TEKNOLOJİLERİ SEMPOZYUMU BİLDİRİLER KİTABI

Transkript

1 MAiaNA-IMALAT TEKNOLOJİLERİ SEMPOZYUMU BİLDİRİLER KİTABI Editör: Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU MMO Yayın No: EKİM 999 KONYA

2 tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak. No: 36/-A Demirtepe, ANKARA Tel : (0.3) Fax : (0.3) e-posta: mmo@mmo.org.tr MMO Yayın No :8 ISBN : Bu yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO 'nun izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. KAPAK TASARIMI : Y. Doç. Dr. Mete KALYONCU i DİZGİ : TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI KONYA ŞUBESİ / BASKI : HÜNER-İŞ MATBAACILIK - KONYA Tel: (33)

3 Makina-İmalat Teknolojileri Sempozyumu, 4-5 Ekim 999, KONYA YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜNÜN OPTİMUM TALAŞ KALDIRMA FAKTÖRLERİ VE ÜRETİM MALİYETİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİ Adem Gürarda, M. Cemal Çakır Uludağ Üniveristesi, Mühendislik-Mimarhk Fakültesi, Görükle-Bursa Türkiye Tel: (308) E-Posta: adem@uludag.edu.tr Uludağ Üniveristesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Görükle-Bursa Türkiye Tel: (309) E-Posta: cemal@uludag.edu.tr özet- Bu çalışmada, kesme şartlarının optimizasyonunda çoğu zaman aktif bir sınırlayıcı olan iş parçası yüzey pürüzlülüğü değerinin üretim maliyeti üzerindeki etkisi incelenmektedir. Geliştirilen optimizasyon modelinde, minimum maliyeti veren optimum ilerleme ve kesme hızı değerleri, iş parçası için geçerli tüm imalat şartlarını sağlamaktadır. Burada imalat şartlan olarak yüzey pürüzlülüğü, iş parçası toleransı, kesme gücü, takım ömrü gibi iş parçası, kesici takım ve tezgaha bağlı sınırlayıcılardan bahsedilmektedir. Bu çalışmada takım ömrü, tezgah gücü, parça toleransları, bağlama şekilleri ve sıkma kuvvetleri gibi talaş kaldırma faktörlerini etkileyen sınırlayıcılar sabit tutulmakta, yüzey pürüzlülüğü değeri aktif sınırlayıcı olarak değişmekte ve bu değerlere karşılık gelen üretim maliyetleri belirlenmektedir. Anahtar Sözcükler: Yüzey pürüzlülüğü, optimizasyon, minimum maliyet, talaş kaldırma faktörleri. GİRİŞ Torna ve freze tezgahlarında gerçekleştirilen talaşlı imalat işlemlerinde parça maliyetini veya üretim zamanını minimize edecek çeşitli sistemler üzerindeki çalışmalar yoğun olarak son 40 yıldır süregelmektedir. Talaşlı imalat ekonomisi üzerindeki bu çalışmalar daha çok tornalama üzerinde yoğunlaşmıştır. Tornalama ve frezeleme işlemlerinde parça üretim maliyetlerinin minimum değerlerinin belirlenebilmesi için kesme hızı, ilerleme ve talaş derinliği gibi talaş kaldırma faktörlerinin optimum değerlerinin bulunması gerekir. Bu amaçla oluşturulan optimizasyon sisteminde talaş kaldırma faktörleri tezgah, takım, iş parçasına bağlı çeşitli kısıtlayıcıları da sağlayacak şekilde eniyilenmektedir. Yapılan çeşitli çalışmalarda amaç fonksiyonu maksimum üretim hızı, minimum üretim maliyeti veya maksimum kar oram kriterlerine göre optimize edilmiştir [,,3,4]. Tornalama işlemlerinde parça işleme maliyetini minimize eden ve yüzey pürüzlülüğü, tezgah gücü, takım ömrü, kesme kuvveti gibi kısıtlayıcıları sağlayan kesme hızı, ilerleme ve talaş derinliği parametrelerinin belirlenmesi için önceleri geometrik programlama tekniği geliştirilmiş [5,6], daha sonra çok pasolu tornalama işlemlerinin optimizasyonu için dinamik programlama tekniğinden yararlanılmıştır [7,8]. Ayrıca amaç fonksiyonu ve sınırlayıcılar grafiksel olarak ifade edilip, sınırlayıcılardaki değişimin amaç fonksiyonu üzerindeki etkileri tek ve çok pasolu haller için incelenmiştir [9,0] Talaşlı imalat ekonomisi üzerine 0. Yüzyıl boyunca yapılan çalışmalar ve gelişmeler, 40 yıldır bu konu üzerinde çalışan D. S. Ermer tarafından detaylı olarak ele alınmıştır []. Genel olarak optimizasyon çalışmaları tornalama işlemleri baz alınarak yapılmıştır, ancak frezeleme işlemlerinde optimizasyon ile ilgili çalışmalar da az sayıda olmakla birlikte mevcuttur [ ]. Optimizasyon modelinde yüzey pürüzlülüğünün aktif sınırlayıcı olması durumunda, parça üretiminde kullanılacak ilerleme veya kesme hızı değerleri yüzey pürüzlülüğünü sağlayan değerler olmalıdır. Bu bakımdan değişen yüzey pürüzlülüğü değerleri değişen birim maliyetler olarak değerlendirilebilir. --

4 Yüzey pürüzlülüğünün sayısal olarak belirtilmesinde bilindiği gibi Ra ( ortalama pürüzlülük), Rq veya Rs (kareler ortalamasının karekökü), Rt (dipten tepeye yükseklik) ve Rz (on noktalı yükseklikler ortalaması) kullanılmakta olup bunlar ISO tarafından standartlaştırılmışlardır. Birçok ülkeler Ra 'yi, bazı ülkeler Rt 'yi ulusal standart olarak benimsemişlerdir. Rt, değer olarak, aynı yüzey için, Ra 'ya göre 4-8 kat daha büyüktür. Rq ve Ra birbirine oldukça yakındır. Rq daha ço: araştırmaya yönelik istatistiksel çalışmalar için uygun bulunmaktadır. Eğer belirtilmemişse verilen değerin Ra olacağı standartlaştırılmıştır. Ülkemiz de bu sisteme dahildir. j t Yüzey pürüzlülüğü değer'.ornalama ve frezeleme işlemlerinde talaş kaldırma faktörlerine bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Tornalamada yüzey pürüzlülüğü değeri R cı^f (D olacak şekilde talaş kaldırma faktörlerinin eniyilenmesi yapılır. Burada re kesici takımın köşe radyüsüdür. j Frezelemede ise yüzey pürüzlülüğü değeri çevresel frezeleme için / R _ 38 Zİ a Ad ve alın frezeleme için ise /? fl =38 - i- (3) tan(/n) + cot(cn) olmakladır. () ve (3) no 'lu denklemlerde d takım çapı, la kesici kenar açısı ve ca alın frezelemede arka boşluk i açısına karşılık gelmektedir. Buradan da görüleceği üzere yüzey pürüzlülüğü denklemleri talaş kaldırma /. faktörlerinden ilerlemenin bir fonksiyonu olarak ifade edilebilmekte, kesme hızı ve talaş derinliğinin etkisi ihmal edilmektedir. Pratikte eğer daha güvenilir bağıntılar yoksa başlangıçta bu bağıntılar kullanılabilir. Daha sağlıklı sonuçlar için deneysel çalışmalara dayalı bağıntılar arayışı süregelmektedir t 3,4,5].. TORNALAMADA YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜNÜN OPTİMUM TALAŞ KALDIRMA FAKTÖRLERİNE ETKİSİ Burada optimizasyonla yapılmak istenen tornalanacak parçanın üretim maliyetini minimum yapaca; talaş kaldırma faktörlerinin belirlenmesidir. Bu gerçekleştirilirken mevcut tezgah özelliklerini, ke.ici takın özelliklerini ve parçanın imalat şartlarını sağlayacak kesme hızı, ilerleme ve talaş kalınlığı değerleri j belirlenmektedir. /. Optimizasyon modeli Tornalanacak parçanın üretim maliyeti (4) no 'lu eşitliğe göre hesaplanmaktadır. Cı+CQT S T Cu : Üretim Maliyeti (S) C o : İşçilik ve amortisman ücreti ($/dakika), Cj : Aparat maliyeti(s) $ C t : Kesici takım maliyeti (S) Tj : Takım değiştirme zamanı,da.u 'a) '; T : Takım ömrü (dakika) T, : tezgah ayar zamanı (dakika) Ti : Yüklcmc-boşaltma zamanı (dakika) T m : İşleme zamanı (dakika) Ns : Partideki parça sayısı --

5 Burada tornada işleme zamanı olarak T m =- 000-v-/ ve takım ömrü için T = Taylor denklemi kullanılıp ve K e = 60C vm ;g = ^ _ ±i_ j r = İJLL (4) no 'i u (5cos * c s ) /n amaç fonksiyonu aşağıdaki şekle dönüşür. denklemde yerine konulursa C u (v,/) = *l + J^" /" * + ^v^" )/^- ) (5) Burada ^,^,^3 sabitleri takım ömrü, işleme zamanı ve talaş kaldırma faktörlerinden bağımsız değişkenlerden oluşmuş sabitlerdir.. Kesme hızı (v - m/dak) ve ilerleme (f - mm/devir) değerlerine göre düzenlenen amaç fonksiyonunun minimum değerini alması için bu değişkenlerin optimum değerleri aranmaktadır, öyle ki; bu değerler aşağıdaki sınırlayıcıları da sağlayacak şekilde belirlenmelidirler. Torna tezgahın ilerleme ve devir sınırları (6) Takım ömrü sınırlayıcısı Tezgah gücü sınırlayıcısı f, v^oooo(p m -Ps)ri (8) İş parçasının çapsal tolerans sınırlayıcısı Ekscncl sıkma kuvveti sınırlayıcısı F L^0Ak x d v f^ (0) Yüzey pürüzlülüğü sınırlayıcısı Ra^-^-f- () Optimizasyon yazılımı sayesinde yukarıdaki sınırlayıcıların tümünü sağlayan v ve f 'ye bağlı çözüm bölgesi belirlenir. Bu bölgedeki noktalar 0,0 hassasiyetle taranarak amaç fonksiyonunu minimum yapan optimum talaş kaldırma faktörleri bulunur. Bu çalışmada çözüm bölgesinin bir sınırını da yüzey pürüzlülüğü sınırlayıcısının oluşturması öngörülmüş ve geliştirilen yazılımda sayesinde değişik yüzey pürüzlülüğü değerleri için diğer değişkenler sabit tutularak, tornalama maliyetinin nasıl değişeceğinin belirlenmesinin mümkün olacağı anlatılmıştır. -3-

6 . Uygulamalar Optimizasyon uygulaması olarak örnek bir tornalama işlemi ele alınacak ve üretim maliyetinin arzu edilen yüzey pürüzlülüğü değerine göre değişimi, farklı iş parçası-takım malzemesi çiftleri için incelenecek olursa: 50 mm uzunluğunda ve 00 mm çapında SAE040 çelik (HB40) malzemeden HSS takma uçlu takımla.5 mm talaş kaldırılacak ve işlem maksimum gücü 7.5 KW olan CNC tornada gerçekleşecektir. Aynı takımla 0 parça işlenmelidir. Bütün maliyetler ve sabit zamanlar geliştirilen yazılımın veri girişi bölümünde belirtilmiş ve iş parçası-kesici takım malzemesi çiftine ait tüm katsayılar girilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü değeri olarak loum istenmektedir. Bütün kısıtlar v-f düzleminde grafiksel olarak ifade edilir ve çözüm bölgesi içindeki noktalardan amaç fonksiyonunu minimum yapan nokta tarama metodu ile bulunur. Yukanda özellikleri belirtilen tornalama işleminde minimum üretim maliyeti parça başına 0,56 S olmakta ve optimum talaş kaldırma faktörlerinden ilerleme değeri 0.8 mm/devir, kesme hızı 43 m/dak olarak hesaplanmaktadır. Yukanda bulunan optimum değerler ve minimum maliyet işlenen parçamn yüzey pürüzlülüğü değerinin loum olması halinde söz konusu olan değerlerdir. Kaba tornalama ile 30-6 im arasında, ince tornalama ile 3, - 0,8 fim arasında değişen yüzey pürüzlülüğü değerleri elde edilir, özel takımlarla Ra = 0, um değerine erişilmektedir. Bu nedenle bu geniş Ra aralığında, değişik Ra değerleri için üretim maliyetinin değişiminin gözlenmesi önemlidir. TABLO. Farklı Ra değerleri için bulunan optimum değerler (SAE040 - HSS) Kesme hizı-v (m/dak) Eerleme-F (mm/devir) 0,49 0,40 0,35 0,8 0, 0,5 0,3 0,09 0,06 0,04 0,03 Üretim maliyeti-cu ($/parça) 0,50 0,5 0,56 0,53 0,59 0,65 0,69 0,77 0,87 0,99,9 Yüzey Pürüzlülüğü- Ra( im) ,5 0, TABLO. Farklı Ra değerleri için bulunan optimum değerler (Alüminyum alaşım - P30) Kesme hızı-v (m/dak) Derleme-F (mm/devir) 0,40 0,35 0,8 0, 0,5 0,3 0,09 0,06 0,04 0,0 Üretim maliyeti-cu ($/parça) 0,60 0,63 0,69 0,77 0,9,0,3,5,90,35 Yüzey Pürüzlülüğü- Ra( im) ,5 0,5 0, -4-

7 Q 05 Q ) 30 ŞekiJ. Ra-Cu değişimi Şekil 3. Ra-f değişimi Alüminyum Alaşım-P30 0, 0,5 0, Şekil 4. Ra - Cu değişimi (Alüminyum alaşım ve P30 için) Yüzey pürüzlülüğü değerlerine bağlı olarak maliyetin %00 ile %00 arasında arttığı görülmektedir. Buna karşılık yüzey hassasiyeti arttıkça ilerleme değeri azalmaktadır. Şekil ve 3'de bu değişim SAE040-HSS iş parçası-takım çifti için gösterilmiştir. Aynı boyutlara sahip bir alüminyum alaşımlı parçanın aynı tezgahta P30 değiştirilebilir uçlu bir takımla aynı şartlar altında işlenmesi halinde değişen yüzey pürüzlülüğü değerlerine karşılık, minimum üretim maliyeti, ilerleme ve kesme hızındaki değişim Tablo ve Şekil 4 'de gösterilmiştir. -5-

8 . FREZELEMEDE YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜNÜN OPTİMUM TALAŞ KALDIRMA / FAKTÖRLERİNE ETKİSİ Frezeleme işlemine tabi tutulan parçanın üretim maliyetinin minimize edilmesi için geliştirilen optimizasyon modeli tornadakine benzerdir. Burada da amaç fonksiyonu tornadakinc benzer şekilde oluşturulmuş, işleme zamanı ve takım ömrü frezelemeye göre alınmıştır.. Optimizasyon Modeli Amaç fonksiyonu (4) no 'lu denkleme göre hesaplanmakta ve aşağıdaki sınırlayıcıları da sağlayacak kesme hızı ve ilerleme değeri frezeleme tipine bağlı olarak optimize edilmektedir. Amaç fonksiyonunda işleme zamanı I t takım ömrü ise, torna ile bir benzeşim kurularak, genişletilmiş Taylor bağıntısı ve tornalamada belirtilen katsayıların kullanılması ile aşağıdaki şekilde alınmıştır. Burada freze takımındaki her bir diş veya kesici uç torna kalemindeki uç gibi düşünülmüş, ancak ucun bir tam devir boyunca sürekli kesme yapmaması nedeni ile takım ömrü Q kadar arttırılmıştır. T = 60 (3) A W V i () ve (3) no 'lu denklemlerin (4) no 'lu denklemde yerine konması ile amaç fonksiyonu kesme hızı ve /. ilerleme değişkenlerine bağlı olarak ifade edilebilir. Talaş kaldırma faktörlerinin optimum değerleri bulunurken, frezeleme işleminde ortaya çıkan aşağıdaki sınırlayıcılar göz önüne alınmıştır. Freze tezgahının ilerleme ve devir sınırlan "» /-/min> /-/min ('^) Takım ömrü sınırlayıcısı 60C ««! «H w- g ' l000z\f 5"v"f " d» Tezgah gücü sınırlayıcısı P = v.k p.t.0,00u.( f.ay (7) Kesme kuvveti sınırlayıcısı ' ff;) 05 (8) fi-ıl te- -6-

9 Yüzey pürüzlülüğü sınırlayıcısı J (çevresel frezeleme için) (9) tan(/a) + cot(aj) (alın frezeleme için) (0) Geliştirilen optimizasyon modelinde bütün kısıtları sağlayan v-f çözüm bölgesi içinden amaç fonksiyonunu minimum yapan optimum nokta bulunmaktadır. Bu amaçla, çözüm bölgesinde* dairesel tarama metodu ile optimum noktaya yaklaşılmaktadır. Öncelikle başlangıç noktası (x o,y o ) olarak çözüm bölgesi içinden her hangi bir nokta seçilmekte ve bu nokta merkez olacak şekilde r yarıçaptı daire üzerindeki noktalara karşılık gelen amaç fonksiyonu değerleri bulunmaktadır. Bu değerler içerisinden en küçük değeri veren nokta belirlenmekte, bu nokta yeni dairenin merkezi alınarak, optimum noktaya ulaşılana kadar iterasyon devam etmektedir. () y v = y 0 + rjsin(ı//) burada y/ = y/ + ( ) olmaktadır. = F[(x 0 +r.cos{y/)), () (3). Uygulama SAE00 çelik malzeme (HB80) 67 mm genişliğinde alın frezelenecektir. Kesici takım <j>80 mm çapındadır ve 4 adet P30 kesici uca sahiptir. Tezgah maksimum gücü 5 KW ve verimi 0,85 olan bir CNC dik işleme merkezidir. İşleme uzunluğu 900 mm olup aynı takımla 60 parça işlenmelidir. Tüm maliyetler ve sabit zamanlar geliştirilen yazılımın veri giriş bölümünde belirtilmiş ve iş parçası - kesici takım malzemesi çiftine ait tüm katsayılar girilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü değeri olarak 7jim istenmektedir. Takıma gelebilecek maksimum yük 000 N dur. Buna göre geliştirilen optimizasyon modelinde;.bütün kısıtlayıcılar v-f düzleminde ifade edilip dairesel tarama metodu ile optimum nokta bulunur ve bu noktaya karşılık gelen minimum maliyet eğrisi çizilir. Şekil 5'dc 7j.ım yüzey pürüzlülüğünü verecek optimum talaş kaldırma faktörleri ve buna karşılık gelen minimum maliyet eğrisi çizilmiştir. Geliştirilen opti.nizasyon yazılımının çıktısı olan bu grafiksel gösterimden de anlaşılacağı üzere aktif bir sınırlayıcı olan yüzey pürüzlülüğü değerinin değişmesiyle çözüm bölgesi genişleyecek veya daralacaktir. Parça için istenen yüzey pürüzlülüğü değerinin değişmesi ile maliyet, ilerleme ve kesme hızı değerleri de değişmektedir. Yukarıdaki örnek için bu değişim Tablo 3' de gösterilmiştir. TABLO 3. Değişen Ra değerlerine karşılık gelem optimum sonuçlar Kesme hızı-v (m/dak) Uerleme-F (mm/devir) 0, , , 0.4 Üretim maliyeti-cu ($/parça)..03 0,969 0,934 0,9 0,894 0,86 0,83 Yüzey Pürüzlülüğü- Ra(.ım)

10 Vc (m/mirî) Optimum Ctrttiag %eta i 3 min. production costcontour Şekil 5 Optimum değerler ve alm frezeleme işleminin maliyet değeri ve eğrisi n Ra Şekil 6. Ra-Cu değişimi n IR. - Minimum Pıoduclion Cost J00 4-U İSO- 00- SAE004^30,- - 0,8-0,6- Cu 0,4-0,- 0,4-0,- f 0,- 0,08- p ^0,06. 0, SAE00-P ^ Şekil 7. Ra-f değişimi 3. SONUÇ Talaşlı imalat işlemlerinde üretim maliyeti, işlenecek parçanın geometrik özelliklerine ve imalat şartlarına bağlı olarak değişim göstermektedir. Tasarım aşamasında belirlenen yüzey pürüzlülüğü değerinin üretim maliyetini etkileyeceği açıktır. C-îliştiri.i. optir :asyon programında işlenecek parça için tezgah parametreleri belirlenmektedir. Ayrıca değişik yüzey pürüzlülüğü değerleri için optimum talaş kaldırma faktörlerinin ve 0,0- -8-

11 dolayısıyla üretim maliyetinin değişimini de gözlemek mümkündür. Böylece tasarımı yapılan parça için yüzey kalitesi belirlenirken yüzey kalitesindeki değişimin maliyeti nasıl etkileyeceği bulunabilecektir. 3 um ile 5 um arasındaki maliyet farkı bir parça için fazla değildir, ancak on bin parça için durum değişiktir. Bu nedenle bu şekildeki bir maliyet analizi önemlidir ve eş zamanlı mühendisliği teşvik edicidir. Frezeleme ve tornalama işlemleri dikkate alınarak yüzey pürüzlülüğü ve maliyet analizinin yapıldığı bu çalışmada, Ra değerine bağlı üretim maliyeti değişiminin tornalama işleminde frezeleme işlemine göre daha fazla olduğu görülmüş ve özellikle tornalama işlemlerinde yüzey pürüzlülüğü üzerine etkide bulunan tüm parametrelerin dikkatle izlenmesi gerekliliği ortaya çıkmıştır. 4. REFERANSLAR [I] D. S. Ermer, D. C. Patel, "Maximization of production rate with constraints by linear programming and sensitivity analysis", Proc. Second North American Metalvvorking research conference WI, (974) [] P. J. Hinduja, D. J. Petty, M. Tester, G. Barrovv, "Calculation of optimum cutting conditions for turning operations", Proc. Inst. Mech. Engrs., cilt 06 (B), 985, s. 8-9 [3] R. Gupta, J. L. Batra, J. K. Lal, "Determination of optimal subdivision of depth of cut in multi-pass turning \vith constraints", Int. J. Prod. Res., cilt 33, No. 9, 995, s. 5-7 [4] J. S. Agapiou, "The optimization of machining operations based on a combined criterion; Part : The use of combincd objectives in single pass operations", Computers Ind. Trans. ASME, cilt 4, 99, s [5] D. S. Ermer, "Optimization of the constrained machining economics problem by geometric programming", Computers Ind. Trans. ASME, cilt 93, 97, s [6] H. Eskicioglu, M. S. Nisli, S. E. Kılıç, "An application of geometric programming to single pass turning operations", Proc. of 6. Machine Tool Design and Research Conf, 985, s [7] D. S. Ermer, S. Kromodihardjo, "Optimization of Multi-pass turning with constraints", J. Of Eng. For Ind. Trans ASME, cilt 03, 98, s. 46 [8] J. S. Agapiou, "The optimization of machining operations based on a combined criterion; Part : Multipass operations", Computers Ind. Trans. ASME, cilt 4, 99, s [9] S. E. Kılıç, C. Cogun, T. Sen, "A computer-aided graphical tehnique for the optimization of machining conditions", Computers Ind, cilt, 993, s [0] M. C. Çakır, A. Gürarda, "Optimization and graphical representation of machining conditions in multipass turning operations.", Comp. Integrated Manuf. Systems, cilt, No. 3, 998, s II] D. S. Ermer, "A Century of Optimizing Machining Operations",Journal of Manuf. Science and Eng., cilt 9, 997, s [] M. Tolouei-Rad, I. M. Bidhcndi, "On the optimiailion of machining parameters for milling operations", Int. J. Mach. Tools Manufac, cilt 37, No., 997, s. -6 [3] A. Bhattacharyya, R. Faria-Gonzales, I. Ham, "Rcgrcssion analysis for predicüng surface fınish and its application in the determination of the optimum machining condition", Computers Ind. Trans. ASME, cilt 9, 970, s [4] M. Karabay, M. Yavuz, "CNC'li tornalamada, yüzey pürüzlülüğü bağıntıları için bir çalışma", 5. Ulusal Makina Tasarım ve İmalat Kongresi, ODTÜ-Ankara, 99, s [5] R. K. Lambert, R. M. Sundaram, "Mathematical Modcls to Predict Surface Finish in Fine Turning of Steel", Int. J. Of Prod. Res., Vol. 9,

12 Makina-lmalat Teknolojileri Sempozyumu, 4-5 Ekim 999, KONYA I PARMAK FREZE İLE KANAL ve ALIN YÜZEY İŞLEMEDE TAKIM EKSENİ t. İLE İŞLENEN YÜZEY ARASINDAKİ PARALELLİĞİN BOZULMASINA ETKİ EDEN KESME PARAMETRELERİNİN İNCELENMESİ Mehmet UÇAR m, Mustafa AY (> Kocaeli Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü ^Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitimi Bölümü ÖZET Bu çalışmada, parmak freze çakısına etki eden kuvvetler incelenip deneysel olarak parmak freze çakısına (kesici takıma) etki eden dinamik kuvvetler ölçülmüştür. Freze tezgahında veya aynı fonksiyonu gerçekleştirebilecek bir takım tezgahında parmak freze çakısı ile kanal, kanal yüzeyi ve benzeri profillerin işlenmesi esnasında kesici takıma etki eden kuvvetlerin miktarının artması ile takımda oluşan elastik eğilme deformasyonu sonucu işlenen yüzeyin takım eksenine olan paralelliğinin kaybolduğu görülmüştür. Paralelliğin bozulmasına etki eden faktörler ki bunlar özellikle talaş kalınlığı, ilerleme miktarı, kesme hızı, kesici takımın talaş açısı ve işlenecek malzemenin işlenebilirlik özelliği olarak görülmüştür. Bu faktörlerin paralellik bozulmasına olan etki miktarları incelenmiştir. Deneysel çalışmada, yüzey bozukluğunu ölçmek için komparatör, kuvvet ölçmek için ise üç eksenli dinamik kuvvet transducer'i kullanılmıştır. Kesici akıma etki eden kuvvetlerin miktarları; kuvvet transducer'in den gelen sinyallerin amplifikatörler ve filtrelerden geçirilerek Lab-Card'ı vasıtası ile bilgisayara aktarılarak ölçülmüştür.. GİRİŞ Günümüzde Parmak freze ile talaş kaldırma işlemi hala etkin olarak kullanılan bir frezeleme teknolojisidir. Hassas işleme teknolojisi göz önüne alındığında son yıllarda işleme j hataları üzerine daha fazla ağırlık verilmektedir. Bu durumlardan biride parmak freze ile,/. kanal genişletme, alın yüzey işleme gibi operasyonlarda meydana geldiği görülmektedir. Bu hataların genel sebepleri ise; takımda oluşan sehim, takım aşınması, takımın işlenen iş parçasından dışa doğru kayması ve takım ile takım tutucunun titreşimi olarak gösterilebilir. Bu işleme esnasında oluşan hatalar arasında kayda değer alanlardan başta geleni ise takım sehimi olduğu işaret edilmektedir [], []. Günümüze kadar yapılan çalışmalarda, kesici takımın sehiminden kaynaklanan işleme hatalarını azaltmak için bir çok çözüm önerileri geliştirilmiştir. Bunlar arasında en dikkat çekici olanı, talaş kaldırma esnasında ilerleme miktarının ayarlanması olduğu ifade, edilmektedir[3]. Ancak ilerleme miktarının azaltılması kesici takımın, kesme kapasitesinin / altında çalışmasıyla ve bununda zaman kaybına neden olacağı ve etkin olarak kullanılamıyacağı söz konusudur. Yukarıda bahsedilen çözüm önerilerin aksine, yüzey hatalarını azaltmak için kesici takımın pozisyonunu değiştiren adeptif kontrol sistemi önerilmiştir[4]. Burada takımın pozisyonunun işlenen yüzeyde oluşan düzgünsüzlüğün konumuna göre yani takımın sehim oranına bağlı - 0-

13 olarak ayarlanması gerektiğini ve bununda Nümerik kontrollü sistemlerle yapılabileceği ifade edilmiştir. Bunun yanısıra Yang ve Choi (998) [5], parmak freze ile yüzey işlemede kesici takımın sehiminden kaynaklanan yüzey düzgünsüzlüğünü en iyi bir şekilde düzelten takım sehimini kompanze eden sistemden bahsedilmiştir. Bu sistem freze tezgahının NC kontrol kısmı ile hiç bir irtibat kurmadan tasarlanmış bir bilgisayar kontrollü takım adaptörüdür. Bu adaptör kesici takıma etki eden kesme kuvvetlerini ölçerek bu kuvvetlere bağlı olarak takımda olabilecek sehimi hesaplayıp buna göre kesici takıma ön sehimi vererek talaş kaldırma sonucu oluşan yüzeyin düzgün olmasını sağlamaktadır. Bu sistemin, kesmenin her anında oluşabilecek yüzey hatalarını önleme imkanına sahip olduğu ifade edilmektedir. «Budak, E., Altınbaş, Y., ve Armarego, E.J.A., (996) yapmış oldukları çalışmada, parmak freze ile yüzey işlemede frezeleme kuvvetlerinin deneysel olarak ölçüp elde edilen kuvvet değerlerinin, farklı çaptaki parmak freze çakısı ve bunlara ait talaş derinliği, ilerleme miktarı gibi değerler için kuvvet katsayısını tayin etmişlerdir[6]. Bu kuvvet katsayılarına bağlı olarak sürtünme açılarını belirlemişlerdir. Diğer yandan ortogonal kesme hali için parmak frezenin kesici kenarındaki kuvvet dağılımının matematik modelini ifade ederek yüzey hatasına sebep olabilecek kuvvet dağılımın göstermişlerdir. Zheng, L., Liceng, S.Y. ve Melkote, S.N., (998) yapmış oldukları çalışmada, parmak freze ile talaş kaldırma esnasında kesici kenara helis dalgası boyunca etkiyen üç boyutlu kuvvet dağılımını ifade etmişlerdir[7]. Bu çalışmada, temel kesme kuvvetleri, talaş yükü ve net kesme kuvvetleri, kesme ekseni, ilerleme ve eksenel ilerlemedeki elementler kesme kuvvetlerinin integrasyonu ile analitik olarak ifade edilmiştir. Burada kesici takıma etkiyen kuvvetlere bağlı olarak kesme esnasında oluşabilecek hata ( bunların başında yüzey hataları gelmektedir) değerleri,iş parçası özelliğinin, işleme şartlarının, kesme parametrelerinin ve takım geometrisinin foirksiyonu olarak tanımlanmıştır. Bu çalışmada ise parmak freze çakısına etki eden kuvvetler temel olarak belirlenmiş ve takıma sehim veren kuvvet değerleri işleme şartlan ve iş parçası özelliğine göre ifade edilmiştir. Yapılan deneysel çalışmada kesici takımın çapına bağlı olarak belşli bir talaş derinliğinden sonra parmak freze çakısının kesme esnasında iş parçasında uzaklaşmayıp yani işlenen yüzeyin alt kenarında diğer bir ifade ile parmak fre/x çakısının uç kısmına doğru olan kısımda iş parçasına dalma yaptığı görülmüştür. Bulada kesici takımın iş parçasına dalma yapması ise kesici takımın geometrisi açısından incelenerek kuvvet analizinde göz önüne alınmıştır.. PARMAK FREZE ÇAKISINA ETKİ EDEN KUVVETLER Günümüze kadar parmak freze ile yüzey işlerken talaş kardırma esnasında kesici takıma etki eden kuvvetler üzerine bir çok araştırmalar yapılmıştır. Talaş kaldırma esnasında kesici takıma üç temel kuvvetin etkidiği görülmektedir. Bunlar arasında talaş kamırma esnasında kesici takıma eğim vermeğe çalışanlar şekil 'de görüldüğü gibi F n ve F t kuvvetleridir. Şekil l'deki F n kuvveti kesici takımı işlenen yüzeye dik doğrultuda iş parçasından ayırmaya çalışan kuvvettir. F t ise işlenen yüzeye paralel doğrultuda teğetsel kuvvet olup kedici takımı kesme yönünün tersine eğmeye çalışan kuvvettir. F z kuvveti ise kesici takımın helis açısı doğrultusunda etki eden kuvvet olup bu kuvvetin kesici takımın eğilmesine doğrudan bir etkisi yoktur. - -

14 Kesici uç Şekil. Kesici takım ucuna etki eden kuvvetler Kulkarni ve diğerleri(996),yapmış oldukları çalışmada kesici takıma etki eden kuvvetleri şöyle ifade etmişlerdir[8]. sin(ti-y) sin <p cos ((p+rj-y) () cos(r)-y) sin <p cos (cp+r)-y) () Burada, T IŞ parçasının kayma gerilmesi, d s talaş kalınlığı, w talaş genişliği, <p kayma açısı, y talaş açısı ve TJ IŞ parçası ile kesici takım arasındaki sürtünme açısıdır. Kesme açısı <p, iş parçasının kesmede akma ve kopma mukavemetlerine talaş açısına bağlı olarak şöyle ifade edilmiştir. <p = / a sin [T/C U COS(TC/4 - y/) sin(rc/4 + y/) -sin y]+y (3) Burada, x y iş parçasının akma mukavemeti ve T U ise iş parçasının kopma mukavemetidir. Kuvvet analizinde önemli olan bir nokta talaş kalınlığı d s 'nin zamanla değişmesidir. Frezelemede talaş kalınlığı kesici takım dişlerinin açısal konumu ile talaş kalınlığı değişiklik göstermektedir. Bu durum dinamik olarak göz önüne alındığında kesici takımın kesme esnasında titreşim yapacağını göstermektedir. Ayrıca silindirik frezelemede ( örneğin vals freze çakısı ) yada parmak freze çakısı ile talaş kaldırırken sistemin geometrik yapısına iş parçasının ilerleme miktarına bağlı olarak kesici ucun kesmeye başlayıp bitişine doğru talaş kalınlığında artma söz konusudur. Bu artış, şekil b'deki ti dişi iş parçasından kurtulmadan

15 Birim talaş alanı i t \' ds Şekil. Parmak freze ile talaş kaldırma işleminin geometrik yapısı. t; (idinin devreye girmesi (bu durum helis açısından kaynaklanmaktadır) ile ti dişine ait F t ı kuvvetinin y doğrultusundaki bileşeni t dişine ait F n kuvvetinin y doğrultusundaki bileşeni ile zıt yönlü olup F n kuvvetini Fu y kadar azaltma yapacaktır. Bu durum işlenen yüzeyin kesici takım eksenine olan paralelliğinin bozulmasını bir miktar önleyecektir. 3. DENEYSEL ÇALIŞMA Deneysel çalışmada parmak freze ile yüzey işleme esnasında işlenen yüzey ile kesici takım ekseni arasındaki paralelliğin bozulması ve kesici takıma etki eden kuvvetler incelenmiştir. Bu çalışmada kullanılan çelik iş parçasının mekanik özellikleri şunlardır: Kopma mukavemeti ov= 45 N/mm, Akma mukavemeti o~ y = 80 N/mm Deneysel çalışmada kullanılan gereçler: Kesici takım : d = 6mm, 4 ağızlı, helis açısı y= 30 olan HSS parmak freze çakısı, Takım tezgahı: Taksan firmasına ait dik başlı freze tezgahı, Ölçü akli : Komparatör İşleme metodu : Aynı ve zıt yönlü yüzey frezeleme yapılıp soğutma sıvısı kullanılmamıştır. Deneysel çalışma parmak frezenin alın kısmının kesme yapmaması için iş parçası şekil 3'de görülen profilde işlenmiştir. İş parçası tezgah tablasına bağlandıktan sonra işlenecek yüzeyin kesici takım eksenine paralelliği sağlanmıştır. Parmak freze çakısı pens adaptörüne bağlanmıştır. Adaptör alın yüzeyi ile parmak frezenin uç kısmı arasındaki mesafe 30mm alınmıştır. Parmak frezenin kesici kenar uzunluğu ise 8 mm dir. Komparatör ile yüzey profilinin ölçümü ise işlenenyüzeyin alt kısmından başlayıp üst kısmına doğru yapılmıştır. Ölçmede komparatör sabit dump tezgah tablası aşağı doğru hareket ettirilmiştir. Tezgahın tabla hareketleri digital koordinat okuyuculardan okunmuştur. 3-

16 işlenen yüzey freze çakısı Şekil 3. İş parçasının ve kesici takıma etkiyen kuvvetlerin şematik görünümü Talaş kaldırma esnasında kesici takıma etki eden kuvvetlerin ölçülmesinde 3 eksende kuvvet ölçebilen kuartz kristalli KITSLER marka kuvvet sensörü kullanılmıştır. Alınan akım değerleri amplifikatör aracılığı ile bilgisayara veri olarak aktanlmıştır. Deney düzeneği şekil 4'de gösterilmiştir. Kompüter PCL-STFG A/D Çevirici Amp.(50B) V x.tezgah mili Kesici takım parçası ////Â Amp.(50B) A.mp.(50B) yi V, Üç boyutlu Kuvvet isensörü Takım tezgâhı tablası Şekil 4. Kesme kuvvetlerinin ölçülmesinde kullanılan sistemin şematik yapısı 3. Deneysel Bulgulaı Deneysel çalışma sonunu işlenen yüzey ile kesici takım arasındaki paralelliğin kaçıklık değeri 8 şekil 5'de ifade edilen biçimde tanımlanmıştır.. A kenarı 5mm Kı B kenarı S = (B-A) Şekil 5. İşlenen yüzey ile kesici takım arasındaki paralelliğin kaçıklık değeri 8 Tablo..3 ve 4'de çeşitli işleme şartlarında parmak ferze çakısı ile iş parçası üzerinden talaş kaldırılarak talaş kaldırma esnasında kesici takıma X ve Y doğrultusunda etki eden kuvvetler gösterilmiştir. Yine aynı şartlar altında işleme sonucunda kesici takını ekseni ile işlenen yüzey araşır c.aki paralelliğin kaçıklık değerleri diğer bir ifade ile kesici takımda oluşan sehim miktaiları verilmiştir. Tablo l'de devir sayısı ve ilerleme miktarı sabit ı4-

17 tutularak talaş kalınlığı 0.5mm den başlayarak ve 0.5 mm artımla.5 mm'ye kadar değiştirilerek her bir talaş kalınlığı için kesici takımda oluşan sehim miktarları ve kesici takıma etki eden kuvvetler görülmektedir. Burada talaş kalınlığı 0.5 mm ile lmm arasında takım sehim yönünde değiş olduğu görülmektedir. Bu durumun kesici takımın talaş açısı, ilerleme miktarı ve iş parçasının mekanik özelliklerine doğrudan bağlıdır. Kesici takımın sehim yönündeki değişime etki eden önemli bir noktada, talaş kaldırma esnasında kesici takıma ait kesme kenarlarından birinin iş parçasından ayrılmadan ikinci kenarın devreye girmesidir. Bu kesici takıma ait kesici kenarların helisel olmasından kaynaklanmaktadır. Böylece birinci kesici kenara etki eden F t teğetsel kuvvetin Y doğrultusundaki bileşeni yön değiştirip takip eden ikinci kesme kenarındaki F n kuvvetinin Y bileşeni ile zıt yünlü olacaktır. İşlenen iş parçasının sertlik değerine uygun talaş açısından daha büyük talaş açılı kesici takım ile talaş kardırma durumunda iş parçasına dalma olayı da göz önüne alındığında şekil 5'de gösterilen 8 değerinin negatif olması aşikar olacaktır. Bu durum olumsuzluk olarak görülmektense yerine hassas işleme bakımından değerlendirilebilir. Çünkü sehimin yön değiştirmesi demek belli bir noktada sıfır olması demektir. Talaş kaldırma esnasında kesici takımda oluşacak sehim miktarını sıfır yapacak veya sıfıra çok yaklaştıracak parametreler ile işleme yapılarak yüzey hatalarının sıfıra çekilebileceği görülmektedir. Tablo 'de ise tablo l'deki parametreler aynı alınıp sadece kesme esnasında iş parçasının ilerleme yönü değiştirilerek aynı yönlü kesme (işleme) tekniği kullanılmıştır. Aynı yönlü işlemede kesici takımda oluşan sehim miktarı zıt yönlüye nazaran daha fazla olup sehim yönünde değişme görülmemektedir. Bunun temel sebebi ise F x kuvvetlerinin daha az olması ve iş parçası ile kesici takıma ait kesme kenarlarının üst üste bindirme yapmasından kaynaklandığı olarak görülmüştür. Tablo. Zıt yönlü kesme ile talaş kaldırma. n=70 dev/dak., s=50 mm/dak Takım çapı d=6 mm, Talaş genişliği w=5mm d s (mm) 8 (mm) Fx(N) F V (N) Tablo. Aynı yönlü kesme ile talaş kaldırma. n=70 dev/dak., s=50 mm/dak Takım çapı d=6 mm, Talaş genişliği w=5mm d s (mm) 5 (mm) Fx(N) F V (N) Tablo 3. Zıt yönlü kesme ile talaş kaldırma. n=70 dev/dak., d s = mm Takım çapı d=6 mm, Talaş genişliği w=5mm s (mm/dk) (mm) Fx(N) F y (N)

18 Tablo 4. Aynı yönlü kesme ile talaş kaldırma. n=70 dev/dak., d s = mm Takım çapı d=6 mm, Talaş genişliği w=5mm s (mm/dk) 8 (mm) Fx(N) F,(N) SONUÇLAR Yapılan deneysel çalışmalar ve incelemeler sonucu parmak freze çakısı ile yüzey işleme esnasında kesici takım ile işlenen yüzey arasındaki paralelliğin bozulduğu görülmüştür. Bu durum kesici takıma etki eden teğetsel ve normal kuwetlerin(kesme kuvvetlerinin) etkisinden dolayı kesici takımda sehim oluşmasından kaynaklanmaktadır. Ancak bazı şartlarda sehim miktarı azalarak negatif yönde olmaktadır. Bu da takıma etkiyen kuvvetlerin belli bir miktar yön değiştirmesi ve takıma ait kesici kenarların talaş açılarından kaynaklanmaktadır. Kesici takımda oluşan sehim miktarının pozitif halden negatif hale geçerken sıfır veya sıfıra yakın değerlerini sağlayacak işleme parametreleri ile talaş kaldırılarak işlene yüzede olaşacak hata sıfira çekilebilir. Diğer yandan parmak freze takım tutucuya (pens adaptörü vb.) bağlanırken mümkün olduğunca kesici kenar uzunluğu kısa tutulmalıdır. İlerleme miktarı ile sehim miktarı arsında doğru orantı olduğundan ilerleme miktarı düşük olmalıdır. 5. REFERANSLAR [] Kline W.A., Devor, RE., and Shreef, I.A., 98. " The Prediction of Surface Acoutacy in End Milling" ASME Journal of Engineering for Industry, August, vol. 04, pp.7-78 [] Zheng, L. And Liang, S.Y., 997." Identitication of Cutter Axis Tilt in End Milling", ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, May, vol. 9, pp [3] Tarng, Y.S., and Cheng, S.T., 993, "Fuzzy Control of Feed Rate on End Milling Operations", International Machine Tools Manufacturing, vol. 33, no.4, pp [4] Watanabe, T., and Iwai,S., 983 "A control system to Improve Accuracy of fınished Surfaces in Milling", ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Şeptember, vol.3, no.l, pp [5] Yang, M.Y., and Choi, J.G., 998, "A Tool Defection Compensation System for End Milling Accuracy Improvement" ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol. 0., pp.-9 [6] Budak,E., Altıntaş,Y. and Armarego, 'Trediction of End Milling Force Coeffıcients From Orthogonal Cutting Data" 996, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol. 8., pp.6-4 [7] Zheng, L., Liceng, S.Y. ve Melkote, S.N., 998, "Angle Domain Analytical Model for End Milling Forces", ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol.l0.,pp.5-58 [8] Kulkarni,N.M., Chandra,A. And Jagdale,S.S., 996 "A Dynamic Model for End Milling Using Singe Point Cutting Theory" ASME Journal of Manufacturung Science and Engineering, vol. 8, pp

19 Makina-lmalat Teknolojileri Sempozyumu, 4-5 Ekim 999, KONYA PRİZMATİK PARÇALARIN İŞLEM PLANLAMASINDA BAĞLAMA VE ARA-PARÇA OLUŞTURMA 'Süleyman YALDIZ, AU ÜNÜVAR 'Selçuk Üniversitesi Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Konya Selçuk Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Konya özet- Bu çalışmada prizraatik parçalar için geliştirilen üretken bir Bilgisayar Destekli İşlem Planlama (BDİP) sisteminin iş bağlama ve ara-parça oluşturma modülü tanıtılmıştır. Sistem, işlem planlaması yapılan parçayı bağlama kalıbına yerleştirmede, destekleme ve tespit etme yüzeylerini belirler. Sistem bu yüzeyleri belirlerken, her operasyondan sonra oluşan ve bağlama işlemini etkileyen yeni ara-parça modelleri dikkate alır. Anahtar sözcükler: Bilgisayar Destekli İşlem Planlama, Bilgisayar Destekli Bağlama Abstract- in this study, workpiece fixturing and intermediate part generating modüle of a generative Computer Aided Process Planning (CAPP) system developed for prismatic parts has been introduced. The system determines fixturing, location and holding faces of the part made process planning on the fixture. During determining these faces, the system considers new intermediate parts generated after each operation and effecting on fixturing operation. Keywords: Computer Aided Process Planning, Computer Aided Fixture System. GİRİŞ Kütle üretimi yapılan ortamlarda tüm parçaların istenen ölçü sınırları içerisinde en az maliyetli ve seri bir şekilde üretilmesi temel ilkelerdir. Bu parçaların tek tek üretilmesi, ölçü ve kalite bakımından pek çok farklılıklar gösterir. Seri üretimde rekabet gücünü zayıflatan bu ölçü ve kalite farklılıklarını ortadan kaldırmak için parçaların özdeşliğinin sağlanması gerekir. Makine parçalarının üretimde özdeşliğinin sağlanması büyük ölçüde bunların tezgahta konumlandırılmasına ve tespit edilmesine bağlıdır. Konumlandırma ve tespit işlemi en seri bir şekilde, iş kalıbı olarak adlandırılan aparatlarla yapılır []. İş kalıpları delme, bağlama, ölçmekontrol ve montaj kalıpları olmak üzere dört gruba ayrılabilir. Bağlama kalıpları delme, montaj ve ölçmekontrol kalıplarını kapsamakla birlikte, özel kullanım amaçlarından dolayı ayrı değerlendirmek doğru bir yaklaşım olur. Endüstriyel üretim ortamında bir bağlama kalıbının seçim kriteri genelde kalite, miktar ve ürün maliyetidir. Ancak kişisel tercihler ve farklı mühendislik yaklaşımları her zaman kontrol edilemediğinden bu kriterler gözardı edilebilir. Bu tercihleri ortadan kaldırmak için, bağlama sistemini, kişiye bağımlı olmaktan kurtaran bir bilgisayar destekli tasarım ve planlama sürecine yerleştirmek gerekir []. Bilgisayarların tasarımda kullanılması zaman tasarrufu sağlama yanında, bilgi birikiminin saklanması ve istendiğinde kullanılmasında da önemli avantajlar sağlamaktadır. - 7-

20 Son zamanlarda Bilgisayar Destekli Tasarım (BDT) ve Bilgisayar Destekli Üretim (BDÜ) sistemlerinin bütünleştirilmesi konusunda çok büyük gelişmeler kaydedilmiştir. BDT ve BDÜ sistemlerinin tam otomatik bir Bilgisayar Destekli İşlem Planlama (BDİP) sistemi ile birleştirilmesi nihai olarak ulaşılması arzulanan Bilgisayarla Bütünleşik Üretim (BBÜ) sistemini ortaya çıkaracaktır.. FREZEDE PARÇA BAĞLAMA VE İŞLEME PRENSİBİ, / Makina parçalarının takım tezgahlarında üretilmesinde, geleneksel olarak gerek işleme talimatları, gerekse bağlama tercihleri operatörün bilgi ve tecrübelerine dayalı olarak yapılır. Ancak işleme verimliliğini artırmak için üretimi operatör eksenli olmaktan çıkartıp bilgisayar destekli bir yapıya kavuşturmak gerekir. İşlem planlamada operasyonların sıralanması, operasyonlar, kesiciler ve takım tezgahlarının doğru bir şekilde belirlenmesi ve seçilmesi oldukça önemlidir. Bununla birlikte bağlama işlemi, imalatta tamlığı etkilediğinden işlem planlamada önemli faaliyetlerden biridir. Bağlama işlemi, iş parçalarını takım tezgahlarına doğru bir şekilde yerleştirmek ve tespit etmek için gereklidir [3]. Bağlama kalıbı gerektiren bir üretim işleminde parça yükleme, bağlama ve talaş kaldırma gibi temel /. fonksiyonlara ek olarak parçayı yerleştirme, destekleme ve konumlandırma da önemli fonksiyonlardır. Yerleştirme, konumlama (merkezleme veya pozisyona getirme), bağlama ve istenen pozisyonda takıma kılavuzluk etme, üretilecek iş parçalarının hassasiyetine önemli ölçüde etki eder. Frezede parçaları bağlama işleri, iş bağlama düzenleri ile yapılır. İş bağlama düzenleri iş parçalarını emniyetli ve hassas bir şekilde destekleme, yerleştirme ve tespit etme amacıyla kullanılır. İş bağlama ve takım kılavuzlama düzenleri ise, iş parçalarını yerleştirme ve tespit etmeye ilaveten, üzerinde bulunan delme burçları ile, operasyon sırasında, kesme takımlarına kılavuzluk yapar. İş bağlama ve takım kılavuzlama düzeni genellikle delme, raybalama ve benzer operasyonlar için kullanılır [4]. j Esas itibariyle parçaları konumlandırmak ve tespit etmek için, modüler ve özel bağlama sistemleri olmak üzere iki tip bağlama sistemi kullanılır. Modüler bağlama sistemi, bir plaka üzerine çok sayıda delik ve T-kanalı yerleştirilmiş bağlama elemanlarından oluşur. Çok değişik konfigürasyonlar, bu elemanların farklı bileşimlerini kullanmak suretiyle elde edilir. Aynı zamanda temel plaka üzerine tespit edilen elemanların, çeşitli konfıgürasyonları sayesinde, modüler bağlama sistemi, büyük ölçüde esneklik sağlar. Özel bağlama sistemleri ise, işlenecek belirli iş parçalan için tasarlanmış özel amaçlı bağlama aparatlarıdır [5]. Bir bağlama kalıbında parçayı ve takımı istenen konumda tutmak için temel gövde ve gönyeler, yerleştirme, destekleme ve konumlandırma elemanları, takım kılavuzlama elemanları (delme kalıpları için) ve bağlama j elemanları olmak üzere dört çeşit eleman kullanılır [6], Bağlama işlemi ile ilgili önemli kurallar, parçayı > yerleştirme ve tespit etmeden ibarettir. Bu çalışmada geliştirilen BDİP sisteminin bağlama modülü, istenen desteklemeyi, yerleştirmeyi ve tespit etme pozisyonlarını belirlemek için, parçayı.işleme sırasında destekleme, yerleştirme ve tespit etmede, uygun yüzeyleri tanıma üzerinde odaklanmıştır. Sistemde bağlama işlemi, seçilen operasyonlara ve işlenecek özelliğin geometrik karakteristiklerine göre, yerine getirilir. İşlenecek parçayı yerleştirmek ve tespit etmek için, Prolog cümlecikleri formundaki bağlama işlemi ile ilgili kurallar icra edilerek 6 nokta (3--) metodu uygulanır. Parçayı bağlamadan önce, taslak ve bitmiş parça modelleri, Komşu Yüzey Grafiği (KYG)'de temsil edilir ve veri tabanında saklanır. KYG'de STEP (Ürün Model Verileri Değiştirme Standardı) [7] formatta temsil edilen parçanın, sistem tarafından i -.6-

21 taninabilmesi için prolog olguları şeklinde hazırlanmış olan yüzeylerin komşuluk ilişkileri (yüzeyler arasındaki açılar, yüzeylerin boyutları, yüzeylerin içbükeylik-dışbükeylik ilişkileri, delik-kademe-kanal gibi Özerinde özellik bulunduran yüzeyler) temsil edilir. Sistem parçaya operasyonları uygularken, ileriye planlama stratejisi kullanır. Yani taslak parça modeli ile başlar ve bitmiş parça modeline ulaşıncaya kadar, her özellik için operasyonları uygular. Taslak parçanın geometrisini değiştiren ilk operasyon için bağlama işlemi, taslak parça modelin geometrisine göre yapılır. Güvenilir kararlar vermek ve takip eden operasyon için uygun yerleştirme, destekleme ve tespit yüzeylerini belirlemek için, ilk operasyondan sonra oluşturulan yeni ara-parça model, tasarlanır ve takip eden operasyonda bağlama işlemi yapılırken kullanılır. Bu sebeple her operasyondan sonra işlenen bölge, parça modelinden kaldırılır ve yeni ara-parça model oluşturularak KYG'de temsil edilir. Böylece takip eden operasyon için bağlama işlemi başlamadan önce, güncel model, bağlama işlemi için hazır olur. Operasyondan sonra oluşturulan yeni yüzeyler, takip eden operasyon için yerleştirme ve tespit noktaları belirlenirken dikkate alınır... Parça Yerleştirme ve Destekleme Kuralları Yerleştirme iş parçası, kalıp ve kesici takım arasındaki ilişkiyi kurar. Bu yüzden istenen hassasiyetin sağlanabilmesi için parça kalıp içerisine hassas olarak yerleştirilmeli ve rijit bir şekilde desteklenmelidir. Frezelemede parçayı birbirine dik üç düzleme yerleştirme, destekleme ve yerleştirme noktaları üzerinden tespit etmede 6 nokta metodu kullanılır. Uzaydaki serbest bir cisim X, Y, Z dik koordinat sisteminde 6 dönme ve 6 öteleme hareketi olmak üzere serbestlik derecesine sahiptir. Yani üç boyutlu uzayda herhangi bir yönde hareket etmek için serbesttir (Şekil ). Başka bir ifadeyle parça üç doğrusal (x, y, z ) eksen boyunca hareket etmek veya bu eksenlerin etrafında dönmek üzere serbesttir [8]. -y.4 -x + y Şekil. Tespit Edilmemiş Bir Bloğun Uzaydaki Serbestlik Derecesi -z... Altı nokta (3--) prensibi İşleme sırasında, iş parçasının serbestlik derecesi, bir iş bağlama düzeni veya iş bağlama ve takım kılavıızlama düzeniyle, tekrarlanabilir bir şekilde parçayı aynı yere yerleştirmek ve iş parçasının hareketine engel olmak için sınırlandırılmalıdır. Parçanın serbestlik derecesi, altı uygun seçilmiş destekleme, yerleştirme ve tespit etme noktalarıyla sınırlandırılabilir. Bu, 6 nokta yerleştirme metodu veya 3-- yerleştirme metodu olarak bilinir. Çoğu durumlarda, yerleştirme ve destekleme elemanları istenen referans konumunu tesis etmek için, aynı amaca hizmet eder. Destekleme elemanları, yatay düzlemde parçayı yerleştirmek ve desteklemek için iş parçasının altına yerleştirilen basit konumlandırma elemanlarıdır. Yerleştirme elemanları ise, iş parçasını düşey eksen üzerinde pozisyona getirir. Bir iş parçası, 6 nokta prensibini kullanmak suretiyle (eğer düzlemler - 9-

22 birbirine dik ise) üç noktadan bir düzleme, iki noktadan diğer bir düzleme ve bir noktadan da üçüncü bir düzleme yerleştirilebilir [4]. Şekil 'de gösterildiği gibi üç yerleştirme elemanı, doğrusal ve 4 dönme hareketini sınırlamak için, destekleme yüzeyi (Y6) üzerine yerleştirilir. İki yerleştirme elemanı, doğrusal ve dönme hareketini sınırlandıran ve (Y6) yüzeyine dik olan (Y3) yüzeyi üzerine yerleştirilir. Diğer bir yerleştirme elemanı da, (Y6) ve (Y3) yüzeylerine birlikte dik olan ve bir doğrusal hareketi sınırlandıran (Y4) yüzeyine yerleştirilir. 6 destekleme ve yerleştirme noktasının kullanılması ile 9 hareket sınırlandırılır [9]. Geriye kalan üç doğrusal hareket, destekleme ve yerleştirme noktalarına karşı, bağlama işlemiyle sınırlandırılır. Metot doğru bir şekilde uygulandığında Şekil 3'te açık bir şekilde görüldüğü gibi serbestlik derecesi bütün rijit cisimlerde sıfıra doğru yaklaşır [9]. Rijit olmayan cisimlerde ise daima fazladan desteklemeye ihtiyaç vardır. Destekleme ve yerleştirme elemanları, iş parçasının stabilitesini arttırmak için mümkün olduğu kadar aralıklı yerleştirilmelidir. 3, 6 - î "" 4, _ A ^\ V M~i ı~m ~ 3 4 J \ 5 \~ 6- İT J 03 Şekil. Altı Nokta Yerleştirme Prensibi (j d) Şekil 3. Altı Nokta Yerleştirme Prensibinde Serbestlik Derecesinin Sıfıra Yaklaşması -0-

23 .. Bağlama prosedürü Bağlama işlemi başlamadan önce yüzeylerin boyutları, komşu yüzeyler, birbirine dik olan yüzeyler, karşılıklı yüzeyler, üzerine özellik yerleşen yüzeyler, taslak ve bitmiş parça modelleri prolog olguları şeklinde belirlenerek veri tabanında temsil edilir ve saklanır. Bağlama programı başladığında işleme önceliğine göre sıralanmış olan özellik listesi veri tabanından alınır. Prosedür genellikle ilk önce referans yüzeyi olarak belirlenen yüzeye/özelliğe uygulanır. Bağlama prosedürü ana hatlarıyla aşağıdaki gibi sıralanır ve parçaya uygulanır. özelliğin tipini belirleme, Özelliğe uygulanacak operasyonu belirleme, Destekleme yüzeyini bulma, Destekleme ve yerleştirme yüzeyleri için en uygun kenarı belirleme, İlk ve ikinci yerleştirme yüzeylerini belirleme, Bağlama yüzeylerini bulma.... Yüzey frezeleme için bağlama işlemi a) Destekleme ve yerleştirme yüzeylerinin seçimi İşlenecek yüzeyin yönü bulunduktan sonra, bunun karşısındaki yüzey belirlenir ve destekleme yüzeyini belirlemek için ilgili kural uygulanır. Bu işlem için kullanılan kuralın genel formu aşağıdaki şekildedir [0]. "EĞER bir yüzey işlenecek yüzeyin karşısında ise ve bu yüzey referans yüzeyi ise, O HALDE bu yüzeyi destekleme yüzeyi olarak seç, AKSİ HALDE başka bir yüzeyi dene. EĞER kontrol edilen yüzeylerin hiçbirisi işlenecek yüzeyin ve referans yüzeyinin karşısında değilse, O HALDE işlenecek yüzeyin karşısındaki yüzeyi bul ve onu destekleme yüzeyi olarak al" Destekleme yüzeyi belirlendikten sonra, birinci ve ikinci yerleştirme yüzeylerini tayin etmek üzere, destekleme yüzeyi ile ortak kenarları bulunan iki komşu yüzey, veri tabanından alınır. Destekleme elemanlarını kolayca yerleştirmek ve parçayı daha stabil hale getirmek için, iki yerleştirme ve destekleme yüzeyi tarafından paylaşılan kenarların uzunlukları kontrol edilir. Şekil 4'teki parçada (Y5) yüzeyinin işleneceği ve (Y6) yüzeyinin de destekleme yüzeyi olarak seçildiği kabul edilsin. Uygun kenar seçildikten sonra, destekleme yüzeyi ile ilk ve ikinci yerleştirme yüzeylerinin birbirine dik olup olmadıkları kontrol edilir. Seçilen destekleme ve yerleştirme yüzeyleri biri birlerine dik değilse, dikliği sağlayan başka bir kenar araştırılır. b) Birinci ve ikinci yerleştirme yüzeylerini belirleme Destekleme yüzeyinin en uygun kenarını seçen kurallarla, yerleştirme yüzeyleri de belirlenir. Belirlenen yüzeylerden ilk yerleştirme yüzeyi olan yüzeye, iki yerleştirme noktası; ikinci yerleştirme yüzeyi olarak belirlenen yüzeye de bir yerleştirme noktası yerleştirilir. İş parçasının stabilitesini ve iyi yerleştirilmesini sağlamak için, daha uzun olan yüzey, ilk yerleştirme yüzeyi olarak tercih edilir. İlk yerleştirme yüzeyinin seçimi için dikkate alınması gereken diğer bir husus da referans yüzeyidir. En uygun kenarı paylaşan yüzey referans yüzeyi ise, bu yüzey, ilk yerleştirme yüzeyi olma önceliğine sahiptir. Bu mümkün değilse referans yüzeyi ikinci yerleştirme yüzeyi olarak alınır. Şekil 4'te görülen parçada, (Y6) yüzeyinin destekleme yüzeyi ve bu yüzeyin nl köşesini paylaşan ki ve k kenarları da, yerleştirme yüzeylerini tayin etmek üzere ortak kenarlar olarak belirlensin. Bu iki kenarın uzunluklarının kontrol edilmesiyle, kl'in daha uzun kenar olduğu bulunur, ki ve k kenarlarına sahip yerleştirme yüzeyi olmaya aday, (Y3) ve (Y4) yüzeyleri kontrol edilerek, daha uzun kenarı paylaşan (Y3) - -

24 yüzeyi ilk yerleştirme yüzeyi olarak seçilir. Daha kısa kenarı paylaşan (Y4) yüzeyi ise, ikinci yerleştirme yüzeyi olarak belirlenir. İlk ve ikinci yerleştirme yüzeyi belirlendikten sonra, yerleştirme nchalarının sayısı ilgili yüzeylere atanır. (Y6) destekleme yüzeyine, ikisi daha uzun kenar olan ki boyunca yuzu. <. CMC şekilde, üç destekleme noktası yerleştirilir, tik yerleştirme yüzeyi (Y3) üzerine iki yerleştirme noktası ve ikinci yerleştirme yüzeyi (Y4) üzerine de bir yerleştirme noktası yerleştirilir. c) Tespit etme yüzeylerini belirleme Tespit etme yüzeylerinin belirlenmesi, yüzey/özellik üzerinde uygulanacak yüzey, kademe, kanal frezeleme, delme operasyonları gibi, operasyonun tipine bağlı olarak gerçekleştirilir. Bir yüzey, yüzey frezeleme ile işlenecekse, bu yüzey üzerine tespit noktaları yerleştirilmemelidir. Şekil 5'te gösterildiği gibi ilk yerleştirme yüzeyi (Y3)'ün karşısında bulunan (Yİ) yüzeyi, ilk tespit yüzeyi olarak, ikinci yerleştirme yüzeyi (Y4)'ün karşısında olan (Y) yüzeyi de ikinci tespit yüzeyi olarak seçilir. (Y3) yüzeyi üzerindeki yerleştirme noktalarının karşısına, (Yİ) üzerine iki tespit noktası yerleştirilir. Bir tespit noktası da, (Y4) üzerindeki yerleştirme noktasının karşısında bulunan (Y) yüzeyi üzerine yerleştirilir. Şekil 4. Destekleme ve Yerleştirme Yüzeylerine 6 Destek Noktasının Dağılımı Şekil 5. Yüzey Frezeleme için Bağlama Yüzeylerinin Belirlenmesi... Kademe frezeleme için bağlama işlemi Kade;iıe frezeleme işleminde destekleme, yerleştirme ve tespit yüzeyleri, yüzey frezelemede yapılan işlemlere benzer şekilde yerine getirilir. a) Destekleme yüzeyini belirleme Destekleme yüzeyi, bitmiş modelden alınan kademe yüzeyleri ve yönlerine bağlı olarak belirlenir, öncelikle kademe yüzeyleri ve referans yüzeyinin yönleri karşılaştırılır. Eğer referans yüzeyinin yönü, kademe yüzeylerinin birinin karşısında ise, o zaman referans yüzeyi, destekleme yüzeyi olarak seçilir. Aksi halde kademe yüzeylerinin birinin karşısında olan düz yüzey, destekleme yüzeyi olarak belirlenir. Yüzey frezelemede bağlama işlemi için uygulanan prosedür, burada da kullanılarak, destekleme yüzeyi için en uygun kenar belirlenir. Örneğin Şekil 6'da gösterilen kademe özelliğinde, kademe yüzeylerinin yönünün biri ile aynı yönde olan (Y) yüzeyinin, n ve n3 köşeleri arasında kalan kenar seçilmemelidir. Çünkü yerleştirme yüzeyi, işleme sahasından uzakta ise, parçayı yerleştirmek çok kolay olacaktır. Bu yüzden (Y4) yüzeyinin nl ve n4 köşeleri arasında kalan kenar, en uygun kenardır. --