DÖNEL PARABOLOİD ŞEKLİNDEKİ PARÇALARIN BSD FREZE TEZGAHLARINDA İMALATININ ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 DEÜ MÜHENDİSLİK FKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 4 Sayı: 1 sh Ocak 2002 DÖNEL PRBOLOİD ŞEKLİNDEKİ PRÇLRIN BSD FREE TEGHLRIND İMLTININ RŞTIRILMSI (THE INVESTIGTION OF MNUFCTURING OF WORK PIECES WITH THE ROTTION PRBOLOID SHPE IN THE CNC MILLING MCHINES ) Ciha ÖEL*, Cebeli ÖEK** ÖET/BSTRCT Bu çalışada, aalitik ifadeli uzay şekilleride biri ola döel paraboloid şeklideki parçaları BSD freze tezgahıda ialatı aaçlaıştır. Bu şekilde bir ialat içi, döel paraboloidi ialat dekleleri çıkartılış ve takı yollarıı hesabı içi, Fauc işleti sisteli akro progralaa ile otoatik SD prograıı asıl hazırlaacağı gösteriliştir. Hazırlaa bu progra ile Dya 2900 Myte tipi BSD freze tezgahıda, bir parça ial ediliştir. apıla bu ialat souda, ialat deklelerideki paraetreleri he ial edile parçaları yüzey pürüzlülüğüü he de ialat aliyetlerii öeli ölçüde etkilediği görülüştür. I this study, it was aied the aufacturig of work pieces with shape rotatio paraboloid which is oe of the aalytically expressed space shapes i the CNC illig achies. For this purpose, aufacturig equatios were obtaied ad for the calculatio of tool paths, it was show how autoatic NC prograe was prepared by usig acros prograe with Fauc operatig syste. work piece was aufactured i the Dya 2900 Myte CNC illig achie by the prepared prograe. I the result of this aufacturig process, paraaters i the aufacturig equatios highly affected both surface roughess of work piece aufactured ad costs of productio. NHTR KELİMELER/KEWORDS Döel paraboloid, Makro progralaa, BSD freze tezgahı Rotatio paraboloid, Macro prograe, CNC illig achie * Fırat Üiversitesi Mühedislik Fakültesi Makia Mühedisliği Bölüü, ELIĞ **Fırat Üiversitesi Tekik Eğiti Fakültesi Makia Eğitii Bölüü, ELIĞ

2 Sayfa No: 90 C. ÖEL, C. ÖEK 1. GİRİŞ SD li takı tezgahları, belirli bir parçayı işleek içi kesici hareketlerii ve yürütülesi gereke işleleri taılaya SD koduda yazılış, deyi veya blok dizileride oluşa progra tarafıda kotrol edilir. ISO 6983/1 gibi uluslar arası SD kodu stadartları olasıa rağe, farklı üreticiler tarafıda yapılış SD deetleyiciler farklı SD kodlarıı kullaırlar. Bu yüzde SD prograı, farklı tasarılardaki deetleyiciler üzeride taşıabilir değildir. Bu duru ise ialat açısıda birtakı güçlüklere sebep olaktadır. Bir parçaı veya akie elaaıı ükü ola e basit biçide tasarııı gerekli olasıa rağe bir tasarı ühedisii, istee profili parçaları olarak kavisli yüzeyler kullaak zoruda olduğu bir çok duru vardır. Mateatiksel olarak bir yüzey, sürekli olarak, f ( x, y, z) = 0 ilişkisii koruyarak uzayda hareket ede bir oktaı ( x, y, z) geoetrik yeridir. Mühedislik tasarııda yaygı olarak kullaıla yüzeyler grubu, ax + by + cz + fyz + gzx + hxy + px + qy + rz + d = 0 biçiide, ikici derecede bir geel dekle vasıtasıyla taılaa ve koik yüzeyler olarak bilie yüzeylerde oluşur. Bu tür yüzeyleri BSD freze tezgahlarıda ialatlarıa yöelik çeşitli çalışalar deva etektedir (Fischer, 1986). Buda öceki bir araştırada, serbest eğrilerle şekillediriliş yüzey odelleri içi takı yollarıı oluşturulası içi bir algoritaı geliştirilesie yöelik çalışa yapılıştır (Elber vd., 1993). ie diğer bir araştırada, bir telefo ahizesi bilgisayar destekli tasarı BDT prograıyla odelleiş, yie ayı ortada bu odelde yararlaarak kalıp yüzeyleri oluşturuluştur. BDİ prograıyla takı yolları hazırlaış ve BSD tezgahıda ialatı gerçekleştiriliştir (Erda, 1985; oi, 1997). yrıca serbest sisteli akro progralaa ile delik dele prograı üzeride çeşitli çalışalar yapılıştır (oi, 1998; Balcı, 1993; Besat, 1982). BSD tora ve freze tezgahları üzeride döel ve prizatik iş parçalarıı işleyecek parça progralarıı otoatik üretii ve kotrolü içi C progralaa dili kullaılarak iki sistei geliştirilesi ve kullaılası açıklaıştır (Dereli ve Filiz, 2000). OPPS-ROT da döe parçalar içi hazır bir BSD prograı kullaılarak parça odeli çiziliştir. Daha sora, işlee operasyoları taılaış ve kesici takılar, bilgi girişleri ve işlee topolojisi kullaılarak seçiliştir. Optiu kese şartları belirleiş ve bir BSD/BDİ veri tabaıda toplaıştır. Daha sora parça prograları, BSD/BDİ veri tabaıda toplaış bilgiler kullaılarak stadart ISO kodlarıda otoatik olarak oluşturuluştur. ie prizatik parçalar içi, dik işle erkezli BSD freze tezgahlarıda geetik algoritalar kullaılarak işle plalaa foksiyolarıı optiizasyou içi çalışa yapılıştır (Filiz vd., 1994; Dereli ve Filiz, 1999). Başka bir araştırada, güüüzde üerik kotrollü tezgahlar da kullaıla çeşitli progralaa tekikleri hakkıda bilgiler verilerek bu progralaa tekiklerii özelliklerii alata bir araştıra çalışası da yapılıştır (Karagöz, 2000). Bu çalışada, so yıllarda BSD tezgahlarıı ülkeizde de giderek yaygılaşası dikkate alıarak, koik yüzeylerde biri ola döel paraboloid içi, akro progralaa ile geel bir SD prograı hazırlaıştır. 2. BSD FREE TEGHI VE PROGRMLM PRMETRELERİ Şekil 1 de görüle BSD Freze tezgahıda, iş tablasıı,, ekseleri yöüdeki hareketleri pozitif, tersi yöüdeki hareketleri de egatiftir. Şekli sağıdaki koordiat ekseleri de, çakıı bağıl hareket yölerii gösterir. Tezgah üç yöde hareket sağlarke, döer tablaı hareketi de dahil olak üzere dört hareket yapabile özelliğie sahiptir.

3 Fe ve Mühedislik Dergisi Cilt : 4 Sayı : 1 Sayfa No: 91 Tezgahtaki hareketler elle kuada edilebildiği gibi, progra ile otoatik olarak da kuada edilebilektedir. Tezgahta akro progralaa içi kullaılabile 120 değişke vardır. Makrolar, alt progralar gibi belirli bir operasyo sıralaasıdır Şekil 1. Dya 2900 Myte tipi BSD freze tezgahı cak, alt progralarda farklı olarak akroları progralaası değişkelere dayaır. Bu değişkelere göre bir operasyo sırası taılaır ve daha sora bu değişkelere değerler verilerek çeşitli progralarda kullaılabilir. Makro değişkeler, # işareti ile birlikte, aralığıdaki sayılar ile kullaılırlar. Bu değişkeler ayı zaada, >, <, +, -, *, / gibi ateatiksel ifadeler ile birlikte de kullaılabilirler. yrıca tezgahta kullaılabile SIN, COS, BS, NG ve SQR gibi hazır diğer basit ateatiksel foksiyo paraetreleri de vardır (Dya 2900 Myte, 1996). Öreği; #30=12 ifadeside #30, 30 değişkei alaıa gelir ve değeri 12 dir. #40=#25 ifadeside, #25 değişkeie bir değer veriledikçe #40 değişkei boştur. #28=5 ise #43=#28+10 ifadeside, #43 değişkeii değeri 15 dir. N25 #22=60 ise N35 G01 10 F#22 ifadeside, ilerlee hızı 60 /dak dır. ie #60=50 ise #60 ifadeside, 50 dir. yrıca #75=30 ise #80=SIN#75 ifadeside, #80 değişkeii değeri 0.5 dir Deey Malzeesii Boyutladırılası ve Parak Freze Çakısıı Seçii apıla araştırada, ial edilecek şekli alzeesi, kolay işleesi sebebiyle alaşılı lüiyu bir alzeede seçildi. Bu alzeei boyutladırılası içi döel paraboloid içi verile = (1) geel deklei dikkate alıdı. Döel paraboloid dekleide, ax sabit değerie bağlı olarak = 0 ve = 0 içi, + B = = ± ax. (2)

4 Sayfa No: 92 C. ÖEL, C. ÖEK ifadeleri elde edildi. Elde edile bu ifadelere göre, ial edilecek döel paraboloidi boyutlarıı belirleyebilek içi, ax = 40 sabit değeri ve dekledeki katsayılar da sırası ile, = 4 ve B = 90 olarak seçildi. Seçile bu değerlere göre, şekli işleeceği silidirik alzeei yarı çapı R = = ± 30 olarak buludu. Ø Ø 20 Şekli İşleeceği Kısı İş Parçasıı Tezgaha Bağlaa Kısı Ø 40 Şekil 2. İş parçasıı taslağı cak şekli işleeceği kısı boyutları, çakıı parçaya göre sıfırlaası ile ilgili hataları olabileceği ve yie taslak parça klasik tora tezgahlarıda işleirke, bir takı işlee hatalarıı da oluşabileceği dikkate alıarak çapı, 61 ve yüksekliği de 41 olarak seçildi (Şekil 2). yrıca taslağı BSD freze tezgahıa bağlaa kısıı boyutları, taslağı tezgaha civata ve pabuçlar yardıı ile bağlaacağı dikkate alıarak Şekil 2 deki gibi belirledi. Parak freze çakısıı seçiide ise, şekli geoetrisi dikkate alıdı. cak ial edilecek parçaı şeklide dolayı, herhagi bir sıırlaaı oluşadığı görüldü. Bu çalışada, çakı ukaveeti göz öüde buludurularak küçük çaplı çakı seçiide kaçııldı ve tezgaha bağlaabilecek e büyük çaplı, 12 lik düz alılı parak freze çakısı seçildi Döel Paraboloid İçi İalat Deklelerii Çıkartılası ukarıda yazıla Eşitlik 1 iceleirse eşitliği, i sabit değerlerie göre bir daire deklei olduğu görülektedir. Burada hareketle, dik işle erkezli BSD freze tezgahıda, döel paraboloid şeklideki bir parçaı, yüksekliği boyuca düzleie paralel düzlelerdeki daireleri işleesi ile ial edilebileceği görüldü. ie bu şekilde bir ialat içi, şekle ait paraetrik dekleleri gerekli olacağı göz öüde buludurularak döel paraboloid içi paraetrik dekleler, Şekil 3 dikkate alıarak aşağıdaki gibi yazıldı. = a. Cosθ (3) = a. Siθ (4) =sabit (5)

5 Fe ve Mühedislik Dergisi Cilt : 4 Sayı : 1 Sayfa No: 93 a a θ Şekil 3. Döel paraboloid cak parak freze çakısı, parçayı Eşitlik 3, 4 ve 5 e göre işlediğide şekil gerçek boyutlarıda ial edileez. Çükü deklelere, parak freze çakısıı yarı çapı ile ilgili ifadeler ilave edileiştir. Buu içi yukarıdaki deklelere, çakı yarı çapı ile ilgili ifadeler ilave edildi ve ialat dekleleri sırası ile aşağıdaki gibi yazıldı. = a. Cosθ + r. Cosθ (6) = a. Siθ + r. Siθ (7) =sabit (8) cak Eşitlik 6, 7 ve 8 e göre parak freze çakısıı yükseklik boyuca, düzleie paralel düzlelerde, daire şeklideki kesitleri işleyebilesi içi i her hagi bir değerie karşılık gele a değerii de buluası gerekir. Buu içi Eşitlik = 1 (9) yukarıdaki gibi yeide düzeledi. =0 ve =0 içi, a ifadesi a = ± (10) şeklide yazıldı. Daha sora bu ifade, Eşitlik 7 ve 8 de yerlerie yazılarak =. Cosθ + r. Cosθ (11)

6 Sayfa No: 94 C. ÖEL, C. ÖEK. Siθ + r. Siθ = (12) =sabit (13) dekleleri elde edildi. Parak freze çakısıı Eşitlik 11, 12 ve 13 e göre parçayı işleyebilesi içi, ve θ deki değişi aralıklarıı da belirleesi gerekir. içi 0 0 değişi aralığı, 0 40 ve θ açısı içi değişi aralığı, 0 θ 360 olarak yazıldı (Şekil 3). Parak freze çakısı bu açısal değişilere göre, G 01 doğrusal eterpolasyo kodu ile hareket ettirildi ve döel paraboloid, gerçek ölçülerie göre ial edildi. 3. DÖNEL PRBOLOİDİN SD PROGRMI İLE İMLTI Döel paraboloid şeklideki parçaları ialatı içi, Fauc sisteiyle akrolar oluşturularak hazırlaa SD prograı aşağıda veriliştir. N05 G21; N10 G90; N15 G54; N20 G40; N25 T01; N30 F60; N35 M03 S1250; N40 G ; N50#1=4; N55#2=90; N60#4=40; N65#3=360; N70#5=0.25; N75#6=0.05; N80#7=6; N85#10=0; N90#11=0; N95 G ; N100#8=#4/#6; N105#9=#3/#5; N110 M73 N#8; N120#13=#2*#10/#1; N130#15=SQR #13; N135#16=COS #11; N140#17=SIN #11; N145#18=#14*#16+#7*#16; N150#19=#15*#17+#7*#17; N155 G01 #18 #19; N160 G01 -#10; N165 M73 N#9; N170#20=COS#11; N175#21=SIN#11;

7 Fe ve Mühedislik Dergisi Cilt : 4 Sayı : 1 Sayfa No: 95 N180#22=#15*#20+#7*#20; N185#23=#15*#21+#7*#21; N190 G01 #22 #23 -#10; N195#11=#11+#5; N200 M74; N205#10=#10+#6; N210#11=0; N215 M74; N220 G00 2; N230 G28; N235 M30; Hazırlaa SD prograıda, sırası ile aşağıdaki işleler yapılaktadır: N05 ile N40 satırları arası; progra ve tezgah çalıştıra işlelerii yapıldığı kısı, N50 ile N60 satırları arası; sırası ile,, B, ax gibi değerleri akro değişkelere atadığı kısı, N65 ile N95 satırları arası; sırası ile, θ ax, θ, H, r, H = 0, θ = 0 gibi değerleri akro değişkelere atadığı ve G işleii yapıldığı kısı, N100 ile N105 satırları arası; sırası ile, ax θ N N ax 1 =, 2 = işlelerii yapıldığı kısı, N110 ile N160 satırları arası; talaş H θ kese kalılığıı hesapladığı dögü kısı, N165 ile N200 satırları arası; dairesel kesitleri işlediği dögü kısı, N205 ile N215 satırları arası; H =H +H ve θ = 0 işlelerii yapılarak talaş kese yüksekliğii hesapladığı N110 uaralı satıra döüş kısı, N220 ile N235 satırları arası; prograı durdura işleii yapıldığı kısı. Bu prograı çalıştırılabilesi içi, parçaı BSD freze tezgahıa uygu bir şekilde bağlaası gerekir. Bu araştırada iş parçası, tezgahı tablasıa civata ve pabuçlar yarıı ile aşağıdaki gibi bağladı (Şekil 4). İş Parçasıı 0 Noktası Parak Freze Çakısı İş Parçasıı Bağlaa Kısı BSD Freze Tablası Şekil 4. Parçaı BSD freze tezgahıa bağlaası ve işleesi İal edile parça birde fazla bağlaaya tabi tutulacaksa, ikici ve daha soraki bağlaalarda iş parçasıı sıfır oktası değişebilir. Bu duru, parçaı hassas bir şekilde ial edilesii egelleyebilir. Buu ortada kaldırak içi iş parçası, BSD freze tezgahıı tablasıa, bir tora tezgahıı üiversal ayası ile bağlaabilir.

8 Sayfa No: 96 C. ÖEL, C. ÖEK Bu progra, θ ve H gibi öcede belirleebile hassasiyet değerlerie göre çalışır. Bu hassasiyet değerlerii alaları; θ içi girile değerler, döel paraboloidi oluştura daireleri düzleie paralel düzleler boyuca işlee hassasiyetii belirler. ie içi girile değerler ise, döel paraboloid şeklideki parçayı eksei üzeride, yüksekliği boyuca işleek içi talaş kese kalılığıı ifade eder. 4. SONUÇ VE TRTIŞM Bu araştıra souda, dik işle erkezli BSD freze tezgahıda döel paraboloid şeklideki parçaı θ ve H gibi iki hassasiyet değeri ile ial edilebileceği görülüştür. Büyük kesitlere sahip döel paraboloid şeklideki parçalar ial edilirke, θ ve H değerlerideki değişileri çok büyük olarak seçilesi halide parçaı yüzey hassasiyetii bozulacağıı gösteriştir. Bu çalışada, θ açısıdaki değişiler içi θ aralığı kullaılıştır. Çok küçük kesitler işleirke θ açısıı olarak seçilesi duruuda; bu değer, açısal değişiler içi çok küçük olduğuda prograda gereksiz yere dögü sayısıı artıracağıda ialat süresii uzaasıa ve aliyeti artasıa sebep olaktadır. ie seçilecek ola H değeri e kadar küçük olursa, eksei boyuca döel paraboloidi oluştura daireleri sayısı o ölçüde artacağıda, döel paraboloidi yüzey hassasiyeti o kadar artacaktır. cak bu durua bağlı olarak ialat süresii de o ölçüde uzayacağı göz öüde buludurulalıdır. ie araştırada H deki değişiler içi, H 0.05 aralığı kullaılıştır. cak döel paraboloidi kesitleri işleirke θ açısıı ayı sabit değerde olası, döel paraboloidi eksei boyuca her bir kesiti farklı farklı hassasiyet değeride işleesie sebep olaktadır. Bütü kesitleri ayı hassasiyet değeride işleebilesi içi θ açısıı her dögü içi, büyük kesiti küçük kesite oraı kadar küçültülesii gerekli olduğu da görülüştür. ai so işleecek kesit alaı ve θ ( 1) açısı da bir öceki kesiti işleek içi kullaıla açı değeri ise, her bir yei kesit içi θ açısıı θ = ( 1). θ ( 1) bağıtısı ile hesaplaasıı faydalı olacağı soucua varılıştır. Bu araştıra içi, yukarıdaki değişi aralıkları dikkate alıarak θ = ve H =0.05 olarak seçildi. Bu değerlere göre ial edile döel paraboloid şeklideki parçaı yüzey pürüzlülüğü, Mitutoyo Surftest 211 arka bir pürüzlük ölçe aleti ile R a = 2.25µ olarak ölçülüştür. Parak freze çakısıı seçiide ise bu tür şekilleri geoetriside dolayı, çakıı serbest çalışası sebebiyle bir sıırlaaı oluşadığı görülüştür. Souç olarak, bu tip şekilleri belirleye teel büyüklükler Fauc işleti sisteli akro progralaa ile hazırlaa SD prograıa dışarıda girilerek döel paraboloid şeklideki parçaları ialatı geelleştiriliş ve buda soraki uygulaalar içi de bir kolaylık sağlaıştır. H ax

9 Fe ve Mühedislik Dergisi Cilt : 4 Sayı : 1 Sayfa No: 97 KNKLR oi (1997): Sayısal Grafik, İstabul, Sayı 10, S oi (1998): Sayısal Grafik, İstabul, Sayı 11, S Balcı I. (1993): Solid Modellig-Today's, H.P. Otoasyo Dergisi, Nisa sayısı Besat C. (1982): Coputer ided Desig ad Maufacture, 2d ed. Ellis Harwoord. DN 2900 MTE Tezgahı Kataloğu (1996): Dya Mechtroics Ic. Ltd., 926 W. Maude ve. Suyvale, Ca U.S.. Dereli T., Filiz H. (2000): utoatic CNC Code Geeratio I Process Plaig of Rotatioal d Prisatic Parts, Politekik Dergisi, Cilt:3 Sayı:2 S Dereli T., Filiz H. (1999): Optiisatio of Process Plaig Fuctios by Geetic lgoriths, Coputers & Idustrial Egeerig, Vol. 36, No.2, PP Elber G., Cohe E. (1993): Tool Path Geeratio For Freefro Surface Models, Proc. 2 Syp. Solid Model ppl. Publ. by CM, New ork, PP Eerda.G. (1985): Coputer-ided Desig of Mechaiss:1984 ad Beyod, Mechais ad Machie Teory, Cilt 20, Sayı 4, S Filiz H. vd. (1994): ROMOD: Product Modellig Syste for Rotatioal Parts, Proc. of 6 th Iteratioal Coferece o Machie Desig ad Productio, PP , Septeber 21-23, MTEU, kara. Fischer G. (1986): Matheatical Models, Frieder, Vieweg&Sho Brauschweig Wiesbade. Karagöz. (2000): Nüerik Kotrollü Tezgahlar İçi Progralaa (CM) Tekikleri, Mühedis ve Makie, Nisa, Cilt 41 Sayı 483.