CNC ve Sayısal Kontrollü İşleme

Konu Anlatımı

CNC ve Sayınal Kontrollü İşleme

Bir torna tezgâhında iş parçasını dönerek işleyen elle kumanda edilen bir tezgâh ile, aynı hareketleri bir programdan tekrar tekrar yapan bir tezgâh arasındaki fark, üretimde tekrar edilebilirliği değiştirir. Sayısal kontrol, tezgâh hareketlerinin bir kod dizisiyle tarif edilmesidir; bu kod dizisi programdır. CNC tezgâhta program hem parçanın geometrisini hem de kullanılan takımı, devri ve ilerlemeyi tanımlar. Bu konuda makine atölyesinde sık kullanılan hesaplar ve komutlar ele alınacaktır.

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu konuda önce sayısal kontrollü tezgâhın konvansiyonel tezgâhtan farkını ortaya koyacağız. Tezgâhta kaç eksenin bulunduğunu ve her eksenin hangi hareketi yaptığını öğreneceğiz. Programda kullanılan hareket komutları ile çalıştırma komutlarını tanıyacak ve bir program bloğunu okumayı öğreneceğiz. Kesme hızı, devir sayısı, ilerleme ve ilerleme hızı hesaplarını adım adım yapacağız. Takım yarıçapı telafisinin neden gerekli olduğunu öğreneceğiz. Son olarak bir iş parçasının işleme planını hazırlayacak ve tezgâhta oluşan hataları okuma yöntemiyle teşhis edeceğiz.

Ön bilgi

Konuyu anlamak için iki temel hesap önce öğrenilmelidir. Birincisi devir sayısıdır. Kesme hızı, takım çapı ve devir arasında sabit bir bağıntı vardır; takım çapı bilinirse gerekli devir bu bağıntıdan bulunur. İkincisi ilerleme hızıdır. İlerleme, takımın bir diş başına ilerlediği mesafedir; diş sayısı ile çarpılarak birim zamandaki ilerleme miktarı elde edilir.

Ayrıca ölçme bilgisi gerekir. Bir CNC tezgâhta ölçüm mikrometre, kumpas veya tezgâh üzerindeki dijital göstergelerle yapılır. Konvansiyonel tezgâhta ölçüm kesme sırasında ve durdurarak yapılabilirken, CNC tezgâhta ölçüm çoğunlukla durdurarak ve ayrı bir geçişte yapılır. Ölçüm yapılmadan ilerleme artırılmaz.

1. Sayısal Kontrol ve Konvansiyonel Tezgâh Farkı

Konvansiyonel bir torna tezgâhında operatör tezgâh kadranlarından bir hareketi seçer, elle tezgâhı o hareket boyunca sürer ve ölçümü kendisi yapar. Aynı parçadan ikinci bir adet yapılacaksa operatör aynı hareketleri yeniden üretir; bu sırada küçük farklar oluşabilir. Uzun üretimlerde bu farklar birikir ve parti tutarlılığı bozulur.

Sayısal kontrollü tezgâhta aynı işlemler bir programla tanımlanır. Program, tezgâh eksenlerine hareket komutu gönderir; takım değişimi, devir, ilerleme ve kesme sıvısı da program içinden yönetilir. Aynı program ikinci kez çalıştırıldığında aynı ölçüler çıkar. Bu tekrarlanabilirlik, seri üretimde ve toleranslı işlerde temel avantajdır.

Sayısal kontrolün ikinci büyük avantajı karmaşık şekillerin üretilebilmesidir. Konvansiyonel tezgâhta her konum elle bulunurken, programda satır satır hesap yapılmış koordinatlar kullanılır. Kaba kazıma, ince işleme ve sonra kontrol gibi aşamalar aynı programda sıralanabilir. Tezgâhın eksen sayısı arttıkça yapılabilecek işlem çeşitliliği artar.

2. Tezgâh Eksenleri ve Hareket Sistemleri

Bir eksen, tezgâhın tek bir doğrultuda hareket edebilen bir düzeneğidir. X ekseni tezgâh tablasının sağa ve sola hareketini, Y ekseni tabla veya torna milleri yönünde ileri geri hareketini, Z ekseni ise torna milleri ekseninde hareketi sağlar. Freze tezgâhlarında ise üçüncü eksen genellikle iş parçasının yükselip alçalmasıdır. İşleme merkezlerinde bu eksenlere ek olarak dönme eksenleri bulunabilir.

Eksenler boyunca hareket ray ve kızak düzenekleriyle sağlanır. Kızak, hareketin düzgün ve titreşimsiz olmasını sağlayan taşıyıcıdır. Kızak üzerindeki rulman veya vida mekanizması yükü taşır ve hareket hassasiyetini belirler. Kızaklar periyodik yağlanmazsa aşınma, titreşim ve ölçü hatası ortaya çıkar.

Hareketin kontrolü servo motor ile yapılır. Konvansiyonel tezgâhta işçi hareketi kendi gücüyle sağlarken, sayısal kontrollü tezgâhta motor hareketi program komutuna göre gerçekleştirir. Motorun geri bildirimi konum bilgisini kontrol ünitesine iletir; böylece programlanan konuma tam ulaşılır. Eksenler arasındaki ilişki birbirinden bağımsız olarak denetlenebilir.

3. Hareket Komutları ve Program Bloğu

Bir program, birbiri ardından gelen satırlardan oluşur. Her satıra blok denir ve birden çok komut içerebilir. Hareket komutlarından en sık kullanılanları hızlı konumlama, doğrusal ilerleme ve yay hareketleridir. Yay hareketlerinin yönü saat yönü ve saat ters yönü olarak iki ayrı komutla verilir; yarıçap ya da merkez koordinatlarıyla belirlenir.

Çalıştırma komutları ise tezgâhın yardımcı işlevlerini yönetir. Program durdurma, milin saat yönünde çalışması, milin durması, takım değiştirme, kesme sıvısının açılması ve program sonu bu gruptadır. Bu komutlar G kodu değil M kodu ile yazılır ve programın içinde nerede kullanılacağı iş akışına göre belirlenir.

Ölçü birimi komutu (metrik ya da inç) ve konumlama kipi (mutlak ya da eklemeli) program başında bir kez verilir. Mutlak kipte koordinatlar daima tezgâh sıfır noktasına göre yazılır. Takım uzunluk telafisi komutu, seçilen takımın boyunu tezgâh sıfır noktasına göre düzeltir; bu blok olmadan takım kısa veya uzun kabul edilir. Ayrıca tezgâh sıfır noktası, iş parçası üzerinde bir noktaya taşınabilir.

4. Devir Sayısı, İlerleme ve İlerleme Hızı

Kesme hızı, takımın parçanın çevresinde dakikada kat ettiği mesafedir ve birim zamanda alınan talaç miktarını belirler. Aynı takım çapında devir arttıkça kesme hızı artar. Kesme hızı, takım malzemesine ve işlenen parçanın malzemesine göre seçilir; yüksek hızlı takımlarla düşük hızlı takımların sınırı farklıdır.

Devir sayısı, milin dakikadaki dönüş sayısıdır ve kesme hızından hesaplanır. Hesaplanan devir tezgâhın en yüksek devirini aşıyorsa devir tezgâh sınırına indirilir; böylece kesme hızı istenenden biraz düşük çıkar ama makine güvenli kalır. Devir düşürülürken avansın buna göre yeniden ayarlanması gerekir.

İlerleme, takımın bir diş başına ilerlediği mesafedir ve ilerleme hızı bunun diş sayısıyla çarpımıdır. İlerleme hızı, iş parçasının yüzey kalitesini ve işleme süresini doğrudan etkiler. Yüksek avans süreyi kısaltır ama yüzey pürüzlülüğünü artırır; düşük avans yüzeyi iyileştirir ama süreyi uzatır. Kaba kazımada yüksek, ince işlemede düşük avans seçilir.

İlerleme hızı bilindiğinde bir yolun işlenme süresi yol uzunluğunun ilerleme hızına bölünmesiyle bulunur. Bu süreye hızlı konumlama, takım değiştirme ve bekleme süreleri de eklenmelidir. Yalnız kesme süresini hesaplayan bir plan gerçekçi olmayan bir toplam süre verir.

5. Takım Yarıçapı Telafisi

Konvansiyonel tezgâhta dönme yarıçapı takımın fiziksel yarıçapı nedeniyle oluşan bir hatadır. Kaba kazımada kabul edilen bu hata, parçanın köşe noktalarında beklenenden farklı ölçü çıkar. Konvansiyonel tezgâhta bu hata elle gözlenerek düzeltilir. Sayısal kontrollü tezgâhta telafi, program içinde verilir.

Telafi komutları takımın soluna veya sağına ölçeklendirme yapılacağını bildirir ve takım yarıçapı programda tanımlanır. Bu sayede dış köşe yarıçapı programlanan değere uyar, iç köşe ise doğru biçimde oluşur. Telafi verilmezse konvansiyonel tezgâhtaki hata bilinçsizce tekrarlanır.

Telafi tutarının büyüklüğü uç yarıçapına ve dönüş açısına bağlıdır. Köşeler dik açıyla dönüldüğünde telafi payı uç yarıçapına eşit olur; daha yuvarlak köşelerde pay küçülür. Program yazan kişi bu nedenle köşe yarıçapını değiştirdiğinde telafi değerlerini de gözden geçirmelidir.

6. Takım Tutucuları ve Otomatik Değişim

Sayısal kontrollü tezgâhta takım değişimi bir program komutuyla yapılır. Tutucu, takımın belirli bir açıda ve belirli bir miktarda taşmasını sağlayan bir düzenektir; uzun ve kısa tutucular farklı işlerde kullanılır. Tutucu uzunluğu, takımın tabla yüzeyinden yeterince uzaklaşmasını sağlayacak kadar olmalıdır.

Otomatik takım değişimi sırasında iki hareket sırası önemlidir: önce mil durur, sonra tabla veya turret geri çekilir. Bu sıra gözetilmezse takım tutucusu parçaya çarpar. Takım değiştirme sonrasında yeni takımın uzunluk telafisi ve devir bilgisi programda verilmelidir.

Takım taşıyıcıların (magazinlerin) numaralandırması programda takım numarası olarak yazılır. Aynı takım iki numaraya bağlanmamalıdır; karışıklıkta yanlış takım seçilebilir. Program başında kullanılacak takım numaraları bir liste hâlinde tezgâhın yanında asılı tutulur; bu liste kayıt altına alınmalıdır.

7. Atölyede Kullanım ve Arıza Okuma

Bir CNC programında oluşan hatanın kaynağı üç noktadan aranır: program, takım ve tezgâh. Program tarafında eksik satır, yanlış komut veya yanlış sıfır noktası; takım tarafında yanlış tip, aşınmış uç veya ters takım; tezgâh tarafında ise hareket sınırı, kızak takılması ya da sensör arızası aranır.

Kesik veya yanlış işlem çoğu zaman programda tek bir rakamın yanlış yazılmasından kaynaklanır. Devir yerine avans yazılmışsa takım çok hızlı ilerler ve kırılır. Kaba kazıma avansı ince işleme değeriyle değiştirilmemişse yüzey pürüzlü kalır. Bu nedenle program değiştirildikten sonra ilk parça, ölçümle doğrulanmalıdır.

Ölçüm yapılmadan uzun parsiye girmek en sık yapılan hatadır. Kısa bir deneme parçası ya da kuru çalıştırma ile ön kontrol yapılmalıdır. Kuru çalıştırmada kesme sıvısı verilmez ve devir çok düşük tutulur; amaç hareketlerin doğru yöne gittiğini görmektir. Ölçüm sonucu şartnameden küçükse parçaya girilmez.

Basit örnek

10 mm çapında bir HSS freze ucuyla sertleştirilmemiş çelik işlenecektir. Uç için 80 m/dk kesme hızı seçilmiştir. Gerekli devir sayısı bulunacaktır. Devir, kesme hızının çap ile çarpılıp sabit bir değere bölünmesiyle bulunur. İşlem sonucunda devir 2546 olarak bulunur ve tezgâh bu değere yakın bir devre ayarlanır. Tezgâhın sınırı bu değerden düşükse devir sınıra indirilir.

İleri örnek

Bir işleme merkezinde 16 mm çapında iki dişli bir matkap ucuyla 25 mm derinliğinde bir delik açılacaktır. Kesme hızı 200 m/dk, ilerleme 0,3 mm/dk olarak verilmiştir. Devir sayısı, ilerleme hızı ve delik açma süresi hesaplanacaktır. Devir kesme hızından, ilerleme hızı ise ilerleme ile diş sayısının çarpımından bulunur. Hesaplanan devir 3979 d/dk, ilerleme hızı 0,6 mm/dk olur. Süre ise derinliğin ilerleme hızına bölünmesiyle 41,7 dakika olarak bulunur. Tezgâhın 3000 d/dk sınırı olduğu biliniyorsa devir sınıra indirilir ve süre buna göre yeniden hesaplanır.

Adım adım çözülmüş örnek

Aşağıdaki program bloğu bir işleme merkezinde sırayla çalıştırılacaktır. Her bloğun görevi ve tezgâhta oluşturacağı hareket yorumlanacaktır.

Blok 1: G21 G90 G54 — Metrik ölçü, mutlak konumlama ve iş parçası sıfır noktası seçimi yapılır.

Blok 2: G43 H01 Z25.0 — Bir numaralı takımın uzunluk telafisi uygulanır ve tabla emniyet yüksekliğine çıkarılır.

Blok 3: T1 M06 — Bir numaralı takım takım değiştirme komutuyla takılır.

Blok 4: G00 X0 Y0 — Hızlı hareketle parçanın üzerindeki başlangıç noktasına gelinir.

Blok 5: G01 Z-15.0 F150 — 150 mm/dk ilerleme ile 15 mm derinliğine doğrusal iner.

Blok 6: M03 S2000 — Mil saat yönünde 2000 d/dk hızda çalıştırılır.

Blok 7: G01 X40 Y0 F200 — 200 mm/dk ilerleme ile 40 mm mesafede doğrusal hareket edilir.

Blok 8: M05 M09 M30 — Mil durdurulur, kesme sıvısı kapatılır ve program sonlandırılır.

Kavram karşılaştırma tablosu

Sık Yapılan Hatalar

• Devir ile avans yerlerini birbirine yazmak. Avans yalnızca G01 ve G02 gibi ilerleme komutlarında verilir.
• Hesaplanan devri tezgâh sınırını aşacak biçimde kullanmak. Sınır aşılmamalı, devir sınıra indirilmelidir.
• Takım uzunluk telafisi bloğunu atlamak. Bu durumda programda verilen Z değerleri hatalı yerde çalışır.
• Ölçüm yapmadan uzun parsiye girmek. İlk parça daima ölçülerek doğrulanmalıdır.
• Metrik kipte çalışıp inç değer girmek. Ölçü birimi komutu program başında mutlaka verilmelidir.
• Konvansiyonel tezgâhtaki köşe hatasını CNC'de de kabul etmek. Takım yarıçapı telafisi kullanılmalıdır.
• Kaba kazıma avansını ince işlemede de kullanmak. Avans kaba ve ince aşamada ayrı ayrı verilmelidir.
• Takım numaralarını taşıyıcıyla eşleştirmemek. Numara karışıklığı yanlış takımın seçilmesine yol açar.

Özet

Sayısal kontrol, tezgâh hareketlerinin bir program dizisiyle tarif edilmesidir ve konvansiyonel tezgâha göre tekrar edilebilirliği sağlar. Eksenler kızak ve ray düzenekleriyle hareket eder, servo motorlar konum kontrolünü yapar. Programda hareket komutları (hızlı konumlama, doğrusal ilerleme, yay) ile çalıştırma komutları (mil, takım değiştirme, sıvı, program sonu) birlikte kullanılır. Metrik kip, mutlak konumlama, tezgâh sıfır noktası ve takım uzunluk telafisi program başında tanımlanır. Kesme hızı ve devir sayısı takım çapıyla, ilerleme hızı ise diş sayısıyla hesaplanır. Takım yarıçapı telafisi köşe ölçüsünü programlanan değere oturtur. Program kaynaklı hatalar en sık yanlış komut, yanlış avans ve eksik telafi bloğundan kaynaklanır; bu yüzden ölçüm yapmadan parsiye girilmez.

Kendini dene

Öğrendiklerini pekiştirmek için önce konvansiyonel tezgâh ile sayınal kontrollü tezgâh arasındaki üç farkı yaz. Sonra 12 mm çapında bir ucu 40 m/dk kesme hızında kullanarak gerekli devri hesapla. Ardından diş sayısı 3 ve ilerleme 0,25 mm/dk olan bir uçta ilerleme hızını bul ve 60 mm'lik bir yolun süresini hesapla. Son adım olarak bir program bloğunda metrik kip, mutlak konumlama ve takım telafisinin neden gerekli olduğunu yaz. Puanlama notu: Tezgâh karşılaştırması 4 puan, devir hesabı 4 puan, ilerleme hızı ve süre hesabı 4 puan, program başı bloklarının yorumu 3 puan üzerinden değerlendirilir.