NÜMERİK KONTROL TEKNİĞİ

Transkript

1 0

2 BÖLÜM 1 GİRİŞ On sekizinci yüzyıl ortalarına kadar teknoloji zanaat kökenliydi. Ürünlerin tasarımı ve yapımı, kişisel deneyime bağlıydı. Sanayi devrimi buhar makinesiyle, demir çeliğiyle, fabrikaları ve şehirleriyle, üretim alanında gerçek bir devrim yarattı. Enerjinin elde edilebilmesinde ve makinelerin uzmanlaşmasında gerçekleştirilen olağan üstü atılımlar, öncelikle mekanik olarak üretilen ürünlerin imalatında, ham maddelerde ve inşaat sanayiinde; ikincil olarak kimya ve elektrik sanayilerinde büyük faydalar sağladı. Elektronik ve havacılık gibi sanayiler, henüz geleceğe aitlerdi. Buna karşın, kontrol edilen parçaların ve ürünlerin, çeşitli hammaddelerden eksiksiz ve ekonomik bir biçimde üretilmesini sağlayan araçlara kavuşmak üzereydik. Sözgelimi; on altıncı ve on dokuzuncu yüzyıllar arasında meydana gelen değişiklikleri düşünün. Şekil 1 de zırh yapan bir on altıncı yüzyıl fabrikasının çizimini görüyorsunuz. O zamanlar zırh büyük bir olasılıkla, diğer sert ürünlere kıyasla daha ustaca üretiliyordu. Yine de, az sayıda makine vardı ve standartlaşma gibi şeyler henüz ortada yoktu. Zırhınız kırılacak olursa, yakınızdaki bir zırh dükkanından yedek 1

3 parça temin etmeniz mümkün değildi. Yapabileceğiniz tek şey doğrudan zırhı yapan kişiye başvurmaktı. Şekil 2 de modern bir Bilgisayar üretim fabrikasının içini görüyorsunuz. Gördüğünüz gibi, zırh fabrikası ile bu bilgisayar fabrikası arasındaki fark, sadece ürünler ve çalışanların elbiselerinden ibaret değil. Bu fabrikada, insana oranla daha fazla sayıda makine bulunuyor. Bu bilgisayar üretim firması, bilgisayarlarının tasarım kabiliyetlerini artırmak ve çok yönlü kullanılabilecek üretim fabrikaları kurmak için geniş çaplı çalışmalarda bulunuyor. Bu fabrikalarda aynı teçhizatı kullanarak çeşitli Bilgisayar ve kontrol ürünleri imal edebilecekler. Bir çok modern üretim fabrikasında, verilerin değerlendirilmesi, kontrol ve deneme gibi süreçlerde bilgisayarlar kullanılıyor. Böylece, oldukça üst düzey ürünlerin nispeten düşük bedelle üretilebilmesi için Şekil yüzyıl zırh fabrikası. 2

4 Şekil 2 Modern bir bilgisayar fabrikası. gerekli olan hatasız hesaplamalara ulaşılması sorun olmaktan çıkıyordu. Şimdi gelin üretimin bazı boyutlarını değerlendirelim : İmalatın temel süreçleri çok eskiden çok yeniye çeşitlilik gösterir. Sözgelimi çok eski süreçlerden biri kesim işlemidir. Çoğu yetişkin sebzeleri bıçakla, tahtayı testereyle, metali de matkapla keser. Toprağın ise ekskavatör ile kesildiğini görürüz. Başlangıçta insanlar keskinleştirilmiş kaya parçaları kullanarak nesneleri elleriyle kesiyorlardı, daha sonraları bronz, demir ve çelik bıçaklar, baltalar sabanlar ve matkaplar kullanıldı. Bugün ise ateş, elektrik ve lazer kullanılıyor. Modern imalat aletleri on dokuzuncu yüzyılın ilk yarısında bulunmuştu kesim işinin elle yapılması; artık bir zorunluluk değildi, Torna tezgahı; matkap tezgahı, freze tezgahı, vargel tezgahı ve bilinen diğer kesim aletleri icat edilmişti. Şekil 3 de 18.yüzyıl sonlarında tasarlanan bir torna tezgahının çizimini görüyorsunuz. Bu eski makine Şekil 4 de gördüğümüz CNC (Computer Numerik Control) bilgisayar kontrollü torna tezgahıyla kıyaslandığında size ilkel gelebilir ama her iki makinede aynı ilkelerle tasarlanmıştır. Eski ve yeni torna tezgahları metali keserken aynı işlemleri izlerler. Her ikisi de işlenecek metal parçayı döndürerek ve bir aleti parça boyunca hareket ettirerek kesme işlemini gerçekleştirirler. Eski imalat aletleri günümüzdeki aletlere benzer biçimde çelikten yapılmıştır. Bunlar kusursuz ve eksiksiz aletlerdir çünkü kusursuz ve eksiksiz aletlerin imalatında kullanılmaları gerekmiştir. Ayrıca insan enerjisinden bağımsız bir enerji ile çalışıyorlardı. Yani mekanik olarak işliyorlardı. Bu sayede, makinelerde geometrik yüzeylerin kusursuz biçimde imal edilmesi mümkün oluyordu. Eğer tahta bir torna tezgahının çalışmasını gördüyseniz imalat aletlerini elle yönlendirerek malzemeyi istenen ebatta elde etmeye çalışmanın ne kadar yıldırıcı bir 3

5 iş olduğunu biliyorsunuz demektir. Ama metale şekil vermek için tasarlanan bir torna tezgahı bu işi daha kolay hale getirir. Bir torna tezgahı daha teknik ve karmaşıktır. Sözgelimi parçanın düzgün biçimde işlenebilmesi, doğru aletlerin seçilmesi kesme hızı, ilerleme hızı ve sonucun ölçümü için daha fazla bilgiye ihtiyaç duyulur. Buna karşın Şekil 4 de gördüğümüz modern metal torna tezgahı atalarından çok farklıdır. Yapımında kullanılan malzemeler ve üzerindeki aletler fazlasıyla gelişkindir ve ustaca tasarlanmıştır. Bu bir bakıma günümüz tasarımcıların daha fazla bilgi ve deneyime sahip olmalarıyla bağlantılıdır. Bunun yanı sıra, günümüz tasarımcısı bilgisayar destekli tasarım CAD (Computer Aided Design), CAM Bilgisayar destekli üretim (Computer Aided Manufacture) gibi olanaklara sahiptir. CNC nin parçaları o kadar mükemmel yapılmıştır ki ortaya çıkarılan ürünlerin hata payı oldukça düşüktür. Modern makinelerin birçok farklı özelliği vardır mesela çok daha yüksek hızlarda çalıştırılabilirler ve bilgisayarla kontrol edilirler. Bilgisayar uygun hızı (kesici takımın ve iş parçasının bir birlerine doğru harekete geçtikleri göreli hız) ve uygun ilerlemeyi ( kesici takımın ve iş parçasının birlerine doğru harekete geçerken yüklenen metal miktarı ) belirler. Ayrıca uygun aletleri saptar ve bu aletlerin hareketlerini kontrol eder. Parça böylece işlemin tamamlanmasıyla istenilen son şeklini alır. Kesici takımların monte edildiği bir döner taretin üzerinde 12 adet kesici takım bulunur. Bu döner taret bir kesici takımdan diğerine geçerken bir saniyeden kısa sürede işlemini tamamlar. Otomatik alet değiştirici deposunda on iki alet daha muhafaza edilebilir. Süreç boyunca aynı anda on yedi alet kullanılabilir. Parçayı kavrayan iş mili dakikada 6000 devirlik bir hıza ulaşabilir. Diğer yardımcı araçlar ise şunlardır: Makineyi işlenmemiş stoklarla besleyen sistemler; parça yakalayıcılar ve taşıyıcılar; talaş taşıyıcılar ve soğutuculardır. Şekil 3 Henry Maudsley nin ( ) cıvata tornası. 4

6 Şekil 4 CNC Tornalama merkezleri 5

7 BÖLÜM 2 NC - CNC TEZGAHLARIN GELİŞMESİ İlk yapılan nümerik kontrollü tezgahlarda sadece kontrol ünitesi vardı; bu çeşit tezgahlara Konvansiyonel Nümerik Kontrollü veya kısaca NC tezgahları denilir. Bu tezgahların program saklayacak bellekleri yoktu ve birçok işlemi de yapamıyorlardı. Bu nedenle bu çeşit tezgahlarda her parça işleyişinde programı taşıyan bant tekrar başa alınır. Başka bir parça işlenecekse bant değiştirilir. Daha sonraki aşamada NC tezgahlar program saklama belleklerine sahip olan bilgisayarlarla donatılmışlardır. Bunlara Bilgisayar Destekli Nümerik Kontrollü veya kısaca CNC tezgahları denilmektedir. CNC tezgahlarda program bellekte saklanır; gerektiği durumda bellekten çağrılır ve parçalar hiçbir başka işlem yapmadan arka arkaya işlenir. Günümüzde sadece CNC tezgahları üretilmektedir. Ayrıca merkezi bir bilgisayara bağlı olan bir çok NC ve CNC tezgahlardan oluşan sistemler vardır, bunlara Direkt Nümerik Kontrollü veya kısaca DNC sistemleri denilmektedir. CNC sistemlerine program; delikli kart, manyetik şerit (teyp), manyetik bant, direkt olarak kontrol panosundaki düğmelere basarak veya bir bilgisayarın yardımı ile verilebilir (Şekil 2.1). Bu son durumda CNC tezgahı bir CAD-CAM (Bilgisayar Destekli Tasarım ve İmalat) sistemine entegre edilebilir. Şekil 2.1 Açık döngülü bir CNC tahrik sisteminin blok şeması 6

8 İkinci dünya savaşından sonra uygulamaya konulan en önemli teknolojik gelişmelerden biri nümerik sistemlerdir. Boole cebri ve elektroniğin bir sentezi olan bu sistemlerin bilgisayar ve nümerik kontrollü sistemler olmak üzere iki uygulaması vardır. Bu iki uygulamanın gelişmesi esnek otomasyonun hızla gelişmesine neden olmuştur. İlk Nümerik Kontrollü tezgah; ABD nin savunma bakanlığının bir siparişi üzerine Massachusetts Institute of Technoloji laboratuarlarında 1952 yılında, üç eksenli bir freze tezgahı şeklinde meydana getirilmiştir. Ancak sanayi çapında ilk NC tezgahı 1956 yılında yapılmış ve 1957 yılından başlayarak fabrikalarda çalışmaya başlamıştır. Bu tarihten sonra, NC ve daha sora CNC sistemleri gittikçe gelişmiş, tezgah dışında başka sistemler de (ölçme, kaynak, tekstil) uygulamaya konulmuştur; Şöyle ki günümüzde takım tezgahlarının hemen hemen tümü CNC şeklinde imal edilmektedir; çok az sayıda konvansiyonel tezgah yapılmaktadır. İlk NC tezgahların kontrol sisteminde röle ve elektronik lamba tekniği kullanılmıştır. Bunu transistörler, transistörlere dayalı entegre devreler ve mikroprosesörler izlemiştir. Bu gelişme tezgahların fonksiyonlarını, işleme ve karışık işlemler yapma kapasitelerini artırmakla beraber, fiyatların düşmesine, kontrol sistemlerinin boyutlarının küçülmesine ve programlama sistemlerinin basitleşmesine neden olmuştur yıllarında mikroprosesör teknolojisinin gelişmesi ile, bu sistemler NC tezgahlarına uygulanmış ve CNC tezgahlar elde edilmiştir. Diğer taraftan bilgisayarların mühendislik alanlarına uygulanması ile CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) CAM (Bilgisayar Destekli İmalat) ve bunların entegrasyonu olan CAD_CAM sistemleri gelişmiştir. Bilindiği gibi CAD sistemi herhangi bir ürünün tasarımını yapan, CAM sistemleri ise bilgisayarda NC veya CNC tezgah ve sistemler için NC programı üreten sistemlerdir. Şöyle ki bu gelişme ile CNC tezgahlarına direkt olarak programın, CAM sistemi ile üretilen bir bilgisayardan vermek mümkün olmuştur. Bu gelişme ile CAM-CNC veya CAD-CAM-CNC entegrasyonu sağlanmıştır.. Bu gelişmelere paralel olarak tezgahların fonksiyonunda da bir takım değişiklikler meydana gelmiştir. Buna göre tornalamanın yanı sıra frezeleme işlemi de yapan tornalama merkezleri ve frezeleme ve delik işlemlerini yapan, freze ve borverg tezgahlarının yerine işleme merkezleri ortaya çıkmıştır. Aynı zamanda CNC tezgahların üretimde daha verimli kullanılması arayışları sürdürülmüş ve ilkin merkezi bir bilgisayardan kontrol edilen bir çok NC ve CNC tezgahlardan oluşan DNC (Direkt Nümerik Kontrollu) ve daha sonra FMC (Esnek İmalat Hücreleri) sistemleri meydana getirilmiştir. FMC ler robot veya manipülatörlerle tezgah aralarında malzeme akışını sağlayan, takım ve parça tutturma ve çözme işlemlerini otomatik olarak yapan bir merkezi bilgisayar ve bağımsız olarak programlanabilen birkaç NC ve CNC tezgahtan meydana gelen bir ünite (hücre) dir. Belirli bir düzene göre yerleştirilen birkaç FMC ünitesinden, imalatta büyük esneklik sağlayan ve insan unsurunu önemli şekilde bertaraf eden FMS (esnek İmalat Sistemi) sistemleri meydana getirilmiştir (Şekil 2.2). Bu sistemlere insansız fabrikalar da denilmektedir. 7

9 Bununla beraber imalat kısmını temsil eden FMS ile birlikte, kalite kontrol, malzeme stok kontrol, pazarlama, muhasebe kısımları entegre edilen ve CIM (Bütünleşik İmalat Sistemleri) adını taşıyan fabrikalar vardır. Ancak CIM sistemleri günümüzde tam olarak oturtulamamıştır. Şekil 2.2 Bir otomotiv montaj tesisinde bulunan bilgisayar kontrollü kaynak makineleri 8

10 BÖLÜM 3 CNC TEZGAHLARININ ÇEŞİTLERİ Tezgah Tipi Başlangıçta matkap, freze ve torna tezgahlarına uygulanan bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC Computer Numerical Control) daha sonra talaşlı imalatın her alan kullanılan takım tezgahlarına uygulanmıştır. CNC nin uygulandığı takım tezgahı türleri ve özellikleri aşağıda açıklanmıştır. Torna Tezgahı CNC torna tezgahları konvansiyonel torna tezgahlarında olduğu gibi silindirik dönel iş parçalarının imalatında kullanılır. Şekil 3.1 de CNC torna tezgahı görülmektedir. Bu tezgahlarda X ve Z olmak üzere iki temel eksen vardır. Z ekseni tezgahın fener mili (iş parçası), hareketinin eksenini, X ekseni ise kesicinin iş parçasının eksenine dikey olarak yaptığı hareketin eksenini temsil eder. Şekil 3.1 CNC Torna tezgahı İşleme kapasite yetenekleri fazla olan CNC torna tezgahlarında eksen sayısı 3 ya da daha fazla olabilir (Şekil 3.2). 9

11 Şekil 3.2 Dört eksenli torna tezgahı Bu tür CNC torna tezgahlarında normal tornalama işlemlerine ilaveten frezeleme vb. işlemler de NC programı denetiminde yaptırılmaktadır. Üç eksenli torna tezgahlarında genel olarak C eksenli ya da freze fonksiyonlu CNC torna da denilmektedir. Bu tür tezgahlarda tahrikli kesiciler kullanılır. Yani tarete bağlanan kesiciler de kendi eksenleri etrafında ve belirlenen devir sayısında dönmektedir. Örneğin; torna tezgahında iş parçası üzerinde yapılacak frezeleme işlemi için tarette bağlı bulunan freze çakısının tahrikli olması gerekir(şekil 3.3) 10

12 Şekil 3.3 C eksenli frezeleme yapan torna tezgahı Freze Tezgahı CNC freze tezgahları prizmatik iş parçalarının işlenmesi için kullanılır. Bu tezgahlarda X, Y, ve Z olmak üzere üç temel eksen vardır. X ekseni tezgah tablasının boyuna hareketinin eksenini, Y ekseni tezgah tablasının enine hareketini, Z ekseni ise tezgah milinin aşağı-yukarı hareketinin eksenini temsil eder. CNC freze tezgahlarının yatay ve dikey konumlu olanları mevcuttur. Aşağıdaki şekillerde görüldüğü gibi aralarındaki fark, dikey freze tezgahlarında tezgah mili dikey konumda olup Y ekseni tablanın enine hareketini temsil eder (Şekil 3.4). Yatay freze tezgahlarında ise tezgah mili yatay konumda olup Y ekseni düşey konumdadır (Şekil 3.5). 11

13 Şekil 3.4 Dikey freze tezgahı Şekil 3.5 Yatay freze tezgahı 12

14 İşleme kapasite ve yetenekleri fazla olan CNC freze tezgahlarında eksen sayısı 4, 5 ya da daha fazla olabilir. Aşağıdaki resimde görüldüğü gibi bu eksenler, tezgaha bağlanan NC divizör ve NC döner tabla (NC rotary table) eksenleridir. Kesici takımların bağlandığı otomatik kesici takımların magazinleri ve ATC denilen otomatik kesici takım değiştiricilerle (ATC Automatic Tool Changers) donatılmıştır (Şekil 3.6). Şekil 3.6 Zincir tipli otomatik takım değiştirici 13

15 İşleme Merkezi CNC freze tezgahlarında normal frezeleme operasyonlarına ilaveten delme vb. işlemler de yapılabilir. İşte, freze tezgahlarına oranla daha geniş işleme fonksiyon ve yeteneklerine sahip CNC freze tezgahlarına, CNC işleme merkezi (CNC machining center) denilir. Çünkü bu tür tezgahlar, bir takım tezgahından ziyade pek çok talaş kaldırma işleminin yapıldığı birden fazla takım tezgahının görevini yerine getiren bir işleme merkezine benzer. Aşağıdaki resimde bir dikey CNC işleme merkezi (vertical machining center) görülmektedir. Bu tezgahların yatay ve dikey olanları mevcuttur (Şekil ). Şekil 3.7 Üç eksenli işleme merkezi 14

16 Şekil 3.8 Beş eksenli işleme merkezi CNC işleme merkezinde kullanılan kesicilerin sayısı diğer tür tezgahlarda kullanılanlardan daha fazla olup aynı zamanda dairesel kesitlidirler. Bu nedenle bu tür tezgahlarda kesici takım uzunluk ve yarıçap telafisi kullanılır. Yarıçap telafisi programcıya özellikle kesme ve hacim kalıplarının programlandırılmasında (erkek ve dişi iş parçalarının) çok büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Taşlama Tezgahı Silindirik ve düzlem taşlama işlemlerinde yüksek derecede hassasiyet ve yüzey kalitesi istenir. Taşlama işlemi, özellikle belirli miktarda talaş kaldırıldıktan sonra ısıl işleme tabi tutularak sertleştirilmiş olan parçaların son bitirme işlemlerinde kullanılır. Bu tezgahlarda bazen 1 mikrona varan düzeyde hassasiyetin elde edilmesi gerekir. Bunun sağlanabilmesi için de sürekli olarak zımpara taşının kontrol altında bulundurulması gerekir. Kullanılan kesici takımın sayısı fazla değildir. Meydana gelecek aşınmalar sonunda zımpara taşı telafisinin otomatik olarak düzeltilmesi (kompanze edilmesi) gerekir. Taşlama tezgahları bu özelliği ile diğer tezgahlardan farklıdır. Şekil 3.9 da CNC taşlama tezgahı görülmektedir. 15

17 Şekil 3.9 CNC Taşlama tezgahı Matkap Tezgahı CNC matkap tezgahları, işlem fonksiyonları bakımından konvansiyonel matkap tezgahlarından farklı değildir. Günümüzde bağımsız CNC matkap tezgahı olarak değil küçük boyutlu freze tezgahı ya da işleme merkezi olarak tasarlanırlar. Yukarıda da vurgulandığı gibi günümüzde matkap tezgahlarının görevini CNC dik işleme merkezleri almıştır. Bu nedenle bir dik işleme merkezini CNC matkap tezgahı olarak düşünebiliriz. Çünkü bu tezgahlarda delme, delik büyütme, rayba çekme, kılavuz çekme vb. operasyonlar matkap tezgahlarından daha seri ve hassas olarak yapılmaktadır. (Şekil 3.10) 16

18 Şekil 3.10 Beş eksenli işleme merkezi Tel Erozyon Tezgahı CNC tel erozyon tezgahları (CNC wire cutting machines) özellikle sac metal kesme kalıplarının imalatında kullanılır. Bu tezgahlarda işleme elektrot adı verilen ve çok küçük çaplarda olan telin iş parçası üzerinde bulunan bir delikten geçişi esnasında meydana gelen çok yüksek ısı yardımıyla iş parçasını NC programında belirlenmiş olan konturda kesmesi esasına dayanır. Elektrot teller, kesilecek olan malzemelerin cinslerine göre farklı malzemelerden ve farklı çaplarda yapılırlar. Şekil 3.11 da CNC tel erozyon tezgahı görülmektedir. Bu tezgahların en önemli özelliği, kesilen parçaların erkek ve dişi parça olarak kullanılabilmesidir. 17

19 Şekil 3.11 Tel Erozyon Tezgahı Elektro Erozyon Tezgahı Elektro erozyon tezgahları (EDM Electro Discharge Machines) metal iş parçaları üzerinden elektrik akımı yardımıyla erozyon yöntemiyle talaş kaldırma esasına dayanır. Tel erozyon tezgahlarından tek farkı, kesme değil aşındırma yöntemiyle talaş kaldırmasıdır. Özellikle hacim kalıplarının imalatında kullanılır. Elektro erozyon tezgahlarında elde edilecek parça profiline uygun bakır elektrot, tezgaha bağlanır. Tezgah tablasına da erozyon edilecek olan iş parçası bağlanır. Bakır elektrot iş parçasına yaklaştırıldığında elektrot ile iş parçası arasında bir ark oluşur. Oluşan bu ark iş parçası üzerinden erozyon yöntemiyle mikron düzeyinde talaş kaldırır. Bu işlem sürekli, olarak devam eder ve bunun sonucunda da elektronun profilinin tersi (dişisi) iş parçası üzerine işlenir. Elektrotlar iletkenliği çok yüksek olan saf bakırdan ve elde edilecek parça profilinde imal edilir. Erozyon işlemi sonunda, iş parçası üzerine ters profil işlenmiş olur. İşlenen bu profilin hacmi sıvı bir malzeme ile 18

20 doldurulduğunda ise gerçek parça profilinde ürün elde edilmiş olur. Bu tezgahlara aynı zamanda dalma erozyon tezgahları da (die sinking machines) denir. Erozyon işlemi, konvansiyonel kesici takımlar ve yöntemlerle talaş kaldırılarak işlenemeyecek sertlikteki malzemelerin işlenmesinde de kullanılır. Ayrıca, çok karmaşık profil ve yüzeylerin işlenmesinde de yaygın olarak kullanılır. Zımbalı Kesiciler CNC zımbalı deliciler (CNC punch machines), sac metaller üzerine üzerindeki zımbaların profillerinde kesme işlemleri için kullanılır. Kullanılan zımbalar birden fazla sayıda ve basitten kompleks profillere doğru olur. Zımbalar tezgah üzerinde bulunan zımba magazinlere takılır. Programın işletimi esnasında gerekli olan tezgahların yerini CNC lazer kesme tezgahları almıştır (Şekil 3.12). Presler Şekil 3.12 Zımbalı Kesici CNC presler sac malzemelerin kesme ve bükme işlemleri için kullanılır. Kesicilerin konum değiştirmeleri iki eksende ve sürekli iz kontrolü şeklinde yapılır. Programlanabilen kurs ilerlemesi, sac malzemelerin kalınlıklarına göre değişir. Malzemelerin taşınmaları ve tezgaha sürülmeleri, mamul ve artık malzemelerin uzaklaştırılmaları, programlı taşıyıcılar yardımıyla yapılır (Şekil 3.13). 19

21 Şekil 3.13 CNC Pres Alevle Kesme Makineleri Alevle kesme makineleri (flame cutting machines), sac levha malzemelerinin kesme işlemlerinde kullanılır. Özellikle düzgün olmayan profillerin kesilmesinde büyük serilik ve kolaylık sağlarlar. Optik özellikli olanlarında, kesilecek olan iş parçasının resmi, algılayıcı ucun bulunduğu bölüme yerleştirilir. Parça resmi üzerinde algılayıcının hareketi esnasında, kesme alevinin bulunduğu ünite bununla senkronize olarak hareket eder. Bu tür tezgahlar klasik alevli kesicilere göre daha hassas ve seridir. En büyük avantajları herhangi bir şablon ya da mastara gerek kalmadan kağıt üzerinde çizilmiş olan parça resimleri yardımıyla istenilen profildeki iş parçalarının kesilmesini yapmalarıdır. Lazer Kesme Makineleri Yukarıda açıklanan alevli kesicilerin yerini günümüzde CNC lazer tezgahları (CNC laser cutting machines) almıştır. Bu tür tezgahlarda kesilecek iş parçası resimlerinin herhangi bir resim materyali üzerine çizilmesine gerek yoktur. İş parçası profilleri CNC işleme merkezlerinde olduğu gibi programlanır. Programı yazılmış parçalar sac levhalardan yüksek hassasiyet ve serilikte kesilir. Bu tür tezgahlarda özel gazlar kullanılır. Ayrıca sac levhalar üzerinde kesilecek parçaların en az fire verecek şekilde yerleştirilmesi de tezgah bünyesinde bulunan bilgisayara yaptırılır. Kesme işleminde iş parçası sabit, lazer ünitesi ise hareketlidir. Kesme işlemi sonucunda elde edilen parçalar erkek ve dişi parça olarak kullanılabilir. Kesme yüzeylerinin hassasiyetleri 20

22 kesilen malzemenin kalınlığına, kesme hızına ve kullanılan gazın özelliğine göre değişir. Ayrıca tezgahların malzeme magazini denilen bölgesinde, kesilecek olan malzemeler istiflenir. Buradan malzemelerin kesme bölgesine alınmaları, kesilen parçaların ve artık malzemelerin uzaklaştırılması programlı olarak gerçekleştirilir. En büyük avantajları, kesme sayısı ne olursa olsun kesilen tüm parçaların ölçülerinin aynı olmasıdır. Halbuki CNC preslerde belirli sayıdaki kesme işleminden sonra kesici zımbaların profillerinde deformasyonlar meydana gelir ve iş parçası ölçülerinde farklılıklar olur. Bu nedenle de zımbaların sık sık revize edilmesi gerekir. 21

23 BÖLÜM 4 NÜMERİK KONTROLLÜ TORNA TEZGAHLARININ YAPISI Şekil 4.1 CNC torna tezgahı Yüksek tahrik gücü, kesme hızları ve iş parçalarının ölçü hassasiyeti, CNC Kumandalı torna tezgahlarının özel bir konstriksiyona sahip olmasını gerektirir (Şekil 4.1). Talaşlardan ve kesme sıvısından ve ayrıca talaş kaldırma esnasında muhtemelen dışarıya fırlayan parçacıklardan korunmak için, tezgahın (makinanın) çalışma ortamının tamamen kapatılması gerekir. Takım tezgahları ilk olarak 8 saatin üzerinde sürekli operasyonlar için tasarlanmışlardı. Şimdi tasarlanan CNC ler ise 20 saatin üzerinde sürekli işlemler için imal edilmiştir. CNC tezgahlarında konvansiyonel tezgahlara göre daha büyük talepler vardır. CNC tezgahlarda kesici takım, kesme pozisyonuna el ile yapılan ayarlama durumundan daha hızlı getirilir. Fazla kesme zamanı, kızaklar, dişliler, yönlendirici vida gibi parçalarda daha hızlı aşınmaya sebep olur. Optimum hız, ilerlemeler, gelişmiş takımlar ve sürekli bir yönde işleme yapma CNC tezgahını, daha önceki tezgahlarda hiç karşılaşılamayan çok yönlü büyük kuvvetlere maruz bırakmaktadır. 22

24 Kesme takımları malzemelerindeki gelişmeler ve daha yüksek hareket kuvvetleri takım tezgahı yapısında daha fazla sağlamlık gerektirmektedir. Bir çok modern kesme takımı malzemesi çok sert ve aşınmaya dirençli olmalarına rağmen çok kırılgandır. Sağlam yapılar, hassas sürtünmesiz yataklar ve yüksek kaliteli parça ve birleştirmeler istenen özelliklerdir. Otomatik operasyonla yüksek hızla metal çıkarma işleme bölgesinden hızlı ve etkili talaş temizleme, geleneksel takım tezgahlarını yetersiz kılmıştır. Tezgah Gövdeleri Şekil 4.2 Eğik kundaklı bir CNC-kumandalı torna tezgahının şematik yapısı Tezgah tipine göre, tezgah gövdeleri birbirinden oldukça farklıdır. Ancak bir genelleme yapılırsa tezgahların gövdesi, banko ve kolonlardan meydana gelir. Banko tezgahın bulunduğu zemine göre yatay; kolon bu zemine göre dikey vaziyette bulunan gövde kısmıdır. Buna göre bazı tezgahlar örneğin torna sadece bankodan, (Şekil ) bazıları örneğin freze sadece kolondan meydana gelirler. Borverk ve işleme merkezleri banko ve kolonlardan oluşurlar (Şekil 4.5). Tezgah gövdeleri: yüksek rijitliğe ve kütleleri azaltmak için hafif konstriksiyona sahip olmaları; başka bir deyişle rijit/kitle oranı yüksek olması gerekir. Ayrıca malzeme seçiminde sönümleme özelliği de dikkate alınır. Rijitlik/kitle oranı üzerinde yapılan tork ve deneysel incelemelere göre, bu bakımdan en uygun kesitin içi boş kesit olduğu anlaşılmıştır. Boş kesitler eğilme ve burulma gibi zorlamalarda, kesitteki gerilimlerin dağılımını eşitlemekle beraber eylemsizlik momentini de artırırlar. Ancak bu durumda elemanın dış boyutu da artar. Boş kesitli elemanların rijitliklerini artırmak için kaburgalar veya özel şekillendirmeler yerleştirilir (Şekil 4.6). 23

25 Şekil Derece yekpare eğik torna gövdesi Şekil 4.4 Konvansiyonel(a) ve CNC (b,c,d,e) torna tezgahının bankoları 24

26 Şekil 4.5 İşleme merkezi ana gövde (banko ve kolon) 25

27 Şekil 4.6 Rijid bir kolon ve tezgah gövde analizi Hareket iletim Elemanları CNC tezgahlarında kullanılan iletim elemanları: vida mekanizması, dişli çarklar, dişli kayış, kasnak mekanizması, kaplin veya kavrama gibi elemanlardır. Bu elamanların konstriksiyonunda: yüksek rijitlik, minumum boşluk, düşük sürtünme ve yüksek verim gibi faktörler dikkate alınmalıdır. İletim elemanlarının en önemlisi vida mekanizmasıdır. Bu elemanlarda istenilen: yüksek rijitlik, düşük sürtünme, yüksek verim, helis açısı 3.4 gibi faktörler, konvansiyonel tezgahlarda kullanılan normal trapez vida ile karşılanamaz. Bu nedenle CNC tezgahlarda bil- yalı vida mekanizması kullanılmaktadır (Şekil 4.7) Bu elemanların rijitliği çok yüksek olmakla beraber 26

28 Şekil 4.7 Bilyalı vida mekanizması sürtünmesi çok düşük ve verimi çok yüksektir. Ayrıca vida ile somun arasındaki boşluklar kolayca ayarlanabilir ve bir ara bilezikle, rijitliği büyüten ön gerilmeli hale getirilebilir. CNC tezgahlarında kullanılan dişli çarklar: rijitlik kütleleri düşük, doğruluk dereceleri yüksek, verimi yüksek, boşlukları bertaraf edecek gibi özelliklere sahip olmalıdır (Şekil 4.8) Hafif ve basit olmaları nedeni ile dişli çarkların yerine; çarkı alüminyum ve kayışı naylondan yapılan, dişli kayış mekanizması da kullanılır (Şekil 4.9 ve Şekil 4.10 ). 27

29 Şekil 4.8 Tornada dişliler Şekil 4.9 Tornada iş milinin tahriki 28

30 Şekil 4.10 Tornada kayış ile tahrik mekanizması 29

31 BÖLÜM 5 YATAKLAR VE KIZAKLAR Şekil 5.1 (a,b,c) Kızaklar 30

32 Şekil 5.1d Yatay freze tezgahında banko ve kızaklar Kızak yolları ve yataklar tezgahın hareketli elamanlarını desteklemekle beraber, bunların belirli bir doğrultuda hareket etmelerini sağlarlar (Şekil 5.1a-d) Kızak yolları, destekledikleri kızakların bir tek doğrusal yönde hareket etmelerini sağlarlar(şekil 5.2). Şekil 5.2 Bilyalı doğrusal kızak sistemleri 31

33 Yataklar destekledikleri millerin sadece kendi eksenleri etrafında dönmelerini sağlarlar. Şekil 5.3 de yaygın yataklama sistemleri gösterilmektedir. Yüksek hızda işleme için tasarlanmış bir makinada, bir ucu sabitlenmiş diğer ucu serbest veya her iki ucu da sabitlenmiş yataklama sistemi kullanılmaktadır. Şekil 5.3 Bilyalı vida yataklama sistemleri Pek tabi ki hem dönme hem de doğrusal hareket imkanı sağlayan kızak yatak sistemleri de vardır. Yataklar ve kızaklar çalışma ilkesi bakımından kaymalı (Şekil 5.4a-c) ve yuvarlanmalı (d) olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Yuvarlanmalı yataklara da rulmanlı yataklar da denilir. Yatak ve kızaklarda meydana gelen en önemli olay sürtünmedir. Sürtünme bu elemanlarda aşınma, enerji kaybı ve sıcaklığının yükselmesine neden olur. Bu bakımdan sürtünmeyi ve onun neden olduğu mevkii olayları azaltmak için yatak ve kızaklar yağlanır. Yağlama bakımından yatak ve kızaklar kuru, sınır, hidrodinamik Şekil 5.4a, hidrostatik sıvı (b), hidrostatik hava (c) olabilirler. Yüzeylerin arasında yağ bulunmayan sürtünme kuru sürtünmedir, büyük konum hataları, dinamik kararsızlık, enerji kaybı, aşınma meydana getirir. Bu nedenle CNC sistemlerde kuru sürtünme yatak ve kızaklarda kullanılmaz. Sınır sürtünmesi, yüzeylerin arasında yağ bulunmasına rağmen sıvı sürtünmenin meydana gelmediği sürtünme halidir; burada önemli olan yağın yapışma kabiliyetidir. Sıvı sürtünmesi yüzeylerin tamamen bir yağ tabakası tarafından ayrıldığı ve sürtünmenin yağ molekülleri arasında meydana geldiği sürtünme halidir. 32

34 Sıvı sürtünme hidrodinamik ve hidrostatik olmak üzere iki gruba ayrılır. Hidrodinamik sıvı sürtünmede yüzeyleri ayıran yağ tabakası, yüzeyler arasında kama şeklinde bir boşluk olduğu durumda, belirli bir izafi hızda kendiliğinden oluşur. Mil yatağa göre eksantrik bir konum alır Şekil 5.4 a. Bu nedenle Hidrodinamik sıvı CNC tezgahlarda kullanılmaz.hidrostatik sıvı sürtünmesinde yağ tabakası, sistemin dışında bulunan yüksek basınçlı bir yağ pompası ile oluşturulur. Özetlenirse tezgahlarda; Yataklar: hidrostatik sıvı ve yuvarlanmalı; Kızaklar: sınır, yuvarlanmalı ve ender hidrostatik sıvı şeklinde kullanılırlar. Hidrostatik ve yuvarlanmalı sistemler arasında bir karşılaştırma yapılırsa şu sonuçlara varılır. Hidrostatik yataklarda hareketin başlangıcı ve sonu da dahil olmak üzere, tüm hareket boyunca, sürtünme çok düşük olur ve aşınma meydana gelmez. Ayrıca iyi bir sönümleme, iyi bir rijitlik, yüksek bir yük taşıma yüksek hızlarda sessiz ve darbesiz bir çalışma gibi özelliklere sahiptir. Şekil 5.4 Yatak ve kızak çeşitleri Yuvarlanma sistemleri yüksek bir rijitliğe, tüm çalışma hallerinde (başlama, nominal, durma) çok düşük bir sürtünmeye, standart olarak imal edildikleri için çok kaliteli olarak imal edilme, direk piyasadan temin edilme, montaj, bakım, yağlama kolaylığı gibi özelliklere sahiptirler. Ancak bu sistemlerin çok düşük sönümleme kabiliyetleri, sınırlı ömürleri, yüksek hızlarda gürültülü çalışmaları gibi mahsurları vardır. Şekil bakımından kaymalı kızaklar; büyük V, düz, silindirik vb. yapılabilirler; en çok kullanılan V ve düz kızaklardır. Kızaklar banko veya kolona yekpare veya bunlardan ayrı olarak yapılabilir. 33

35 BÖLÜM 6 TAKIM TUTTURMA SİSTEMLERİ Şekil İstasyonlu taret Genelde bir parça çeşitli operasyonlarda işlenmekte ve bu operasyonlar için bir çok durumlarda ayrı ayrı takımlar istenmektedir. Konvansiyonel tezgahlarda genelde bir tek takım tutturma sistemi vardır; tornalarda dört takımın tutturulmasına imkan veren dörtlü kalemlik de olabilir. Bu sistemler basit NC tornalarında da kullanılabilir. Ancak bu durumda operasyonlar için takım değiştirme büyük zaman almaktadır. Yapılan istatistik bir araştırmaya göre, karmaşık parçalarda takım değiştirme zamanı toplam parça işleme zamanının %61 ini oluşturur. Bu nedenle CNC tezgahlarında takım değiştirmede zamanı azaltmak için, birçok takımın tutturulmasına imkan veren; tornalarda revolver başlı, taret (Şekil 6.1 ) 34

36 a) CAM tipi magazin b) Şemsiye tipi magazin Şekil 6.2 Takım taşıyıcısı ve magazin ve ender olarak magazin; freze ve işleme merkezlerinde magazin ve sandık sistemleri kullanılmaktadır (Şekil 6.2). Ancak takımlar bu sitemlere direk olarak veya bir takım taşıyıcıların yardımıyla tutturulur. Örneğin freze takımları için, içi konik şekilde boş olan takım tutucuları; torna takımları için çeşitli taşıyıcılar kullanılır. Tornalarda kullanılan revolver başı; altıgen bir eleman olup takımların yan yüzeylerine tutturulur. Taretlerde takımlar alın veya çevre yüzeyine yerleştirilir. Taretler parçayı tutturan aynanın ön kısmına veya üst kısmına monte edilir. Birçok durumda iki taret kullanılabilir. Genelde taretlere sekiz veya on altı takım yerleştirilebilir. Freze ve işleme merkezlerinde kullanılan ve genelde tezgah üzerine yerleştirilen magazinler bir çok takım alabilen sistemlerdir. (Şekil 6.3) Magazinler çeşitli şekillerde olabilirler. Bu sistemlerde takımlar ilkin magazinlere yerleştirilirler ve işlem sırası gelen takım transfer kolu ile magazinden alınır ve iş milinin kovanına yerleştirilir. (Şekil 6.4) Motor, türbin gövdeleri, dişli kutuları gibi çok takım isteyen parçalar için büyük kapasiteli tezgahlar yapılmıştır. Ancak bu tezgahlar çok karmaşık hal almakta, fiyatları önemli şekilde artmakta ve magazine takımların yerleştirme zamanı büyük ölçüde artmaktadır. Takım yerleştirme süresince tezgah durmaktadır. Ayrıca birçok takımlar ender veya çok az bir zaman kullanılmaktadır. Dolayısıyla bu çeşit magazinler ekonomik olmaktan çıkmaktadır. Bu nedenle günümüzde iki çözüme gidilmektedir. Birinci magazinler takım merkezleri şeklinde tezgahtan ayrı olarak yapılmaktadır. (Şekil 6.1). Böylece bu magazinler tezgah çalışırken yüklenebilmekte ve torna dahil bir çok tezgahta kullanılabilmektedir. 35

37 Şekil 6.3 Beş eksenli işleme merkezi Frezeleme için takım tutturma İşleme merkezleri için tipik takımlama sistemi,otomatik takım değiştirici, takım tutucular, adaptörler ve kesici takımlar olmak üzere dört ana bileşenden meydana gelir. CNC takım tezgahları için herhangi bir takımlama sistemi; Birden fazla takımı tutma kabiliyeti, Takım değiştirme zamanını kısaltmak için otomatik takım değiştirici, Değiştirilebilirlik olmak üzere üç ihtiyacı karşılamalıdır.. Otomatik Takım Değiştirici Otomatik takım değiştirici, tezgah iş miline takma ve çıkarmadan oluşan takım değiştirmenin hızlı bir şekilde yapılmasını sağlar. Takımlar, takım tezgahının otomatik takım magazininde depolanır. Takımlar, parça programının denetimi altında seçilebilir ve değiştirilebilir(şekil 6.4). 36

38 Şekil 6.4 Otomatik takım değiştirici Takım Tutucular Takım tutucular, otomatik olarak iş mili ucundaki veya dışındaki kesici takımları değiştirmeyi kolaylaştırmak için kullanılırlar. Takım tutucu, beş temel bileşenden oluşur.( Şekil 6.5 ) 1. Konik sap 2. Flanş 3. Sıkma topuzu 4. Karşılama delikleri 5. Adaptör 37

39 Şekil 6.5 Takım tutucu Konik Sap Konik gövde takım tutucunun iş mili ile aynı eksende bağlanmasını sağlar ANSI standardı, #30, #35, #40, #45, #50, ve #60 olarak tanımlanan altı temel konik gövde büyüklüğü tanımlar. Daha büyük tezgahlar, daha büyük konik gövde numarasına sahip takım tutucu kullanırlar. Gövde koniği, 7:24 oranındadır. #30 Çok küçük tezgahlar, #40 Küçük tezgahlar, #50 Orta büyüklükteki tezgahlar, #60 Çok büyük kapasiteli tezgahlar da kullanılır. Flanş Tipi Flanş, takım tutucunun takım kavrayıcı veya tezgah iş mili tarafından kavranmasına izin verir. yaygın olarak kullanılan iki flanş tipi vardır. Bunlar: V tipi flanş ve BT-tipi flanştır (Şekil 6.6.) V-tipi flanşlar, tutma topuzu için inç adımlı vida kullanır ve boyutları inç olan kesici takımları tutmak kullanılırlar. BT tipi flanşlar, tutma topuzu için metrik vida fakat bunların adaptörleri, boyutları inç olan kesici takımları tutmak içinde tasarlanabilir. BT tipi flanşlı tutucular, yaygın olarak Japonya da ve Avrupa da imal edilen işleme merkezlerinde kullanılırlar 38

40 . Şekil 6.6 Flanş çeşitleri Tutma Topuzu Tutma topuzu, takım tutucunun sağlam bir şekilde iş mili içine çekilerek iş mili çeki çubuğunun kilitlenmesine izin verir ve takım tutucuyu otomatik olarak bırakır (Şekil 6.7.) Tutma topuzları, değişik biçim ve büyüklüklerde yapılır. Bunların birbiri yerine değiştirebilir olması gerekli değildir. Sadece, takım tezgahı imalatçısı tarafından belirtilen tutma topuzları kullanılmalıdır. 39

41 Şekil 6.7 Tutma topuzu Adaptörler Adaptörler, farklı tip ve büyüklükteki kesici takımları tutabilmesi için değişik konfigürasyonlarda tasarlanır. Takım tutucular, genellikle kendi adaptör tipine göre adlandırılırlar. Çoğunlukla kullanılan adaptörler; parmak freze tutucuları, alın freze tutucuları, kılavuz tutucuları, pense tutucular, delik büyütme barası tutucuları, mors koni tutucular, jacob koni tutucular ve adi sap tutuculardır.(şekil 6.8) de takım tutucu seçim kartı gösterilmektedir. Adaptör konfigürasyonu ve büyüklünü belirten kabul edilmiş bir standart yoktur. 40

42 Şekil 6.8 Freze tezgahları için takımlama sistemi Tornalama İçin Takım Tutturma Sistemi 41

43 Tornalama için takımlama sistemi, aşağıdaki altı temel bileşenden meydana gelir. 1. Taret (döner başlık), 2. Bağlama blokları, 3. Bağlama plakaları, 4. Takım tutucular, 5. Kovanlar ve soketler, 6. Kesici uçlar veya kesici takımlar Şekil 6.9 Tornalama merkezleri için takımlama sistemi Döner başlık (taret), denetim sistemi tarafından otomatik olarak değiştirilebilen 6 dan 12 ye kadar değişen sayıda takım istasyonu kullanılmasını sağlar. Kullanılan kesici takıma bağlı olarak kesici takımı tarete bağlamak için bağlama plakaları ve bağlama blokları gereklidir (Şekil 6.9). Normalde dış çap tornalama ve alın tornalama işlemleri için, bağlama plakası kullanılır. Delik büyütme ve delme işlemlerinde ise, bağlama blokları kullanılır. Bazı tornalama merkezleri, eş zamanlı 3 eksenli (X,Z ve iş milinin açısal yönetimi) denetimi sağlar. İş mili C ekseni kadar küçük iş mili dönüşü sağlayabilir. Dönen takımla birleştirilmiş bir iş mili ekseni denetimi, tezgah hazırlığında herhangi bir yönde iş parçasını tornalama, delik büyütme, kılavuz çekme ve raybalama işlemlerine imkan sağlar. Bu tip tornalama merkezleri, dönen takımların işlenmesine imkan sağlayan eş zamanlı 3 eksenli denetime sahiptir ve genellikle frezelemeye imkan sağlayan torna tezgahı olarak adlandırılırlar. 42

44 Tornalamada dönen takımlar için takımlama sistemi 43

45 BÖLÜM 7 PARÇA TUTTURMA SİSTEMLERİ Genelde CNC tezgahlarında parça tutturmak için klasik tezgahlarda olduğu gibi tornalarda ayna, punta veya pens kullanılır (Şekil 7.1a ve Şekil 7.1b) Şekil 7.1a Tornada Pens sistemleri Şekil 7.1b Tornada ayna ile parça tutturma sistemleri 44

46 Şekil 7.2 Freze tezgahında parça tutturma sistemleri Parça freze ve işleme merkezlerinde mengene veya özel tutturma tertibatları ile tablaya tutturulur (Şekil 7.2). Ancak bu elemanlar daha hassas, daha rijit ve daha güvenilir yapılır. Ayrıca parçanın bu sistemlerde sıkma işlemi genellikle hidrolik veya pnomatik olarak otomatik yapılır. Bununla beraber özellikle freze ve işleme merkezinde özellikle karmaşık parçaların özel tutturma tertibatlarla tutturulmaları oldukça uzun zaman alır. Bu süre içerisinde tezgah çalışmaz. Ayrıca tutturma tertibatlarının tasarımı ve imalatı ayrı bir problem olarak ortaya çıkar. Bu nedenle özellikle işleme merkezlerinde parçanın tutturulması için delikli plaklar ve paletler kullanılır ( Şekil 7.3). 45

47 Şekil 7.3 Delikli plaka Parça Yükleme Sistemleri İmalat zamanını arttıran bir başka etken parçaların yükleme denilen tezgaha getirilmesi ve uzaklaştırılmasıdır. Konvansiyonel veya ileri teknoloji kullanmayan yerlerde bu işlem işçiler tarafından yapılır. İleri teknoloji (DNC, FMC, FMS) ortamında kullanılan CNC tezgahlarında programlanabilen otomatik parça (veya takım) yükleme sistemleri kullanılır. (Şekil 7.4). Bu sistemler parça yükleme ve boşaltma istasyonu denilen bir yerden alınır ve işlendikten sonra aynı yere götürülür. Bu sistemler çeşitli hareket eksenlerine sahip nümerik kontrollü olarak yapılabilir. Tezgahlarda parça yüklenmesi robotların yardımıyla da yapılabilir (Şekil 7.5). Ayrıca günümüzde özellikle küçük parçalar işleyen tezgahlarda, parça yükleme sistemi ile entegre olarak yapılır. Büyük parça veya paletlerin yüklenmesi atölyede bağımsız olarak gezebilen ve AGV denilen arabalarla da gerçekleştirilir (Şekil 7.6) 46

48 Şekil 7.4 İşleme merkezinde parça yükleme sistemi Şekil 7.5 Robot yardımı ile parça boşaltma ve yükleme 47

49 Şekil 7.6 Bir FMS sistemi 48

50 BÖLÜM 8 TALAŞ KALDIRMANIN ESASLARI Talaş kaldırma işleminden kısaca istenilen geometride parça üretmek için iş parçasından kesici takımlar aracılığı ile yani iş parçasından daha sert ve dayanımlı bir malzeme ile istenmeyen parçaların talaş kaldırılarak uzaklaştırılma işlemi olarak bahsedilebilir. CNC Frezeleme İşlemleri Konvansiyonel freze tezgahında kesme işlemleri CNC freze tezgahları ve işleme merkezleri, aşağıdaki altı çeşit işlemi icra etmek için kullanılır. Yüzey işleme, Profil işleme, Cep işleme, Kanal işleme, Delik işleme, 3-B yüzey işleme. 49

51 İşlem tipi Takım Gösterim 1. Alın frezeleme Düzlem yüzeylerin elde edilmesi Daha büyük yüzeyler için Alın frezesi Küçük yüzeyler için parmak freze 2. Profil işleme Parçanın profili çevre özelliklerinin elde edilmesi Parmak freze 3. Cep işleme Kapalı bir sınır İçindeki malzemeyi kaldırma Parmak freze 4.Kanal açma Çeşitli tipte Kanalların elde Edilmesi Parmak freze veya Kanal freze çakıları 4. Delik İşlemleri a.delik delme Matkap 50

52 b. konik havşalama Konik havşa matkabı c. silindirik havşalama Silindirik havşa matkabı d. delik büyütme Delik büyütme başlığı e. klavuz çekme kılavuz f. raybalama aha hassas ve tam dairesel delik elde etme rayba 5. 3-B yüzey işleme yüzeylerin çeşitli şekillerde işlenmesi Küresel uçlu parmak freze 51

53 CNC Tornalama İşlemleri İşlem tipi Takım Gösterim 1. Alın tornalama Çevreden merkeze Doğru tornalama Merkezden çevreye Doğru tornalama Alın tornalama takımı 2.Tornalama Yüzey elde etme a)silindirik tornalama Tornalama takımı b) Konik tornalama Tornalama takımı 3.Profil tornalama Düz ve dairesel hatlı profilleri elde etme Profil takımı 4.Vida açma Değişik vida biçimlerini Elde etme Vida açma takımı 52

54 5.Kanal açma çeşitli şekillerde kanal açma Kanal açma takımı CNC torna tezgahları ve tornalama merkezleri, genelde aşağıdaki on çeşit işlemi yapar : Alın tornalama, Profil işleme, Delme, Vida açma, Parçayı kesme, Yüzey tornalama, Kanal açma, Delik büyütme, Pah kırma, Frezeleme, Tornalama için kısa bilgiler Şekil 8.1 Torna kalemi (a) (kesici kama)üzerindeki açılar (b) Eğim açısı ve talaş 53

55 Tornalama 8.2 (a) ve Frezeleme (b) Kesme ve ilerleme hızları Tornalama sap ve kesme kısmından oluşan prizmatik bir takımla gerçekleştirilir ( Şekil 8.1). Kesme kısmı: talaş, serbest ve yardımcı serbest yüzeylerinden oluşur. Talaş yüzeyi, talaşın aktığı; serbest yüzey, parçanın işlenmiş kısmına bakan ve yardımcı serbest yüzey bu iki yüzeyi tamamlayan yüzeydir. Talaş yüzeyi ile serbest yüzeyin kesişmesi ana kesme ağzını, yardımcı yüzey ile talaş yüzeyinin kesişmesi yardımcı kesme ağzını ve bu üç yüzeyin kesişme noktası takım ucunu meydana getirir ( Şekil 8.3). Şekil 8.3 Talaş oluşumunun şematik şekli 54

56 Takım ucu sivri değil, belirli bir yarıçap ile yuvarlatılmıştır. Kesme sırasında takımın kesme kısmının geometrisi talaş açısı (γ), kama açısı (β) ve serbest açı (α) olmak üzere üç açı tarafından karakterize edilir. Bu üç açının toplamı: +β+γ=90 dir; yani sabittir. Serbest açı, serbest yüzeyin parçayla sürtünmesini önler ve genelde 4..8 arasında alınır. Dolayısıyla takımın kesme kabiliyeti γ ve β açılarına bağlıdır. Bu bakımdan küçük bir talaş açısı (büyük kama açısı ) darbelere mukavim küt bir takım meydana getirir; ancak talaş açısı küçük olduğundan takım malzemeye zor nüfus eder talaş rahatlıkla akamaz ve büyük kuvvetler meydana gelir. Bu takımlar genelde kaba talaş kaldırmada kullanılır. Büyük bir talaş açısına (küçük kama açısına) sahip takımlar; malzemeye kolaylıkla nüfus ederler, talaş rahatlıkla akabilir, kesme kuvvetleri düşük olur ancak takım darbelere dayanmaz. Bu çeşit takımlar son pasoda ince talaş kaldırmak için kullanılırlar. Şekil 8.4 Torna kalemlerinde kesme yönü (Sağ kalem, Nötr kalem,sol kalem) Kesici Takım Malzemeleri Kesici Takım malzemesinin üç önemli özelliği vardır. Bunlar : 1. Aşınma direnci (çeşitli aşınma mekanizmalarına karşı direnç), 2. Tokluk (enerji yutma kabiliyeti ve basma yükü altında çatlama olmaksızın plastik şekil değiştirmeye dayanma), 3. Sertlik (yüksek sıcaklıkta sertliğini ve dolayısıyla kesme verimini muhafaza etme ve gerilimlere karşı direnç gösterme kabiliyetidir). CNC tezgahlarda kullanılan genel kesici takım malzemeleri, yüksek hız çeliği (HSS) sementik karbürler, sermetler, seramikler, çok kristalli elmas ve bor nitrürdür. 55

57 Çeşitli Kesici Takım Malzemelerinin Özellikleri ve Uygulama Alanları Şekil 8.5 Çeşitli biçimlerdeki parmak frezeler Şekil 8.6 ilk iki şekil merkezden diğerleri delik merkezli tipteki parmak frezeler Şekil 8.7 Elmas uçlar 56

58 Şekil 8.8 Torna kaleminin işaretlenmesi Kesme takımlarının sahip olması gereken en önemli özelliklerinden biri, kesme işlemi sırasında oluşan yüksek sıcaklıklarda sertliğini korumasıdır. Takım malzemesi teknolojisinde yapılan araştırmalar daha yüksek sıcaklıklarda sertlik kaybolmaksızın kesme şartlarını koruyabilen daha iyi kesme takım malzemesi ortaya çıkartmıştır. Kesme takım malzemesinin evrimi karbon çelikli takımla (1900 yıllarında) 100 dakikada tamamlanabilen işleme operasyonu, 1980 lerde geliştirilen modern, çok kaplamalı karbit malzemelerle bir dakikanın altında tamamlanabilir. CNC lerde kullanılan en yaygın kesme malzemeleri HSS, sinterlenmiş karbürler, seramikler, CBN ve çok kristalli elmaslardır. HSS, %5-%20 arasında tungsten içeren bir çelik alaşımıdır. Özellikle küçük çaplı matkaplarda ve freze kesici takımları için yaygın kesme takım malzemesidir. Sert olmasına rağmen HSS 650 C civarında sertliğini kaybeder. Bu özellikte, yüksek kesme hızlarının (böylece de yüksek kesme sıcaklıkları) karşılaşıldığı CNC 57

59 uygulamalarındaki etkinliğini sınırlar. Kaplamalı HSS kesme takım malzemelerindeki gelişmeler sertlik ve ilk HSS in düşük güçlü kesme karakteristiğini sunar. İşleme performansı sert kaplama tekniklikleri, geliştirilmiş sertleşme ve temperleme prosesiyle arttırılır. Kimyasal proses sert metalik nitrürlü yüzey kaplama malzemesinin HSS yüzeyini kaplamasını sağlar. Buna bir örnek titanyum nitrür kaplı HSS li takımlardır. Sinterlenmiş karbürler CNC lerde kullanılan en popüler kesme takım malzemeleridir. Sinterlennmiş karbürlerin performansı kullanılan ana malzemelerin sertliğinden gelir. Çok tok mükemmel kenar aşınma direnci verir. Uygulama alanı demir esaslı herhangi bir malzeme, çelik, paslanmaz çelik, yüksek sıcaklık alaşımları, demir dışı metaller ve metal olmayan malzemelerin kaba ve bitirme işlemleridir. HSS ten daha yüksek kesme hızına ve kaplanmış karbürlerden daha tok bir yapıya sahiptir. PVD kaplanmış sementit karbür çalışma esnasında çok tok, ısıl darbelere karşı iyi bir direnç ve krater aşınması direnci, yüksek kenar dayanımı, kesme kenarında yığılmaya karşı mükemmel bir gösterir. Uygulama alanı olarak çelik, yüksek sıcaklık alaşımları, paslanmaz çelik, işlenmesi zor malzemeler, alüminyum karbonlu ve alaşımlı çeliklerin işlenmesidir. Kaplanmamış takımlarla karşılaştırıldığında takım ömründe kayıp olmaksızın işleme hızında % 15 e varan artış sağlar. Sermet malzeme aşınmaya, darbeye ve ısıya mükemmel bir direnç gösterir. Kullanım alanı olarak temper döküm, karbonlu çelikleri alaşımlı çelikler ve alüminyum alaşımları üzerindeki bitirme işlemlerinde kullanılır ve geleneksel karbür kalitelerine göre 20 kez kadar daha fazla takım ömrüne sahiptir. Seramikler (alüminyum oksit esaslı) yüksek sertlik ve mükemmel kimyasal aşınma direncine sahiptir. Kullanım alanı dökme demir ve çeliklerin yüksek hızda kaba ve son işlemesi içindir ve yüksek işleme hızlarında daha iyi son işlemeler elde edilir. Seramikler (silisyum nitrür esaslı) yüksek sertlik, çatlamaya karşı yüksek tokluk ve yüksek ısıl darbe direncine sahiptir. Uygulama alanı dökme demirler üzerinde kaba ve son işlemler içindir m/dak ya kadar ve daha yüksek işleme hızları elde edilir. Çok kristalli elmas (PCD), elmas sertliğine sahip tokluk mükemmel aşınma direncine sahiptir. Alüminyum ve diğer yumuşak veya aşındırıcı demir dışı veya metalik olmayan malzemeler üzerinde kaba-bitirme işlemleri içindir. Ömrü karbür takım ömründen hatta yüksek silikonlu alüminyumdan 30 kez daha iyidir. Kübik bor nitrit (CBN) olağanüstü bir sertliğe, mükemmel aşınma direncine ve mekanik darbe direncine sahiptir Rc ( BHN) de sertleştirilmiş demir esaslı malzemeler üzerinde yüksek hızda işlemeye sahip karbürlere göre çok fazla kesici kenar ömrüne sahiptir. Bu özelliği yüksek maliyetli alternatif taşlama işlemlerine ihtiyacı ortadan kaldırır.(şekil 8.9) 58

60 Şekil 8.9 Kesici takım malzemeleri 59

61 ANSI ve ISO Karbür Kaliteleri Sınıfları Karbür kesici takımlarının sınıflandırılmasında iki yaygın sistem kullanılmaktadır. ANSI sistemi ve ISO sistemi. ANSI Sistemi ANSI karbür kalite sistemi, ilk defa ABD Otomotiv Sanayiinde kullanılmaya başlandı ve daha çok ABD de kullanılmaktadır. U.S.C- sistemi olarak da adlandırılır. Karbür kalitelerini göstermek için C harfiyle birlikte 1 den 8 e kadar sayı kullanılır. ISO sisteminde ise harfle birlikte 2 rakam kullanılır. Karbür takımlar, iki ana kategoride sınıflandırılır. Birinci kategori, sert ve çok iyi aşınma direncine sahip olan sadece tungsten karbürlerden (ISO K sınıfı) oluşmuştur. Bunlar, dökme demir, demir dışı metaller ve aşındırıcı bazı metalik olmayan malzemeleri işlemeye çok uygundur. İkinci kategori tungsten ve tantalyum veya titanyum karbürün kombinasyonlarını ihtiva eder. Bu karbürler genellikle çeliklerin işlenmesinde kullanılır. Çelikleri işlemek için tungsten karbür kullanıldığında ciddi bir problem olan krater aşınmasın karşı daha fazla direnç sağlanmış olur. ISO Kalite Sistemi ISO kalite sistemi, Avrupa da geniş şekilde kullanılan ISO (E) standardını esas alır. Harfler veya bu harflere karşılık gelen renkleri ihtiva eden üç ana kategori kullanılır: P (mavi), M (sarı) ve K (kırmızı) dır. P Kategorisi : Çelik, çelik döküm ve uzun talaş veren demir esaslı metallerin işlenmesi için M Kategorisi : Östenitik/ferritik/martensitik/paslanmaz çeliklerin, çelik dökümleri manganlı çeliklerin, alaşımlı dökme demirlerim, otomat çeliklerinin, uzun veya kısa talaş veren demir esaslı metallerin, demir dışı metallerin işlenmesi için. K Kategorisi : Dökme demir, kokil dökme demir, kısa talaş veren demir esaslı metallerin (temper döküm), demir dışı metallerin, metalik olmayan malzemelerin işlenmesi içindir (Şekil 8.10). 60

62 Şekil 8.10 Kesici takım malzeme cinsinin süneklilik-aşınma arasındaki ilişki ile plaketlerin sınıflandırılması Kesici takım malzemelerinin çeşitli tipleri ve kaliteleri için ISO ve ANSI kalite sistemlerinin her ikisinde hassas olmadığına dikkat edilmelidir. Bunlar özel uygulamalar için sadece kesici takım malzemelerinin seçiiminde genel bir rehber olarak kılavuzluk eder. Kesici takım imalatçıları, genellikle kendi ürünleri için ANSI ve ISO eşdeğer kalitelerini belirten kendi kalite sınıflandırma sistemlerini kullanırlar. Kesici Takım Malzemesinin Seçimi Özel bir işleme uygulanması için uygun kesici takım malzemesi seçimi, artan verimlilik, gelişmiş kalite ve azalan maliyeti içine alan önemli faydalar sağlayabilir. 61

63 DIN 4983 e göre Standart mekanik sıkmalı torna katerleri 62

64 DIN 6261 e göre standart delik katerleri 63

65 Kısa ve uzun talaş veren malzemeler için freze tipleri 64

66 Kaba ve hassas işlemeler ile kasetli mekanik sıkmalı frezeler 65

67 66

68 Plaket aşınması ve dayanma süresi Freze plaketlerin aşınması 67

69 Çeşitli torna ve freze kesici takımları 68

70 BÖLÜM 9 KOORDİNAT SİSTEMİ CNC tezgah ve sistemlerde takım yolları bir koordinat sistemi referans alınarak matematiksel bağıntılarla ifade edilir. Bu nedenle gerek programlamada, gerekse tezgahların çalışmasında koordinat sistemi önemli bir yer tutmaktadır. Bilindiği gibi sıfır değeri olan bir noktadan geçen, belirli ölçekle taksim edilen ve eksen adını taşıyan çizgilere koordinat sistemi denilir. Eksenler birbirine dik olduğu durumda sisteme kartezyen koordinat sistemi denilir (Şekil 9.1). Koordinat sistemi tek bir düzlemi ifade eden iki eksenli veya üç düzlemi gösteren üç eksenli olabilir (Şekil 9.2). İki eksenli koordinat sisteminin eksenleri X,Y; Y,Z veya X,Z; üç eksenli sisteminin eksenleri X,Y,Z şeklinde ifade edilir. CNC sistemlerde koordinat sisteminin orijinine sıfır noktası da denilir. Bunun yanı sıra iki düzlemde, nokta konumunu uzunluk ve açı ile veren polar; üç boyutlu sistemlerde silindirik ve küresel koordinat sistemleri kullanılır. Şekil 9.1 deki koordinat sistemi esas olarak alınırsa herhangi bir noktanın koordinatları 1. çeyrekte ikisi de pozitif (+X,+Y); 2. çeyrekte X negatif, Y pozitif (-X,+Y);3. çeyrekte X negatif, Y negatif(-x,-y); 4. çeyrekte X pozitif, Y negatif (+X,-Y) dir. CNC tezgah ve sistemlerde: tezgah, parça, takım olmak üzere üç ayrı koordinat sistemleri vardır. Bu koordinat sistemlerinin orijinlerine; tezgaha ait olanına tezgah sıfır noktası, parçaya ait olanına parça sıfır veya program referans; takıma ait olanına takım sıfır noktası denilir. Bu noktalar freze ve işleme merkezleri için Şekil 9.4 de, torna için Şekil 9.5 ve 9.6 de verilmiştir Şekil 9.1 Kartezyen koordinat sistemi 69