www.teknolojikarastirmalar.org ISSN:1304-4141 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2005 (3) 47-57 TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Teknik Not Bilgisayar Destekli İmalatta (Cam), Cam Programı Kullanılarak Parça İmalatının Gerçekleştirilmesi Remzi VAROL, Bekir YALÇIN, Nihat YILMAZ *Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, 32260, Isparta **Süleyman Demirel Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü, 32260, Isparta ÖZET Bilgisayar ve bilişim teknolojisindeki gelişmelerin imalat teknolojilerindeki yansımaları; Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD), Bilgisayar Destekli İmalat (CAM), Esnek İmalat (FM) ve nihayetinde Bilgisayar Tümleşik İmalat (CIM) sistemlerini ortaya çıkarmıştır. İmalattaki otomasyon ve esneklik, yalnızca üretim miktarını ve kaliteyi arttırmamış aynı zamanda maliyet ve üretim zamanını da azaltmıştır. İleri İmalat uygulamalarının en geniş uygulama alanı olan talaşlı imalat alanında da, bilgisayar destekli teknolojiler oldukça hızlı gelişmiştir. Bu gelişmelerle tamamen operatör kontrollü takım tezgahlarının yerini, daha az insan müdahalesi gerektiren Bilgisayar Kontrollü (CNC) takım tezgahları ve sistemleri almıştır. İleri imalat teknolojilerinin hedefi, tasarımı insan tarafından yapıldıktan sonra insan müdahalesini en aza indiren, otomasyon sistemlerinin geliştirilmesidir. Bu alanda, araştırmalar CNC takım tezgahlarında verimliliği arttırmak ve otomasyon için, CAM programı yazılımları üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu çalışmada, Autocad 2002 programında örnek bir kalıp tasarımı yapılmıştır. Bu kalıbın CNC işleme merkezinde imalatı için, Power MİLL CAM programı kullanılarak takım yolu oluşturulmuştur. Sonuç olarak, bilgisayar destekli imalatta CAM programı kullanımı ile parça imalatı simülasyonu detaylı olarak açıklanmıştır. Anahtar kelimeler : Esnek imalat, CAM programı,, Simülasyon. 1. GİRİŞ Günümüzde bilgisayar ve bilişim alanındaki gelişmeler, diğer alanlardaki teknolojik gelişmeleri ve rekabeti hızlandırmıştır. Bu etkili rekabet ortamlarında işletmelerin varlığını devam ettirebilmesi için; hızlı değişen müşteri ihtiyaçlarına kaliteli, düşük maliyetli ürünler veren, çevik-esnek otomasyon üretim sistemlerini kullanmaları gerekmektedir. Modern üretim sistemleri, bir ürünün üretilmesi için tasarım aşamasından başlayarak her adımda bilgisayar ve bilgisayar kontrollü sistemlerin kullanılmasını öngörmektedir. Bilgisayar teknolojinin üretim alanına yansıması, Bilgisayarlı Sayısal Denetim (CNC), Esnek İmalat Sistemleri (FMS) ve Bilgisayar Destekli Tasarım/Mühendislik/Üretim (CAD/CAM/CAE) sistemleri, kısaca bunların tümünü kapsayan Bilgisayar Bütünleşik Üretim (CIM) ile gerçekleşmiştir. CIM geniş anlamda; ihtiyaç olarak mühendisin önüne gelen bir ürünün, kavramsal tasarımından başlayarak, fiziksel ürün olarak elde edilmesine kadar, hammadde planlaması, geometrik tanımlama, kinematik ve mekanik analiz, benzetim, montaj, imalat süreçleri, kalite kontrol süreçleri, dokümantasyon ve ürünün tüketiciye ulaştırılmasını içeren tüm aktivitelerin, bilgisayar donanım ve yazılımlarıyla gerçeklenmesi ve kontrolünün yapılmasın ifade eder [1]. Bunların yanında finansman sağlama, imalat yönetimi, pazarlama ve stratejik planlama işlevleri de şirketin hedeflerine ulaşmasında önemli rol oynayan yapı taşlarıdır ve CIM sisteminin içinde yer almaktadır [2]. Küçük ölçekli işletmelerin çok fonksiyonlu bu sistemin tamamını uygulaması-kullanması gerekli ve mümkün olmayacaktır. Ancak bu
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2005 (3) 47-57 Bilgisayar Destekli İmalatta (Cam), Cam Programı Kullanılarak yolda ileri doğru atılacak her adım, gelişen ve değişen şartlarda ayakta kalabilmek için zorunlu hale gelmiştir. İşletmeler hedeflerine göre bu sistemi uygun düzeyde uygulamalıdır. Örneğin, makine imalat teknolojileri açısından, klasik takım tezgahlarının yerine CNC tezgahların kullanımı bugün bu alanda çalışan tüm işletmeler için bir başlangıç noktası olurken, bu tezgahlardan beklenen verimin sağlanması için uygun CAD/CAM yazılımlarının kullanımı da bir sonraki adım olarak zorunlu görülmektedir. Ancak, işlenecek parça sayısı, üretim hızı, işletme hedefleri gibi faktörler göz önüne alınarak bir fizibilite çalışmasından sonra CNC tezgah-kontrol sistemi ve buna uygun CAD/CAM yazılımlarının seçimi yapılmalıdır. Üretim otomasyonunun yapısal olarak sağlanabilmesi için CNC, FMS, PLC ve CAD/CAM vb. sistemlerinin yaygın, doğru ve entegre olarak kullanılması gereklidir. Bir tasarımın oluşturulması ve geliştirilmesi süreçlerinde bilgisayar desteği kullanılması CAD (Computer Aided Design), tezgah kontrolü, işlem (süreç) planlama, malzeme akışı, montaj, kalite kontrol gibi üretim işlemlerinde kullanılan bilgisayar desteği ise CAM olarak adlandırılır. CAD ve CAM, bir CIM, sistemi içerisinde entegre edilmesi gereken en önemli iki unsurdur. Bu iki unsur, genellikle Bilgisayar Destekli İşlem Planlama (CAPP) olarak bilinen sistemler ile birleştirilebilmektedir. Bir ham mamulün ürün haline dönüştürülmesi için gerekli tüm işlem, metot ve parametrelerin belirlenmesini içeren CAPP, CAD ile CAM arasında bir köprü işlevini görmektedir [3]. Bununla birlikte CAD/CAM entegrasyonun gerçekleştirilmesi ve verimliliği, CAD ile CAPP arasındaki arayüzey olan unsur algılama (feature recognition) ve, CAPP ile CAM arasındaki arayüzey olan CNC kod üretim ve son işlemcileri nin (CNC code generator and postprocessors) kapasitelerine direkt olarak bağlıdır. Tasarımı ve planlaması tamamlanmış iş parçaları için son işlemciler aracılığıyla CNC kodları üretilir ve parçaların CNC tezgahlar üzerinde üretimleri gerçekleştirilir Son yıllarda parametrik ve Unsur Tabanlı (Feature Based Design,) Modelleme tekniklerinin kullanılması ile model bilgilerinin direkt olarak üretim diline aktarılması yolunda büyük kolaylıklar sunulmuştur [2]. Bu noktada ürünün tasarımı aşamasında fiziksel gerçekliğinin kontrolü ve analizi için, sonlu eleman metodu ile analiz yapan CAE sistemlerinin önemi de unutulmamalıdır. Girişim testi, kinematik ve gerilim analizi gibi direk mühendislik aktiviteleri CAE olarak tarif edilir ve bu aktiviteler geliştirilen yazılımlarla oldukça başarılı bir şekilde uygulanmaktadır. CNC takım tezgahında talaş kaldırma işlemi, CAD ve CAM programlarının entegrasyonu ile sağlanır. CAM yazılımları; parça ve takım geometrisinin tanımlanması, kesici konumlama dosyasının (CLF) oluşturulması, kesici konumlama dosyasında bulunan verilerin tezgahta kullanılabilecek duruma dönüştüren son işlemci (Post-Processing), takım yolu doğrulama ve simülasyonu, daha sonraki parçalarda kullanmak üzere parametrelerin saklanması için bellek, DNC ve diğer iletişim linkleri ve üretim kontrol araçları gibi fonksiyonları içerir [1]. CNC sistem yazılımı, başlıca üç yazılım programını içermektedir. Bunlar; parça programlama, servis programlama ve kontrol programlamadır. Parça programlama, imal edilecek parça geometrisinin tanımlanması ile birlikte, ilerleme hızı, kesme hızı ve talaş derinliği gibi kesme parametrelerinin seçimini içerir (4). Servis programı, tezgah çalıştırma, parça programı denetleme ve düzeltme gibi fonksiyonları yürütür. Kontrol programı ise, parça programını girdi kabul eder ve tezgahın hareketlerini sağlayan eksen sürücülere sinyal üretir [4]. CAD/CAM entegrasyonunda CAM yazılımı bir CAD programından verileri alarak çalışır (Şekil 1). CAD Yazılımı CAM Yazılımı Kontrol Yazılımı Geometri Dosyası NC Program Dosyası Şekil 1 CAM/CAM Sisteminin Şematik Gösterimi [5] 48
Varol, R., Yalçın, B., Yılmaz, N. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (3) 47-57 CAD programında tasarımı yapılan karmaşık bir makine parçasının, CNC takım tezgahında işlenmesi için, bir CAM yazılımı kullanılarak parça programının yapılması zorunludur [1]. Özellikle yüksek hızlı CNC tezgahlarda, manual kontrol yapmak hemen hemen imkansızdır. Günümüzde bir çok CAM programı mevcuttur ve başta Autocad olmak üzere CAD yazılımlarıyla entegre çalışabilmektedir. Bu yazılımlar arasında veriler standart veri aktarım protokolleriyle yapılmaktadır. CAD ve CAM yazılımlarının entegrasyonunda en önemli parametre veri dosyalarının birbirine transfer edilirken, veri kaybı ve bozulması nedeniyle oluşacak hataların azaltılması hatta ortadan kaldırılmasıdır. CAD/CAM programlarının uyumluluğu birleşirlik (associativity), birbiriyle değiştirlebilme (interchangeability) ve birlikte işlerlik (interoperability) bakımından değerlendirilmeli ve birbiriyle uyumlu yazılımlar seçilmelidir (6). Yani hem CAD hem de CAM yazılımı aynı dosya ve veriler üzerinde çalışabilmelidir. Bu dosyalar, ürüne ait geometrik bilgilerin ya da ürün modelinin CAD ve CAM arasında iletişimi sağlayan yapılar (değişik formatlı dosyalar) olarak tanımlanmaktadır En yaygın DXF, IGES, SET, VDA- FS, PDES ve STEP standartlardır ve her birinin diğerlerine göre eksik veya avantajlı yönleri vardır. Bunlar içerisinde en verimli ve kapsamlı arayüz olarak kabul edilen STEP standardı bir çok ülkenin mühendis ve kuruluşları tarafından 20 senelik bir birikimden sonra geliştirilmiştir ve halen geliştirilmeye devam etmektedir. CAD/CAM sistemlerinin entegrasyonun sağlanması ve hem de farklı CAD/CAM sistemlerinde bilginin etkin bir şekilde paylaşılabilmesi için yapılan ve yıllar süren çalışmalar, uluslararası katılımla gerçekleşen STEP standartı ile ilk meyvelerini vermeye başlamış ve CAM in amacı olan tasarım-üretim zamanlarının azaltılması ve verimliliğin artırılmasını sağlamıştır [3]. Ancak bugün CAM yazılımları DXF, IGES başta olmak üzere diğer veri standartlarını da kullanmaktadır. 2. POWERMILL CAM PROGRAMININ ÖZELLİKLERİ PowerMILL, herhangi bir CAD sisteminde oluşturulmuş, modellere modern ve kullanımı çok kolay arabirimi sayesinde, dalmasız, hassas ve hızlı bir şekilde işleme dosyaları oluşturmak için kullanılan bir CAM sistemidir [7]. Özellikle kompleks kalıpların CNC dikey işleme merkezi ile kolayca işlenmesinde, bu program sayesinde işleme için gerekli takımyolları kısa sürede problemsiz olarak hazırlanabilmekte, otomatik işlemeler yaptırılabilmektedir. Dosya aktarımı PowerMILL' e SDRC IDEAS, IGES, VDA-FS, CADDS, CATIA, STL, DMT, DGK, TRI, PARASOLID, CIMATRON formatları ile sorunsuz bir şekilde yapılabilmektedir. PowerMILL CAM programı talaşlı imalatta kullanılan hemen hemen tüm kesici takım türlerini kütüphanesine almıştır. Bunlardan bazıları; düz takım, uç radyüslü takım, küresel takım, konik takım, "T" freze olarak sıralanabilir. Bu programda mevcut olan diğer bir özellikte, boşta hareketin en aza indirilmesi için, iş parçası yüzeyinden belli bir yükseklikte kesici takımın hızlı hareket etmesi, belli bir yükseklikte güvenli hızda hareket etmesi (Safe Z) gibi özelliklere sahiptir. Kesici takımın iş parçası yüzeyinden mesafesine göre, ilerleme hızları verilebilmektedir. Bu sayede, işleme zamanı kısaltılmakta ve kesici takımın çarpmadan güvenli çalışması sağlanabilmektedir. PowerMILL CAM programı, kaba işleme stratejisi, finiş işleme stratejisi, takım yolu düzenleme ve simülasyon, yüksek hızlı işleme desteği gibi özelliklere sahiptir [8]. 2.1. Takım Yolu Stratejileri Takım hareketlerinin tipi, aynı iş parçasının işlenmesinde farklı işleme zamanını ve yüzey kalitesini verebilmektedir [9]. Yaygın takım yolu stratejileri; paralel, spiral, radyal, kalem izleme (pencıl tracing), düzlem yüzeyi algılama (flat surface recognation), offset işleme, dalma frezeleme (plunge milling), dikeye yakın yüzeyleri otomatik düzeltme gibi farklı takım hareketlerini içermektedir.(5) İşlenecek geometriye en uygun takım yolu stratejisi seçilmelidir. Araştırmalara göre takım yolu seçiminin özellikle frezeleme işleminde işleme zamanı ve yüzey kalitesi üzerine çok büyük etkisi olduğu ileri sürülmektedir [10]. 49
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2005 (3) 47-57 Bilgisayar Destekli İmalatta (Cam), Cam Programı Kullanılarak 2.1.1. Kaba İşleme Konvensiyonel ve Ters kesme (Climb); Takımın kesme yönünün kontrolü yapılabilmektedir. Şekil 2-a da verilen kesme yönleri, PowerMILL programında, parça kesme işlemini minimum zamanda tamamlayabilmek için bu yönlerin her ikisini otomatik olarak kullandıran 'Auto' seçeneğinde bulunmaktadır. Offset Alan Temizleme: Şekil 2-b de görüldüğü gibi, içeriden dışarı, dışarıdan içeri veya otomatik seçenekleri ile modeli tanıyarak işleme zamanını kısaltır. 'Small areas first' seçeneği ile ofset yapılarak talaş kaldırılacak alanlardaki küçük bölgeler en önce talaş kaldırılarak, takımın zorlanacağı alanlar otomatik ortadan kaldırılır. Alan temizleme takımyollarının tamamında NC kodlar yüksek hızlı işlemeye yönelik olarak G2-G3 kodlar ile ifade edilir ve bu kodlar tezgahın daha hızlı çalışmasını sağlar. Profil Alan Temizleme; Şekil 1-c de görülen, raster (zig-zaglı hareket) kaba kriterini kullanılırken veya tek başına kullanılan bu özellik sayesinde, Raster kriterinde belirtilen yan adımdan dolayı kalan malzemeyi temizleme veya döküm parçaya alan temizleme yapmadan işleme yapabilme mümkündür [8]. Ters kesme Normal Kesme (c) Şekil 2. a) Konvansiyonel ve Ters Kesme, b) Offset Alan Temizleme, c) Zig-Zag lı Alan Temizleme (Raster) [8] Paket Paket İşleme: Takımın boşta hareket zamanını minimize eden bu özellik ile model üzerinde bulunabilen ve otomatik olarak saptanan cep'lerden birincisi tamamıyla işlendikten sonra diğerine geçilir (Şekil 3-a). Bu özellik finiş takımyollarında da seçenek olarak yer almaktadır. Skim Özelliği; takımın bölgeler arası hareketleri nasıl yapacağını belirten seçenektir. Skim seçildiğinde takım diğer bir bölgeye giderken minimum Z hareketi yaparak ulaşır. Bu da takımın her seferinde güvenli Z mesafesine çıkmasını minimize ederek parça işleme zamanını düşürmektedir. Küçük Alan Filtresi; takım geometrisinden kaynaklanan veya takımın girmesinin sakıncalı bulunduğu alanları filtreleyebilmektedir. Şekil 3 a) Paket Paket İşleme b) Skim Özelliği [8] Kaba Talaşta Kalan Yerleri İşleyebilme; Şekil 4-a da görüldüğü gibi, bu özellik sayesinde kaba talaşta da bir evvelki farklı takımdan kalan bölgeler otomatik olarak saptanarak mükemmel şekilde işlenebilme 50
Varol, R., Yalçın, B., Yılmaz, N. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (3) 47-57 olanağı sağlanmaktadır. Yay koyma; Şekil 4-b deki model üzerinde bulunan köşe bölgelere kesici takımın zorlanmasını önlemek amacı ile isteğe bağlı olarak yay konulur [8]. 2.1.2. Finiş (Bitime) İşlemi Şekil 4. a)kaba Talaşta Kalan Yerleri İşleme, b) Yay Koyma [8] Sabit Z Frezeleme: Şekil 5-a da görüldüğü gibi, bu yöntemde, kesici takım parçayı kademeli olarak değişen Z yüksekliklerinde dolaşarak kesme işlemini gerçekleştirmektedir. Bu sayede dik yüzeylerde kesici takımın hep sabit derinlikte çalışması sağlandığından hem talaş yükü kontrol edilir, hem de daha hassas dik yüzeyler elde edilir. Çoğu PowerMILL takımyolu stratejisinde olduğu gibi bu kriterde de model üzerinde köşe bulunan bölgelere yay konularak, takımın zorlanması engellenir ve yüksek hızlı işleme için uygun kesintisiz kodlar üretilebilir. İzdüşüm Frezeleme; Şekil 5-b deki gibi, kalıbın belli bir bölgesinin işlenmesinde tercih edilen bu yöntemde, kesici takım yolları seçilen bir düzlem, doğru veya bir noktada oluşturulan kılavuz izlerin parça üzerine yansıtılmasıyla belirlenir. Sığ Alan Temizleme; Şekil 5- c de görüldüğü gibi, bu yöntemle istenilen alt ve üst açı limitlerinde belirlenen bölgeler işlenebilmektedir. Bu yöntem, genellikle 'Sabit Z' yöntemi ile birlikte kullanılır ve daha evvel işlenmiş dik duvarları tekrar işlemeye gerek kalmadan yatay kısımlarda hassas yüzey kalitesi elde edilir. Ayrıca bu yöntem ile model üzerinde yatay bölgeler bulunup işlenebilir. Radyal Frezeleme; Şekil 5-d deki gibi, yüksek yüzey kalitesinin istendiği dairesel parçalarda kullanılan bu yöntemde kullanıcı tarafından belirlenen bir merkezden 0-360 derece arasında belirlenen açılar arasında radyal takım yolları oluşturur. Spiral Frezeleme; Şekil 5-e de gösterildiği gibi, kesici takım merkezden dışa veya içe doğru bir spiral şeklinde hareket ederek kesme işlemini gerçekleştirmektedir. Spiral stratejileri çoğunlukla yüksek hızlı işleme yöntemlerinde kullanılmakta ve dairesel parçalarda çok iyi yüzey kalitesi sağlamaktadır [8]. (c) (d) (e) Şekil 5. a) Sabit Z Frezeleme, b) İzdüşüm Frezeleme, c) Sığ Alan Temizleme d) Radyal Frezeleme e) Spiral Frezeleme [8] 51
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2005 (3) 47-57 Bilgisayar Destekli İmalatta (Cam), Cam Programı Kullanılarak Kalan Talaşı Frezeleme: Bu yöntem bir evvelki büyük çaplı kesici takımdan arta kalan yerlerin daha küçük çaplı kesici takımla otomatik olarak temizlemesi için kullanılır. Böylece sadece işlenmeyen yerler işlenirken kesme zamanı azaltılmaktadır. Köşe İşleme; Şekil 6-b de verilen iç köşelerde kalan malzemeler, kesici takımın gidip-gelme ve boyuna kesme hareketleri yapmasıyla otomatik olarak temizlenmektedir. Bu yöntemde küçük çaplı kesici takım sadece iç köşeleri dolaşarak hem buralardaki fazla malzemeleri temizlemekte hem de 3 boyutlu profillerin işlenmesini sağlamaktadır. Parça üzerinde bir evvelki takımdan kalan dik ve yatay yüzeyler istenilen ayrım açısında otomatik olarak saptanarak dik olan bölgelere sabit-z, yatay olan bölgelere de offset kriterli takım yolu PowerMILL tarafından yine otomatik olarak yazılır. 3 Boyut Dengeli Son Bitirme; Bu işleme yöntemi ile takım hatvesi modelin yatay ve dik duvarlarında eşit miktarda yan adım kullanacağından süper finiş uygulamaları için uygundur. (c) Şekil 6 a) Kalan Talaşı Frezeleme, b)köşe İşleme, c) 3D Offset Finiş İşleme [8] Çarpma Kontrolü; Şekil 7-a daki gibi, kesici takımın derin yerlere ulaşması esnasında kalem tutucunun modele çarpmasını inceleyen ve engelleyen çarpma kontrol olanağı da mevcuttur. Şekil 7-b deki gibi, kalem tutucunun çarpması saptandığında, çarpma derinliği, çarpma olmaması için gerekli minimum kesici takım uzunluğu, çarpmanın olduğu bölgeler ekranda gösterilmekte ve verilen takım boyunun çalışabileceği takım yolu ve uzun takımın çalışacağı takımyolu otomatik olarak oluşturulmaktadır. Bu kontrol yöntemiyle gerekli takım boyunun saptanması, kesme öncesi olası hatalardan sakınmayı sağlar. Ayrıca, PowerMILL ile oluşturulan takım yolları istenildiğinde komple proje olarak saklanabildiğinden, ileride aynı takım yolları üzerinde değişiklik yapılması gerektiğinde çok hızlı olarak gerçekleştirilebilmektedir. Boşluk Çarpma alanı Şekil 7. a) İç Köşe Frezeleme, b) Çarpma Kontrolü [8] 2.2. Simülasyon PowerMILL ile kaba talaş, delik delme ve finiş işleme simülasyonları ViewMILL ile incelenerek parça tezgaha gönderilmeden önce nasıl işleneceği görülebilmektedir. Ayrıca simülasyon içerisinde, takımın keserken kullandığı kesme yönlerini, çalışma koordinatlarını, kaldırılan talaş hacmi kontrol edilebilmekte ve simülasyon devam ederken takım yolu hesaplatma işlemlerine devam edilebilir. Simülasyonu yapılmış 52
Varol, R., Yalçın, B., Yılmaz, N. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (3) 47-57 herhangi bir takımyolunun görüntüsü, 3 boyutlu model olarak saklanabilir ve istenilen operasyonda PowerMILL içerisinde özel blok olarak kullanılabilmektedir. 3. POWERMILL CAM PROGRAMINDA PARÇA PROGRAMLAMA PowerMILL CAM programında, parça programlamak için, CAD programında çizilen tasarımın IGES dosya formatına dönüştürülmesi gerekmektedir. Program ilk açıldığında, ekran Şekil 8-a daki şekildedir. Yeni bir tasarım olduğunu varsayarsak; yapılacak ilk işlem, üzerinde takım yolunu tayin edeceğimiz modelin açmaktır. Model, Şekil 8-a da görülen File menüsünden Open Model fonksiyonu ile açılır. Model çizim ortamına aktarılmadan önce tezgah sıfırına uygun bir şekilde, X,Y,Z de konumlandırılmamış ise bu işlem PowerMILL de yapılır. Konumlandırma işlemi, Şekil 8-b de görüldüğü gibi, ana menü fonksiyonu altında, Model seçeneği klasöründeki, Move, Rotate, Scale fonksiyonlarının kullanılmasıyla yapılır. Model için sıfır noktası oluştururken, modelin şu anki konumunu bilinmelidir. Modelin referans noktası ile, işleme merkezinin referans noktası aynı olması gerekir. Şekil 8. a) Programın İlk Açılış Ekranı ve Modeli Ekrana Aktarma, b) Model Konumlandırma İşlemi Şekil 9-a da görüldüğü gibi, araç çubuğundan Blok seçeneği seçilir. Block Form penceresinde Calculate seçeneği seçilerek modelin sınır hatları boyunca bir blok oluşturulur. Eğer sınır hatları gerçek blok ölçüleri ile uyuşmuyorsa, Limits seçeneği kullanılarak blok istenilen boyutlarda oluşturulabilir. Şekil 10- a da görülen fonksiyon panosu yardımıyla, ilerleme hızı değerleri seçilir. Bu uygulamada, boşta ilerlemede 6000 mm/dak, iş parçasına yaklaşma anındaki ilerleme hızı 1200 mm/dak, kesme işleminde 3000 mm/dak olarak seçilmiştir. Kesme hızı ise, 3000 m/dak olarak seçilmiştir. Bu değerler, iş parçası sertliğine ve şekline ve işleme türüne göre seçilmelidir. Şekil 10-b de belirtildiği gibi, blok işlemleri tamamlandıktan sonra, kesici takım tipi seçilir. PowerMILL talaşlı imalatta kullanılan hemen hemen tüm kesici takım türlerini kütüphanesine almıştır. Bu pencereden takım uzunluğu, çapı ve numarası seçilir. Bu uygulamada, kaba işleme için, 30 mm çapında, 158 mm uzunluğunda ve 5 mm uç radyüslü takım seçilmiştir. 53
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2005 (3) 47-57 Bilgisayar Destekli İmalatta (Cam), Cam Programı Kullanılarak Şekil 9. Modelin Boşaltılacağı Bloğu Tanımlama ve Hesaplattırma Şekil 10. a) İlerleme ve Kesme Hızlarının Seçimi b) Uygun Kesici Takım Seçimi Takım seçiminden sonra, takım yolu oluşturmadan önce yapılması gereken iki önemli işlem vardır. Birincisi; hızlı hareket yükseklikleri ve bu seçenek tezgahın boştaki hareketlerini yaparken modelden ne kadar yüksekte olacağını belirlemeye yarayan önemli bir fonksiyondur. Şekil 11-a da, Safe Z (Güvenli yükseklikte), model işlenirken bir başka alana geçişte bulunduğu yüzeyden kalkacağı mesafeyi gösterir ve 5 mm olarak seçilmiştir. Start Z, ise başlangıçta iş parçasına ne kadar yaklaşacağını gösterir ve 2 mm olarak tanımlanmıştır. Şekil 11-b de, Stickness değeri, bitirme işlemine bırakılan talaş miktarıdır. Bu uygulamada, bitirme işlemi talaş derinliği 1mm olarak verilmiştir. Hızlı hareket tipi ise skim olarak tanımlanmıştır. İkincisi ise; takımın başlama pozisyonunun ayarlandığı Tool Datum Form fonksiyonudur. Bağlama aparatları da göz önüne alındığında takım işemeye başlamadan önce, modelin merkezine gönderilmesi gerekir. Reset to Block Centre fonksiyonu, bu işlemi otomatik olarak yapar. Takım yolu oluşturmadan önce, yapılması gereken düzenlemelerin hepsi yapıldı ise, kaba talaş işlemlerine başlanabilir. Bunun için. Araç çubuğundan Alan Temizleme seçeneği seçilir. Strategy fonksiyonu, kesme stratejisini belirlemek için kullanılır. 3 tip kesme stratejisi vardır: Raster; kesici takım belirlenen eksen yönünde ve eksene paralel verilen ilerleme miktarı aralığınca kesme işlemi yapar. Kaba talaş kaldırma işlemlerinde çok fazla kullanılmamasına rağmen iş parçası geometrisine göre kullanıldığı yerlerde mevcuttur. Genelde bitime işlemlerinde kullanılan takımyolu 54
Varol, R., Yalçın, B., Yılmaz, N. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (3) 47-57 stratejisidir. Profil ise, kesici takım iş parçası modeli üzerinde kesici takım çapının girebildiği ölçüde sınırları dolaşmak suretiyle kesme işlemi yapar. Ofset seçilirse; kesici takım iş parçası modeli üzerindeki formlara uygun iç içe geometriler boyunca kesme işlemi yapar. İç içe offset mesafelerini, verilen ilerleme değeri belirler. Talaşlı imalatta en çok kullanılan kaba işlem türü Offsetttir. Bu uygulamada, kaba talaş için, offset takım yolu stratejisi seçilmiştir. Cut Direction; kesme yönünü, Stepover yanal ilerleme miktarını ve Tolerance ise kesme toleransını belirler. Thickness iş parçası yüzeyine bitirme işlemi öncesi bırakılacak mesafeyi ifade eder. Şekil 11-a) Hızlı Hareket Yükseklikleri, b) Takım Yolu Stratejisi Belirleme Formu Kesici takımın iş parçasına verilen talaş miktarınca direk girmesi istenmeyen bir durumdur. Genelde takım iş parçasına bir rampa yaparak girer. PowerMILL CAM programında, kesici takım iş parçasını, Plunge, Ramp ve Drill olarak üç şekilde kesme yapar. Ramp; belirli bir rampa açısı (Max zig angle) yaparak, Plunge dalarak, drill ise dik bir pozisyonda işlemeyi sağlar. Bu uygulamada, kesici takımın belirli bir rampa açısı ile profil boyunca kesme yapması tercih edilmiştir. Tüm işleme parametreleri seçildikten sonra, apply fonksiyonu ile, takım yolu oluşturulur. Şekil 12-a da görüldüğü gibi, oluşturulan takım yolu üzerinde; sarı çizgiler takım yolunu, açık mavi rampa yolunu, mor çizgiler hızlı hareketleri (G0), kırmızı kesik çizgiler ise boşta fakat ilerleme değerine bağlı yolları (G01 ile) gösterir. Şekil 12-b de görülen fonksiyon ile, parça programı simülasyonu yapılmalıdır. Simülasyon programında, işleme öncesi, takımın hareketleri ve oluşturulan modelin boyut hassasiyeti kontrol edilir. (c) Şekil 12. a) Takım Yolları b) Simülasyon Fonksiyonu, c) Program Diline Çevirme 55
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2005 (3) 47-57 Bilgisayar Destekli İmalatta (Cam), Cam Programı Kullanılarak Eksik işleme alanları varsa düzeltmeler yapılır. Kaba talaş işlemlerinde olduğu gibi, bitirme işlemlerinde de, kesme parametreleri, kesici takım seçimi ve takım yolu stratejileri belirlendikten sonra, bitirme işlemi takım yolları oluşturulur. Bitirme işleminde, kalan talaş miktarı (thickness) sıfır verilmelidir. Eğer takım yolu oluşturulmuş ve gerekli kontroller yapılmış ise, Şekil 12-c de görülen output fonksiyonu ile program diline çevrilebilir. Oluşturulan takım yolu, simülasyon programında kontrol edildikten sonra, CNC işleme merkezine gönderilir. Kaba işleme için, Şekil 13-b de NC program verilmiştir. İmal edilecek parça, oluşturulan CAM programına göre, önce kaba talaş daha sonra bitirme işlemi yapılarak işlenir. Şekil 13. a) Simülasyon, b) İmalat Edilecek İş Parçasının, Kaba İşleme İçin NC Programı 4. SONUÇLAR CNC tezgahlar, ancak CAD/CAM programlarıyla desteklendiğinde işlevselliklerini tamamlar ve yapılan yatırımın karşılığını vermeye hazır hale gelir. CAD, CAM ve CAE sistemleri; bilgisayarların ileri bilgi işleme avantajlarını, uzun uğraş gerektiren tasarım, analiz ve imalat gibi mühendislik süreçlerine uygulayarak, kalite, maliyet ve zaman tasarrufu bakımından avantajlar sunan teknolojilerdir. Bugün ülkemizde CNC tezgahlar oldukça yaygındır. Tezgaha yapılan yatırımda tereddüt edilmezken, aynı hassasiyet programlara gösterilmemektedir. Dolayısıyla işlevselliği eksik kalan CNC tezgah ancak bir konvansiyonel tezgah kadar yararlı olmaktadır. Pek çok tezgahta, delik delmek, kontur dönmek, havuz boşaltmak gibi tezgahın en basit fonksiyonlarıyla sınırlı kalınmaktadır. İmalatta CAM programının kullanılması, konvansiyonel yöntemlere göre aşağıdaki avantajları kazandırır: İzlenecek yolun geometrik özelliklerini hesaplamada büyük kolaylık sağlar. Hatta bazı parçalarda sonuca ulaştıracak tek yol olabilir, Hataların parçayı işlemeden ortaya çıkarılması ve düzeltilmesine imkan verir, Yüksek doğruluk ve tam bir esneklik, Karmaşık parçaların imal edilebilmesi, Bazı durumlarda daha az komutla program yazılabilir. Bu çalışmada, bilgisayar destekli imalat sürecinin temel unsurlarından, Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD), imalat (CAM) ve mühendislik (CAE) öğeleri ve bunların içerisinde CAM sisteminin genel yapısı tartışılmıştır. Ayrıca, CAM programlamaya örnek olarak tasarlanan kalıp, işleme merkezinde imalat edilebilmesi için, PowerMILL CAM programı kullanılarak, işleme operasyonu programlanmıştır. 56 N390( TOLERANCE: 0,1) N400( THICKNESS: 1) N410( Toolpath Stats:) N420( LENGTH: 70769,1) N430( TIME: 0/46/52) N440( LIFTS: 17) N450X-8.575Y2.35S3000M3 N460G43Z2.H1M8 N470G1X-31.216Y2.596Z- 1.992F1500 N480X-38.681Y2.677 N490X-38.843Y2.672 N500X-39.004Y2.656 N510X-39.532Y2.58 N520G3G17X- 41.053Y.954I.252J-1.761 N530G1X-41.131Y-.071
Varol, R., Yalçın, B., Yılmaz, N. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2005 (3) 47-57 Böylece, CAM programının, elle kontrol yöntemine göre üstünlükleri izah edilmiştir. Bu çalışmanın, özellikle modern takım tezgahlarını kullanan firmalar için, tezgah ve parça programlama işlemlerinde, işleme zamanının ve işlem sayısının (Toplam Blok Sayısı) tahmin edilmesinde faydalı olacağı düşünülmektedir. TEŞEKKÜR Bu çalışmada, CAM programlama için kullanılan, PowerMILL 5.5 programını temin eden ÇAĞ CAD/CAM firmasına teşekkür ederiz. 5. KAYNAKLAR 1. Hunt, J., Mair, G.M., 1993. Manufacturing Engineer s Reference Book-Chapter 4 Computers in Manufacturing, 14/3 p., Butterworth-Heinemann Ltd. Oxford. 2. http://ali-oral.balikesir.edu.tr/ (28.04.2005) 3. Dereli, T., Filiz, İ.H., 1997. Bilgisayar Destekli Tasarım ve Üretim Sistemlerinde Bilgi Değişimi ve Standartları, Mühendis ve Makine, cilt 38, sayı 452, s. 11-19. 4. ASM Metals Handbooks, 1997, Ninth Edition, Volume 16, Machining, ASM International, 595-627 p, USA. 5. http://www.desktopcnc.com/feburary03.htm 6. Boucher, D., 2000. CAD to CAM -- The Problem of Data Transfer, CNC Machining Electronic Magazine, Vol. 4, n. 14. (http://www.cncmagazine.com) 7. PowerMİLL 3.1 Training Course, By DELCAM. 8. http://www.cagcadcam.com/ 9. Montreal, M., Rodriguez, A.C., 2002. Influence of Tool Path Strategy on the Cycle Time of High Speed Milling, Computer Aided Design, Volume 35, Issue 4, 1 April 2003, Pages 395-401. 10. Schulz, H., Geist, J., 1999. HSC-appropriate NC Programming in Die and Mold Manufacturing, Machining Impossible Shapes, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, p.325-332. 57