makale by hüseyin KARAMAN

MASAÜSTÜ ÜÇ EKSENLĐ CNC Hüseyin KARAMAN, Prof. Dr. Kerim ÇETĐNKAYA Karabük Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Anabilim Dalı,Karabük

ÖZET Bu çalısmamda, üç eksenli CNC freze tezgahı, onu olusturan parça ve malzemeler hakkında bilgi verdim. CNC seçim kriterlerine değindim.Yeni bir CNC freze tezgahı tasarladım. Gövdenin konstrüksiyonu üç boyutlu olarak modelledim.Bu işlemi Solid Works çizim programında yaptım. Her 3 eksen için de gerekli olan vidalı millerin modelleri saptayıp, tezgaha bir çalısma süresi hedefledim ve vidalı mil ile tablaların bu süreyi saglayıp saglayamadıkları kontrol ettim. Đmalat sırasında ağaç malzeme,step motor,sürücü kart,güç kaynağı ve masaüstü bilgisayar kullandım.Her eksen için gerekli olan step motor güçlerini hesapladım. Motorların seçimini yaptım. Güvenilir bir tasarıma ulasılınca makinayı imal ettim.,Makinayı basarıyla çalıstırmayı başardım. Anahtar kelimeler: Masa üstü CNC,Mash2,CAD,CAM

1.GĐRĐŞ

Hayatımızın her alanında bilgi işlem teknolojisi hızla gelişmektedir. Bilgi işlem teknolojisinin gelişmesi özellikle imalat endüstrisinde önemli değişikliklere sebep olmuştur. Bu değişimlere paralel olarak üniversal imalat tezgâhları yerini bilgisayar kontrollü tezgâhlara bırakmıştır(1). Tarih boyunca, teknolojiyi takip eden, teknolojiye yatırım yapıp, teknolojiyi ilerleten devletler gelismis, digerleri ise sürekli tüketici olmaktan kurtulamamıs ve zamanla ekonomik bagımsızlıklarını kaybetmislerdir (2). Bilgisayarların akıl almaz bir hızda gelismelerinin sonucunda tasarımlar çok hızlı degismekte, otomobil gibi çok komplike olan makineler bile her an yeni tasarımlarıyla piyasaya çıkmaktadırlar. Bu hızlandırılmıs tasarım süreci, imalatı da bu hıza ayak uydurmaya zorlamıs ve CNC makineleri de yaygınlasmaya baslamıstır. Tamamen bilgisayar kontrollü olarak çalısan CNC’ler tasarlanan bir parçanın birkaç saat içinde prototipini elinizde tutuyor olabilmenizi saglar ki, bu tasarımın gelistirilebilmesi ve test edilebilmesi için inanılmaz bir fayda saglamaktadır. Tabii ki seri üretimdeki bir parçanın hassas ve hızlı üretilmesini saglaması da diger çok büyük bir faydasıdır (2). Bu projede 3 eksenli masaüstü CNC yaptım ve örnek olarak da dikdötgen çizimi gerçekleştirdim. Projemin amacı son yıllarda bilgisayar kontrollü makinelerin ve benzeri araçların artmasından yola çıkılarak sanayinin can damarı olan bilgisayar kontrollü makinelerin (CNC) çalışma prensibini basit ama anlaşılır bir makine yaparak göstermektir.Projem iilk defa yaptığım bi sistem olduğu için amatör oldu fakat cnc tezgahını öğrenmek açısından oldukça faydalı bilgiler öğrendim. Bu proje CNC eğitimi verilen tüm eğitim merkezlerinde her öğrencinin aldığı teorik bilgileri uygulama yaparak da pekiştirme olanağı kazanmasını amaçlamaktadır. Tasarımı ve imalatı yapılacak olan bu sistem her öğrencinin kendi CNC tezgâhını yapabilmesi için örnek olması hedeflenmiştir (3). CNC tezgahlar, 20. yüzyılda nümerik kontrollü (NC) tezgahların gelisimi sonucunda tasarlanmıs olan üretim tezgahlarıdır. NC tezgâhlardan farklı olarak bir bilgisayarlı kontrol ünitesi bulunmaktadır. Türkiye mobilya endüstrisinde CNC makinelerin kullanımına 1990’lı yıllarda baslanmıstır (4).

2.GELĐŞTĐRĐLEN SĐSTEM Bu bölümde yapmış olduğum makinanın imalatından bahsedeceğim. Makinanın imalatı için gerekli parçaları hazırladıktan sonra imalata geçtim.Öncelikle modellediğim cnc tezgahını ağaç malzeme kullanarak kurdum.Bu işlemi kendi evimde gerçekleştirdim ve sonuç olarak 295mm-335mm ölçülerinde tablaya sahip mini cnc tezgahımı oluşturdum. Daha sonra tezgahıma motorları ve sürücü kartı bağlamak için tezgahı okuldaki bölümümüze ait atölyeye getirdim.Burada arkadaşlarımın da yardımıyla motorların bağlantısını yaptım.Motorları bağlamak için M5 mil,M5 somun ve rondela kullandım. Motor bağlantımı başarıyla gerçekleştirdikten sonra sıra sürücü kart bağlantısına geldi.Sürücü kart motorlara hareket vererek eksenlerdeki tablaların hareketini sağlamaktadır. Aşağıda tezgahızımın oluşumu için gerekli bilgiler verilmiştir. 2.1.Modelleme Solidworks 2010 programında önce ölçüsüz kaba taslak daha sonra elimizdeki çizime göre ölçülere karar vererek modellemeyi yaptım.

2.2.Mekanik Özellikler Yaklaşık işleme alanı: 295 mm x 335 mm Eksen sayısı: 3 eksen Mekanik yapı: Ağaç Malzeme Đşlenebilecek malzemeler: A4 kağıdı Yapacak olduğum tezgah tablasının boyutlarını 295 mm x 335 mm olarak belirledim ve ağaç malzememi keserek tablayı ayarladım.daha sonra diğer parçaları yine ağaç malzeme kullanarak tablaya uygun boyutlarda hazırladım.

2.3. Mekanik Aksam Mekanik aksam, vida ve somunları, miller ,dairesel rulmanlar,sürücü kartı,güç kaynağı,kablolar,dirençler,kaplinler ve gövde aparatları (Ağac Malezeme) gibi parçalardan oluşmaktadır. Oluşturulmuş olan tezgahın hareketi bilgisayardan sağlanacaktır.Bunun için gerekli program (Mash2) daha sonra anlatılacaktır.Bilgisayardan program sayesinde güç kaynağının da yardımıyla sürücü kartına komut gönderdim.Daha sonra sürücü kartı bu komutu kablolar aracılığıyla motorlara iletti ve motorlar da tezgahın hareketini sağlayan mile göndererek hareketi sağlamış oldum.Fakat kabloların bağlantılarının doğru olması önemlidir aksi taktirde kartın yanma ihtimali oldukça yüksektir.Motorların millerle aynı eksende bağlanmış olmasına da önem gösterilmelidir.Çünkü aynı eksende olmazsa hareketi iletmeyebilir bu da motorun ısınıp yanmasına neden olabilir.Motorların ısınmasını engellemek için ayrıca dirençler kullanılmıştır.

2.4.Tablanın Hareketi Tablanın hareketini miller sağlamaktadır.Millerin hareketini sağalyan ise motor milidir. Öncelikle bilgisayardaki programla sürücü karta komut verdik.Daha sonra sürücü kart komutu kablolar aracılığıyla motora iletti ve motordaki mil dönmeye başladı.Aynı eksende bulunan ve uc kısmı motor miline kaplinle sabitlenmiş olan tabla mili harekete başladı ve tablamız hareket etti.

2.5.Krom Kaplı Đndiksiyonlu Çelik Mil: Tezgahın lineer hareketini gerçekleştirecek ve aynı zamanda tezgahın ağırlığından kaynaklı yükleri taşıyacak olan sistemin bir parçasıdır. Ne kadar sert olursa o kadar iyidir. Çünkü o kadar fazla yük taşıyacak o kadar geç ezikler oluşacaktır. Yani tezgahın hassas çalışma ömrünün uzun olmasını çok yakından etkileyecektir. 2.6.Miller ve Lineer Rulmanlar Hareketli tablaların boşluksuz ve rahatça ilerleyebilmesi için, eksenlerin kızaklar üzerinde hareket etmesi gerekmektedir. Kızakların bilyalı olması sürtünmeleri azaltır. En basit yöntem, mil üzerinde kayan lineer rulman kullanmaktır.Kaplinler, mil eksenleri arasındaki küçük kaçıklıkların neden olacağı zorlamaları ortadan kaldırır.Bu nedenle tablaların hareketini sağlayacak olan millerin iki tarafına lineer rulmanlar taktım ve tezgaha bağlantısını yapışkanla yaptım.

2.7.Kaplin Step motor ile mil arasında ki hareket iletimini sağlayacak elemandır.Eksenlerin aynı olmasını sağlayarak herhangi bir arızayı engellemeyi amaçladım. 2.8.Motorlar Toplam 3 eksen için 3 tane step motor gerekmektedir. Tezgaha hareketi step motorlar ile vereceğim. 6 Volt 2,83 A’lik 3 adet Sanyo marka kullanılmış , 4 kablolu bipolar step motor aldım. En ufak adım 1,8 derece olarak belirtilmiş. Motorların tezgaha bağlantısını M5 mil,somun ve rondelalar sayesinde yaptım.4 köşesinden hazır delikli motorları tezgaha Metrik 5 millerle (100 mm ) tutturdum ve somun ve rondelalarla sağlamlaştırdım.

2.9.Sürücü Kartı ve Güç Kaynağı Motorların bilgisayar tarafından kontrol edilebilmesi için bilgisayar ile motor arasında elektronik devrelere ihtiyaç duyulur. Bu devrelerin ve motorların çalışması için güç kaynağı da gerekecektir. Motorların akım değerine uygun olan bir güç kaynağı gerekiyor. Güç kaynağından çıkan kabloyu sürücüye bağladık.Motorlar bu akım ile çalıştırılacak. Ben dc 24 v 8,3 A bir güç kaynağı aldım.Kablolar aracılığıyla sürücü kartı ve motor arasında bağlantı kurdum ve güç kaynağı ile destekledim.

2.10.MACH 2 Yapmış olduğum tezgahın kontrolünü Mash 2 programıyla yapmaya karar verdim.Bu programı kullanmamın sebebi daha kolay ve anlaşılır olmasıdır.Ayrıca bir problemle karşılaştığımda çözümünün bu programda daha kolay çözüleceği kanaatine verdım.En önemli sebebi ise G-kodları çıkarmada kolay olmasıdır.Programı daha önceden indirip kullanmasını öğrendim. Programa daha önceden çıkarmış olduğum G-kodlarını yazdım.Daha sonra programı çalıştırdım ve sürücü karta komut gönderdim.Sürücü kart almış olduğu komutu motorlara iletti ve motor da millere ileterek hareketi sağlamış oldu.

3.TESTLER

Masaüstü CNC tezgahımı hazır hale getirdikten sonra test yapma işlemlerine başladım. Đlk olarak bilgisayardan komut vererek bağlantıların doğruluğunu denedim (KırmızıSarı-Mavi-Turuncu kablolar).Motorların çalışmasını sağlayacak kabloların doğruluğu için yapmış olduğum bu işlemde bağlantılarda hata olduğunu gördüm.Bu olayı motorlara akım gitmemesinden anladım.Daha sonra bütün bağlantıları tekrar değiştirdim ve yine denedim

sonuç ise aynıydı.Başka bir sistemde tekrar bağlantı kurdum ve motorlara akım gitti.Böylece doğru bağlantıyı kurmuş oldum. Đkinci olarak motorla tezgah mili arasındaki bağlantı ve eksenlerin aynı olup olmadığını test ettim.X ve Z eksenim hatasız çalışırken Y ekseninde sorunla kaşılaştım.Kaplini söküp tekrar bağladım ama sorun gitmedi çünkü eksenler çakışmamıştı.Motoru ve kaplini söktüm tekrar taktım aynı eksende çakıştırdım ve bu sorunu da böylece halletmiş oldum.Daha sonra üçüncü olarak terazi dengesini takip etmeye geçecektim fakat kaplinlerin yeteri derecede çalışmadığını,bir süre sonra sıyırdığını gördüm.Bunun sebebi kaplindeki ayar vidasının sıyırıyo olmasıydı.Motordan gelen güce karşılık ayar vidası yetersizdi ve ben de M4 civatalarla ayar vidasını değiştirdim.Tekrar deneme yaptığımda M4 cıvataların güce karşılık verebildiğini gördüm. Üçüncü olarak terazi dengesini ölçtüm.Çizim yaparken eksenlerin dengeli hareket edip etmediğini kontrol ettim.X ve Z ekseninde herhangi bir sorun yokken Y ekseninde yine bir sorunla karşılaştım.Eksendeki tezgah düzgün ilerlemedi yalpalama yaptı belirli aralıklarla bunu tekrarladı.Her ne kadar ekseni komple söküp tekrar taktımsa da sorunu tam olarak gideremedim ve öyle kaldı. Dördüncü olarak adım kaçıklığını ölçtüm. Basit bir çizgi çekerek X eksenindeki kaçıklığı tespit ettim.Bilgisayarda 110 olarak verilen değer gerçekte 45 olarak çıktı böylece milin adımını hesap etmiş oldum,arada 2.5 kat fark vardı. Basit bir çizgi çekerek Y eksenindeki kaçıklığı tespit ettim.Bilgisayarda 100 olarak verilen değer gerçekte 40 olarak çıktı böylece milin adımını hesap etmiş oldum,arada 2.5 kat fark vardı. Basit bir çizgi çekerek Z eksenindeki kaçıklığı tespit ettim.Bilgisayarda 10 olarak verilen değer gerçekte 10 olarak çıktı.

4.SONUÇLAR Son olarak çizim yaptım ve ne kadar düzgün çizim yapıldığını kontrol ettim.Çizim olarak gerçek boyutları y : 8 mm (20 mm programda) , x: 100 mm (250 mm programda) ve z:5 mm olan dikdörtgen belirledim.Bir tane çizdikten sonra tekrar başa aldım ardı ardına üç tane çizim komutu yazdım ve tekrarlanabilirliği ölçtüm.X ekseninde ve Z ekseninde herhangi bir sorun olmazken Y ekseninde süreklilikten kaynaklanan bir yalpalama belirledim.

5.KAYNAK LAR 1.Kutlu, M. 2011. Üç eksenli masa tipi freze tezgahı tasarım ve imalatı. Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi,Afyon

2.Büyükşahin, U. 2005. Üç eksenli CNC tezgah tasarımı ve uyguluması.Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,Yüksek Lisans Tezi,Đstanbul 3. Tutkun, E. 2008. Masaüstü CNC Freze Tasarımı ve Đmalatı. Karabük Üniversitesi Teknik Eğitim Fakiltesi Makine Eğitimi Anabilim Dalı,Dönem Ödevi,Karabük 4.Karagöz, Ü. 2010. CNC ile Đslemede Ahsap Malzemenin Yüzey Kalitesini Etkileyen Faktörler. Kastamonu Üni., Orman Fakültesi Dergisi, 2011, 11 (1): 18 – 26, Kastamonu 5. Özdeveci, M. (2001), “Eğitim Tipi CNC Frezesinin Tasarımı Ve Đmalatı”, Marmara Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi 6. Alan, S. (2006), Selçuk Üniversitesi, “CNC Eğitimi” Yüksek Lisans Tezi 7. Uyanık. A, Şimşek. Đ, Aytan. Đ, Onat. M, Erdal. H (2009), “3 Eksenli Yüzey Đşleme Tezgâhının Bilgisayar Đle Kontrolü”, , IATS’09, 13-15 Mayıs 2009, Karabük 8. Varol, A. Mayıs 1995. Makina Parçalarının CAM Yöntemi Ġle Üretimi, Endüstriyel Teknoloji, 23-28 (Makale)

6.TEŞEKKÜR Yapmış olduğum bu projede bana yardım ve desteklerini esirgemeyen Azmisebat Çakmak ve Traş Bıçağı Sanayii çalışanı sayın Đbrahim ALTAŞ’a ve Aşçıoğlu Mobilya çalışanı sayın Cevat AŞÇI’ya teşekkürlerimi bir borç bilirim.