m7.gen.tr - bilgisayarla bütünleşik İmalat

1

Sakarya Üniversitesi Mühendislik FakültesiMakine Mühendisliği Bölümü

Mühendislerin başarılı olmasını etkileyen bir çok faktör vardır. Ürün tasarımı ve tasarım süreçleri mühendislerin başarısını etkileyen en önemli faktörlerdendir. Tasarım süreçlerini ve bilgisayar destekli tasarım kavramını anlamak, ürün geliştirme sürecinde başarıya giden yolda büyük önem taşır.

Tasarımın en önemli ilkesi yeni bir ürün için ihtiyacın olması veya kullanılan ürünün müşteri memnuniyetini sağlayamamasıdır.

Tasarım, sadece tasarım mühendislerini değil tasarlanacak ürünün imalatını yapacak personeli ve üretim hattını da içine alacak kadar geniş bir kavramdır.

TASARIM

2


MüşteriProblemin

Tanımlanması

Ön Hazırlık

Geliştirme

Hesaplama ve Karar

Gerçekleştirme

Kriterler Sağlanıyormu?

Evet

Hayır

TASARIM SÜRECİ

3


Problemin Tanımlanması : Tasarım sürecinin en önemli adımıdır. Problem ne kadar iyi tanımlanırsa, ürün o kadar gerçekçi ve ihtiyaç karşılayıcı olacaktır. Örneğin şantiye ortamında kullanılacak bir taşınabilir bilgisayar tasarımı. Ürün taşınabilir olacağından hafif olmalı. Aynı zamanda şantiye ortamında çalışılacağından diğer taşınabilir bilgisayarlara göre toza kire ve darbeye çok daha fazla dayanıklı olmalı.

Ön Hazırlık : Problemin tanımlanmasından sonra mümkün olduğunca hızlı şekilde fikirler üretilmelidir. Beyin fırtınası çalışmaları bu adımda en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Taşınabilir bilgisayarın gövdesinin malzemesi ne olmalıdır. Hem dayanıklı hem de maliyet açısından mümkün olduğunca ucuz olmalıdır.

TASARIM SÜRECİ

4


Geliştirme : Bu adımda ürünün şekli, büyüklüğü, içeriği tanımlanır. Bu adımda taslak çizimler, ölçülendirme gibi işlevler gerçekleştirilir. Taşınabilir bilgisayarı ele alırsak boyutları içinde kullanılacak parçaların yerleşimi, kaç farklı özellikte üretileceği belirlenir.

Hesaplama ve Karar : Bu adım; maliyet, fonksiyonellik, piyasada yer edinebilme,kalite, en hızlı şekilde üretim için imalat adımlarının belirlenmesi gibi kriterlerin hesaplandığı ve en optimum sonuçların belirlendiği adımdır.

Gerçekleştirme : Bu adım üretilmesi için kararı verilen parça veya parçaların detaylı planlamasının yapıldığı adımdır. Bu adım tamamlanınca üretim gerçekleştirilir.

5


Bilgisayar Destekli Tasarım

Computer Aided Design

(CAD)Adından da anlaşıldığı gibi tasarım sürecinde bilgisayar kullanılmasına Bilgisayar Destekli Tasarım denir. Anlaşılması gereken tasarımda bilgisayar kullanmanın tasarım süreçlerini değiştirmeyeceğidir. Tasarımda bilgisayar kullanımı süreçlerde hızlanmaya sebep olabilir. Gelişen teknoloji sayesinde bilgisayar destekli tasarım ve bilgisayar destekli imalat sistemleri (donanım ve yazılım) bir bütün olarak kullanılmaya başlanmıştır.

6


BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIMIN KISA TARİHÇESİ

Bilgisayar destekli tasarım teknolojisinin gelişmesinde otomotiv ve uzay endüstrisinin rolü çok büyüktür. Teorik olarak bilgisayar insan etkileşimini sağlayan ilk yazılım (Sketchpad) Ivan Sutherland isimli bir mühendisin 1963 yılında tamamladığı doktora çalışması sonucu ortaya çıkmıştır. Yazılım CRT monitörü üzerindeki radar bilgilerini bir digital kalem vasıtası ile değiştirmeye yaramaktaydı.

Bu buluştan sonra bilgisayar yazılım ve donanımlarında inanılmaz gelişmeler yaşandı. 1970’lerde mikroişlemcilerin keşfiyle bilgisayar donanımlarındaki gelişmeler sayesinde 3 boyutlu ve interaktif kullanıcı ekranı olan programlar geliştirilmeye başlandı. Bu gelişmeler ile bilgisayar destekli tasarım basit 2 boyutlu teknik çizimlerden karmaşık 3 boyutlu geometrilerin oluşturulmasına kadar geniş bir yelpazeye yayıldı.

1980’li yılların sonlarında 1990’lı yılların başlarında, unsur tabanlı parametrik katı modelleme düşüncesinin gelişmesi ile CAD programları yeni bir düzeye gelmiştir. Bu düşünce ile CAD programları tasarım, imalat ve yönetim konularını içeren komple bir çözüm haline gelmişlerdir. Bu gelişim 2 boyutlu çizimlerden 3 boyutlu tel kafese ve oradan da yüzey ve katı modele kadar sürmüştür. Bu sürecin son aşaması olarak ta unsur tabanlı parametrik katı modelleme tanımlanabilir.

7


CAD/CAM SİSTEMLERİ

Günümüzde bir çok CAD/CAM sistemi mevcuttur. Genel olarak bir CAD sistemi 3 temel elemandan oluşmaktadır.

Donanım - Bilgisayar ve giriş çıkış birimleri

İşletim Sistemi – Unix, Solaris, Windows

Yazılım – Pro/Engineer, CATIA, SolidWorks, vb.

CAD sistemleri bir çok kategoriye göre sınıflandırılabilirler.

Uygulama Alanları - Mekanik, Mimari, Görsel, vb.

Modelleme Yöntemleri – 2 boyutlu, 3 boyutlu, yüzey, v.b

Donanımsal – Mainframe, Mini bilgisayar, iş istasyonu, v.b

8


DONANIMSAL SINIFLANDIRMA

Mainframe Tabanlı Sistemler : Bu sistemler büyük ölçekli firmalar tarafından kullanılır. Sistemde çok büyük bir ana bilgisayar ve buna bağlı olarak çalışan çok sayıda iş istasyonu mevcuttur.

ANA

BİLGİSAYAR

Kullanıcı 1

Kullanıcı 2

Kullanıcı 3

Kullanıcı n

Çevre Birimleri

9


WorkStation Tabanlı Sistemler : Mainframe bilgisayarlara göre çok daha basit ve sadece bir kişinin kullanabileceği sistemlerdir. Her sistem kendi işletim sistemi, işlemci, sabit disk gibi donanımlara sahiptir.

PC Tabanlı Sisemler : 1970 yılında kişisel bilgisayarların piyasaya çıkması ile birlikte CAD/CAM sistemleri küçük çaplı işletmelerinde sahip olabileceği maliyetlere düşmüştür. Özellikle günümüze gelindiğinde PC temelli donanımların gelişmesi ve ucuzlamasıyla artık nerdeyse her evde bir CAD/CAM sistemi mevcuttur.

10


BiLGiSAYAR

Ana İşlemci Çevre Birimleri

Donanım

CPU Bellek Giriş Birimleri

Giriş/Çıkış Kapıları

Çıkış Birimleri

Giriş-Çıkış Birimleri

Yazılım

11


DONANIM

ANA İŞLEMCİ

1) Merkezi İşlem Birimi (CPU): Genelde ve özellikle de büyük bilgisayarlarda “Merkezi İşlem Birimi” olarak tanımlanan, kişisel bilgisayarlarda “Mikroişlemci” adı verilmiş olan devre, bilgisayar işlemlerinin yapıldığı ve yönetildiği kısımdır. İki bölümden oluşur.

1a)Aritmetik ve Lojik İşlem Bölümü : Bütün matematiksel hesapların ve karşılaştırmaların yapıldığı bölümdür.

1b)Kontrol Bölümü : Bilgisayarın kısımları arasındaki koordinasyonu sağlar.

12


2) Bellek : Bilgilerin depo edildiği bölümdür. Büyük boy bilgisayarlarda ayrı bir panel şeklindedir. Kişisel bilgisayarlarda ise diğer sistem elemanları ile birlikte küçük bir gövde (kasa) içerisindedir. Genelde iki temel kategoriye ayrılırlar. 2a) Ana Bellek : O anda çalışan programla ilgili bilgileri saklamak için kullanılan bir bellektir. Elektrik kesildiğinde veya bilgisayar kapatıldığında ana bellekteki tüm bilgiler silinir. Bu belleğe RAM da denilmektedir. Günümüzde bir çok RAM çeşidi bulunmaktadır. Tek bir bellek maksimum 1 Gb kapasitededir. Bunun yanında ROM bellek denilen, bilgisayarın nasıl çalışacağı hakkında program ve bilgileri içeren bellek de bulunmaktadır. Bu bellekteki bilgiler elektrik kesintisinden etkilenmez.2b) Yardımcı Bellek: Ana Belleği takviye amacıyla kullanılan belleklere Dış veya yardımcı bellek adı verilir. Bu bellekler bilgi saklamak için kullanılan belleklerdir. Sabit Disk, Memory Stick, v.s, örnek verilebilir.

13


3) Giriş –Çıkış Kapıları : Giriş Çıkış kapıları ara bağlantı devreleridir. Giriş, Çıkış ve giriş-çıkış birimlerinin bilgisayar ana gövdesine bağlantısını yapan devrelerdir.

ÇEVRE BİRİMLERİ

1) Giriş Birimleri : Klavye, Mouse, Işıklı Kalem, Tablet, Cd-Rom, DVD-Rom Sürücü, Tarayıcı,v.s.

2) Çıkış Birimleri : Ekran, Nokta Vuruşlu Yazıcılar, Mürekkep Püs.Yazıcılar, Lazer Yazıcılar, Çiziciler

3) Giriş-Çıkış Birimleri : Disket, Memory Stick, Sabit Disk, Yedekleme Üniteleri

14


Yazılım

Bilgisayardan belli uygulamalar için yararlanmak amacıyla programların ve işletim düzenlemelerinin yapılması işlemine yazılım denmektedir. Diğer bir deyişle yazılım bilgisayarın bilgiyi işlemesini sağlayan yöntemler topluluğudur.

Yazılım Program ve data olmak üzere iki unsurdan oluşur. Program, bilgisayarın sıralı olarak yapması gereken işlemleri belirleyen bir komutlar dizisidir. Data, bilgisayarın herhangi bir konuyu işleyerek istenilen sonucu verebilmesi için uygulanan program gereğince yararlanacağı ön bilgilerdir.

Bilgisayarlara belirli işlemleri yaptırmak amacıyla belirli programların hazırlanması gereği duyulmuş ve böylece programlama dilleri oluşmuştur.

15


Programlama DilleriA) Alt Düzey Diller : Makine dili ve Assembly dili olmak üzere ikiye ayrılır. İşlem yetenek kısıtlaması nedeniyle alt düzey dili adı verilmiştir. B) Üst Düzey Diller: Bu dillere dayanan programlarda bilinen alfabe, sayılar ve matematiksel işaretler kullanılmakta ve insanın konu üzerine en iyi programı yazmasına imkan vermektedir. Basic, Fortran, Cobol, Pascal, C, vs.

İşletim Sistemleri : Kullanıcı ile bilgisayar, bilgisayar ile çevre birimleri arasında iletişim sağlayan; bilgileri saklama, transfer etme, geri alma, paylaşma gibi bir çok işlemleri yapan programdır. İşletim sistemi olmadan da bilgisayarın çalışması mümkün değildir.

En çok kullanılan işletim sistemleri;

MS-DOS, Windows95, OS/2, Novell Netware, Unix, Linux, Macintosh Windows XP, Windows Vista şeklinde sayılabilir.

16


Bilgisayarların Bilgi Saklama Kapasiteleri

1 byte = 8 Bit1 Kilo byte (kB) = 1024 byte

1 Mega Byte (MB) = 1024 kB1 Giga Byte (GB) = 1024 MB1 Tera Byte (TB) = 1024 GB

17


GEOMETRİK MODELLEME

Geometrik modelleme. CAD/CAM teknolojisinin ilk adımıdır ve temelidir; parça üzerinde mühendislik analizlerinin yapılması, imalat için teknik resimlerin ve belgelerin hazırlanması. imalat işlemlerinin planlanması, bilgisayar kontrollü tezgahlar için takım yollarının programlanması, kalite ve montaj şartlarının kontrolü, paketleme gibi işlemler bu ilk adımı takip eder.

Başlangıçta CAD sistemlerinden sadece teknik ressamların verimliliğini arttırması beklenmekteydi. Günümüzde bilgisayarda oluşturulan geometrik modelin, dokümantasyondan, mühendislik analizine, imalata kadar bütün mühendislik işlerini yerine getirebilmesi istenmektedir.

Geometrik modelleme, geometrisi, boyutları ve diğer özellikleriyle imal edilecek parçayı bilgisayarda tam ve tek anlamda sayısal tanımlamak demektir. Bu modeller bir fiziksel prototipten çok daha kolay ve çok daha ucuz oluşturulabilirler.

18


Geometrik modellemenin matematiği bilinirse;

CAD/CAM teknolojisinin terminolojisi ve dokümantasyonu daha iyi anlaşılır.

Eğimler ve/veya eğrilikler gibi geometrik özelliklerin geometrik modele uygun seçilmesi mümkün olur.

CAD/CAM sisteminde karşılaşılabilecek sorun ve sonuçlar daha iyi yorumlanır.

Mühendislere geometrik modelin yeteneklerini ve sınırlarını daha iyi tanıma ve gerekirse geliştirme imkanı verir.

Geometrik Model, tel kafes, yüzey ve katı modelleme teknikleriyle oluşturulur.

19


TEL KAFES MODELLEME

Bir tel kafes model nokta ve eğrilerle tanımlanır. Modelin sadece sınır nokta ve çizgileri modellenir. Modelin yüzeyleri, içi-dışı tanımlanamaz.

Bir tel kafes model, noktalar ve bu noktaları birbirine bağlayan kenarların oluşturduğu, modellenen parçanın sadece dış kenar ve köşelerinin gösterildiği iskelet bir modeldir.

Bu sistem en basit modelleme yöntemidir. Bilgisayar fazla hesaplama yapmadan tel kafes modeli ekranda gösterebilir ve diğer işlemleri yapar. Bundan dolayı büyük kapasiteli bilgisayarlara gerek yoktur.

Ayrıca düzlem ile silindir, silindir ile silindir kesişimini tel kafes tekniğinde göstermek mümkün olmaz. Tel kafes modellerin mühendislik uygulamaları sınırlıdır; ancak tel kafesi meydana getiren eğriler, yüzey modelleme tekniğinin de esasını oluştururlar. Bu nedenle incelenmeleri gerekli ve yararlıdır.

20


Tipik bir tel kafes model, doğru, çember, elips, parabol, hiperbol, konik gibi analitik eğriler ve hermite-kübik spline, bezier, B-spline, NURBS (NonUniform Rational B-spline) gibi sentetik eğrilerden meydana gelir. Eğrilerin parametrik denklemler ile ifade edilmesi hem daha geneldir, hem de hesaplamalar ve CAD/CAM’ de karşılıklı iletişim için daha uygundur. Parametrik ifadede eğri üzerindeki her nokta bir u parametresinin fonksiyonu olarak tanımlanır.

Analitik eğriler

Analitik eğriler, analitik denklemlerle tanımlanır. Doğrunun temel parametrik denklemi (0≤u≤1),

x=x1+u(x2-x1)y=y1+u(y2-y1)z=z1+u(z2-z1) şeklinde yazılabilir. Diğer analitik eğriler de benzer şekilde yazılır.

21


Sentetik Eğriler

Sentetik eğriler, belirli kontrol noktaları ile tanımlanır; makina parçalarının konstrüksiyonu için çok daha uygundur. Kontrol noktalarından biri veya birkaçı değiştirilerek istenen şekle en yakın eğri oluşturulabilir. CAD/CAM sistemlerinde başlıca üç tip sentetik eğri kullanılmaktadır. Bunlar Hermite kübik spline, Bezier ve B-spline eğrileridir; her birinin ayrıca rasyonel tipleri vardır.

a) Hermite Kubik Egrileri : Hermite kübik spline eğrileri, verilen kontrol noktalarının hepsinden geçen enterpolasyon eğrileridir; Üçüncü dereceden polinomlar olarak tanımlanır. Her polinom, iki kontrol noktasının konum ve teğet vektörleri ile belirlenir.

22


b) Bezier Eğrileri

Bezier eğrileri, Sek.2'de gösterildiği gibi, kontrol noktalarının bir kısmından geçen yaklaşık eğrilerdir; yalnızca tanımlanan noktalar ile kontrol edilebilir. Bezier eğrisinin derecesi ve mertebesi değişkendir. Bunlar tanımlanan noktaların sayısına baglıdır. n+1 nokta n dereceden eğriyi daha büyük mertebeden süreklilikle tanımlar.

Bezier eğrileri, kübik eğrilerden daha iyi ozelliklere sahiptir; ancak bu eğrilerin de yerel kontrol imkan yoktur; bir kontrol noktası değiştirilirse, tüm eğri değişir.

23


c) B-spline Eğrileri

B-spline Eğrileri, Bezier eğrilerinin daha uygun ve genelleştirilmiş bir halidir. Şekil 3’ te gösterildiği gibi, kontrol noktalarında yerel kontrollerin yapılmasına imkan verirler.Kübik bir eğriye ait P3 noktasının çeşitli konumlara getirilmesi ile eğrinin şekli değişmektedir. B-spline eğrileri ile hem enterpolasyon hem de, yaklaşık eğriler elde edilebilir. Enterpolasyon eğrileri ile, gerilme ve yer değiştirme dağılımı gibi konstrüksiyon ve mühendislik sonuçlarının gösterilmesi,yaklaşık eğriler ile serbest formda geometrilerin oluşturulması kolaylıkla sağlanır.

24


d) Rasyonel (Rational) Eğriler :

Rasyonel polinom fonksiyonlar, hem serbest şekilli hem de konik eğri tiplerinin birarada kullanılmasına izin verirler. Bu fonksiyonlar iki polinomun oranlanması ile elde Hem Bezier hem de B-Spline eğrilerinin rasyonel şekilleri vardır.

Rasyonel eğriler, bilgisayar destekli konstrüksiyonda yaygınlık kazandı ve günümüzde uygulama programları Bezier ve bütün B-spline tanımlarını kapsayan bu gösterimi kullanırlar.

En genel şema, NURBS denilen eğrilerdir. NURBS eğrileri yaygındır; çünkü hem B-spline ve Bezier eğrilerini, hem de konikleri gösterme yeteneğine sahiptirler. Bu nedenle NURBS eğrileri, eğri veya yüzeyleri tanımlamada IGES standartlarının bir parçası olmuşlardır.

25


P1(X1,Y1)

Y

XP0(X0,Y0)

S

X

Y

ζ =S

L

Bir Doğrunun Gösterimi

P

X-X0

X1-X0

Y-Y0

Y1-Y0

= = ζ

X=(1- ζ ).X0 + ζ X1

Y=(1- ζ ).Y0 + ζ Y1

{ } [ ] { }X

Y=

X0 X1

Y0 Y1

1- ζ

ζ

L

Parametrik gösterim

26


Bir Eğrinin Gösterimi

P0

P1

P2

P3

Kontrol noktaları

{ } [ ] { }X

Y=

X0 X1 X2 X3

Y0 Y1 Y2 Y3

(1- ζ)3

3 ζ(1- ζ)2

3 ζ2(1- ζ) ζ3

Parametrik gösterim

27


YUZEY MODELLEME

Otomobil kaportası, ev aletleri, plastik şişe gibi düzgün eğri yüzeylere sahip nesneler klasik çizimlerle kolayca gösterilemez. Tel kafes modeller ile de bu gibi yüzeyler hassas olarak temsil edilemez. Yüzey modelleme sistemlerinde, karmaşık yüzeylerin bütünü katı olarak modellenebilir. Yüzey modeli oluşturulunca, bundan yararlanarak dövme kalıbı, plastik kalıp tasarlanabilir veya otomatik CNC programı üretilebilir.

Yüzey modeller konstrüksiyon işlemlerinde ve mühendislik uygulamalarında yaygın olarak kullanılırlar. Genellikle kütle özelliklerinin hesaplanmasında, sonlu eleman ağlarının üretilmesinde, sayısal kontrol (NC) takım yollarının bulunmasında yüzey modellerinden yararlanılır.

Yüzey formu, uygulamaya bağlıdır. Mesela, imalat masraflarını düşürmek için beş eksenli makina yerine üç eksenli makina ile imalata uygun yüzey formları seçilebilir. Bununla birlikte bütün yüzey formlarında, yüzeylerin teğetleri, normalleri, eğrilikleri kolayca elde edilebilmelidir. Polinomlar bunun için en uygun seçimdir. Çoğu pratik yüzey uygulamalarında kübik polinomlar yeterli olmaktadır.

28


Analitik Yüzeyler

Düzlemsel yüzey (plane surface): En basit yüzeydir. Farklı 3nokta ile tanımlanır. Raylı yüzey (Ruled surface) : iki sınır eğri (ray) arasında doğrusal enterpolasyonla tanımlanmış lineer bir yüzeydir.

29


Dönel yüzey (surface of revolution) : Uzayda düzlemsel bir eğrinin bir eksen etrafında belirli bir açıyla döndürülmesi ile oluşan yüzeydir.

Süpürme yüzey (sweeping surface) : Düzlemsel bir eğriyi belirli bir doğrultu boyunca sürükleyerek oluşturulan yüzeydir.

Sentetik Yüzeyler

Sentetik yüzeyler, mühendislere serbest şekilli yüzeyleri (free-form surfaces) tasarlama ve gerçekleştirme imkanı verirler. Bunlar sentetik eğrilerin benzeri, Hermite bikübik, Bezier, B-spline, rasyonel gibi yüzeylerdir.

30


KATI MODELLEME

Katı model, parçaların hacimsel şeklinin tanımlanması ile elde edilen gerçeğe en yakın modelleme şeklidir. Katı modelleme, konstrüksiyon ve imalatın otomasyonunu ve entegrasyonunu sağlayan teknolojik bir çözüm olarak ortaya çıkmaktadır. Katı modelleme teknikleri, nesnelerin bilgi bakımından tam ve çelişkisiz gösterimini sağlar. çelişkili modeller, çakışma kontrolünde, kütle özellikleri hesaplarında,sonlu eleman modellemesinde, bilgisayar destekli işlem planlamada (computer aided process planning) ve sayısal kontrol(NC) programlamada kullanılamazlar.

Katı modelleyiciler, tel kafes ve yüzey (geometri) modelleyicilerden daha fazla geometrik ve topolojik bilgi saklarlar. Büyük ölçekli imalat uygulamalarında katı modelleme tercih edilir.

Sadece geometrik verileri kullanan tel kafes ve yüzey modellerinin aksine, katı modeller, yan yana gelen nesnelerin hem geometrik verilerini hem de topolojik ilgilerini kullanırlar. Katı modelin sakladığı topolojik ve geometrik bilgiler, daha sonraki kütle özelliklerinin hesabı, sonlu elemanlar ağı üretme gibi işlemlerinin otomatik olarak yapılmasını sağlar.

31


Genel olarak katı modelleme iki yöntemle yapılır:

SınırTemsili (B-rep : Boundary Representation) : Bu yöntemde katı model, Sınır elemanları (noktalar, yüzeyler, eğriler) ve bu elemanların birbirleri ile ilişkileri şeklinde oluşturulur.

Sınır temsili modelleyiciler karmaşık şekilleri daha iyi sunarken daha fazla işlem zamanı gerektirmektedirler.

32


33


Yapısal Katı Geometri (CSG-Constructive Solid Geometry) : Bu yöntemde katı modeller, küp, dikdörtgenler prizması, koni, silindir gibi temel geometrik şekillere Boolean işlemleri uygulanarak elde edilir.

Blok modelleyiciler yapılandırma açısından daha basit ve ekranda görüntüleme açısından daha uygundur fakat karmaşık bir şeklin tanımlanmasında zorluklar olabilir.

34


35


Unsur Tabanlı Modelleme (Feature Based) : Bu yöntemde katı modeller, Extrude (yükseltme),Revolve (döndürme), Sweep (Süpürme), Hole (Delik), Rib (Destek), Round (yuvarlatma) gibi unsurlar kullanılarak oluşturulur.

En gelişmiş ve son yıllarda en çok kullanılan katı modelleme yöntemidir.

36


NÜMERİK KOTROLLÜ TEZGÂHLAR

Nümerik kontrol (NC) bir hareketi sayısal olarak kontrol etmek veya hareketi sayısal olarak kumanda etmektir. Bir takım tezgahının hareketleri operatör müdahalesi olmadan özel rakamlar ve kodla kontrol edilebiliyorsa bu tezgah nümerik kontrollü takım tezgahıdır denilebilir. NC takım tezgahları işleme kusurlarını en aza indiren en üst düzeyde tezgahlardır.

NC tezgahlar program saklama belleklerine sahip olan ve bir karmaşık lojik ve aritmetik işlemler yapabilen bilgisayarlarla donatılırsa bunlara Bilgisayar Destekli Nümerik Kontrollü veya kısaca CNC tezgâhlar denilmektedir. CNC tezgahlarda program bellekte saklanır; gerektiği durumda bellekten çağrılır ve parçalar hiçbir başka işlem yapmadan arka arkaya işlenir. Ayrıca merkezi bir bilgisayara bağlı olan bir çok NC ve (veya) CNC tezgahlardan oluşan sistemler vardır; bunlara Direkt Nümerik Kontrollü veya kısaca DNC sistemler denilmektedir.

37


CNC Torna Tezgahı CNC Dik İşleme Merkezi

38


CNC TEZGÂHLARININ TARİHÇESİ ve GELİŞMESİ

İkinci Dünya Savaşından sonra uygulamaya konulan en önemli teknolojik gelişmelerden biri de nümerik sistemlerdir. İkinci Dünya Savaşından sonra yüksek performanslı uçaklar ve otomobiller gibi ürünler, hidrolik kopya frezeleme tezgâhlarında yapılması çok zor olan ve çok zaman gerektiren karmaşık profilli ve şekilli parçalara sahipti. Kesici takımın çevresel ilerleme hareketlerini yüksek hassasiyetle yapmasını sağlayacak şekilde sinyalleri yüksek hızlarda işleyebilecek yeni bir tür kontrol sistemine ihtiyaç vardı. İlk Nümerik Kontrollü tezgah; ABD'nin Savunma Bakanlığının bir siparişi üzerine, Massachusetts Institute of Technoloji laborotuvarlarında 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 sonra CNC sistemleri gittikçe gelişmiş,tezgah dışında başka sistemlere de (ölçme, kaynak vb.) uygulamaya konulmuştur.

39


1980 yıllarında mikroişlemci teknolojisinin gelişmesi ile, bu sistemler NC tezgahlarına uygulanmış ve CNC tezgahlar elde edilmiştir. Aynı zamanda CNC tezgahların üretiminde daha verimli kullanılması arayışları sürdürülmüş ve ilk önce merkezi bir bilgisayardan kontrol edilen birçok NC ve (veya)CNC tezgahlardan oluşan DNC (Direkt Nümerik Kontrollü) ve daha sonra FMC(Esnek imalat Hücreleri) sistemleri meydana getirilmiştir. FMC' ler robot ile tezgah arasında malzeme akışını sağlayan, takım ve parça tutturma ve çözme işlemlerini otomatik olarak yapan bir merkezi bilgisayar ve bağımsız olarak programlanabilen birkaç NC (veya) CNC tezgahtan meydana gelen bir ünitedir.

Belirli bir düzene göre yerleştirilen birkaç FMC ünitesinden, imalatta büyük esneklik sağlayan ve insan unsurunu önemli şekilde bertaraf eden FMS (Esnek imalat Sistemi) sistemleri meydana getirilmiştir. Bu sistemlere insansız fabrika denilmektedir. Bununla birlikte; kalite kontrol, malzeme stok kontrolü, pazarlama,muhasebe kısımları da entegre edilen ve CIM (Bütünleşik imalat Sistemleri) adını taşıyan fabrikalar vardır. Ancak CIM sistemleri günümüzde tam olarak oturtulmamıştır.

40


NÜMERİK KONTROLLU TEZGAHLARIN AVANTAJLARI

Nümerik kontrol tezgahlarının endüstride yaygınlaşması birçok ekonomik avantajlarından ileri gelmektedir.

-Operatör tezgahı elle kontrol etmemekte ve klasik tezgahlarda olduğu gibi hareket eden iş parçasını sık sık dokunmamaktadır. Bu nedenle operatör iş güvenliği açısından NC tezgahlarında daha emniyetli durumda çalışmaktadır.

-Yapılan düzeltmelerden sonra elde edilen en iyi program bantlarla saklanarak ileride tekrar kullanılabilir. Böylece her parti üretimim kalitesi her zaman aynı olur ve parçadan parçaya değişiklik arz etmez.

-Saklanan bantlar vasıtasıyla parçalar istenildiğinde yeniden üretilebileceğinden, parçalar gereğinden fazla üretilmeyecek stok seviyeleri düşürülebilir.

-Kullanılan takım, aparat ve mastar sayılan, klasik tezgahlara göre çok düşüktür.

41


-Her klasik tezgah için bir bağlama aparatı gerekirken NC tezgahlarında 1-2 aparatla tüm işleri bitirmek mümkündür.

-CNC tezgahlarda takım ilerleme ve kesme hızları çok rahatça ayarlanıp optimize edilebilmesinden dolayı takım harcamaları azalır.

-CNC tezgahlarında komplike parçaların işlenmesi, basit bir parça kadar kolay olur.

-Yeni bir işe hazırlanma, ayarlama ve işleme zamanlan CNC tezgahlarda klasik tezgahlara göre çok düşüktür.

-Özel amaçlı tezgahlara göre CNC tezgahlar, küçük partili imalatlarda da daha ekonomiktir.

-CNC tezgahlarında işleme payları minimumda tutulabildiği için talaş ve artık malzeme azalır.

42


-İlk numuneler ve program kontroller yapıldıktan sonra çok az sayıda kontrole ihtiyaç duyacağından CNC tezgahlarda Kalite Kontrol maliyetleri azalır ve kalite kontrol süresi kısalır.

- CNC tezgahlar daha iyi ve esnek bir planlama ve maliyet hesabı kolaylığı sağlar.

43


CNC TEZGAHLARIN DEZAVANTAJLARI

Nümerik kontrollü tezgahlar sayısız üstünlükleri yanında bazı dezavantajlara da sahiptir.

-Kontrol ünitelerinden dolayı yatırım maliyeti yüksektir

-Epeyce özel ekipmanlarının bulunması ve elektronik ağırlıklı olması nedeniyle bu konularda eğitilmiş elemanlara ihtiyaç duyulmasından dolayı bakım masrafları fazladır.

-Tasarım ve planlama bölümlerinin nümerik kontrol konusunda eğitilmeleri gerekir.

-CNC tezgahlarının bazılarında ortam şartlarının ( sıcaklık, nem ve toz gibi) kontrol altında tutulması gerekir.

44


NC TAKIM TEZGAHLARININ KULLANILMASINI GEREKTİREN SEBEPLER Herhangi bir işletmede nümerik kontrollü takım tezgahına gidilebilmesi için, aşağıdaki durumlardan bazılarının mevcut olması gerekir.

-Küçük partili komplike parçaların imalatı-Gerekli metot düzeltmelerinin yapılmasını geciktiren sürekli dizayn değişiklikleri-Küçük çapta imalat için pahalı takım, aparat ve metotlarının kullanılması-işçilik maliyetinin malzeme maliyeti yanında çok büyük bir miktar teşkil etmesi-Çok az sayıdaki benzer parçalardan meydana gelen partilerin bulunması-işçilik maliyetinin önemli bir kısmını tezgah ayarlama ve parça bağlama zamanının teşkil etmesi -Çok operasyonlu ve tezgah ayarlama süreleri uzun olan imalatların bulunması-Az kar bırakan ufak çapta işlerin imalat hattında bulunması -iki veya daha fazla sayıda kopya tezgahının bulunması ve yüklenen işlerin günaşırı değişiklik arz etmesi -Birkaç işte uygulama imkanının olmamasından dolayı dizayn değişikliğinin yapılması-Model ve parçaların sık değişmesine sebep olan düzensiz bir pazarın bulunması

45


CNC TEZGAHLARIN ÖZELLİKLERİ

Konvansiyonel tezgahlar gibi CNC tezgahlar da hammaddeden, imalat resminde öngörülen şekil ve boyutlar da bitmiş parça imal etmek için kullanılmaktadır. Bu durum esas hazırlık ve parça işleme olmak üzere iki işlemden meydana gelmektedir. Her iki işlem şu operasyonları içermektedir: Hazırlık işlemi: -Programın oluşturulması ve bunun tezgaha verilmesi.-Taslağın tezgah parça tutturma sistemine bağlanması; -Takım veya takımların tezgah takım tutturma (kalemlik, taret, magazin) sistemine bağlanması; -Referans noktasının tayin edilmesi. Parçanın İşlenmesi: -Takım veya parçanın, talaş kaldırmak için çeşitli yönlere hareket ettirilmesi ve hareket uzunluklarının tam olarak gerçekleştirilmesi; -Parça doğruluğunun kontrol edilmesi

Tüm talaş kaldırma işlemleri operatörün hiçbir müdahalesi olmadan otomatik olarak yapılmaktadır. Hazırlık işlemleri operatör veya otomatik olarak gerçekleştirilir.

46


Takım tezgahlarının hareket elemanları:

Konvansiyonel tezgahlarda bir tek motor vardır; bu hem talaş kaldırmak, hem de ilerleme hareketleri için kullanılır. Tüm tezgah sisteminde ilerleme hareketleri kızakla yapılır. Bu kızakların hareketi konvansiyonel tezgahlarda normal cıvata veya kremayer mekanizması NC veya CNC tezgahlarda sadece bilyeli cıvata mekanizması ile gerçekleştirilir.

Kontrol devreleri: CNC tezgahlarını konvansiyonel tezgahlarından ayıran ilk özellik; program girişini ve çalışmasını sağlayan bir kontrol ünitesi ve bunu temsil eden bir kontrol panosunun bulunmasıdır. Bu panoda komutların girilmesini sağlayan düğmelerin yanı sıra; girilen veya işlenen komutları gösteren ve talaş kaldırma işleminin simülasyonunu yapan, bilgisayarda olduğu gibi bir ekran vardır. İkinci olarak talaş kaldırmak için kullanılan güç motorun yanı sıra; takım veya parça hareketlerini gerçekleştiren ve eksen adını taşıyan her hareket yönünde birer ilerleme motorları vardır. Parça hareketlerini kontrol etmek için her eksen yönünde birer sezgi elemanı (sensör) kullanılır.

47


Güç üniteleri: CNC tezgah ve sistemlerde ana (güç), ilerleme ve yardımcı işlemler için olmak üzere üç çeşit motor kullanılır. Güç motorları tezgahın iş milini harekete geçiren ve esasen talaş kaldırmak için kullanılan motorlardır. İlerleme motorları kızakları harekete geçiren; yardımcı motorlar ise örneğin kesme ve yağlama sistemini çalıştıran motorlardır. Güç ve ilerleme motorlarından istenilen en önemli özellik, kademesiz hız değişimi temin edebilmeleridir; bu nedenle bunlar servo motor şeklinde imal edilmektedir.

Ayrıca güç motorlarından, talaş kaldırmak için gereken gücü verebilmeleri istenmektedir. Genelde CNC tezgah ve sistemlerinde elektrik; direkt akım (DC),alternatif akım (AC), step (adım) ve hidrolik motorları kullanılır.

48


ölçme sistemleri ve sezgi elemanları:

CNC tezgahlarında ölçülen faktörler parça ve takım konumları, ilerleme hızları ve bazı durumlarda kesme hızlarıdır. Konum ölçme sistemleri direkt veya dolaylı; dijit veya analog ve bunların her ikisi de mutlak veya eklemeli olabilir. Direkt ölçme sistemlerinde kızağın konumu, kızağa direkt olarak ; dolaylı ölçme sistemlerinde vida mekanizmasının ucuna yerleştirilen bir sezgi elemanı ile ölçülür. Direkt ölçme sistemlerinde vida mekanizmasının, dişli çarklar gibi iletim elemanlarının boşlukları,ölçülen konum değerini etkilemez. Ancak sistem daha pahalı ve büyük bir hassasiyet ister. Daha ucuz ve kolay olan dolaylı sistemde iletim elemanlarının boşlukları ölçülen konum değerini etkiler; ancak sistemin çok hassas olması gerekmez. Analog ölçme sistemi elektrik gerilimi gibi sürekli değişen; dijit ölçme sistemi vurgu gibi kademeli olarak değişen sinyallere dayanır.

49


Direkt ölçme sistemlerinde doğrusal ve döner sezgi elemanları kullanılır.

Doğrusal sezgi elemanı direkt olarak kızak üzerine yerleştirilir daha az kullanılan döner ölçme sistemi kızağa bir kremayer mekanizmasının yardımıyla bağlanır.

Vida mekanizmasının ucuna bağlanan dolaylı ölçme sistemleri sadece döner olabilir.

Analog ölçme sistemleri genellikle elektrik geriliminin ölçülmesine dayanır.

Motor hızlarını ölçmek için genelde takometreler kullanılır.

50


CNC Tezgah ve sistemlerinin çalışma ilkesi

Nümerik kontrol sistemlerinde giriş verileri sayısal (nümerik) olarak verilmektedir. Sayı düzeni olarak bit adını taşıyan, O ve 1 işaretleri ile temsil edilen ikili sayı düzeni kullanılır. Elektronik elemanların açık (on) ve kapalı (off) olmak üzere sadece iki karşıt durumda bulunmalarıdır. Elektrik akımının geçtiği durum 1; vurgu yok, akımın geçmediği durum O ile gösterilir.

CNC Tezgahlarının Konstrüksiyon Özellikleri

Takım tezgahlarının amacı, hammaddeye toleranslarla belirtilen bir kalitede şekil vermektir. Şekil verme işlemi, takım ve parçanın izafi hareketlerinin sonucu olarak talaş kaldırma ile gerçekleşir. CNC tezgahlarında programla belirtilen bu hareketler, tezgahın kontrol ünitesi tarafından vurgu şeklinde elektronik sinyallere dönüştürülür. Bu sinyaller motoru ve buna mekanik iletim sistemi ( dişli çark, cıvata mekanizması vb.)ile bağlı olan kızağı harekete geçirirler.

51


Yüksek bir işleme kalitesi ve kararlı bir çalışma için, CNC tezgahlarının şu özelliklere sahip olması gerekmektedir.

-Yüksek rijitlik

-Parçalar arasında minimum boşluk

-Düşük kütleler ve momentler

-Düşük sürtünme ve uygun bir sönümleme

52


CNC PROGRAMLAMA İLKELERİ

Sayısal denetim, sürecin sayısal, harfler ve simgelerden oluşan kodlanmış komutların otomatik olarak yürütülmesidir. Bir sayısal denetim sistemi üç ana öğeden oluşur. -Program-Makine kontrol birimi-Takım tezgahı

Program, tezgaha kumanda eden veri dizisidir. Tezgaha makine kontrol birimi tarafından ulaştırılır. Makine kontrol birimi ise programı komut sinyallerine dönüştürür ve tezgahın komutları yerine getirme derecesini denetler.

53


Program

Programdaki veriler şu kaynaklardan derlenir.

Takımın izleyeceği yörünge: Parçanın teknik resminden saptanan boyutlar ve özellikler.

İşleme Parametreleri: Parçanın teknik resmindeki toleranslar, yüzey kalitesi ve malzemeye ilişkin bilgiler ve kesici takımların türleri, pasolar, ilerleme ve kesme hızları gibi değişkenlerdir.

Tezgâha ait özellikler: Program dili ve özellikleri, tezgahn işlevleri, operatörlere düşen görevler, v.b

Programcının vereceği kararlar: İşlem sırası, kullanılacak takımlar, referans noktaları ve iş parçasının kontrol yöntemlerinin seçimi, v.b.

54


Programlama İşlemi

Programlama işleminin amacı, parçanın işlenmesi için gereken bilgileri, tezgahın kontrol ünitesinin anlayacağı şekle getirmektir. Programlama işlemine girilmeden önce, programlama öncesi yapılacak hazırlıkları bilmek programcı için büyük kolaylık sağlar.

Programlama öncesi hazırlıklar:-Tezgâhın programlama özellikleri saptanarak, en yalın programın yazılması için önemli noktalar belirlenir.-Parçadan talaş kaldırılacak bölgeler ve bunların niteliği incelenerek, bağlama biçimi ve kullanılacak takımlar kararlaştırılır. -Parçanın genel biçimi, ölçü ve geometri tamlığı gereklerinden program içinde kullanılması en verimli olabilecek sıfır noktası saptanır. -İşlem sırası ve bu sıraya göre takımların takımlığa yerleştirilme konumları kararlaştırılır.

55


Program oluşturmak için kullanılan yöntemler:

-ISO kod (G kodu) sistemine dayanan, elle programlama;

-APT gibi programlama dilleri;

-Grafik etkileşimine dayanan CAM (Bilgisayar Destekli İmalat)

56


Programlarla ilgili hususlar

•Programlama yöntemleri ne olursa olsun CNC sistemlerin kontrol üniteleri ISO yani G kodlarından anlar. Dolayısıyla başka yöntemlerle oluşturulan programlar postprosesor denilen bir sistemle bu kodlara döndürülür ve sonra tezgâha verilir.

•Elle programlama yöntemi esasen direkt olarak ISO (G) kodları ile yazmaktır; burada program herhangi bir belge gibi elle yazılabilir; kontrol ünitesinin kontrol panosunu kullanarak direkt tezgâha verilebilir veya bilgisayarda oluşturulabilir.

•Genelde elle programlama karmaşık derecesi az olan parçalara uygulanır. Kalıp,motor, vites kutusu vb. gibi karmaşık parçalarda CAM yöntemi uygulanır. Bu yöntemde parçanın ilk olarak CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) sistemi ile katı modellemesi yapılır. Daha sonra bilgisayar bu katı modeli kullanarak gerekli G kodlarını kendisi üretir.

57


G kodlarına ÖrnekG00 Hızlı hareketG01 Doğrusal ilerleme, Kesme ilerlemesiG02 Saat yönünde dairesel hareket CWG03 Saat yönünün tersi yönünde dairesel hareket CCWG04 Geçici durmaG17 XY Düzlemini seçG18 ZX Düzlemini seçG19 YZ Düzlemini seçG20 INCH ölçü sistemine geçG21 MM ölçü sistemine geçG28 Referans noktasına gidişG33 Diş çekme döngüsüG40 Takım Telafisi iptali

58


M kodlarına Örnek

M00 Programın geçici olarak durması, M01 Programın istek üzerine kontrol panosundan elle durdurulmasıM02 Program SonuM03 İş milini saat yönünde (CW) çevirM04 İş milinin saat ibresinin ters yönünde (CW) dönmesiM05 İş milinin durmasıM06 Takım değiştirmeM08 Soğutma sıvısını açM09 Soğutma sıvısını kapatM13 İş milini saat ibresi (CW) yönünde döndür ve soğutma sıvısını açM14 İş milini saat yönünün tersi (CCW) yönünde döndür ve soğutma sıvısını açM19 İş mili orient konumuM30 Program sonu ve başa dönüş

59


HIZLI PROTOTİP ÜRETİM TEKNOLOJİLERİ

Bilgisayarda hazırlanan üç boyutlu CAD çizimleriden direk olarak elle tutulur fiziksel modeller elde etmemizi sağlayan teknolojidir. Hızlı prototipleme cihazları vasıtasıyla bilgisayarda çizimi yapılmış her türlü ürünün birebir modelini saatler içerisinde elde etme imkânı doğmuştur. Böylece tasarım ve imalat aşamalarında HPÜ sistemlerinin kullanılması ile, maliyetlerde büyük azalmalar sağlanır.

AVANTAJLARIÜrünün görsel kontrolü yapılır ve olası form hatalarını gözlemlenebilir. Birden fazla komponent içeren ürünlerin birbirlerine geçme detayları ve parçaların uyumu kontrol edilebilir. Mekanizmaların çalışabilirliği test edilebilir. Çok parçalı bir montaj parçası tek seferde üretilip çalıştırılabilir. Prototip modelleri kalıp yapımında master model olarak kullanılabilir. Prototip modelleri hassas döküm işlemi için kullanılabilir.

60


HIZLI PROTOTİP ÜRETİM SİSTEMLERİ

1-STEREOLİTOGRAFİ2-ERİTİLMİŞ MALZEME YIĞMA 3-TABAKALI CİSİM İMALATI 4-SEÇİCİ LAZER SİNTERLEME5-KATI TABAKA KURUTMA

61


SAÇ KESME KALIBI ÖRNEK PROBLEM

Resmi verilen parçanın üretilmesi için gerekli olan kesme boşluklarını formule göre bulunuz.Zımba ve matris ölçülerini hesaplayınız.

Kesme boşluğu tayini:

Rondelada delik çapı önemli olduğundan kesme boşluğu matrise verilir.

62


Rondelada delik çapı önemli olduğundan kesme boşluğu matrise verilir.

Matris ölçüsü sabit tutulur.boşluk değeri matris ölçüsünden çıkarılarak zımba ölçüsü bulunur.

Öm=33,95 (resimdeki ölçü)

Zımba ölçüsü Öz=Öm – kb =33,95 - 0,24 = 33,71

zımba matris

63


Örnek Problem 2 : Resmi verilen parça üretilecektir.Kalıbın kesme kuvvetini Kesme işini Kesme gücünü bulunuz. Verilen Değerler

Kuvvet :

İŞ :

Güç :

m7.gen.tr - bilgisayarla bütünleşik İmalat

Documents