumlarda küçük yarıçaplı çakılar kullaılarak düģük ilrlm dğrlriyl iģlm yapılmalıdır. Ayrıca talaģ kalıtı yükskliklrid, ilrlmi tkisi çakı yarıçapıı tkisid daa fazla olmuģtur. KAYNAKLAR [1] TAEJUNG, K., Costat cusp igt tool pats as godsic parallls o a astract Rimaia maifold, Computr Aidd Dsig, 39, , (27). [2] Hsi-Yug, F., HUIWEN, L., Costat scallop-igt tool pat gratio for tr-axis sculpturd surfac maiig, Computr Aidd Dsig, 39, , (22). [3] CHEN Z.C., VICKERS, G.W., DONG, Z., Itgratd stpstdirctd ad iso-cuspd toolpat gratio for tr-axis CNC maciig of sclupturd parts, Joural of Maufacturig Systms, Vol 22, No.3, (23). ) YakılaĢtırılmıĢ görüüm (-9 ) ġkil 1: Farklı ilrlm dğrlri gör talaģ kalıtılarıı dğiģimlri V. SONUÇLAR v TARTIġMA Yapıla u çalıģmada, koik ir yüzyi dik iģlm mrkzli CNC frz tzgalarıda düz v kürsl uçlu çakılarla iģlmsi durumuda talaģ kalıtılarıı dğiģimlri ġkil 9 v 1 da vrildi. Çakıları talaģ ksm adımları v yüzy ğim açısıdaki artma miktarlarıa ağlı olarak talaģ kalıtı miktarlarıda artmaları olduğu gözlmiģtir (ġkil 9 v 1). TalaĢ kalıtı miktarlarıı düz uçlu parmak frz çakısıda çok daa üyük dğrlrd olduğu görülmüģtür. Yi çakı çapı v yüzy ğim açılarıdaki artımlara ağlı olarak talaģ kalıtı miktarlarıda lirli ir azalmaı olduğu görülmüģtür (ġkil 9). Düz uçlu parmak frz çakısıda ld dil talaģ kalıtılarıdaki artıģı yüzy koiklik açısıdaki artımlara ağlı olarak daa üiform ir artıģ göstrdiği v yaklaģık olarak 8 d itiar sait ir dğrlr aldığı görülmüģtür. Yi ġkil 9 v 1 icldiğid talaģ kalıtılarıdaki artım miktarları ğrilrii lirli koiklik açıları v talaģ ksm adımlarıda çakıģtıkları görülmüģtür. Grafiklrdki u çakıģma oktaları talaģ kalıtı yükskliklrii Ģit olduğu dğrlri göstrmktdir. Bu dğrlr grafiklrd okuarak Talo 1 v 2 d vrilmiģtir. Bu talo dğrlri gör koik ir yüzyi düz vya kürsl uçlu çakılarla dik iģlm mrkzli CNC frz tzgalarıda iģlmsi durumuda talaģ kalıtılarıı Ģit olacağı görülmktdir (ġkil 9 v 1). Souç olarak u makald, koik yüzylr düz v kürsl uçlu çakılar kullaılarak ksilirk iģlm paramtrlri ağlı olarak talaģ kalıtılarıı miktarları v Ģit olduğu durumlar lirlmiģtir. Bulua souçlara gör, farklı 45 [4] SUN G., WRIGHT P., Simulatio Basd Cuttig Paramtr Slctio for Ball Ed Millig, Joural of Maufacturig Systms, Vol. 24, No. 4, (25). [5] CHEN, J.-S., HUANG, Y.-K., CHEN, M.-S., Fdrat optimizatio ad tool profil modificatio for t ig-fficicy all-d millig procss, Maci Tools & Maufactur, 45, , (25). [6] LI, H., TUTUNEA-FATAN, O.R., FRENG, H.-Y., A iprovd tool pat discrtizatio mtod for fiv-axis sclupturd surfac maciig, It J Adv Mauf Tcol, 33, 994-1, (27). [7] CHEN, Z. C., SONG, D., Apractical approac to gratig accurat iso-cuspd tool pats for tr-axis CNC millig of sculupturd surfac parts, Joural of Maufascturig Procsss, Vol.8, No.1, (26). [8] HWANG, Y.-R., HO, M.-T., Estimatio of imum allowal stp lgt for fiv-axis cylidirical maciig, Vol.2, No.1, (2). [9] CAO, L.-X., GONG, H., LIU, J., T offst approac of maciig fr form surfac part 1: Cylidirical cuttr i fiv-axis NC maci tools, Joural of Matrials Procssig Tcology, 174, , (26).