Rapor - Makale > CNC Tezgahlar > Tezgah optimizasyon yazılımları yardımıyla daha hızlı ve hassas işleme:

Çeviri: Engin Gülşen
MET CAD/CAM/CAE, Şubat 2005

Kaynak: Becoming More Accurate With Speed
Bill Elliott, Northwood Designs, Inc. (metacut.com)

Her şeyin anahtarı hassasiyettir. Kalıp üretimi sürecinde yapılan her iş ile tezgah veya yüksek hız kontrolü üreticisi tarafından tamamlanan her görev hassasiyet hedeflidir. İşleme sürecinde daha hassas üretim yapabilmek, kalıp üretimi endüstrisinin değişmeyen bir hedefidir.

İlk başlarda CNC tezgahlar çizgilerle ve yaylarla ifade edilen 2D şekilleri işlemekteydi. Şekillerin çizgi ve yaylardan oluşmasından ötürü çıkacak parçanın hassasiyeti, tezgahın hassasiyeti ve verilen talimatları takip edebilme yeteneğiyle kontrol ediliyordu (verilerle değil).

Daha sonra CAD/CAM sistemleri piyasaya çıktı ve bunlar da ilk olarak elle programlamanın hızlandırılması ve insan kaynaklı hataların azaltılması amacıyla kullanıldı. Halâ 2D şekiller işleniyordu. Kısa sürede, CAD sistemleri eğriler ve yüzeylerle ilgilenmeye başladılar. Bu yeni bir oyundu, özellikle de CAM tarafı için. Artık matematiksel olarak doğru bir şekilde çizgi ve yayların ofsetlenmesi kadar basit değildi.

Şekil 1: Kirişsel Sapma

Bu anlamda eğri ve yayların işlenmesi için gerekli olan takım yolu o kadar da kolay tanımlanamıyordu. Bu yüzden bir sonraki en iyi şeyi yaptılar; Takım yolunu belirli bir toleransla genellikle "hassas" veya daha kusursuz hale getirdiler. Bu da eğrilerin bir dizi doğrusal bölümlerle ifade edilmesine ve böylece teorik mükemmel eğri yakınsamasının gerçekleşmesine olanak sağladı. Bu doğrusal bölümler genellikle kirişsel sapma üzerine yapılırlar (bkz. Şekil 1).

Kirişsel Sapma: Kirişsel sapma kiriş ve yay (veya eğri) arasındaki en büyük mesafedir. Doğrusal bölümlerin toleransını kontrol etmek amacıyla kirişsel sapma kullanmanın faydalarından biri tutarlı bir sapmanızın olmasıdır. Eğer bir eğriyi eşit uzunlukta çizgilere bölerseniz çizgilerin eğriden sapması değişir çünkü eğrilik daha büyük ve küçük hale gelir. Aynı zamanda kirişsel sapma kullanıldığında diğer yöntemlere göre daha küçük bir data seti elde edilir.

Problemler

Şekil 2: Blok İşleme Süresi problemleri.

Bu noktada, neredeyse doğru bir data setimiz vardı fakat bir takım problemler ortaya çıktı.

İlk problem binlerce küçük çizgilerin bir kontrol -ki uzun çizgi ve yayların kesimi için tasarlanmıştı- tarafından doğru bir şekilde kesilememesiydi. Literatürde olduğu gibi çok yavaş olan Blok Proses Süreleri (BPS) nedeniyle data içerisinde tıkanıp kalacaktı. Bu problem takımın sallanması veya teklemesi şeklinde kendini ortaya çıkardı ve çok hızlı kontrol olmadan tezgahta bir kalıbı kesmeye çalışan herhangi biri bunun nasıl birşey olduğunu bilir (bkz. Şekil 2).

Blok Proses Süresi (BPS): Bir kontrolün kod bloğunu okuması, anlaması, uygun talimatları servolara göndermesi, resetlemesi ve bir sonraki kod bloğunu okumaya başlamasına kadar geçen süre. (Örnek: G1 X5.9876 Y3.9874 Z2.5467 F150.)

Blok İşleme Süresi (BİS): Bir tezgahın fiziksel olarak programlanan kod bloğunun sonuna kadar gitmesi için geçen süre.

Bu problemlerin sebebini anlamanın en kolay yolu blok proses süresi (BPS) ve blok işleme süresi (BİS) arasındaki ilişki olarak görmektir. Eğer BİS, BPS'nden daha uzunsa herşey gayet normal çalışacaktır. Eğer BİS, BPS'nden kısaysa; tezgah verilen talimatları tamamladığında sorunlar ortaya çıkacaktır, çünkü kontrolün servolara yeni talimat olarak ne vereceğini kararlaştırması için zamanı olmayacaktır. Bir sonraki talimat için beklerken tezgahın duraklaması gerekecektir (bu "Servo Starvation" olarak da bilinir). Süreç defalarca tekrarlandığında, kendini sallanma veya tekleme şeklinde gösterir.

Bu sorunla ilgili olarak ne yapılabilir?

1. İlerleme hızını (feed-rate) düşürün.
İlerleme hızı düşürüldüğünde tezgahın kod bloğunun sonuna ulaşması daha uzun bir süre alır. Bu da kontrole her bloğu bitirmesi için daha fazla zaman tanır. Sonuç olarak, BİS, BPS'nden daha uzun olur ve tezgah normal çalışır. Tabiiki bu aynı zamanda işlerinizin yavaşlaması anlamına gelir.

2. Her talimatın fiziksel uzunluğunu artırın.
İlerleme oranının yavaşlatılmasıyla aynı etkiye sahiptir; mevcut kod bloğunun sonuna ulaşmayı geciktirir. Buradaki problem, eğik yüzeylerin tanımlanması için daha uzun çizgiler kullanmanız sonucunda hassasiyet seviyenizin düşmesi ve buna bağlı olarak da elle parlatma ihtiyacının artmasıdır.

3. BPS'ni azaltın.
BPS'nin azaltılması, sadece kontrolün daha yeni ve daha hızlısıyla değiştirilmesiyle gerçekleştirilebilir.

CNC programcıları blok işleme zamanı problemini azaltmak amacıyla her ikisi de güzel sonuçlar doğurmayan metotları kullandılar. İlerleme hızının azaltılması işleme zamanını artırırken takım yolu hassasiyet seviyesinin düşürülmesi tesfiye çalışmasının ciddi oranlarda artmasına neden oluyordu.

Sonunda imdada yüksek hızlı kontroller yetişti! Yüksek hızlı kontroller blok işleme zamanını minimuma indirecek şekilde tasarlanmışlardı. Blok proses süresinin azalmasıyla CNC programcıları daha yüksek ilerleme oranlarında çalışmak ve eğik yüzeylerin tanımlanması için daha küçük çizgiler kullanmakta özgür kaldılar. Kontrolün blok proses süresinin daha kısa olması, daha hızlı ve daha hassas parça işlemeyi mümkün kıldı.

Over-travel takım yolunda arzu edilen datadan uzak bir işlemeyi içerir. Başka bir deyişle yanlış işleme.
Bu, parçanın eğriliğine göre çok hızlı hareket sonucu ortaya çıkar. Bu gerçekten temel bir fizik problemidir ve şu etkenler önemlidir:

1) Yön değişimi oranı (eğrilik açısı)
2) Yön değiştirmek için mümkün olan kuvvet miktarı
3) Hareket ettirdiğiniz kütle

Daha basit ifade etmek gerekirse yön değişimi oranını eğrilik olarak düşünebilirsiniz. Eğer daireler anlamında düşünüyorsanız 1 metre çapında bir daire, 2 metre çapındaki bir daireden daha küçük bir eğriliğe sahiptir ve 1 metrelik daire üzerinde yön değişimi daha çabuktur. Başka bir deyişle düz bir çizgide yön değişimi yoktur.

İkinci faktör, kuvvet, tezgahınızın eksenlerindeki servo motorlardır. Her eksene uygulayabilecekleri sınırlı kuvvetleri vardır. Daha hassas olması için her eksen lineerdir ve tek bir eksen veya servo motor derken kastettiğimiz "hızlanmak veya yavaşlamak için ne kadar kuvvetin olduğudur". Servo motor büyüdükçe verilen bir kütleyi daha hızlı yavaşlatabilir veya hızlandırabilirsiniz.

Üçüncü etken kütledir. Bu, işlenen parça ile yataklı tip freze ve tablaları içerir. Burada ilginç olan yataklı tipli frezelerde genelde bir eksen iki yatağı hareket ettirir. Bu da eksenlerden birinin hareket ettirmek için çok daha fazla ağırlık taşıdığı anlamına gelir. Bu da genelde tezgahın maksimum yavaşlama ve hızlanmasını kontrol eden eksendir.

Eğer bir formül için ısrar ediyorsanız kuvvetin (f) servolar olduğu standart f=m*a derim; Kütle (m) tablalar ve işlenen parça, ivme (a) de eğriliğe bağlıdır. Çünkü eğrilik küçük olduğunda programlanan takım yolunu terketmeden kesme yapabilmek için yavaşlama sırasında daha büyük ivme gerekir. Burada hatırlanması gereken en önemli şey verilen bir tezgah üzerinde üç faktörden sadece birinin değiştiğidir; o da eğriliktir. Tezgah her zaman aynı servolara sahiptir ve kabaca her zaman aynı kütleyi hareket ettirir diyebiliriz. Bu da herhangi bir tezgah üzerinde verilen bir eğrilik, belirli bir ilerleme hızına sahip olması anlamına gelir. Bunu "hassas ilerleme hızı" olarak adlandıracağız. Hassas ilerleme hızı büyük eğriliklerde daha hızlı, küçük eğriliklerde daha yavaştır. Bir doğru üzerinde tezgah hızlıca ilerleyebilirken ani yön (keskin köşeler) değişimlerinde kontrolün tam hassasiyet için durması gerekir.