|
Mümin Tutar
Aralık 2008, Bursa
*Not: Bu makale, yazarın aşağıdaki çalışmalarından derlenmiştir;
Özet
Üretimde verimliliği ve kaliteyi arttırmak amacıyla 20. yy.'ın ikinci yarısından itibaren yeni yaklaşımlar ortaya çıkmıştır. Bu yaklaşımlardan CAD (Computer Aided Design - Bilgisayar Destekli Tasarım), üretilecek parçanın 3 boyutlu modelinin oluşturulması, mevcut parçalar üzerinde değişiklikler yapılması ve üretim için gerekli olan veritabanını hazırlayan bir sistem yaklaşımı olarak tanımlanırken; CAM (Computer Aided Manufacturing - Bilgisayar Destekli Üretim) ise üretim sürecini kontrolde, doğrudan veya dolaylı olarak yapılan işlerin bilgisayar desteğiyle gerçekleştirilmesini kapsamaktadır. CAD/CAM, tasarımcının üretkenliğini ve tasarımın kalitesini arttırmaktadır. Tezgahların kontrolü, işlem planlaması, malzemenin taşınması, kalite kontrol vb. safhalar bu sistem içerisinde bilgisayar desteğiyle gerçekleştirilmektedir. CNC (Computer Numerical Control - Bilgisayarlı Sayısal Kontrol) ise sayısallaştırılmış komutların bilgisayardan direkt olarak tezgaha aktarıldığı ve tezgahın da geribildirim sağlayabildiği sistemdir.
Bilgisayar sistemlerinin mühendislik alanlarına uygulanması sonucu önce CAD/CAM ve CAM/CNC entegrasyonu sağlanmış, tasarım-üretim sürecinin gereği olarak da CAD/CAM/CNC entegrasyonu haline dönüşmüştür. Bu şekilde tasarım ve üretimin bütün safhalarında bilgisayar desteği alınmaktadır.
Bu çalışmada; öncelikle CAD yazılımları ile araçlar için ergonomik iç kapı kolu modeli tasarlanmış ve tasarlanan model CAM yazılımlarına aktarılmış, ardından da CAM yazılımlarında takım yolları oluşturularak simülasyonla doğrulanmış ve CNC freze tezgahında modelin üretimi yapılmıştır. Bu süreçte de CAD/CAM/CNC entegrasyonu gerçekleştirilmiştir.
Giriş
CAD, mekanik ve elektromekanik parça ve sistem tasarımlarının yapılmasını kolaylaştırmak, hızlandırmak, kalitesini yükseltmek gibi amaçlarla bilgisayarlardan yararlanmayı içermektedir. Ürünü her açıdan görmek, o ürünün gerçek yapı ve şekli hakkında daha iyi fikir edinmek için bilgisayar ortamında ürünün gerçek ölçüleri temel alınarak görüntüsünün oluşturulması sağlanmaktadır [1].
CAD sistemleri genel olarak yazılım ve donanım kısımlarından oluşur. Yazılım kısmı, katı modelin oluşturulması ile tasarlanan modelin statik, dinamik ve termal performansının belirlenmesinde kullanılan modülleri kapsamaktadır. Donanım kısmı ise monitör, fare, klavye vb. çevre birimlerinden oluşur [2-4].
CAM, sürecin CAD'den sonraki aşamasıdır. CAD model bilgisi; CAM yazılımlarında, tornalama, frezeleme gibi yöntemlerle hammaddeyi istenen şekle getirirken kullanılır. Örneğin; CAD modelinde seçilen malzeme; devir ve ilerleme hızlarının, CAD modelinin boyutları ise takım seçiminin ve takım yollarının belirlenmesinde kullanılır. Böylece gerçek bir makine parçası, üç boyutlu olarak üretilebilir hale gelir [5].
CAM, aynı zamanda bilgisayar sistemlerini planlama, yönetme ve bir imalat sürecinin kontrolünde doğrudan veya dolaylı olarak yapılan işlemleri de kapsamaktadır. CAD/CAM teknolojisi, tasarım ile imalatın daha fazla entegrasyonu yönünde gelişmektedir [1,4,6].
Günümüzde kullanılan CAD ve CAM yazılımları sürekli olarak geliştirilmektedir. En çok kullanıcıya sahip olan CAD yazılımları arasında SolidWorks, CATIA, Unigraphics, Pro/ENGINEER, AutoCAD, Inventor sayılabilir. CAM yazılımları arasında ise CAMWorks, SolidCAM, EdgeCAM, SurfCAM ve Mastercam yazılımları vardır. Bu
CAD ve CAM yazılımlarından bazıları entegre, bazıları ise bağımsız olarak kullanılmaktadır.
CNC'de temel düşünce takım tezgahlarının sayı, harf vb. sembollerden meydana gelen, belirli bir mantığa göre kodlanmış komutlar yardımıyla işletilmesi ve tezgah kontrol ünitesinin parça programı yardımıyla üretim yapabilmesidir [7].
CAD/CAM Sistemlerinin Tarihçesi
Bilgisayarlı grafik sistemlerinin, dijital bilgisayarlarla birlikte ortaya çıkıp çıkmadığı çok tartışılmıştır. Tasarım ve üretim mühendisliğinde bilgisayar kullanımının tarihi, ilk bilgisayarların çıktığı 50'li yılların başlarına kadar uzanmaktadır. İlk fikir Amerika'da devlet desteği ile gerçekleştirilen simülasyon ve radar projeleri gibi araştırma-geliştirme çalışmaları ile ortaya çıkmıştır. Bu çalışmalar 1949-1952 yıllarında ABD hava kuvvetlerinin Massachusetts Institute of Technology (MIT)'e verdiği proje ile uçak sanayisine yönelik olarak geliştirilmiştir. İlk sistemlerde karmaşık, uzun ve masraflı, toplu işlevli programlar büyük işlemcilere dayalı bilgisayarlarda çalıştırılmıştır. 1955-1959 yılarında MIT'de sürdürülen çalışmalar sırasında D.T.Roos ilk defa "Bilgisayar Destekli Tasarım" terimini kullanmıştır[8].
Akademik düzeyde CAD sistemine ilk adım 1963 yılında I.E. Sutherland'ın MIT'deki doktora tezi ile atılmıştır. "Sketchpad" adı verilen sistemde uygun programlama teknikleri ve veri yapılarıyla yenileme (görüntüyü sürekli yeniden üreten) ile bir çalışma sergilenmiştir.
CAD/CAM uygulamalarının temelini oluşturan pahalı sistemler, önceleri karşılığının fazlasıyla alınabildiği havacılık sanayi gibi büyük endüstrilerde kullanılsa da; teknolojinin gelişmesi ve fiyatların düşmesiyle seksenli yıllarda tüm sektörlerde yaygınlaşmaya başlamıştır.
Daha güçlü daha ucuz elektronik, artan deneyim ve rekabet, kullanımın yaygınlaşmasında büyük rol oynamıştır. Aynı yıllarda gözlemlenen diğer bir gelişme de piyasa şartları sonucu farklı donanım ve yazılım kullanan şirketlerin üretim sürecinde bütünleşik bilgi işleme ihtiyacından kaynaklanmıştır. Böylece yeni donanım ve yazılım arabirimleri ve standartları geliştirilmeye başlanmıştır.
1960'larda yüzyılın en önemli teknolojik gelişmelerinden biri olarak kabul edilen CAD/CAM tekniği bugün basit bilgisayar grafiği kavramının oldukça ilerisinde bulunmakta ve küçük işletmelerde bile etkin bir şekilde kullanılmaktadır [8].
Takım tezgahı nedir?
Hammadde halinde bulunan bir malzemeden istenilen şekil, biçim ve görünüşe uygun bir malzeme elde etmek için kullanılan üretim araçlarına takım tezgahı denir. Takım tezgahları ile başta metal olmak üzere ağaç, mermer, plastik vb. diğer malzemeler de işlenebilir.
Takım tezgahına bağlanan hammadde tezgahın amacına, görevine, fonksiyonlarına uygun ve takım tezgahının belirli parçalarına verilen hareketler sayesinde bir dizi işlemden geçer. Bu tür tezgahlarla yapılabilecek imalat, talaşlı ve talaşsız olmak üzere ikiye ayrılır. Talaşlı imalat, iş parçası yüzeyinden talaş (parça) kaldırılmak suretiyle yapıldığı için bu ad verilmiştir. Tornalama, frezeleme, delme, vargelleme, broşlama, taşlama, honlama, lepleme gibi işlemler talaşlı imalat yöntemine girerken döküm, dövme, presleme, haddeleme, çekme, sıvama, bükme, kaynak yapma, yapıştırma, lehimleme gibi işlemler de talaşsız imalat yöntemine girmektedir. Tüm bu işlemlerin ortak özelliği takım, parça ve işlem üçlüsü üzerine kurulmasıdır.
Eskiden daha çok talaşsız imalat yöntemleri kullanılırken günümüzde daha çok talaşlı imalat yöntemleri kullanılmaktadır. Takım tezgahları talaş kaldırma yöntemine göre, denetim sistemine göre ve amacına göre olmak üzere üç şekilde sınıflandırılabilir. Talaş kaldırma yöntemine göre tezgahların, takım ile parçanın hareketleri de göz önünde bulundurularak torna, freze, matkap vb. gibi isimler alır. Denetim sistemine göre tezgahların, işlenen parçanın kesme hızı, ilerleme hızı, talaş derinliği gibi teknolojik bilgileri göz önünde bulundurularak, elle kumandalı ya da otomatik (NC, CNC) çeşitleri vardır. Amaçlarına göre tezgahların, farklı parçaları işleyebilme kabiliyetine göre üniversal, tek amaçlı ya da çok amaçlı olmak üzere üç çeşidi vardır. Üniversal tezgahlarda her çeşit parça işlenebilirken, çok amaçlı tezgahlarda işlenecek parça çeşidi sınırlıdır. Tek amaçlı tezgahlarda ise sadece tek çeşit işlem yapılır. Örneğin, çok amaçlı tezgahlardan çubuk işleme tezgahlarında sadece silindirik parçalar işlenirken, tek amaçlı tezgahlardan vida açma tezgahında sadece vida açma işlemi yapılır.
Aşağıda, takım tezgahlarına ait sınıflandırma bir bulunmaktadır;
1900'lü yıllara ait torna ve freze tezgahları |
CNC Takım Tezgahlarının Gelişimi
Takım tezgahlarının ilk görünürlüğü 16. yüzyıla kadar gitmektedir. 1540 yılında Torriano isimli bir İtalyan, İspanyol kralı V. Charles' a hediye edilecek saatin imalatında freze tezgahının ilk örneklerinden birini kullanmıştır.
Modern takım tezgahlarının ilk atası olarak, 1775 yılında John Wilkinson tarafından yapılan yatay delik işleme tezgahı kabul edilmektedir. İlk torna tezgahı ise 1780'li yılların ortasında İngiliz Henry Maudstay tarafından yapılmıştır.
Teknolojik gelişmelere paralel olarak takım tezgahlarında kaliteyi artırmak, kolay üretilebilirliği sağlamak, düşük maliyet ve işleme koşullarının kolaylıkla değiştirilebilmesini sağlamak amacıyla otomasyona geçilmiştir. Böylece parçanın işlenmesine ait verilerinin insan tarafından girildiği konvansiyonel tezgahlardan sonra verilerin tezgahın anlayabileceği kodlardan oluşmuş program tarafından verildiği sayısal kontrollü (NC) takım tezgahları ortaya çıkmıştır.
Sayısal kontrol fikri II. Dünya Savaşı'nın sonlarında ABD hava kuvvetlerinin ihtiyacı olan kompleks uçak parçalarının üretimi için ortaya atılmıştır. CAD/CAM sistemleri ile CNC takım tezgahlarının ilk buluşması bu amaca dayanmaktadır [2,10].
1952 yılında ilk olarak bir CINCINNATTI-HYDROTEL freze tezgahını NC ile teçhiz ederek bu alandaki ilk başarılı çalışmayı gerçekleştirmişlerdir. Bu tarihten itibaren pek çok takım tezgahı imalatçısı NC takım tezgahı imalatına başlamıştır. İlk önceleri NC takım tezgahlarında vakumlu tüpler, elektrik röleleri, komplike kontrol ara yüzleri kullanılmıştır. Ancak bunların sık sık tamirleri hatta yenilenmeleri gerektiği için daha sonraları NC takım tezgahlarında daha kullanışlı olan minyatür elektronik tüp ve yekpare devreler kullanılmaya başlandı. Bilgisayar teknolojisindeki hızlı gelişmeler NC sistemleri de etkilemiştir.
Bu gelişmelerle birlikte NC tezgahlarda daha ileri düzeyde geliştirilmiş olan entegre devre elemanları, ucuz ve güvenilir olan donanımlar kullanılmaya başlanmıştır. ROM (Read Only Memory) teknolojisinin kullanılmaya başlanmasıyla da programların hafızada saklanmaları mümkün olmuştur. Sonuç olarak bu sistemli gelişmeler CNC'nin doğmasına öncülük etmiştir [2,10].
|
