Ana sayfa   Sponsorlarımız:
         
     
Rapor - Makale > CAD/CAM/CAE > Tasarım ve imalatta CNC ve CAD/CAM sistemlerinin fonksiyonları:

Levent Yağmur, Mak. Y. Müh.
leventy@ume.tubitak.gov.tr
TÜBİTAK - UME, Gebze / KOCAELİ
Ağustos 2004

Özet:

1980 'lerde bilgisayarın NC (Numerical Control) kontrol üniteleri (entegre devreler) yerine kullanılmaya başlaması ile CNC (Computer Numerical Control) sistemleri daha kullanışlı, hızlı ve daha doğru parça üretiminde kullanılmaya başlanılmıştır. Grafik ekranda tasarlanmak istenilen parçanın katı modeli oluşturulup gerekli düzenlemeler yapıldıktan sonra, değişik şekillerde üretimi yapılabilmektedir. Bu şekilde ürün tasarımında kısa geliştirme zamanları ve düşük maliyetler elde etmek mümkün olabilmektedir. Bunun yanında bilgisayar ortamında analiz ve simulasyon imkanları kullanılarak daha doğru ve güvenilir tasarımlar yapılabilmektedir. Tüm bunlar uzun tasarım sürecini en aza indirmiştir.

Bilgisayar sistemlerinin imalatta, katı model parçalar oluşturma, tanımlama, analiz ve tasarımın optimizasyonu gibi işlerde kullanılması CAD (Computer Aided Design) olarak adlandırılır. Bu sistemler genel olarak yazılım ve donanım kısımlarından oluşur. Yazılım kısmı, parçaların gerilme-şekil değişimi analizinin yapılabildiği programlar, mekanizmaların dinamik cevapları, ısı transferi hesapları ve NC parça programlama gibi modülleri kapsamaktadır. CAM (Computer Aided Manufacturing) olarak isimlendirilen süreç ise, bilgisayar sistemlerinin planlama, yönetme ve bir imalat işleminin kontrolünün doğrudan ya da dolaylı olarak kullanılmasıdır.

CAD/CAM sistemleri imalatta, tasarım, analiz, süreç planlama, parça programlama, program doğrulama, parça işleme, ve muayene gibi fonksiyonları etkin ve doğru bir şekilde yerine getirebilmektedir. Bu çalışmada, bilgisayarın kullanıldığı imalat metotlarından en önemlileri incelendi. İmalat ile CAD/CAM sistemlerinin entegrasyonunun nasıl yapılabileceği ve imalatın, uygulanan metoda göre hangi aşamasında ve ne şekilde kullanılabileceği araştırıldı. CAD/CAM fonksiyonlarının ilgili imalat metoduna uygulanmasının hangi aşamalarda yapılabildiği incelendi. İncelenen imalat metotları; otomotiv uygulaması, plastik enjeksiyon ve hızlı prototip imalatı. Bu uygulama alanlarında CAD/CAM sistemleri, karmaşık parçaların kolay ve esnek bir şekilde tasarlanmasına, analizin yapılabilmesine ve doğru bir şekilde kalıp imalatının yapılabilmesine imkan tanımaktadır.


1. NC ve CNC Sistemleri:

Sayısal Kontrol (Numerical Control-NC), II. Dünya savaşı sırasında, karmaşık ve daha doğru parça üretiminin sağlanabilmesi artan ihtiyaca cevap verebilmek için metal kesme endüstrisinde hızla gelişmiştir. 1952 yılında ilk olarak üç eksenli bir makine (Cincinnati Hydrotel Milling Machine) geliştirilmiştir. Dijital kontrollü bu tezgah ve teknolojisi NC olarak adlandırıldı. İlk gözlenen avantajları, karmaşık parçaların daha doğru imali ve kısa üretim zamanları idi [1]. İlk NC kontrolörü için 1950 'lerde vakum tüpler kullanıldı. Bunlar oldukça büyük parçalardı. 1960 'larda elektroniğinde gelişmesiyle dijital kontrollü transistörler kullanıldı. Üçüncü gelişme olarak ta; NC kontrolörü olarak entegre devre çipleri (chip) kullanılmaya başlanıldı. Bunlar ucuz, güvenilir ve küçük elemanlardı. En önemli gelişme; kontrol üniteleri yerine bilgisayarın kullanılması oldu (1970 'lerde). Böylelikle CNC (Computer Numerical Control) ve DNC (Direct Numerical Control) sistemleri ortaya çıktı. CNC, basit NC fonksiyonlarını sağlayabilen ve bir karar veren bilgisayar sistemi bulunduran tek makinelerden oluşan sistemdir. DNC, bazı işleme sistemleri tek bir bilgisayardan kontrol edilir. CNC çok daha yaygın hale gelmiştir. Nedeni, esnek olması ve daha ucuz yatırımlar gerektirmesidir. Uygulama alanları; metal işleme, kaynak ve lazer ışını ile kesmedir.

CNC sistemlerinin yazılımları aşağıdaki ana grupları içerirler;
1. Parça Programı
2. Servis Programı
3. Kontrol Programı
Parça Programı: Genel olarak parça geometrisi ve işleme sırasındaki teknolojik bilgileri içerir. Parçanın geometrisini yani takım yolunu ve kesme şartlarını tanımlar. Dönme hızı, ilerleme hızı, kesme hızı ve soğutma sıvılarını ve takım seçimlerini kapsar.
Servis Programı: Kontrol, düzeltme ve parça programının değiştirilmesi gibi işlemlerin yapıldığı ortamdır.
Kontrol Programı: Parça programını giriş bilgileri olarak alınarak, sinyallere dönüştürülüp hareket elemanlarına iletme işini yapar.

CNC kontrolleri özellikle 1980 'lerde daha güçlü ve kullanımı kolay bir hale gelmiştir. Test ve simulasyon gibi modüllerin eklenmesi ile daha güvenli işlem yapabilme olanağı sağlanmıştır. Modern makine konrolleri yerel ağlarla (Local Area Network-LAN) diğer sistemler ile bilgi alış-verişi yapabilmektedir. Bu şekilde esnek imalatlar sistemlerin gelişmesi kolaylaşmıştır. NC sistemleri, tornalama, frezeleme, delme, taşlama, delik genişletme ve EDM (Electro Discharging Machine) makinelerinde başarı ile uygulanmaktadır.

CNC'lerin genel olarak kullanım alanları üç ana grupta toplanabilir;

1. İşleme Merkezi: Birkaç iş aynı tezgahta yapılabilmektedir. Freze, delme ve delik genişletme gibi.
2. Tornalama Merkezi: Otomatik takım değiştirme sistemini de kapsayan tornalama işlemlerinin yapıldığı tezgah.
3. İşleme ve Tornalama Merkezi : Tornalama, frezeleme, delik delme, delik genişletme, taşlama gibi operasyonları kapsayan tezgahlar
4. Diğer NC makineler: Kaynak makineleri, çizim makineleri, muayene sistemleri, EDM, Laserle kesme gibi..

1.1. NC'nin Temelleri

Tipik bir NC ve CNC sistemi parça programına ihtiyaç duyar. Bu program bloklar halinde düzenlenir. Her blok sayısal bilgi içerir. Bu bilgiler parça geometrisi ve işlemeye bağlı teknolojik bilgileri kapsar. Klasik işleme ile NC sistemi karşılaştırıldığında; Klasik yöntemde, bir operatör parçayı istenilen şekilde işler. Kesme işlemi operatörün görmesi ve karar vermesi ile gerçekleştirilir. NC sistemde tecrübeli bir operatöre ihtiyaç yoktur. Yalnızca işlemlerin monitörden izlenmesi gereklidir. Bunun yanında parçanın tezgaha bağlanması ve alınması gereklidir. Parça programı manual olarak veya bilgisayar destekli bir dilde (Automatically Programmed Tool Language-APT) yapılabilir.

NC ve CNC makinelerda her eksen hareketi ayrı bir tahrik devresi ile kontrol edilir. Tahrik için bir DC motor, hidrolik aktuatör veya step motor kullanılabilir. Bunların seçimi istenilen güce göre değişir. Her hareket ekseninin ayrı bir kontrol çevrimi vardır. CNC sistemlerde iki tür kontrol devresi vardır. Kapalı kontrol devresinde mevcut pozisyon ile istenilen pozisyon karşılaştırılıp aradaki hata 0 (sıfır)'a getirilmeye çalışılır. Bu negatif bir geri besleme türüdür. Kontrol ünitesinden çıkan sinyaller, bir komparatör yardımıyla motora verilir; motor ve iletim sistemi kızakla birlikte harekete geçer. Sezgi elemanı sürekli olarak kızağın gerçek konumunu ölçer ve komparatöre geri gönderir, burada gerçek değer ile istenilen konum karşılaştırılır. Farka göre motor yavaşlatılır veya hızlandırılır. Açık kontrol devresinde motora verilen sinyaller, motora ve buna bağlı olan ilerleme sistemini harekete geçirir ve kızak istenilen konuma gelir. Burada hareketi kontrol eden bir sezgi elemanı yoktur. Kızağın tam olarak istenilen konuma gelmesi bu sistemde ancak step motor ile mümkündür [2].


1.2. NC Sistemlerinin Avantajları

NC sisteminde insan faktörü azaltılarak hatalar minimum seviyeye indirilebilir. Bu sistemde bir operatör bir kaç makineye bakabilir. Klasik metotta bir adımdan diğer adıma geçerken bir duraklama yaşanır. Çünkü operatör kesmenin doğru olup olmadığını anlamak için ölçüm yapmak zorundadır. Operatörün yorulması ile üretim hızı düşer. NC sistemde böyle bir problem yoktur. Çünkü doğruluk her zaman nümerik kontrolle sağlanır. NC sisteminde yüksek doğrulukta parça üretilebilir. Karmaşık parçalar kolay ve doğru bir şekilde üretilebilir. Genel olarak özellikleri aşağıdaki şekilde özetlenebilir.

  • Tam bir esneklik
  • Yüksek doğruluk
  • Karmaşık parçaların imali
  • Kısa üretim zamanı
  • Yüksek verimlilik

Programlama ise şu şekilde gerçekleştirilebilir:

  • Elle yapılarak G-kodu çıkarma
  • APT gibi programlama dilleri kullanılarak
  • Grafik etkileşime dayanan sistemlerle; CAM
  • Modele veya prototipe dayanan sayısallaştırma (digitizing) tekniği ile tersine mühendislik

Programlama işlemi şu an kullanılan CAD/CAM sistemlerinde otomatik olarak gerçekleştirilir

APT dili:

Bir NC program elde etmek için bilgisayar dilinde yazılan ve bilgisayar tarafından işlenen talaş kaldırma işleminin bir ifadesidir. APT dili günümüzde kullanılan CAD/CAM sistemlerinin temelini oluşturmaktadır. APT programı esasen CLDATA (CL=cutter location) denilen ve takım yolunu belirten genel bir çözüm verir. Bu çözüm postprosesör denilen bir işlemle, çeşitli kontrol sistemlerine sahip CNC tezgahlarına uygulanır.

APT programlama dili şu kısımlardan oluşur:
1. Program komutları
2. Geometrik komutlar
3. Teknolojik komutlar
4. Takım hareket komutları
5. Matematiksel komutlar
6. Yardımcı komutlar
7. Postprosesör komutları

APT programlama dili 600 kelimeden fazla kelime içerir. Bunlar kullanılarak parça tanımlanır. Bazıları şunlardır; POINT, PLANE, CIRCLE, CYLINDER, ELLIPS, HYPERB, CONE ve SPHERE.Program satırları genel olarak komut kelimesi ve konum bilgilerini içerirler.

APT dilinde programlamanın üç dezavantajı vardır.
1. Programcı APT dilinin yapısını ve komutlarını öğrenmek zorundadır.
2. Programcı mühendislik çizimlerini okuyabilmek ve parça geometrisini APT dili için tanımlamak zorundadır.
3. Programcı programladığı takım yolunu kafasında canlandırmalıdır.

1.3. Sistem Yapısı - Kontrol Tipleri

CNC sistemleri PTP (Point to Point) ve CP (Continuous Path/Contouring Systems) olarak ikiye ayrılabilir. Tipik bir PTP sistemi CNC delme makinesinde görülebilir. Delme operasyonunda, makinenin tablası delinecek nokta tam olarak takımın altına gelene kadar hareket eder ve sonra delik delinir. Takım sayısal olarak tanımlanan noktaya hareket eder ve durur. CP ve CNC makinelerda, eksen hareketi gerçekleştirilirken takım işleme devam eder (frezede olduğu gibi..). Tüm eksenlerin hareketi eş zamanlı ve farklı hızlarda hareket edebilir.


1.4. Adaptif Kontrol (Adaptive Control-AC)

Bazı CNC tezgahların donatıldığı AC sistemi; tezgahı belirli bir parametreye göre optimum şekilde çalıştırır. Ek bir kontrol sistemi olan AC sınırlayıcı ve optimal olmak üzere iki gruba ayrılır. Sınırlayıcı adaptif kontrol (AC Constrain -ACC) sisteminde, talaş kaldırma işlemini etkileyen bir faktör, belirlenen bir değerde sabit tutulmakta aynı anda diğer faktörler sınırlanmaktadır. Sabit tutulan faktör: kesme kuvveti, motor gücü, yüzey kalitesi vb. olabilir. Bu değer sistem için referans değerdir. Optimal Adaptif Kontrol (ACO) sisteminde maksimum verimlilik veya minimum işleme maliyeti gibi faktörlere bağlı olarak belirlenen optimum kesme hızı, optimum takım ömrü veya aşınması gibi bir kriter tayin edilir ve tezgahın çalışması bu kritere göre gerçekleştirilir.

Metal kesme işlemleri için AC sistemi CNC'nin mantıksal bir uzantısıdır. CNC sistemlerinde takım ve iş parçası arasındaki mesafe kontrol edilir. Parça programcısı kesme hızı ve ilerleme hızını belirlemek zorundadır. Bu kesme parametrelerinin tanımlanması tecrübenin yanında iş parçası, takım malzemesi, makine özellikleri, soğutma etkileri gibi faktörlerin bilinmesine bağlıdır. Kesme parametrelerinin seçimi direk olarak ekonomiklik faktörünü, ürünün boyutsal doğruluğunu, yüzey düzgünlüğünü, takım aşınma oranını ve takımın kırılmasını etkiler. AC 'da bu üretim ve ürün kalitesine bağlı faktörlerin işleme sırasında iyileştirilebilir. Bu işlem değişkenlerinin gerçek zamanlı olarak ölçülerek kontrol edilir [1,2].

         
     
TurkCADCAM.net > Türkiye'nin yeni ürün tasarım, geliştirme, CAD/CAM/CAE, CNC, kalıp ve imalat teknolojileri portalı
***** Sektörün profesyonel bilgi ve işbirliği platformu *****
© 2002-2017  Sinerji Yayıncılık, Tanıtım ve Danışmanlık Hizmetleri
Bu portaldaki içerik, ancak kaynak belirtilmesi ve izin alınması şartıyla yayınlanabilir.