Genel Konular CNC Tezgahları Kitap www.makinateknik.org i İÇİNDEKİLER İÇİNDEKİLER .................................................................................................................. i GİRİŞ ................................................................................................................................ 1 1. GENEL BİLGİLER ...................................................................................................... 2 1.1. Otomasyon ............................................................................................................. 2 1.2. Nümerik Kontrollü Tezgahların Niteliği ............................................................... 2 1.3. CNC Tezgahların Üstünlükleri .............................................................................. 3 2. CNS TEZGAHLARIN ÖZELLİKLERİ ....................................................................... 4 2.1. CNC Tezgahlarda Kontrol Devreleri ..................................................................... 5 2.2. Güç Üniteleri .......................................................................................................... 7 2.3. Ölçme Sistemleri ve Sezgi Elemanları .................................................................. 8 2.4. CNC Tezgah ve Sistemlerinin Çalışma İlkesi ....................................................... 8 3. NC TEZGAHLARIN KONSTRÜKSİYON ÖZELLİKLERİ .................................... 10 3.1. Takım Tutturma Sistemleri .................................................................................. 10 3.2. Parça Tutturma Sistemleri ................................................................................... 12 4. PROGRAMLAMA İLKELERİ .................................................................................. 13 4.1. Koordinat Sistemi ................................................................................................ 13 4.2. Tezgah Eksenleri .................................................................................................. 14 4.3. Parça Koordinat Sistemi ...................................................................................... 15 4.4. Takım Koordinat Sistemi ..................................................................................... 15 5. ISO (G-KODU) SİSTEMİNİN PROGRAMLAMA ESASLARI .............................. 17 5.1. Programın Yapısı ................................................................................................. 17 6. CNC TEZGAHLARINDA İŞLENECEK PARÇALARIN BİLGİSAYARDA SİMÜLASYONU ........................................................................................................... 20 6.1. CNC Freze Tezgahında İşlenecek Parçaların bilgisayar Simülasyonu ................ 20 6.2. Simülasyon Programı ........................................................................................... 21 6.3. Programlama İçin Gerekli Ön Bilgiler ................................................................. 21 6.4. CNC Program Kodları (G ve M Kodları) ............................................................ 22 6.5. Yeni Bir Program Yazma .................................................................................... 22 6.6. Program Düzeltme ............................................................................................... 23 6.7. Programı Test Etme ............................................................................................. 23 6.8. Program Kütüphanesi .......................................................................................... 23 6.9. DOS’a Çıkış (Program Sonu) .............................................................................. 23 KAYNAKLAR ............................................................................................................... 24 www.makinateknik.org 1 GİRİŞ İlk nümerik Kontrollü Tezgah 1956 yılında ABD’de yapılmış ve zaman geçtikçe gelişmesi devam etmiştir. 1980 yıllarında mikroprosesör teknolojisinin gelişmesi ile,bu sistemler NC tezgahlarına uygulanmış ve CNS tezgahlar elde edilmiştir. Aynı zamanda CNS tezgahlarının üretimde daha verimli kullanılması arayışları sürmüş önce DNC ve daha sonra da FMC’ler meydana getirilmiştir. Türkiye’de de bazı fabrikalarda CNC tezgahları üretilmektedir. Hatta CAM (Bilgisayar Destekli Üretim) yöntemiyle çalışan tezgah imalatları yapılmaktadır. Üretimi kolaylaştıran CNC makinalarından hazırlamış olduğum seminer ödevinde anlatıyorum. www.makinateknik.org 2 1. GENEL BİLGİLER Takım tezgahları; hammadde halindeki bir malzemeye belirli bir şekil vermek için kullanılır. Talaş kaldırarak şekil veren takım tezgahlarında, şekil verme işlemi parça ile takım arasındaki izafi hareketlerle sağlanır. Bu hareketler kesme, ilerleme ve yardımcı olmak üzere üç gruba ayrılabilir.ana ve kesme hareketi talaş kaldırma hareketidir; ilerleme hareketi parçanın uzunluk veya genişlik yönünden belirli kısımlarının işlenmesini sağlayan harekettir. Yardımcı hareket ise çeşitli ayar hareketleridir. Bu yöntemlere bağlı olarak torna, freze, matkap, taşlama, planya, vargel gibi tezgahlar geliştirilmiştir. 1.1. Otomasyon Takım tezgahlarında herhangi bir parçanın işlenmesi, aşağıdaki teknik ve ekonomik koşullarda gerçekleştirilmesi gerekir. - Kalite. - Yüksek prodüktivite. - En düşük maliyet. - Esneklik. Bu koşulları en iyi şeklide gerçekleştiren olgu otomasyon olgusudur. Otomasyon, tezgahın enerji ve bilgi girişlerine göre bilimsel olarak iade edilebilir. Buna göre mekanizasyon enerji, otomasyon ise bilgi faktörünü bağlıdır. Tezgaha verilen bilgiler geometrik ve teknolojik olmak üzere 2 gruba ayrılır. Geometrik bilgiler takımın parça üzerinde yolunu belirler. Teknolojik bilgiler kesme hızı, ilerleme, talaş kalınlığı gibi değerlerden meydana gelir. Bilgi verileri tezgaha operatör veya program olarak adlandırılacak bir nesne tarafından verilebilir. Bilgilerin direkt operatörce verilen tezgahlara konvansiyonel; program yolu ile verilenlere otomat denir. Otomat tezgahlarda yapılan işlemlerin kapsamına otomasyon denir. 1.2. Nümerik Kontrollü Tezgahların Niteliği Nümerik kontrollü tezgahlarda program, bilgisayarlarda olduğu gibi yazılı bir belgedir. Program parçanın imalat resmine göre, parçanın geometrik şeklini ve teknolojik bilgileri dikkate alınarak yazılır. www.makinateknik.org 3 Bu program tezgahın kontrol ünitesine girilir, burada okunur ve alınan bilgiler tezgahın kızaklarına ve takıma gönderilerek bunların hareket etmesi ve parçanın işlenmesi sağlanır. Nümerik kontrollü tezgahlar esnek sistemlerdir. Burada işleme operasyonları, yazılı bir belge olan programda çok çabuk olarak değiştirilebilir. Bu bakımdan nümerik kontrollü tezgahların ayarlama zamanı oldukça kısadır. CNC tezgahları program saklama belleklerine sahip olan ve bir karmaşık lojik ve aritmetik işlemler yapabilen bilgisayarlarla donatılmıştır. CNC tezgahlarda program bellekte saklanır; gerektiği durumda bellekten çağrılır ve parçalar hiçbir başka işlem yapmadan arka arkaya işlenir. CNS sistemlerine program; delikli kart, manyetik şerit, manyetik band, direkt olarak kontrol panosundaki düğmelere basarak veya bir bilgisayarın yardımı ile verilebilir. 1.3. CNC Tezgahların Üstünlükleri Konvansiyonel Tezgahlara Göre; - Yardımcı ve hazırlık zamanların çok düşük olması, prodüktivitenin önemli şeklinde artması ve maliyetin azalması. - Daha yüksek ve özellikle sabit kalite elde edilmesi. - Daha az ve basit tutturma tertibatlarına gereksinme olması. - Çok karmaşık parçaların, yüksek bir doğrulukla işlenebilmesi. Mekanik Otomat Tezgahlara Göre; - Çok daha esnek olması, yani işleme koşullarının çabuk değiştirilebilmesi. - Ayar zamanının çok daha kısa olması. CNC Tezgahların Mahsurları ise; - Daha hassas olması ve dolayısıyla çevre etkilerine karşı daha iyi muhafaza edilmesi. - Bozulma ihtimalinin daha büyük olması ve ayrıca tamirat için uzmanlaşmış elemanlara ihtiyaç duyulması. www.makinateknik.org 4 - Programlama için kalifiye elemanlar istenmesidir. CNC tezgahı kullanan firmalar, şu hususlara dikkat etmelidir; CNS tezgahla ilgili personelin eğitilmesi; Takım ve tutturma tertibatların CNC tezgahlarda kullanılmak üzere sistematizasyonunun yapılması; tezgahların bakımı için özel önlem alınmasıdır. Çeşitli İş Parçalarına Ait Parça Sayısı Şekil 1. CNC Tezgahlarının Kullanma Alanları 2. CNS TEZGAHLARIN ÖZELLİKLERİ Konvansiyonel tezgahlar gib iCNC tezgahları da hammaddeden, imalat resminde öngörülen şekil ve boyutlarda bitmiş parça imal etmek için kullanılmaktadır. Bu durum esas hazırlık ve parça işleme olmak üzere iki işlemden oluşur. Her iki işlem şu operasyonları içerir. 1. Hazırlık İşlemi: - Programın oluşturulması ve bunun tezgaha verilmesi. - Taslağın tezgah parça tutturma sistemine bağlanması. - Takımın tezgah tutturma sistemine bağlanması. - Referans noktasının tayini. www.makinateknik.org 5 2. Parçanın İşlenmesi: - Takım veya parçanın, talaş kaldırmak için çeşitli yönlere hareket ettirilmesi ve hareket uzunluklarını tam olarak gerçekleştirilebilmesi . - Parça doğruluğunun kontrol edilmesi. CNC tezgahlarda ilerleme, kesme hızları ve talaş kaldırmak için takım ve parça hareketleri programda öngörülür. Tüm talaş kaldırma işlemleri operatörün hiçbir müdahalesi olmadan otomatik olarak yapılır. Hazırlık işlemleri operatör veya otomatik olarak gerçekleştirilir. Ayrıca günümüzde parça doğruluğunu otomatik olarak kontrol eden CNC tezgahları vardır. 2.1. CNC Tezgahlarda Kontrol Devreleri CNC tezgahlarını konvansiyonel tezgahlardan ayıran ilk özellik; program girişini ve çalışmasını sağlayan bir kontrol ünitesi ve bunu temsil eden bir kontrol panosunun bulunmasıdır. Bu panoda komutların girilmesini sağlayan düğmeler ve girilen veya işlenen komutları gösteren ve talaş kaldırma işleminin simülasyonunu yapan bir bilgisayar ekranı 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. Program sinyalleri ilkin bu amplifikatörde bulunan kontrol ünitesine ve sonra motora gönderilir. Ayrıca kontrol sisteminden alınan program sinyallerini yükselten bir amplifikatör bulunur. Şekil 2. Kontrol Devresi www.makinateknik.org 6 Bunun yanı sıra takım veya parça hareketlerini kontrol etmek için her eksen yönünde birer sensör kullanılır. Kontrol panosundan gönderilen program sinyalleri kontrol ünitesine; buradan amplifikatörden geçerek motora iletilmekte ve bu da takım veya parçayı harekete geçirmektedir. Bu hareketler sensör tarafından kontrol edilmekte, gerçek hareket konumları ölçülmekte ve kontrol sisteminde bulunan ve komparatör denilen bir cihaza gönderilmektedir. Burada hareket konumlarının teorik ve gerçek değerleri karşılaştırılmakta, fark varsa hesaplanmakta; fark sinyali yükseltmek için amplifikatöre ve buradan motora iletilmektedir. CNC tezgahının blok şemasının görüldüğü gibi kontrol panosu veya başka bir ortamdan gelen sinyaller, kontrol ünitesinin CPU denilen lojik bölümünde işlenmektedir. Şekil 3. CNS Tezgahlarının Blok Şeması CNC tezgahlarının açıklanan ve şekilde gösterilen sistem kontrol devresi adını taşır.bunlara kapalı kontrol devresi denir. Bunların yanı sıra sensörü olmayan açık kontrol devreleri de vardır. Açık devrelerde motora verilen sinyaller, motoru ve buna bağlı ilerleme sistemini harekete geçirir ve kızak istenilen duruma gelir. Burada hareketi kontrol eden bir sensör yoktur. Kızağın tam olarak istenilen konuma gelmesi bu sistemde ancak step motoru ile mümkündür. Step motorunun milleri, vurgu şeklinde verilen sinyallere karşılık büyük bir doğrulukla belirli bir açı ile dönerler ve kızağa istenilen konuma getirirler. Kapalı devrelerde kontrol ünitesinden çıkan sinyaller, bir komparatörün yardımı ile motora verilir; motor ve iletim sistemi kızaklara birlikte harekete geçer. Sensör ise bu hareketleri kontrol eder. www.makinateknik.org 7 Şekil 4. Kontrol Devresinin Şemaları 2.2. Güç Üniteleri CNC tezgah ve sistemlerde ana, ilerleme ve yardımcı işlemler için olmak üzere 3 çeşit motor kullanılır. Güç motorları tezgahın iş milini harekete geçiren ve talaş kaldırmak için kullanılan motorlardır. İlerleme motorları kızakları harekete geçiren; yardımcı motorlar ise örneğin kesme veya yağlama sistemini çalıştıran motorlardır. Güç ve ilerleme motorlarından istenen 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 kullanır. Şekil 5. DC İlerleme ve Ana Motorun Kontrol Devreleri www.makinateknik.org 8 2.3. Ölçme Sistemleri ve Sezgi Elemanları CNC tezgahları da 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, 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. Mutlak ölçme sistemi vurgu gibi kademeli olarak değişen sinyallere dayanır. Mutlak ölçme sisteminde kızağın her konumu sıfır olarak kabul edilen belili bir orijine göre verilir. 2.4. CNC Tezgah ve Sistemlerinin Çalışma İlkesi Nümerik kontrol sistemlerinde giriş verileri sayısal olarak verilir; sayı düzeni olarak bit adında, 0 ve 1 işaretleri ile temsil edilen ikili sayı düzeni kullanılır. Bunun nedeni bu sistemleri oluşturan elektronik elemanların açık ve kapalı olmak üzere iki karşı durumda bulunmalarıdır. NC sistemleri elektronik vurgularla çalışır; buna göre kontrol sistemine girişler vurgu şeklinde temsil edilir. Bu bakımdan vurgu, yani elektrik akımın geçtiği durum 1; vurgu yok yani akımın geçmediği durum 0 ile gösterilir. İkili sayı düzeni ile ilgili şu problem ortaya çıkmıştır. Sadece 0 ile 1 işaretlerine sahip bir sistemde; günlük yaşantıda kullanılan ve programlarda yazılan harfler, ondalık sayılar ve özel işaretler nasıl ifade edilebilir. Bu konu kodlama sistemleri ile çözülmüştür. Sadece sayıları kodlayan BCD sisteminde 0’dan 9’a kadar olan sayıları aşağıda gösterildiği gibi dört bit’ten oluşan 8-4-2-1 tertipleme denilen bir grupla temsil edilir. Onluk Sayı 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 BCD 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 www.makinateknik.org 9 Buna göre herhangi bir onluk sayısı, örneğin 4318 ikili sayı düzeninde 4 3 1 8 0100 0011 0001 1000 şeklinde ifade edilir. Bu şekilde dizilen bitler topluluğuna byte denir. Harfleri, sayıları ve diğer işaretler ide kodlayan EBCDIC sisteminde byte’lar 8 bit’ten meydana gelir. Örneğin A ve G harfleri ile +8 ve –8 sayıları şu şekilde kodlanır. A G +8 -8 1100 0001 1100 0111 1100 1000 1101 1000 EBCDIC sistemi delikli kart sisteminin esasını oluşturmaktadır. Tablo 1. EBCDIC Kodlama Sistemi Simge EBCDIC Simge EBCDIC Simge EBCDIC A U 100- 0001 LM 1101 0100 Y 1110 1000 B 11000010 N 1101 0101 Z 1110 1001 C 11000011 O 1101 0110 0 1111 0000 D 11000100 P 1101 0111 1 1111 0001 E 11000101 Q 1101 1000 2 1111 0010 F 11000110 R 1110 0001 3 1111 0011 G 11000111 S 1110 0010 4 1111 0100 H 11001000 T 1110 0011 5 1111 0101 l 11001001 U 1110 0100 6 1111 0110 J 1101 0001 V 1110 0101 7 1111 0111 K 1101 0010 W 1110 0110 8 1111 1000 L 1101 0011 X 1110 0111 9 1111 1001 www.makinateknik.org 10 3. NC TEZGAHLARIN KONSTRÜKSİYON ÖZELLİKLERİ Takım tezgahlarının amacı, hammaddeye toleranslarla belirtilen bir kalitede şekil vermektir. Şekil verme işlemi, takım ve parçanın izafi hareketlerinin sonucu olan talaş kaldırma ile gerçekleşir. CNC tezgahları da programla belirtilen bu hareketler, tezgahın kontrol ünitesi tarafından vurgu şeklinde elektronik sinyallere dönüştürülür; bu sinyaller motoru ve buna mekanik iletim sistemi ile bağlı olan kızağı harekete geçirirler. Bu sistemin hızı aniden 0’dan nominal değere ulaşmaz. Hızın nominal değere ulaşma zamanına gecikme zamanı denir ve esasen kızağın konumu bakımından bir hata meydana getirir. Aynı şekilde durma zamanı da aniden değil durma zamanı denilen belili bir zamandan sonra gerçekleşir. Gecikme ve durma zamanları ivmeleme ve yavaşlama zamanına bağlıdır. bu faktörler küçülürse, gecikme ve durma zamanları büyür ve buna bağlı kızağın konum hataları da büyür. Şekil 6. CNC Tezgahların Hareket İletim Sistemi Sonuçta CNC tezgahlardan şu özellikler istenir. -Yüksek rijitlik. - Parçalar arasında minimum boşluk. - Düşük sürtünme ve uygun bir sönümleme. 3.1. Takım Tutturma Sistemleri Genelde bir parça çeşitli operasyonlarla işlenmekte ve bu operasyonlar için bir çok durumlarda ayrı ayrı takımlar istenir. Konvansiyonel tezgahlarda genelde bir tek takım tutturma sistemi vardır. Tornalarda dört takımın tutturulmasına imkan veren dörtlü kalemlikte olabilir. Bu sistemler basit Nc tornalarda da kullanılabilir. Ancak bu durumda operasyonlar için takım değiştirme büyük zaman almaktadır. CNC tezgahlarda takım değiştirmede zamanı azaltmak için bir çok takımın tutturulmasına imkan veren; www.makinateknik.org 11 tornalarda revoluer başlığı, taret ve ender olarak magazin; freze ve işleme merkezlerinde magazin ve sandık sistemleri de kullanılmaktadır. Ancak takımlar bu sistemlere direkt olarak veya bir takım taşıyıcıların yardımları ile tutturulur. Tornalarda kullanılan revolver başı; altıgen bir eleman olup takımların yan yüzeylerine tutturulur. Taretler de takımlar alın veya çevre yüzeyine yerleştirilir. Taretler parçayı tutturan aynanın ön kısmına veya üst kısmına monte edilir. Bir çok durumda iki taret kullanılabilir. Genelde taretlere 8 veya 16 takım yerleştirilebilir. Freze ve işleme merkezlerinde kullanılan ve genelde tezgah üzerine yerleştirilen magazinler bir çok takım alabilen sistemlerdir. Bu sistemlerde takımlar ilkin magazine yerleştirilirler ve işlem sırası için sırası gelen takım, transfer kolu ile magazinden alınır ve iş mili kovanına yerleştirilir. Motor, türbin gövdeleri, dişli kutuları gibi çok takım isteyen parçalar için büyük kapasiteli tezgahlar yapılmıştır. Ancak bu tezgahlar çok karmaşık hal almakta, fiyatları önemli şekilde artmakta ve magazine takımların yerleştirme zamanı büyük ölçüde artmaktadır. Takım yerleştirme süresince tezgah durmaktadır. Şekil 7. Taret Konumları www.makinateknik.org 12 3.2. Parça Tutturma Sistemleri Genelde CNC tezgahlarında parça tutturmak için konvansiyonel tezgahlarda olduğu gibi tornalarda oyna, punto veya pens kullanılır; freze ve işleme merkezlerinde mengene veya özel tutturma tertibatları ile tabloya tutturulur. Ancak bu elemanlar daha hassas, daha rijit ve daha güvenilir yapılır ve ayrıca bu parçanın bu sistemlere sıkma işlemi genellikle hidrolik veya pnömatik olarak otomatik olarak yapılır. Bununla birlikte freze ve işleme merkezinde özellikle karmaşık parçaların özel tutturma tertibatlarla tutturulmaları oldukça uzun zaman alır; bu süre içerisinde tezgah çalışmaz. Ayrıca tutturma tertibatlarının tasarımı ve imalatı ayrı bir problem olarak ortaya çıkar. Bu nedenle özellikle işleme merkezlerinde parçanın tutturulması için delikli plakalar ve paletler kullanılır. Delikli plakalar üst ve alt yüzeyleri çok iyi işlenmiş, üzerinde delikler bulunan boyutları 250 mm x 500 mm’ye kadar parça bağlanabilen dökme demirden yapılan elemanlardır. Plakalar çok hassas ve güvenilir şekilde tezgah tablasına bağlanır ve plaka üzerine parça utturulur. Deliklerin bazıları saf delik, bazılarında vida vardır. Çok iyi işlenmiş olan saf deliklere parçanın konumlandırılması için pimler; vidalı deliklere parçayı sıkmak için civatalar yerleştirilir. Parçanın konumunu kolaylaştırmak için delikler, plakanın yan kenarlarında bulunan sayı ve harflerle ifade edilir. Paletler yine dökme demirden veya çelikten yapılmış delikli plakalara benzer elemanlardır. Ancak burada üst yüzeyde parçayı tutturmak için çok iyi işlenmiş delik veya T kanalları vardır. Paletlerin bir özelliği parçanın palete yüklenmesinin tezgah dışında yapılmasıdır. Bu nedenle tezgahlar genelde iki paletle donatılır. Bir palet işleme durumunda iken, tezgah dışında olan diğer palete parça bağlanır; işleme durumda olan paletteki parça işlendikten sonra paletler ye değiştirir. Yer değiştirme işlemi otomatik olarak iki kademede yapılır.birincisinde kaba, hassas olan ikincisinde tam yerleştirme yapılır. Bu sistemde de parçanın tezgah tablasına konumu tam olarak tayin edilmiş olur. Bu şekilde parça değiştirme çok çabuk gerçekleşir. www.makinateknik.org 13 4. PROGRAMLAMA İLKELERİ Program bir parçanın tam olarak işlenmesi için tüm bilgileri içeren ve bunları tezgahın kontrol ünitesine giriş olarak veren bir belgedir. Bir program blok denilen ve tek bir sıraya yazılan bir takım cümlelerden meydana gelmektedir. Her blok farklı tipte bilgi içerebilir. Genelde bir programda üç çeşit bilgi vardır. - Takım veya parçanın konumunu, yaptığı hareketin şeklini ve yönünü kapsayan geometrik bilgiler. - Takım, ilerleme hızı ve kesme hızını içeren teknolojik bilgiler. - Yardımcı bilgiler. Genelde CNC tezgahları için program oluşturmak için birçok yöntem vardır. Bunlar; - ISO kod (G kodu) sistemine dayanan elle programlama. - APT gibi programlama dilleri. - Grafik etkileşime dayanan CAM. - Modele dayanan sayısal tekniği. - Diyalog sistemi gibi yöntemlerdir. 4.1. Koordinat Sistemi CNC tezgah ve sistemlerde takım yolları bir koordinat sistemi referans alınarak matematiksel bağıntılarla ifade edilir. bu nedenle gerek programlamada gerekse tezgahların çalışmasında koordinat sistemi önemli yer tutar. Koordinat sistemi tek bir düzlemi ifade eden iki eksenli veya üç düzlemi gösteren üç eksenli olabilir. İki eksenli koordinat sisteminin eksenleri x,y; y,z; veya x,z; üç eksenli sisteminin eksenleri x, y, z şeklinde ifade edilir. CNC sistemlerde koordinat sisteminin orijinine sıfır noktası denir. Bunun yanı sıra iki düzlemde, nokta konumunu uzunluk ve açı ile veren polar; üç boyutlu sistemlerde silindirik ve küresel koordinat sistemleri kullanılır. www.makinateknik.org 14 Şekil 8. Freze ve Torna Tezgahlarının Sıfır Noktaları CNC tezgah ve sistemlerde; tezgah, parça ve takım olmak üzere üç ayrı koordinat sistemleri vardır. Bu koordinat sistemlerinin orijinlerine; tezgaha ait olanına tezgah sıfır noktası; parçaya ait olanına parça sıfır veya program referans noktası; takıma ait olanına takım sıfır noktası denilir. Bu noktaların yanı sıra genellikle parçadan en uzak noktada bulunan takım değiştirme noktası ve genel bir referans noktası bulunur. Bu son noktalar sadece nokta olup esasen belirli bir koordinat sisteminin orijinini temsil etmezler. Bir çok sistemde referans noktası ile takım değiştirme noktası aynı noktadır. 4.2. Tezgah Eksenleri CNC tezgahların çalışması tezgah eksenlerine dayanmaktadır. Tezgah eksenleri parça veya takının kontrol edilen hareket yönlerini belirtir. CNC sistemlerinde ISO ve ABD’de EIA tarafından kabul edilen sağ-el kartezyen kural kullanılmaktadır. Bu sistemde X, Y ve Z ile gösterilen üç doğrusal hareketinin yanı sıra A, B, C ile simgelenen üç dönme hareketi olmak üzere toplam altı eksen vardır. Burada Z ekseni iş mili yönündedir; X ekseni Z eksenine dik olup ana ilerleme yönünde; Y ekseni bu iki eksene diktir. Takım hareketi esas alınırsa, genelde sağ elin baş parmağı X, orta parmağı Z ve işaret parmağı Y eksenlerin pozitif yönlerini göstermektedir. Takım hareket yönleri X, Y, Z, A,B,C; parça hareket yönleri X ’ ,Y’,Z’,A’,B’,C’ ile gösterilir. Takım eksenlerin pozitif yönleri takımın parçadan uzaklaştığı yönlerdir; parçaya yaklaştığı yönler negatif (-Z, -Y, -Z) sayılır. Takımın negatif yönleri parça için pozitif (X ’ ,Y’,Z’); takımın pozitif yönleri parça için negatiftir (-X ’ ,-Y’,-Z’). Buna göre aynı işlem parça veya takımın zıt hareketleri ile elde edilir; bu nedenle parça hareketleri takım hareketlerine zıt sayılır ve programlamada parça hareket etse dahi takım hareket ettiği varsayılır. www.makinateknik.org 15 4.3. Parça Koordinat Sistemi CNC tezgahlarında parçayı işlemek için programda takım yolu denilen parça üzerinde takım konumlarının tayin edilmesi gerekir. Takım yolu parça üzerinde önemli noktaların koordinatlarını belirterek tayin edilir. Parça üzerinde takım yolunun koordinatlarını belirtmek için, tezgah koordinatlarından bağımsız bir parça koordinat sistemi seçilir. Bu koordinat sisteminin orijini parça üzerinde veya dışında herhangi bir nokta gelebilir; ancak eksen yönlerinin tezgah eksenleri yönünde olması gerekir. Genelde frezeleme matkap veya işleme merkezlerinde işlenen parçalar için parçanın sıfır noktası parçanın üst yüzeyinde alınır. Tornalamada parçalar simetrik olduğundan, parça sıfır noktasız ekseni üzerinde parçanın sol yada sağ ucundan alınır. Sıfır noktası sol tarafta alındığında buna arka; sağ tarafında alındığında önde denilir. Bu şeklide tornalamada Z koordinatı parçanın uzunluğunu; X koordinatı ise parçanın çapını temsil eder. Ancak X eksenin pozitif yönü takımın bulunduğu tarafa doğrudur; bu bakımdan Şekil (b)’deki konumuna sol el Şekil (c)’deki konumuna sağ el denir. Neticede takım hangi tarafta bulunursa bulunsun,takım parça merkezine doğru bir hareket yaparsa X-negatif; uzaklaşırsa pozitif alınır. Şekil 9. Tornalamada Parçanın Sıfır Noktası 4.4. Takım Koordinat Sistemi Şekil a’da freze ve b’de torna takımlarına ait koordinat sistemi verilmiştir. Sıfır noktası için takım tutturma tertibatı üzerinde herhangi bir nokta seçilmekle beraber genellikle uygun bir nokta seçilir. Genelde bu orijin takım tutturma tertibatının alın yüzeyinde seçilir. Şekil (c,d) Takımların boyutları bu orijine göre Z ve X şeklinde verilir. Freze takımlarında Z ekseni takımın uzunluğunu ve X ekseni takının d çapını veya r yarıçapını ifade eder. Torna takımında X ve Z koordinatları takım ucunun yerini www.makinateknik.org 16 gösterir; ayrıca takım ucunun r yarıçapı da verilir. CNC sistemlerinde bir parçanın işlenmesi için kullanılan takımların, tezgahın kontrol sisteminde bir dosyası açılır ve bu dosyada takımların; frezede Z ve çapı, torna kaleminde X, Z ve uç yarıçapı şeklinde boyutları kaydedilir (Şekil e). Takım sıfır noktasının yeri tezgahın imalatı sırasında belirlenir; ancak konumu hareket ettiği için değişkendir. Şekil 10. Takımın Sıfır Noktası CNC tezgahlarında bir de takım değiştirme noktası vardır. Bu nokta genelde referans noktası olan, parça tutturma sisteminden en uzak noktadır. Herhangi bir kaza olmaması için veya takım değiştirmede takımın bu noktada bulunması gerekir. Şekil 11. Takım Değiştirme Noktası www.makinateknik.org 17 5. ISO (G-KODU) SİSTEMİNİN PROGRAMLAMA ESASLARI 5.1. Programın Yapısı NC tezgah ve sistemlerde programlama ASCII kod esasına göre oluşturulan ISO, EIA ve DIN gibi aynı içerikli kod sistemine dayanmaktadır. Bununla beraber NC sistemleri için kontrol ünitelerini üreten firmalar arasında yani kontrol sistemleri arasında bazı farklılıklar vardır. ISO Kod sistemine dayanan bir program; - Programın adını temsil eden program numarası, - Programı oluşturan ve satır şeklinde yazılan bloklar. - Blokları oluşturan sözcüklerden oluşur. Örneğin : 0001 Programın adı (numarası) N01 G90 G21 G40; 1. Blok N01 G00 X45 Z1 T01; 2. Blok N10 G01 Z-20 F200 5500 M06; 3. Blok .................... N40 G00 G40 X150 Z40; 8. Blok N45 M02; Program sonu bloku. a. Programın adı bir sayıdan oluşur ve programın numarasını belirtir. Sayının önüne ISO’ya göre (;) işareti, EIA sisteminde O harfi; sinumerik’te % işareti konulur veya hiçbir işaret konulmaz. Sayılar 1’den 9999’a kadar dört dijitten oluşur, sayının önündeki sıfırlar sayılmaz. Eğer program numarası yoksa birinci blokun numarası (N...) program numarası sayılır; ancak N0 kabul edilmez. Eğer hem program hem blok numarası yoksa program kaydedilirken (CRT – MDI’dan bir program numarası belirtilmesi gerekir. CRT-MDI (MDI Manual Data Input) kontrol panosunun ekrandan ve programlamak için elle çalıştırılan düğmelerden oluşan kısımdır. b. Programın esasını oluşturan bloklar satır şeklinde yazılır. Bloklara göre takım doğrusal veya eğrisel bir hareket yapar, iş mili çalışır veya durur, kesme hızı ve ilerleme hızı tayin edilir. Her blokun başında bir blok numarası bulunur; blok numarası N ve ondan sonra bir sayıdır. www.makinateknik.org 18 Örneğin N1, N01 vb; sayılar 1’den 9999’a kadar 4 dijitli olabilir. Sayıların düzeni ard arda değil de keyfi alınır; örneğin N01, N02, N03 veya N01, N06, N10. Son örnekteki gibi aralıklı alınırsa, programa başka blokların eklenmesi kolaylaşır. Kontrol ünitesinde işlem görmedikleri için blok numaralarının konulması mecburi değildir; konulursa programın kullanılması bakımından daha iyi olur. Blok numarası olarak N0 kullanılmaz. Her blok bir blok sonu ile işaretlenir. Bu işaret EOF, ISO, (;), (Fanuc), (*), (sinumerik) alabilir. c. Bloklar örneğin N01, G90, X30, F200 vb. gibi kelimelerden oluşur. Kelimeler komuttur; yani bir işlemi temsil ederler. Görüldüğü gibi her kelime adres adını taşıyan bir harf ve bir sayıdan oluşur; sayı kod veya değer olabilir. Örneğin; G 01 X 35 F 200 M OG ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Adres Kod Adres Değer Adres Değer Adres Kod Kelime Kelime Kelime Kelime Adresli kelimelerden oluşan bloklara adresli blok formatı denilir. Bunun yanı sıra sıralanmış blok formatı denilen bir başka format daha vardır. Bu format da sadece sayılardan oluşan kelimeler, blok içinde işgal ettikleri yere göre anlam taşırlar. Örneğin; 02 03 045 -12 03 blokta; birinci sayı blok numarasını, ikincisi dairesel enterpolasyonu, üçüncü ve dördüncüsü x ve y koordinatlarını, son sayı iş milin dönmesini ifade eder. Bu sistemin bir alternatifi sayılar arasına TAB kelimenin yazılmasıdır. Bu sisteme göre adresli kelime formatı çok daha esnektir ve günümüzde genellikle bu format kullanılmaktadır. Adresli kelimelerin sayıları; kod örneğin yukarıdaki örnekte G ve M adreslerinin yanındaki sayılar; veya değer olabilirler. Örneğin X, Y, F adreslerinin yanındakiler, x, y’ye ait sayılar koordinatların değerlerini ifade eder. ISO sistemine göre adresler için İngiliz alfabesinin A’dan Z’ye harfleri kullanılmaktadır. Bu harflerin çoğuna anlam verilmiş. Birkaçı boş bırakılmıştır. Boş olanlar çeşitli kontrol sistemleri tarafından farklı anlamlar için kullanılır. O harfi sıfır ile karıştırılmaması için kullanılmaz. Cetvel 2’de ISO kod sisteminden, adres olarak en çok kullanılan harfler verilmiştir. www.makinateknik.org 19 Anlam sütunundaki parantez içindeki sayılar; adreslerin sayısal kısmının dijit sayısını ifade etmektedir. Bu adreslerin yanı sıra çeşitli kontrol sistemlerinde anlamları farklı olan adresler kullanılmaktadır. Bu açıklamalara göre bir programın yapısı şekildeki gibidir: Tablo 2. ISO Kot Sistemine Göre Adresler Adres Anlam Adres Anlam A X ekseni etrafında dönme N Blok numarası B Y ekseni etrafında dönme 0 Kullanılmaz C Z ekseni etrafında dönme P 3. ek eksen veya serbest D Serbest veya ek eksen etr. dön. Q 3. ek eksen veya serbest E Serbest veya ek eksen etr. dön. R 3. ek eksen veya serbest F ilerleme hızı S Kesme hızı G Hazırlık fonksiyonu T Tamın fonksiyonu H Takım uzunluk telafisi U 2. ek eksen; X'e paralel l Dairesel enterpolasyonda X eksenine göre yarıçap bileşeni V 2. ek eksen; Y'e paralel J Dairesel enterpolasyonda Y eksenine göre yarıçap bileşeni W 2. ek eksen; X'e paralel K Dairesel enterpolasyonda Z eksenine göre yarıçap bileşeni X Ana eksen L Serbest Y Ana eksen M Yardımcı fonksiyonu Z Ana eksen Tablo 3. ISO Kot Sistemine Göre Adresler Adres Anlam N Blok numarası (1...9999) G Hazırlık (takım yolu) fonksiyonu (0...99) X,Y,Z,A,B,C Doğrusal ve dönme eksenlerinin kordinatları ( ± 99999.999) U,K Yay (daire) merkezinin koordinatları ( ± 99999.999) F ilerleme hızı (1... 100, 000 mm/dak) (0.01. ..0.5 mm/dev) S Kesme hızı (0...9999) T Takım numarası (0...99) M Yardımcı fonksiyonu ((0...99) www.makinateknik.org 20 6. CNC TEZGAHLARINDA İŞLENECEK PARÇALARIN BİLGİSAYARDA SİMÜLASYONU 6.1. CNC Freze Tezgahında İşlenecek Parçaların bilgisayar Simülasyonu Burada BoxFord I90 VCM freze tezgahının bilgisayar simülasyonunu örnek vereceğim. İngiliz yapımı olan ve üç eksene sahip olan Boxford 190VCM freze tezgahı ISO format kodlarıyla programlanan düşey bir freze tezgahıdır. Adım motorlarıyla çalışmakta ve bilgisayarla kontrol edilmektedir. Programlanabilen bir motor ile tezgah mili hareket ettirilmektedir. Mil hızını ölçmek için eşit aralıklarla delinmiş bir disk, tezgah mili üzerine monte edilmiştir. Algılama ünitesi, milin hızını kontrol ederek milin hızlı veya yavaş olduğunu geri besleme ile bilgisayara bildirmekte ve bilgisayar mikroişlemci kartı ile hesaplamalar yaparak milin hızını CNC programında belirtilmiş olan değere göre ayarlar. İmal edilen parçanın üst ve yan görünüşten kesici takının hareketleri ve yapılan tüm işlemler, program yazımı ve parçanın tezgahta işlenmesi süresince program satırları tek tek bilgisayar ekranında simülasyon şeklinde görülür. CNC kod bloklarında bir hata yapıldığında, sonuç ekranda önceden görüleceğinden, tezgaha ve operatöre zarar vermeden kolaylıkla düzeltilebilir. - Mil hızı 350 ile 3500 dev/dak. arasında programlanabilir. - Programlanabilir mil hızı 10 ile 500 mm/dk’dır. %ilerleme hızına bağlı olarak hızlı harekette 600 mm/dk’dır. - X ekseninde toplam hareket mesafesi 190, Y ekseninde 125 ve Z ekseninde 140 mm’dir. - Step motoruna gönderilen her vurguda kızağın aldığı mesafe yani adım ölçüsü 0,01 mm’dir. - İngiliz birimi sistemine göre formatı xx.xxx ve metrik birim sistemine göre formatı ise xxx.xx şeklindedir. www.makinateknik.org 21 6.2. Simülasyon Programı Bu program Boxford 190 VMC CNC freze tezgahına ihtiyaç duyulmadan bu tezgahta yapılabilecek tüm işlemlerin, ISO CNC kodlarıyla programlanarak yapılmasını ve bu yapılan işlemlerin simülasyonunu bilgisayar ekranında göstererek doğru olup olmadığını kontrol edilmesini sağlayan, Quick Basic programlama dilinde yazılmış ve Türkçe olarak hazırlanmıştır. Programın ana menüsü şu konu başlıklarını içerir. Şekil 12. Simülasyon Programının Ana Menüsü 6.3. Programlama İçin Gerekli Ön Bilgiler Bu seçenekte bir CNC programı yazabilmek için gerekli olan tüm ön bilgiler verilmektedir. Daha önce Boxford 190 freze tezgahında program yazmamış olanların bu seçeneği dikkatlice gözden geçirmelidirler.bu seçeneğin alt başlıkları şunlardır: - Tezgahın Özellikleri. - Tezgah Eksenleri. - İş Parçası Referans Noktası. - Devir Sayısının ve Takım İlerleme Hızlarının Hesaplanması. - Koordinat Sistemleri. - Tezgah Hafızasındaki Kesici Takım Çeşitleri. - Kesici Takım Ofsetleri. - Program Formatı. - Ana Menüye Dönüş. www.makinateknik.org 22 6.4. CNC Program Kodları (G ve M Kodları) Programın bu bölümünde Boxford 190 VMC freze tezgahına ait tüm kodlar sırasıyla verilmektedir. Kullanıcının daha önceden bu kodları bilmemesi durumunda bu bölümü seçerek istediği bilgileri elde edebilecektir. Bu menünün alt başlıkları ise şunlardır: - G hazırlık Fonksiyonu Kodları. - M Yardımcı Fonksiyon Kodları. - Kodların Açıklanması. - Çıkış. 6.5. Yeni Bir Program Yazma Şekil 13. Yeni Program Yazılırken Simülasyon Programında Ekranda Gözüken Tablo Herhangi bir yeni parçanın ISO kodlarıyla programını yazmak için ana menüdeki 3 no.lu seçenek kullanılmalıdır. Bu seçeneğe girildiği zaman, yeni program dosyasının isimlerinin, programın birim sisteminin işlenecek parçanın uzunluğunun, genişliğinin, derinliğinin ve programda kullanılacak maksimum takım çapının girilmesi gerekmektedir. Bu bilgiler girildikten sonra, program formatı ve girilen değerler ölçüsünde iş parçasının simülasyon şekli ekrana gelmekte ve programın yazılması için beklenmektedir.bu işlemler sonrasında ISO kodları kullanılarak program yazılabilmektedir. Yeni program yazarken ekrana çıkan tablo şekilde verilmiştir. www.makinateknik.org 23 6.6. Program Düzeltme Program yazılırken doğru olduğu onaylanan program satırları üzerinde herhangi bir değişiklik yapma imkanı olmadığından, programın bazı yerlerini değiştirmek veya hata varsa hataları düzeltmek için bu seçenek kullanılır. Bu ifade seçildiğinde ekrana Program Düzeltme Menüsü gelmektedir. Bu menünün alt başlıkları ise şunlardır: - Satır Düzeltme. - Satır Ekleme. - Satır Silme. - Çıkış. 6.7. Programı Test Etme Bir CNC parça programı yazılıp bitirildikten sonra, programın doğru olup olmadığını kontrol etmek için bu seçenek kullanılır. Bu seçenekle, yazılan programlar tek tek kontrol edilerek, programdaki hataların bulunması sağlanmaktadır. Program yazıldıktan sonra mutlaka test edilmelidir. Bu seçeneğe girildiğinde, test edilmek istenen programın isminin girilmesi istenir. Program ismi girildiğinde program satır satır ekrana gelmekte ve yapılan işlemlerin simülasyon şekilleri incelenerek programda hata olup olmadığı kontrol edilir. 6.8. Program Kütüphanesi Bu simülasyon programında yazılan CNC programlarının isimleri bu program kütüphanesinde bulunmaktadır. Yeni bir program yazıldığı zaman, bu programın ismi de bu kütüphaneye eklenmektedir. Program isimlerinin listesini görmek için ana menüdeki bu seçenek kullanılır. Böylece hangi isimlerle programlar yazıldığı rahatlıkla görülmektedir. Bu menünün alt başlıkları ise; - Dosya Silme. - Alt Sayfa. - Üst Sayfa. - Ana Menüye Dönüş. 6.9. DOS’a Çıkış (Program Sonu) Simülasyon programından çıkmak için bu kısım kullanılır. Bu seçenek sayesinde Quick Basic programından çıkılarak DOS ortamına dönülür. www.makinateknik.org 24 KAYNAKLAR - IX. Mühendislik Sempozyumu, Makina Mühendisliği Bildirileri Kitabı, 1996. - Mustafa AKKURT, Bilgisayar Destekli Takım Tezgahları, 1996. - VAROL N., Nümerik Kontrollü Tezgahların Programlanması ve Bilgisayarda Simülasyonu, F.Ü. (Yüksek Lisans Semineri). 1992. - Boxford Millcam Proggamming Instruction, 1992.