5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS 09), 13-15 Mayıs 2009, Karabük, Türkiye BAĞLAMA KALIPLARI TASARIMINDA BAĞLAMA ELEMANLARININ SEÇİMİ İÇİN CAD SİSTEMLERİNİ DESTEKLEYİCİ BİR BİLGİSAYAR PROGRAMININ GELİŞTİRİLMESİ DEVELOPMENT OF A COMPUTER PROGRAM FOR SELECTION OF CLAMPING COMPONENTS AT FIXTURE DESIGN TO AID CAD SYSTEM Ayşe DANIŞ a ve Kerim ÇETİNKAYA b, * a K.Ü.Teknik Eğitim Fakültesi, Karabük, Türkiye, danisayse@hotmail.com b, * K.Ü. Teknik Eğitim Fakültesi, Karabük, Türkiye, kcetinkaya@karabuk.edu.tr Özet Bağlama kalıbı tasarımı geometrik büyüklükler, boyut, tolerans, imalat işlemleri dikkate alınmasından dolayı karmaşık işlemleri içerir. Günümüzde pek çok ticari firma bağlama kalıpları için hazır bağlama ve sıkma elemanları üretmektedir. Bu çalışma bağlama kalıpları tasarımında, bağlama elemanları seçimi için AutoLISP fonksiyonları kullanılarak geliştirilen CAD sistemlerini destekleyici bir bilgisayar programını tanımlar. Avrupa nın en önde gelen modern sıkma ve bağlama elemanları üreticisi olan Andreas Mailer Firmasının (AMF) ve Türkiye nin konusunda lider olan KAMA Pres Anonim Şirketinin (KAMA) kataloglarından yararlanılarak bu program hazırlanmıştır. Bağlama elemanları seçiminde dört farklı eleman çeşidi dikkate alınmıştır. Bunlar; Elle Kumandalı Bağlama Elemanları, Mekanik Bağlama Elemanları, Pnömatik Bağlama Elemanları, Çevirme Kolları ve Tutamaklardır. Anahtar kelimeler: Bağlama Elemanları, AutoLISP Abstract Design of fixture dies is very complex process due to considering geometrical parameters, sizes, tolerances, manufacturing processes. Recently, many companies produce fixturing and clamping components for fixture dies due to need of these components frequently. The main purpose of this paper is to develop a software which supports Computer Aided Design (CAD) systems with AutoLISP function that chosing fixturing and clamping components for fixture dies. The designed software is based mainly on Andreas Mailer Firm (AMF) catalogue, and KAMA Press Company catalogue. It consists of four different components: Manual Clamping Components, Mechanical Clamping Components, Pneumatic Clamping Components, Rotation and Handle Components. Keywords: Fixturing Components, AutoLISP 1. Giriş Geleneksel (freze, tel erezyon, matkap, vargel) ve CNC tezgahlarında (torna, freze, tel erezyon, elektro erezyon, hassas delik delme) iş parçalarını işlemede, ölçme ve kontrol yöntemlerinde montaj ve kaynak işlemlerinde, seri üretim yöntemlerinde, taşıma sistemlerinde v.s. iş bağlama kalıp ve aparatları kullanılır. Bu aparatlar tornalama, frezeleme, delme kalıpları olarak da adlandırılır. Bağlama kalıbının esas fonksiyonu iş parçasının hızlı bir şekilde sabitlenip sökülmesidir. Delme kalıplarındaki kesici takımın klavuzlanması için klavuz burçlar kullanılır. Kalıp öncelikle takım tegahının yada motor, kaynak, taşlama, ölçme kontrol gibi cihazların tablasına uygun konumda bağlanır. Kalıp bağlamada genellikle bağlama elemanları (cıvata, somun) kullanılır. İş parçasının kalıba bağlanmasında destek ve sabitleme-bağlama elemanları kullanılır. Destek elemanları olarak uluslararası standartlaştırılmış bağlama elemanları kullanılabildiği halde sabitleme-bağlama elemanlarında daha yaygın, firma-işletme standartları kullanılmaktadır. Literatürde, iş parçalarının yerleşimi ve bağlanması üzerine birçok çalışma yapılmıştır. W. Lia, Peigen Lia ve Y. Rongb, çalışmalarında hareketli bağlama tasarımı üzerindeki araştırmaların genel durumunu, unsur tabanlı bağlama tasarımı alanındaki başarıları ve başarısızlıkları incelemişlerdir[1]. F. Mervyn, A. Senthil Kumar, S.H. Bok ve A.Y.C. Nee, Internet tabanlı interaktif bağlama tasarım sistemi geliştirmişlerdir. Bu sistemde XML dosyası oluşturulmaktadır. Bu dosyada iş parçasının poligonlarına ayrılmış modelinin ve bağlama elemanlarının bilgileri bulunmaktadır[2]. A. Senthil Kumar, J.Y.H. Fuh, T.S. Kow çalışmalarında, CAD tabanlı yöntem bilim kullanımı ile otomatik modüler bağlama sistemi geliştirmişlerdir. Sistem parçanın bağlama noktalarının tespitini otomatik olarak yapmaktadır[3]. İş bağlama aparatları tasarımında, litratürde AutoCAD Programı üzerinde AutoLISP Programlama Dili kullanılmıştır. Özellikle uzman sistemler üzerine yapılan çalışmalarda yaygın olarak AutoLISP Programlama Dili kullanılmaktadır. S. Kumara, R. Singh, Ardışık kalıp elemanları için malzemelerin seçilmesinde yapay zeka sistemini AutoLISP programlama dilinde yazılmışlardır [4]. S. Kumara, R. Singh, Metal şekillendirme pres takımı kalıbının seçimi için uzman bir sistemi, AutoLISP Programlama Dili kullanarak tasarlamışlardır[5]. D.H. Park, Prasad K.D.V. Yarlagadda, elips şekilli eksenel simetrik olmayan derin çekme ürünleri için yüzey alan hesaplama sistemini AutoLISP programlama dili kullanılarak oluşturmuşlardır[6]. Bu çalışmada K. Çetinkaya ve H. Başak ın Uygulamalı AutoLISP ve DCL ile Programlama adlı kitabından [7] ve IATS 09, Karabük Üniversitesi, Karabük, Türkiye
M.Ş. Demiryürek in AutoLISP fonksiyonlarını kullanarak hazırladığı programlardan yararlanılmıştır[8]. Endüstride üretim kontrol ve taşıma işlemi sırasında iş parçalarını yerleştirmek ve uygun pozisyonda sıkıca bağlamak için kullanılan bağlama kalıplarında, sabitlemebağlama elemanları olarak Elle Kumandalı, Mekanik, Pnömatik Bağlama Elemanları, Çevirme Kolları ve Tutamaklar olarak 4 grupta incelenmiştir. Elle Kumandalı ve Mekanik Bağlama Elemanları en az güç harcanarak azami tutma, itme ve çekme gücü sağlar. Parçayı doğru konumda sabit tutmak için kullanılırlar. Pnömatik (havalı sistem) Bağlama Elemanları ise işçilikten ve zamandan tasarruf sağladığından tercih edilen bir bağlama elemanıdır[9]. 2. CAD Programlarında Yer Alan Bağlama Elemanları Autodesk Mechanical Desktop programında, Content 3D/Fasteners menüsünden; cıvata, rondela, somun, pim, Content 3D/Shaft Components menüsenden kama, Content 3D/Springs menüsünden yay, seçimi yapılarak çizim için gerekli parametrelerin girilmesi ile bağlama elemanlarının 3 Boyutlu (3B) modelleri oluşturulabilmektedir (Şekil 1). Autocad Mechanical Desktop programında, 2 Boyutlu cıvata, rondela, somun, pim, kama ve yay çizimi yapılabilmektedir. Çizimlere Content 2D menüsü kullanılarak ulaşılabilmektedir. Content 2D seçimi sonucunda, Şekil 1 de verilen ekranların aynısı gelmektedir. İstenilen bağlama elemanın seçimi için gerekli parametrelerin girilmesi sonucunda 2 Boyutlu (2B) çizimler oluşturulabilmektedir. Pim Boyutları Kelebek Çap =φ10 mm Somun Uzunluk =30 mm Boyutları M16 Şekil 2. Pim Modeli Şekil 3. Somun 2 Boyutlu Görünüşü Autodesk Inventor Programında; Design Accelerator menüsünden; cıvata, kama, yay ve pim gerekli parametrelerin girilmesi sonucu bağlama elemanlarının 3 Boyutlu modellerini oluşturulabilmektedir (Şekil 4, Şekil 5). Yay Boyutları D =30 mm d =6 mm L=80 mm Şekil 5. Yay Modeli Şekil 4. Autodesk Inventor Programı Kütüphanesi Solid Work Programında; cıvata, kama, somun, pim ve rondela gibi bağlama elemanları modellenebilmektedir. Desing Library / Toolbox seçimi sonucunda Şekil 6 da gösterilen menüden bağlama elemanı seçimi yapılabilir. Şekil 7. Cıvata Modeli Kama Boyutları Mil çapı=12 mm Genişlik=5 mm Yükseklik=3 mm Uzunluk=10 mm Şekil 8. Cıvata Modeli Şekil 6. Solid Works Kütüphanesi Cıvata Boyutları M16x40 Catia V5 Programında; Tools/Mechanical Standart Parts/ISO Catalog menüsü seçimi ile cıvata, kama, somun, pim ve rondela seçimi yapılacak tablo gelir. Bu tablo üzerinden seçilen bağlama elemanın çeşitleri ve boyutları tablo olarak gelmektedir. İstenilen boyutların seçimi sonucuna bağlama elmanın 3 Boyutlu modeli ekrana gelmektedir. Şekil 1. Autodesk Mechanical Desktop Programı Kütüphanesi
Rondela Boyutları d = 10 mm D= 20 mm Şekil 10. Rondela Modeli Şekil 9. Catia V5 Kütüphanesi CAD programlarında bağlama elemanları cıvata, somun, pim, yay ve kama ile sınırlıdır. CAD programlarının çoğunda 3 Boyutlu olarak istenilen boyutlarda ve standartlarda bu bağlama elemanları modellenebilmektedir. Elle Kumandalı Bağlama Elemanları, Mekanik Bağlama Elemanları, Pnömatik Bağlama Elemanları, Çevirme Kolları ve Tutamak tasarımları incelenen CAD programlarda yer almamaktadır. Şekil 12. Elle Kumandalı Bağlama Elemanları Çeşitleri Seçim Ekranı Gelen menüden istenilen bağlama elemanı çeşidi seçilir. Şekil 12 de, Dik Bağlama Elemanlarının seçimi yapılmıştır. Diğer seçeneklerin seçiminde de benzer ekranlar gelmektedir. Gelen ekranda 6800 den 6806 serisi seçenekleri görülmektedir. 3. Geliştirilen Program AutoLISP programlama dili kullanılarak AutoCAD 2008 ve diğer versiyonlarını destekleyen bağlama elemanlarının çizimlerinin hazır olarak AutoCAD ortamına aktarılmasını sağlayan bir program geliştirilmiştir. Bu çalışma AMF ve KAMA kataloğu üzerinden yapılmıştır. AMF sipariş numarası kullanılarak çizimlere ulaşılabilmektedir. Komut satırına AMF yazarak program başlatılır. Gelen ekranda, Şekil 11 de gösterildiği gibi, 4 seçenek bulunmaktadır. 3.1 Elle Kumandalı Bağlama Elemanları Şekil 13. Dik Bağlama Elemanları 6800-6806 Serisi Seçim Ekranı Örneğin 6800 serisinin seçimi yapılmıştır. Gelen Ekranda Boyutlar ve Özellikler görülebilmektedir. Bağlama elemanı; özellikleri, boyutları veya sipariş numarasına göre seçilebilir (Şekil 14). Şekil 11. Bağlama Elemanları Programı Seçim Tablosu Elle Kumandalı Bağlama Elemanları seçildiğinde; Şekil 12 de gösterilen menü gelmektedir. Elle Kumandalı Bağlama Elemanlarını 4 çeşidi bulunmaktadır. Şekil 14. Dik Bağlama Elemanları Özellik ve Boyutları
Seçim sonucunda, OK butonuna basılarak AutoCAD ortamında istenilen yere tıklanarak bağlama elemanının üç görünüşü ve modeli otomatik olarak 1/1 ölçekte oluşturulabilmektedir. (Şekil 15) Şekil 15. Dik Bağlama Elemanı Teknik Resim Görünüşleri Şekil 19. Mekanik Bağlama Elemanları 6314V-6321 Serisi Seçim Ekranı Seçimler sonucunda Şekil 20 de gösterilen menü ekrana gelir ve Mekanik Bağlama Elemanlarının tüm özelliklerine ulaşılabildiği gibi, çizimine de kolaylıkla ulaşılabilmektedir. Şekil 18 de Vidalı Sıkma Elemanı seçimi yapılmıştır. Şekil 19 de 6314V serisi seçilmiştir. Diğer seçeneklerin seçimi sonucunda da benzer ekran gelmektedir (Şekil 20). Şekil 16. Torna Bağlama Kalıbı Elle Kumandalı Yatay Bağlama Elemanı kullanılarak tasarlanan torna bağlama kalıbı modeli Şekil 16 da gösterilmiştir. 3.2. Mekanik Bağlama Elemanları Şekil 20. Mekanik Bağlama Elemanları Özellik ve Boyutları Seçim sonucunda, OK butonuna basılarak AutoCAD ortamında istenilen yere tıklanarak bağlama elemanının üç görünüşü ve modeli otomatik olarak 1/1 ölçekle oluşturulabilmektedir (Şekil 21). Şekil 17. Bağlama Elemanları Programı Seçim Ekranı Bağlama elemanları programı seçim ekranında Mekanik Bağlama Elemanları seçimi sonucunda (Şekil 17), Vidalı Bağlama Elemanları ve Sıkma Pabuçları olarak 2 seçenek ekrana gelmektedir (Şekil 18). Şekil 21. Mekanik Bağlama Elemanı Teknik Resim Görünüşleri Şekil 18. Mekanik Bağlama Elemanları Seçim Ekranı
3.3. Pnömatik Bağlama Elemanları Şekil 25. Pnömatik Bağlama Elemanları Özellik ve Boyutları Seçim sonucunda, OK butonuna basılarak AutoCAD ortamında istenilen yere tıklanarak bağlama elemanının üç görünüşü ve modeli otomatik olarak 1/1 ölçekle oluşturulabilmektedir (Şekil 26). Şekil 22. Bağlama Elemanları Programı Seçim Ekranı Pnömatik Bağlama Elemanları seçiminde Dik Pnömatik Bağlama Elemanları ve Ağır İş Tipi Dik Pnömatik Bağlama Elemanları olarak 2 seçenek gelmektedir (Şekil 23). Dik Pnömatik Bağlama Elemanlarının seçimi sonucunda 6850-6820 serisi gelmektedir (Şekil 24). İstenilen serinin seçimi sonucunda diğer bağlama elemanlarını seçiminde olduğu gibi tüm özelliklerin bulunduğu ekran gelmektedir ve çizimlere bu ekran üzerinde ulaşılabilmektedir (Şekil 25). Şekil 26. Pnömatik Bağlama Elemanı Teknik Resim Görünüşleri 3.4. Çevirme Kolları ve Tutamaklar Şekil 27. Bağlama Elemanları Programı Seçim Ekranı Şekil 23. Pnömatik Bağlama Elemanları Seçim Ekranı Bağlama Elemanları Programı Seçim Ekranında (Şekil 27) Çevirme Kolları ve Tutamakların seçimi sonucunda; gelen ekrandan çevirme kolları ve tutamak çeşitleri seçilebilmektedir (Şekil 28). Şekil 24. Dik Pnömatik Bağlama Elemanları 6850-6820 Serisi Seçim Ekranı Şekil 28. Çevirme Kolları ve Tutamakları Çeşitleri Seçim Ekranı Şekil 28 de Tutma Kafaları ve Vidalı Tutma Elemanları seçilmiştir. Tutma Kafaları ve Vidalı Tutma Elemanları Seçim Ekranında, çeşitli seçenekler bulunmaktadır. Diğer seçeneklerin seçimi sonucunda da benzer ekranlar gelmektedir. Şekil 29 da Tapa seçilmiştir ve gelen tabloda Tapa nın çeşitleri ve boyutları görülebilmektedir (Şekil 30). OK tuşuna basıldığında Şekil 31 deki tapa çizimi ekrana gelmektedir.
görünüşleri sadece web sitesinde yayınlanmaktadır[9]. Çevirme kolları ve tutamakları KAMA firma kataloğunda ve web sitesinde bulunmaktadır[11]. Kullanıcılar ve tasarımcılar için farklı boyutlarda elemanların ölçüleri katalog içerisinde tablolaştırılmıştır. Şekil 29. Tutma Kafaları ve Vidalı Tutma Elemanları Seçim Ekranı Bu çalışmada hazırlanan programın en önemli avantajı bağlama elemanları çizimlerine, çok kısa zamanda ulaşılabilmektedir. Kullanıcıyı yormayan karmaşıklıktan uzak, oldukça basit bir arayüz tasarlanmıştır. Seçimler yapılırken tüm özellikler, boyutlar, bağlama elemanının uyguladığı kuvvetler görülebilmektedir. Teknik resim kurallarına uygun olarak çizimler yapılmıştır. 3 görünüş ve aynı zamanda 3 Boyutlu (3B) model bir arada verilmiştir. AutoCAD ortamına çizimler 1/1 ölçekle gelmesi sağlanmıştır. ER-EL ve FİKSSAN firmalarının hazırladığı web sitesinde ise, bağlama elemanlarının tüm özellikleri ve teknik resim Kaynaklar [1]. Lia, W., Lia, P. and Rongb, Y., Case-Based Agile Fixture Design, Journal of Materials Processing Technology 128, 7 18, 2002. [2]. Mervyn F., Senthil Kumar, A., Bok, S.H. and Nee, A.Y.C, Development Of An Internet-Enabled Interactive Fixture Design System, Computer-Aided Şekil 30. Tutma Kafaları ve Vidalı Tutma Elemanlarının Design 35, 945 957, 2003. Özellik ve Boyutları [3]. Senthil Kumar, A., FUH, J.Y.H. and Kow, T.S., An Automated Design And Assembly Of Interference- Free Modular Fixture Setup, Computer-Aided Design 32, 583 596, 2002. [4]. Kumar, S. and Singh, R., A Short Note On An Intelligent System For Selection Of Materials For Şekil 31. Tapa Teknik Resim Görünüşü Progressive Die Components, Journal Of Materials Processing Technology 182, 456 461, 2007. [5]. Kumar, S. and Singh, R., An Intelligent System For Selection Of Die-Set Of Metal Stamping Press Tool, Journal Of Materials Processing Technology 164 165, 1395 1401, 2005. Tutma [6]. Park, D.H. and Prasad K.D.V. Yarlagadda, Industrial Tutma Kolu Tutamak Döndürme Kafası Vidalı Application Of Surface Area Calculating System Çarkı (SACS) In Non-Axisymmetric Deep Drawing Process, Journal of Materials Processing Şekil 32. Çevirme Kolları ve Tutamak Resimleri Technology 164 165, 1578 1583, 2005. [7]. Çetinkaya, K., Başak, H., Uygulamalı AutoLISP ve Şekil 32 de Çevirme Kolları ve Tutamaklardan örnekler DCL ile Programlama, Seçkin Yayıncılık, 2000. verilmiştir. [8]. Demiryürek, M.Ş., www.autocadokulu.com, 2009. [9]. http://www.fikssan.com, 2009. 4. Tartışma ve Sonuç [10]. http://www.amf.de, 2009. [11]. http://www.kama.com.tr, 2009. AMF firmasının web sitesinde, bağlama elemanlarının tüm özelliklerine ulaşılabilmektedir[10]. Katalog içerisindeki CD de bağlama elemanlarının modellerinin veya çizimlerinin farklı formatlarda (DWG, IGES, DXF vs.) kaydedilmesine olanak sağlayan birçok seçenek sunulmuştur. Çizimlerin istenilen CAD programlarında 3 Boyutlu (3B) veya 2 Boyutlu (2B) olarak açılmasına olanak veren programın en büyük dezavantajı zaman kaybıdır. Seçilen bağlama elemanı görünüşleri ve 3 Boyutlu (3B) modeli ayrı ayrı kaydedilmektedir. Yani bir bağlama elemanının 3 görünüşüne (ön-üst-sol) ve modeline ulaşabilmek için 3 farklı sayfanın kaydedilmesi gerekmektedir.