Rapor - Makale > CNC Tezgahlar > Bilgisayarlı Nümerik Kontrole (CNC) Giriş:

Özet

Bilgisayar teknolojisi ile konvansiyonel imalat işlemlerinin entegrasyonu modern takım tezgahlarını vücuda getirmiştir. CNC tezgahları bir aşamada üç veya dört konvansiyonel takım tezgahının yapabileceği operasyonları yapabilecek donanıma sahiptir. Üretim organizasyonunda gelişen yeni fikirler, bir veya birçok imalat yöntemine oldukça kolay ve en az insan gereksinimiyle adapte olabilen üretim sistemleri meydana getirmektedir.

Anahtar Kelimeler: CNC, takım tezgahı, koordinat sistemi, programlama modu

Bilgisayarlı Nümerik Kontrol (CNC), Nümerik Kontrollü (NC) tezgahların ana esaslarına sahip, fakat ayrıca tezgah kontrol biriminde isteği uygun şekilde belleğe depolanmış bir programa da sahiptir. CNC büyük ölçüde NC fikrinin terk edilmesinden çok, mikro elektronik alanındaki teknolojik gelişmelerin sonucudur.

CNC takım tezgahlarının tamamının sağladığı en önemli ve birincil fayda, otomasyona imkan tanımasıdır. CNC tezgahların kullanılması suretiyle iş parçalarının imalatı esnasında operatörün müdahalesi en aza indirilmekte veya tamamı ile ortadan kaldırılmaktadır. Çoğu CNC takım tezgahları parça işlemesi esnasında dışarıdan bir müdahale olmadan çalışabilmekte, böylece operatörün yapacağı diğer işler için zaman bulmasına imkan tanımaktadır. Bu, CNC tezgah sahibine, operatör hatalarının azaltılması, insan hatasından kaynaklanan hataların en aza indirilmesi, işleme zamanının önceden ve tam olarak tespit edilebilmesi gibi faydalar sağlar. Makine program kontrolü altında çalışıyor olacağından, konvansiyonel takım tezgahında aynı parçaları imal eden bir usta ile kıyaslandığında CNC, operatörün temel işleme tecrübesi ile ilgili olan beceri seviyesi oldukça azaltılmaktadır.

CNC teknolojisinin ikinci temel faydası, iş parçalarının hassas ve devamlı aynı ölçüde çıkmasıdır. Günümüzün CNC takım tezgahları inanılması güç olan tekrarlama ve pozisyonlama hassasiyeti değerlerine sahiptir. Bu ise program kontrol edildikten sonra, iki, on, veya bin adet iş parçasının da aynı hassasiyet ve ölçü tamlığında elde edilebilmesini sağlamaktadır.

CNC takım tezgahlarının büyük bir bölümünde sunulan üçüncü önemli fayda ise, esnekliktir. Bu makineler program vasıtasıyla çalıştığından, bir başka iş parçasının işlemeye alınıp elde edilmesi diğer makinelere oranla kıyaslanamayacak bir hızda yerine getirilmektedir. Bir parça programı test edilip, işlemeye geçindikten sonra başka bir program ile parça işlenip yine eski programa dönmek gerektiği durumda, program kayıtlı olduğundan geçim işlemi sadece bağlama aparatının hazırlanmasından başka bir şey olmamaktadır. Bu da sonuçta parçadan parçaya geçim süresinin en hızlı zamanda olması gibi bir başka faydayı da temin eder.

Bu makinelerde hazırlık işlemi ve işleme operasyonuna geçim zamanı çok kolay olduğundan ve programlar kolaylıkla yüklenebildiğinden, parça işleme hazırlık zamanının çok kısa olması sağlanmaktadır.

1.1. Hareket Kontrolü

Herhangi bir CNC takım tezgahının en temel fonksiyonu otomatik, hassas ve tam bir hareket kontrolü sağlayabilmesidir. Tüm CNC takım tezgahlarında, iki veya daha fazla hareket doğrultusu vardır ve bunlar eksen olarak adlandırılır. Bu eksenler hareket ettiği doğrultu boyunca otomatik olarak hassas bir şekilde pozisyonlandırılır.

CNC tezgahlarda kullanılan en yaygın eksen tipleri lineer (belirli bir doğru boyunca tahrik edilen) ve döner (dairesel bir yay boyunca tahrik edilen) eksenler şeklindedir.

Konvansiyonel takım tezgahında bir mekanizmayı elle döndürmek suretiyle kızak eksenlerine hareket vermek yerine, CNC tezgahlarda hareket, eksenlere bağlı olan bir döndürme işlemiyle elde edilmektedir. Şekil 1'de konvansiyonel bir takım tezgahında tabla hareketinin nasıl yerine getirildiği, Şekil 2'de ise; ayni hareketin CNC takım tezgahında nasıl yerine getirildiği gösterilmektedir.

Şekil 1. Konvansiyonel takım tezgahında tabla hareketi

Şekil 2. CNC takım tezgahında tabla hareketi

Konvansiyonel bir makine kızağı, el çarkını döndüren operatör tarafından hareket ettirilir. Kızağın hassas pozisyonlandırılması operatörün tur sayısını sayması ile elde edilen değere göstergede gösterilen skalanın eklenmesi ile yerine getirilir.

Kontrol sisteminde icra edilen CNC komutu, sürücü motora hassas olarak kaç artım yapılacağını belirtir. Sürücü motorun dönmesi sonuçta bilyeli vidayı döndürür, bilyeli vidanın dönmesi ile lineer eksen tahrik hareket ettirilir. Bilyeli vidanın diğer ucunda bulunan bir geri besleme cihazı kontrol sistemine komut olarak verilen artım sayısına ulaşılıp ulaşılmadığını bildirir.

1.2. Eksen Hareketlerinin Kontrolü

CNC kullanıcısına programda verilen lineer hareket miktarını hesaplayıp sürücü motorlara kaç tur daha dönmesi gerektiğini hesaplamasını belirtmek gerçekçi olmayacaktır. Bunun yerine, tüm CNC kontrol sistemleri koordinat sistemlerinin bazı yapılarını kullanmak suretiyle esken hareketlerinin çok daha basit ve lojiksel bir yapıda komut olarak verilmesine imkan tanır. CNC takım tezgahlarında kullanılan iki popüler koordinat sistemi; kartezyen koordinat sistemi ile polar koordinat sistemidir. Bununla birlikte en yaygın olarak kullanılan koordinat sistemi kartezyen koordinat sistemidir ve bu kısımda aksi belirtilmediği sürece kartezyen koordinat sistemi kullanılacaktır.

Takım tezgahının her bir lineer ekseni bir grafikteki temel bir çizgi gibi düşünülebilir. Grafiğin temel çizgileri gibi, eksenler artım miktarlarına bölünür. CNC takım tezgahına ait kartezyen koordinat sistemdeki her bir lineer eksen en küçük ölçüm değerleri cinsinden artımlara bölünür. Metrik sistemde en küçük artım birimi 0.001 mm dir. (Döner eksen için en küçük artım birimi 0.001 derecedir).

Grafikte olduğu gibi, CNC takım tezgahı koordinat sistemindeki her bir eksenin de bir yerde başlangıç noktası olmalıdır. Yatay ve dikey temel çizgilerin çakıştığı yer (her iki temel çizginin de başlangıç noktası) grafiğin orijin (temel) noktası olarak adlandırılır. Bu orijin noktası CNC'lerde yaygın olarak program sıfır noktası (ayni zamanda iş parçası sıfır noktası, iş parçası sıfırı, veya program orijini olarak da adlandırılır) olarak adlandırılır.

Şekil 3 eksen hareketlerinin CNC takım tezgahında yaygın olarak nasıl belirtilebileceğini göstermektedir. Bu örnekte kullandığımız iki eksen X ve Y olarak adlandırılmaktadır. CNC takım tezgahında eksen isimlerinin değişebileceği düşünülmelidir (eksenleri adlandırmada kullanılan yaygın isimler arasında X, Y, Z, A, B, C, U, V ve W gösterilebilir); bu örnek sadece eksen hareketlerinin nasıl kumanda edildiğini göstermek amacıyla verilmektedir.

Şekilde 3 te görüldüğü gibi, iş parçasının sol alt köşesi her bir eksenin sıfır noktasına uygun düşecek şekilde alınmıştır; yani iş parçasının sol alt köşesi program sıfır noktası olarak alınmaktadır. Programı yazmadan evvel, programcı ilk olarak program sıfır noktasının parça üzerinde neresi kabul edileceğini belirler. Tipik olarak program sıfır noktası tüm ölçülerin başladığı nokta olarak seçilir.

Bu teknik ile, programcı program sıfır noktasının sağ tarafındaki 10 mm'lik pozisyona takımı göndermek istediği takdirde programda X10.0 kodunu kullanır. Eğer programcı takımı program sıfır noktasından 10 mm yukarıda bulunan bir pozisyona göndermek ister ise programa Y10.0 şeklinde komut vermesi gerekir. Kontrol sistemi, komut olarak verilen pozisyona ulaşması için eksene hareket veren servomotorun ve buna akuple edilmiş olan bilyeli vidanın kaç artım döndürülmesi gerektiğini otomatik olarak hesaplar. Bu sayede programcıya eksen hareketlerinin çok daha basit bir yapıda verdirilmesi gibi bir yarar sağlar. Şekil 3'te verilen örnekte takımın program sıfır noktasından 1 ile belirtilen pozisyona gitmesi için X10.0 Y10.0 seklinde bir komutun verilmesi gereklidir.

Şekil 3. CNC tezgahta eksen hareketlerinin kumanda edilmesi

Bu kısma kadarki örneklerde, tüm noktalar program sıfır noktasının ya sağında veya yukarısında kalacak şekilde verilmiştir. Program sıfır noktasının sağı ve yukarısı ile oluşturulan bu alan kuadrant olarak (bizim örneğimizde 1nci kuadrant) adlandırılır. CNC tezgahlarda programlama esnasında eksene hareket verdirmek için gerekli olan bitiş noktası koordinatlarının diğer kuadrantlarda verilmesi pek yaygın değildir. Bununla birlikte böyle bir durum ile karşılaşıldığı durumda en azından eksen koordinatlarından bir tanesinin eksi işaretli olarak verilmesi gerekmektedir.
Şekil 4'te dört adet kuadrant ve bunlara uygun düşen eksen koordinat değerlerinin işaretleri gösterilmektedir.

Şekil 4. Programlamada kullanılan kuadrant bölgeleri

1.3. Absolute (Mutlak) Ve Incremental (Artımsal) Hareket

Bu kısma kadar bahsedilen tüm koordinat değerleri mutlak programlama modu kabul edilmek suretiyle verilmiştir. Mutlak programlama modunda, eksen hareketleri için gerekli olan koordinatların bitiş noktaları program sıfır noktası baz alınmak suretiyle belirtilir. Programlamaya yeni başlayanlar için, hareket komutlarının verilmesi esnasında, bitiş noktası koordinatlarının bu mod ile verilmesi en kolay ve pratik olan bir yoldur. Bununla birlikte eksen hareketleri için gerekli olan bitiş noktası koordinatlarının belirtilmesinde bir başka yol (artımsal) da kullanılmaktadır.

Artımsal modda, hareket için gerekli olan bitiş noktaları takımın mevcut konumunun referans alınması suretiyle belirtilir. Burada program sıfır noktası baz olarak alınmamaktadır. Bunun yerine takımın bulunduğu konum referans alınmaktadır. Hareket komutlarının verilmesinde programcı daima "takımı daha ne kadar hareket ettirmeliyim?" sorusunu kendisine soruyor olacaktır. Bazı durumlarda artımsal mod çok faydalı olsa da, genel olarak bu metot ile program yazmak oldukça zor bir yoldur. Hareket komutlarını verirken dikkatli olunması gerekmektedir. Genel olarak programlamaya yeni başlayanlar, artımsal modda program yapma eğilimindedirler. Mutlak programlama modunda çalışma durumunda programcı daima "takım hangi pozisyona hareket ettirilecek?" sorusunu kendisine sorar. Bu pozisyon değeri program sıfır noktasına göre elde edilen pozisyon değeridir.

Mutlak modda program yazma esnasında verilecek hareket komutu için pozisyon belirleme olayının çok kolay olmasının yanında, bu modda çalışmanın bir başka yararı da hareket komutlarının verilmesi esnasında hata yapma olayının en aza indirilmesidir. Programlama esnasında bir hareket komutunda hata yapılmış ise, sadece bu kısımdaki komut düzeltilir; diğer kısımlarda düzeltme yapılmasına gerek yoktur. Diğer taraftan artımsal modda benzeri bir hata yapıldığında ise, ayni hata hatanın yapıldığı noktadan sonraki diğer tüm kodlara yansıyacak ve bu da işi oldukça zorlaştıracaktır.

1.4. Program Sıfır Noktasının Atanması

CNC kontrol sisteminde program sıfır noktasının bir şekilde belirtilmesi gerekmektedir. Bu sıfır noktasının belirtilme yöntemi makineden makineye ve kontrolden kontrole farklılık gösterir. Bununla birlikte çoğu kontrol sistemi imalatçısı aşağıda bahsedilen yöntemlerden bir tanesini veya ikisini kullanmak suretiyle program sıfırının atanmasını bünyesinde barındırır. Bu yöntemlerden eski bir metot olan birinci metot da program sıfır noktası program içinde atanmaktadır. Bu metot ile programcı program sıfır noktasının takımın bulunduğu konuma göre nerede bulunduğunu G92 kodunu kullanmak suretiyle belirtir. Genel olarak bu kod ya programın başında veya takım çağırma işlemi sonrasında belirtilir.

1.5. CNC Programı

Çoğunlukla piyasada bulunan CNC kontrol sistemlerinin tamamı programlama amacıyla kelime adres formatını kullanırlar. Kelime adres formatından farklı olarak bazı CNC kontrol sistemi imalatçıları nadiren de olsa Diyalog Sistemli Programlama vasıtasıyla programların yapılmasına imkan tanırlar. Buna karşın, bu çalışmada kelime adres formatı ile programlama işleminin nasıl yapılacağı konusuna değinilecektir. Kelime adres formatında CNC tezgah programı cümle benzeri komutlardan oluşmaktadır. Cümle benzeri komutlar ise kelime olarak adlandırdığımız bileşenlerden oluşmaktadır. Bir kelime ise, harfleri ifade eden bir adres ile bunu takip eden sayısal bir ifadeden oluşmaktadır. Harfler CNC kontrol sistemine kelime tipini (X, Y, Z, R, T, S, M v.s.), bunu takibeden sayısal değer ise bu adresin alacağı sayısal değeri belirtir. Türkçe'de kullanılan cümlelerin kelimeler vasıtasıyla oluşturulduğu gibi, CNC tezgah programı da bir dizi CNC tezgaha özgü cümlelerin arda arda sıralanması ile oluşturulur. Aşağıda verilen örneğe bakınız:

CNC tezgah programının oluşturulabilmesi için CNC tezgah programcısı verilen iş parçasını islemek için gerekli olan işlem basamaklarını ilk olarak gözünde canlandırır ve canlandırdığı işleme operasyon sırasına göre parça programını oluşturur. Sonuçta hafızasında canlandırdığı işlem operasyonlarını kademe-kademe CNC tezgaha program olarak yazar. Programcı programı yazmadan evvel parçayı işleyebilmek için, ne tür takımlara gereksinim duyulduğunu ve bu takımların hangi sıra ile işleme operasyonunu yapacağını ve bu işleme operasyonlarının nasıl bir sıra takip edilmek suretiyle yerine getirileceğini hafızasında canlandırmalıdır. Eğer bu canlandırma operasyonunu programcı yerine getiremiyor ise, programlama esnasında problemler ile karşılaşacak ve parça programını yazamayacaktır. İşte usta makine operatörlerinin neden en iyi CNC tezgah programcısı oldukları gerçeğinin ardında bu yatar. Deneyimli bir makine operatörü, yapılmakta olan herhangi bir işleme operasyonunu hafızasında rahatlıkla canlandırabilme kabiliyetine sahiptir.

Bir CNC tezgahta parçayı işlemek için gerekli olan programda CNC tezgaha işleme operasyonunu adım adım terfi eden işleme operasyon basamaklarından (cümle) oluşmaktadır. Eğer programda bir hata yapılmış ise, işlenmek amacıyla programlanan iş parçası elde edilemeyecektir. Aşağıda CNC işleme merkezinde iş parçası üzerinde iki adet delik delen bir program verilmektedir. Programda parantez içinde belirtilen komutlar yerine bunların CNC tezgah dilinde karşılıkları verilmiştir:

Bu programdaki kelimeler ve komutlar CNC programının verilen zincirleme bir sıra ile icra edileceğini belirtmektedir. Kontrol sistemi ilk olarak programda bulunan ilk satırı (cümle) okur, yorumlar ve icra eder, bu satırın işlenmesi bittikten sonra sonraki satıra geçer ve o satırı okur, yorumlar ve icra eder. İşlem tüm satırlar sıra ile okunup, yorumlanıp icra edildikten sonra sona erer.

Şu ana kadar belirtildiği gibi CNC programı komutlardan, komutlar ise kelimelerden oluşmaktadır. Her bir kelime bir harf adresinden ve bunu takibeden sayısal bir değerden oluşmaktadır. Harf adresi kontrol sistemine kelime tipini belirtir. CNC kontrol sistemi imalatçıları harf adreslerinin ne ifade ettiğini önceden belirlemişlerdir. Her ne kadar harf adreslerinde ufak tefek farklılıklar görülse de CNC kontrol imalatçılarının hemen hemen tamamına yakınının mutabık olduğu harf adresleri ve bunların anlamları aşağıda belirtilmektedir.

O Program numarası
N Satır numarası
G Hazırlık fonksiyonu
X X ekseni
Y Y ekseni
Z Z ekseni
R Yarıçap
F İlerleme
S İs mili devri
H Takım boyu telafisi
D Takım yarıçap telafisi
T Takım seçme
M Ek fonksiyonlar

Görüldüğü gibi çoğu harf adresleri lojiksel bir ifade olacak şekilde seçilmiştir. Bu sebeple akılda tutulmaları çok kolaydır. Özel fonksiyonları belirtmek için G ve M den oluşan iki harf adresi vardır. G hazırlık fonksiyonu yaygın olarak CNC tezgah modlarını belirtmek amacıyla kullanılır. Mutlak mod CNC tezgah programında G90 kodu ile belirtilir. Artımsal mod ise G91 kodu ile belirtilir. Bu iki kod CNC tezgahlarda kullanılan hazırlık fonksiyonlarından sadece iki tanesidir.

Hazırlık fonksiyonları gibi, ek fonksiyonlar da (M kodları) çok çeşitli özel fonksiyonların programlanmasına imkan tanırlar. Genel olarak ek fonksiyonlar programlanabilir anahtarlar olarak kullanılır. Ayrıca bu fonksiyonlar CNC kontrol sisteminde bulunan diğer programlanabilir fonksiyonların programlanmasında da kullanılırlar.

1.6. Desimal Nokta Programlama

Bazı harf adresleri sayısal değerlerin reel olarak (ondalıklı) belirtilmesine imkan tanırlar. Bunlara ilişkin örnek olarak X, Y ve R harf adresleri verilebilir. CNC kontrol sistemlerinin mevcut modellerinin hemen hemen tamamı desimal noktanın her bir harf adresinde kullanılmasına imkan tanırlar. Diğer taraftan, bazı harf adresleri tam sayıları ile belirtilecek şekilde kullanılır. Bunlara örnek olarak iş mili devrinin S, takım numarasının T, sıra numarasının N, hazırlık fonksiyonunun G ve ek fonksiyonların M sayısal değerlerinin tam sayı olarak belirtilmesi gösterilebilir.

1.7. Diğer Programlanabilir Fonksiyonlar

CNC kontrol sistemlerinin hemen hemen tamamı eksen hareketleri haricinde programlanabilir fonksiyonlara sahiptir. Günümüzün CNC ekipmanlarında, makine ile ilgili olan hemen her şey programlanabilmektedir. Örneğin; CNC işleme merkezlerinde iş mili devri ve dönme yönü, soğutma suyu, takım değiştirme ve makine ile ilgili çoğu fonksiyonlar programlanabilir değerlerdir. Tüm CNC ekipmanları kendilerine özgü programlanabilir fonksiyonlara sahiptir. Ek olarak prob sistemleri, takım boyu ölçme sistemleri, palet değiştiriciler ve adaptif kontrol sistemleri gibi bir takım aksesuarlar CNC kontrol sistemlerinde ve bunların akuple edildiği CNC tezgahlarda bulunabilmekte ve programlanabilmektedir.

1.8. Sonuç ve Öneriler

Üretim süreci düşünüldüğünde CNC ile yapılan imalat işlemleri, üretim maliyeti, zaman ve teknik açılardan oldukça yararlı sonuçlar vermektedir.

Hazırlık aşamasındaki belirsizliklerin giderilmesi ile programlama aşamasında daha hızlı ve sağlıklı kararların alınması sağlanabilecektir.

Ülkemizde artık CNC teknolojisi küçük firmalar tarafından bile benimsenmiştir. Eğitim kurumlarının da ders programlarını bu tür yeni teknolojileri içerecek şekilde geliştirmeleri ve gerekli laboratuar/ atelye donanımlarını piyasanın beklentileri doğrultusunda dizayn etmeleri kaçınılmaz olmuştur. Ayrıca bu alanlarda ülkemizde ve uluslar arası alanlarda düzenlenen konferanslara, seminerlere ve fuarlara katılmak ve yayın üretmekle daha iyi sonuçlar alınacağı muhakkaktır.

KAYNAKLAR:
1. www.ankacnc.com
2. www.TurkCADCAM.net
3. www.formcnc.com.tr
4. YAĞMUR L., "Tasarım ve İmalatta CNC ve CAD/CAM Sistemlerinin Fonksiyonları", Metal Makine Dergisi, Sayı:149, Sayfa 436-554, Eylül-Ekim 2004.
5. "AKKURT, M., "Bilgisayar Destekli Takım Tezgahları (CNC) ve Bilgisayar Destekli Tasarım ve İmalat (CAD/CAM) Sistemleri ", Birsen Yayınevi, İstanbul, 1996
6. Albert M.,"The canging of CNC programming", www.mmsonline.com
7. ÇAKIR, M. C., 2000. "Modern Talaşlı İmalat Yöntemleri", Vipaş. Bursa.
8. "AKKURT, M., 1992, "Takım Tezgahları", İstanbul.
9. GROOVER, P. M., 1996, "Fundamentals Of Modern Manufacturing", New Jersey.
10. BOOTHROYD, G., and KNIGHT, W. A., "Fundamentals of Machining and Machine Tool", 2. Ed., Marcel Dekker Inc., USA., 1989.
11. BLACK, J.T.,"Machining", Metals Handbook,Vol. 16, ASM International,1989