MASA ÜSTÜ 4 EKSEN CNC İLE STROFOR VE AHŞAP

Transkript

3. Ulusal Tasarım İmalat ve Analiz Kongresi
29-30 Kasım 2012- Balıkesir
MASA ÜSTÜ 4 EKSEN CNC İLE STROFOR VE AHŞAP HELİSEL KONİK
DİŞLİ İŞLEME VE KESME PARAMETRELERİ
Neslin HASAR1, Ali İbrahim TOKAT2, Kerim ÇETİNKAYA3
1
[email protected] K.Ü. Teknik Eğitim Fakültesi, Karabük
3
2
ÖZET
Bu çalışmada tasarımı ve imalatı Karabük Üniversitesi tez çalışması olarak tamamlanmış masaüstü 4
eksen bir CNC’ de ahşap ve strofor malzeme kullanılarak, CAD programı ile modellenmesi
oluşturulmuş ve CAM programında takım yolları oluşturulmuş helisel konik dişli işleme çalışması
yapılmıştır. Tezgahın 4. Ekseninde (dönel eksen) hareket aktarımı ½ olan triger kayış kasnak çifti
kullanılarak oluşturulmuş bu eksende, helisel konik dişli işleme uygulaması yapılmıştır. Strofor ve
ahşap malzemeler, tasarımı yapılan dişliler için uygun boyutlarda tezgahın 4. Ekseninde öncelikle
tornalarak işlemeye hazır hale getirilerek, mach 3 arayüz programı ile tezgaha aktarılarak helisel
konik dişli işleme uygulaması tamamlanmıştır. Dişlilerin yüzey pürüzlülüğü üzerinde en etkili
parametrelerin ise 4.eksen ayna dönme miktarı, iş mili devri ve kesme hızı olduğu tespit edilmiştir.
Anahtar Sözcükler: Helisel Konik Dişli, 4 Eksen CNC, Strofor ve Ahşap
ABSTRACT
Thesis of this study was completed as the design and manufacture desktop Karabük University is a
four-axis CNC-using wood and strophor materials, CAD and CAM software program created with
the modeling of helical-bevel gear machining operation, tool paths are generated. The counter, the
fourth axis (rotary axis) motion transmission timing belt pulley pair is created by using ½ the axis,
helical-bevel gear machining is performed. Expandable Polystyrene and wood materials, the design
of suitable dimensions for the machine's gears turning machines ready to commit, first by making
the fourth axis, helical-bevel gear is transferred to the counter with mach 3 processing application
program interface has been completed. The most effective parameters on surface roughness of the
gears in the amount of the fourth axis of rotation, the spindle speed and cutting speed were
determined.
Keywords: Helical-bevel gear, 4 Axis CNC, Expandable Polystyrene and Wood
1.GİRİŞ
Bir tasarımın oluşturulması ve geliştirilmesi süreçlerinde bilgisayar desteği kullanılması CAD
(Computer Aided Design), tezgah kontrolü, işlem (süreç) planlama, malzeme akışı, montaj, kalite
kontrol gibi üretim işlemlerinde kullanılan bilgisayar desteği ise CAM olarak adlandırılır. CAD ve
299
CAM, bir CIM, sistemi içerisinde entegre edilmesi gereken en önemli iki unsurdur. Bu iki unsur,
genellikle Bilgisayar Destekli İşlem Planlama (CAPP) olarak bilinen sistemler ile
birleştirilebilmektedir. Bir ham mamulün ürün haline dönüştürülmesi için gerekli tüm işlem, metot
ve parametrelerin belirlenmesini içeren CAPP, CAD ile CAM arasında bir köprü işlevini görmektedir
[1].CNC sistem yazılımı, başlıca üç yazılım programını içermektedir. Bunlar; parça programlama,
servis programlama ve kontrol programlamadır. Parça programlama, imal edilecek parça
geometrisinin tanımlanması ile birlikte, ilerleme hızı, kesme hızı ve talaş derinliği gibi kesme
parametrelerinin seçimini içerir. Servis programı, tezgah çalıştırma, parça programı denetleme ve
düzeltme gibi fonksiyonları yürütür. Kontrol programı ise, parça programını girdi kabul eder ve
tezgahın hareketlerini sağlayan eksen sürücülere sinyal üretir [2]. Suh Vd., tarafından yapılan
çalışmalarda, konik helis dişlilerin imalatlarının döner tablaya sahip bir CNC freze tezgahında nasıl
yapılabileceği gösterilmiştir. İmalat işlemleri için; konik helisel dişlilerin geometrik modellemesi, NC
de işlemek için öncelikle planlama ve takım yolu çıkarmak gibi üç aşamalı bir sistem geliştirmişlerdir
[3]. Sevil ve Çetinkaya, yaptığı bir çalışmada masaüstü dört eksen CNC freze imal edilmiş olup,
tezgah ölçüsü 670x910x660, tezgah kurs boyu 300x350x130 mm’dir. Dönel eksen(A)’ya
Ø40x300mm’ye kadar parça bağlanabilmektedir. CNC tezgahında silindirik parça üzerine desen
işleme, T kanalı açma, kama kanalı açma gibi örnek çalışmalar yapmışlardır [4]. Zaitsev tarafından
yapılan çalışmalarda, dişli çark imalatı için kullanılan kesicilerin; kesici ağız ve geometrik şekillerine
bağlı olan kesme parametrelerinin diş yüzeyleri üzerindeki etkileri incelenmiştir [5].
Bu çalışmada ise işleme malzemesi olarak ahşap ve strofor seçilerek helisel konik dişli işleme
yapılmıştır. Helisel konik dişlinin modellenmesi öncelikle CAD programında yapılmış olup, CAM
programında ise takım yolu çıkartılmıştır. Mach 3 arayüz programı ile G kodları entegre sürücü
kartlarına iletilerek masaüstü 4 eksen CNC’ de helisel konik dişli işlenmiştir.
2. MALZEME VE METOT
Bu çalışmada tasarımı ve imalatı Karabük Üniversitesi tez çalışması olarak tamamlanmış masaüstü 4
eksen bir CNC’ de ahşap ve strofor malzeme kullanılarak, CAD programı ile modellenen ve CAM
programında takım yolları oluşturulmuş helisel konik dişli işleme çalışması yapılmıştır.
Yatay olarak tasarlanan 4. Eksen, helisel konik dişli işlemek için yatay olarak konumlandırılmıştır.
Bunun için ise 4. Eksen tablaya sigma profiller kullanılarak civata ve pabuçlarla sabitlenmiştir.
Yapılan çalışmada, imalatı yapılacak olan helisel konik dişlinin malzemesi olarak kolay işlenmesi
sebebi ile strofor ve ahşap malzeme seçilmiştir. Stroforun yoğunluğu 28 dansite olan pembe renkli
strofor seçilmiştir [12]. Bu malzemeler işlenecek olan helisel konik dişli ebatlarına uygun boyutlarda
4eksen CNC’ de öncelikle tornalanarak dişli işlemeye hazır hale getirilmiştir (Şekil 1-2).
300
Şekil 1. Strofor malzemesinin işlemeye hazır hale getirilmesi
Şekil 2. Ahşap malzemenin işlemeye hazır hale getirilmesi
3. CAD- CAM PROGRAMLARI:
Helisel konik dişlinin imalatı için öncelikle modül (m= 3) ve diş sayısı (z= 9) seçimi yapılarak dişli
boyutlandırması yapılmıştır. İmalatı yapılan helisel konik dişli için gerekli temel büyüklükler
301
hesaplanarak dişli taslağı oluşturulmuştur. Bu ölçütler dikkate alınarak pro engineer çizim
programında helisel konik dişli yapılan hesaplamalar doğrultusunda modellenerek tel kafes
örüntüsü ile çizilen dişlinin taslağı oluşturulmuştur (Şekil 3). Tel kafes örüntüsü ile yüzeyler birbiri
ile tamamlanmıştır (Şekil 4). Son olarak ise yüzey modeli oluşturulmuş dişlinin katı modeli
çıkartılmıştır (Şekil 5).
Şekil 3. Helisel konik dişlinin pro engineer programında tel kafes örüntüsü [9]
Şekil 4. Helisel konik dişlinin pro engineer programında yüzey modellenmesi [9]
302
Şekil 5. Helisel konik dişlinin pro engineer programında katı modellenmesi [9]
Oluşturulan helisel konik dişli modeli mastercam programında kullanılabilmesi için igs formatında
farklı kaydedilmiştir. Mastercam programında [10], öncelikle modeli oluşturulmuş dişli açılarak,
işleme yapılacak yüzeyler seçilmiştir (Şekil 6). Dişli modelinin üzerine silindirik katı model örüntüsü
giydirilerek, işleme yapılacak yüzey tanıtılır (Şekil 7). Tezgahın sıfır noktası mastercam programında
belirlenerek CNC’ nin işlemeye başlayacağı nokta tanıtılmış olmaktadır.
Şekil 6. Mastercam programında işleme yapılacak yüzeylerin seçimi [10]
303
Şekil 7. Mastercam programında dişliye katı modelin tanıtılması[10]
Yüksek hızlı işlemede, yüzey kalitesi üzerine yapılan ilk çalışmalar, küresel uçlu frezelerin etkili
kullanımına yönelik olmuştur. Bu çalışmada ise mastercam programında 4 eksen tezgah seçimi
yapılarak, Ø3’lük freze çakısı ile işleme yapılmıştır. Gaida ve arkadaşları [7], 32 HRc sertliğinde AISI
P20 plastik enjeksiyon kalıp çeliğinin 100, 150, 200, 300 ve 400 eğim açılarıyla işlenmesini
incelemiştir. Farklı işleme açılarında en iyi kesme uzunluğu 15 0 açıyla işlemede olduğu tespit
edilmiştir. Bunun yanı sıra yüksek kesme hızlarında ve düşük talaş derinliklerinde takımın daha az
aşındığı ve daha iyi yüzey kalitesinin elde edildiği ortaya çıkmıştır.
Bo H. Kim ve Byoung K. Choi [8], yaptıkları çalışmada, BSD tezgâhlarının hızlanma ve yavaşlama
ivmelerini dikkate alan bir işleme zamanı modeli geliştirmişlerdir. Geliştirilen bu modelin
kullanılmasıyla yaygın olarak kullanılan üç tip direkt takım yolu (tek yönde, zig zag yönde ve
yumuşatılmış zig zag yönde) ile çevre paralel takım yolunun işleme verimliliği karşılaştırılmıştır.
Helisel konik dişlinin işleme parametrelerinden bir diğer önemli husus ise mastercam programındaki
kesici takım yolunun seçilmesidir. Program içerisinde bulunan ‘’rotary 4 axis’’ menüsünden axial cut
yani eksenel kesme seçilerek kesicinin zigzag ve climb olarak çevre kesme işlemi tanımlanmış olup,
kesme toleransını ise 0.025 mm olarak vermek uygun görülmüştür (Şekil 8).
304
Şekil 8. Mastercam programında çevre kesme işlemi parametrelerinin seçimi
Mastercam programı ile belirlenen uygun tezgah seçimi, kesme parametreleri ve 4. Eksen
tanımlama gibi değerler belirlendikten sonra takım yolu çıkarılmıştır (Şekil 9). Sanal olarak bu
programda parça işlenmiş ve takım yolunun çarpmalara neden olmadığı, dişlinin simülasyonu ile
görülmüştür (Şekil 10).
Şekil 9. Helisel konik dişli parametreleri tanıtılması
305
Şekil 10. Helisel konik dişlinin simülasyonu
4. BULGULAR VE TARTIŞMA
Kontrol Yazılımı olarak Mach3 Programı kullanılmıştır. Bu program yüklediğimiz kodlara göre
makineye yön vermektedir [6]. Programın arayüzü ve kodların doğru bir şekilde aktarılması için
yapılması gereken ayarlar gösterilmiştir (Şekil 11). Dördüncü eksenin de (tabloda görülen A ekseni)
mach 3 programından gerekli ayarları aşağıdaki gibi yapılmaktadır (Şekil 12).
Şekil 11. Mach3 programı eksenler arası kontrol ayarları
306
Şekil 12. Mach3 programı 4. eksen (A ekseni) kontrol ayarları
Mastercam programı ile oluşturulan G kodları, mach 3 programı ile sürücü kontrol devresine
aktarılarak CNC’nin işlemesi başlatılmış olmaktadır (Şekil 13).
Şekil 13. G kodlarının mach 3 programına aktarılması [11]
Uygulama malzemesi olarak seçilen strofor ve ahşap malzemeden helisel konik dişli işlemesi
modelini oluşturduğumuz ölçülerde masaüstü 4 eksen CNC’ de işlenmiştir ( Şekil 14-15).
307
Şekil 14. Strofor malzemenin işlenerek helisel konik dişli oluşturulması
Şekil 15. Ahşap malzemenin işlenerek helisel konik dişli oluşturulması
Dişlinin yüzey hassasiyeti için 4. Eksende bulunan aynanın her adımdaki dönme açısı ne kadar az
olursa hassasiyet o kadar iyi olacağı tesbit edilmiştir. Bunun için ise aynanın dönme derecesi 1˚
olarak seçilmiştir. Strofor ve ahşap olarak seçilen deney malzemeleri için gerekli parametreler
aşağıdaki Çizelge 1’de verilmektedir.
308
Çizelge 1. Deney malzemeleri için gerekli parametreler
DENEY MALZEMELERİ
PARAMETRELER
STROFOR
KABA
FİNİSH
KABA
FİNİSH
Takım Çapı (D), mm
Kesici Ağız Sayısı (z)
Takım Boyu (L), mm
Devir Sayısı (N), dev/dak
D3
4
35
1200
D3
4
30
3000
D3
4
35
1000
D3
4
30
2500
Saat Yönünde
Saat Yönünde
Saat Yönünde
Saat Yönünde
İlerleme (F), mm/dak
Hızlı İlerleme (Fmax),
mm/dak
Talaş Derinliği (ad), mm
1250
5000
750
5000
1000
4000
500
4000
2
0,025
2
0,025
Yanal Kayma (ae), mm
1.2
1
1.2
1
Talaşa Giriş Şekli (α)
Giriş Mesafesi (Lg), mm
3
6
Çıkış mesafesi (Lc), mm
Güvenli Z Mesafesi, (Z),
mm
Talaştan Talaşa Takım
Kalkışı
İşleme Yönü
Güvenli Yaklaşma Mesafesi,
mm
Stok Miktarı, mm
İşleme Toleransı, mm
Takım Dönüş Yönü
0
-
AHŞAP
0
-
3
3
6
3
6
3
6
3
20
20
20
20
Güvenli Z
Düzlemi
Aynı Yönlü
5
Güvenli Z
Düzlemi
Aynı Yönlü
5
Güvenli Z
Düzlemi
Aynı Yönlü
5
Güvenli Z
Düzlemi
Aynı Yönlü
5
2
0,025
0,01
1
0,025
0,01
5. SONUÇLAR
Bu çalışmada 4 eksenli CNC freze tezgahında helisel konik dişli işleme uygulaması yapılmıştır.
Helisel konik dişliyi açmak için gerekli kontrol devresi ayarları yapılmıştır. Helisel konik dişlinin
modellemesi pro engineer programında yapılarak, G takım yollarının çıkartılması ise mastercam
programı kullanılarak yapılmıştır. Strofor ve ahşap malzemeler uygun seçilerek bu malzemelerde
helisel konik dişli işlenmiştir. Helisel konik dişli işlemede ahşap ve strofor malzeme için uygun
parametreler belirlendi. CNC’ de işlemede ise arayüz programı olan mach3 programı tercih edilerek
uygulama tamamlanmıştır. Eğitim ortamlarında 4. Eksen çok fazla kullanılmamakta olup, bu çalışma
ile 4. Eksen kullanılabilirliği sağlanmış olmaktadır.
6. KAYNAKLAR
[1] DERELİ, T., FİLİZ, İ.H., 1997. Bilgisayar Destekli Tasarım ve Üretim Sistemlerinde Bilgi
Değişimi ve Standartları, Mühendis ve Makine, cilt 38, sayı 452, s. 11-19.
309
[2] ASM Metals Handbooks, 1997, Ninth Edition, Volume 16, Machining, ASM International,
595-627 p, USA.
[3] SUH, S, H., JIH, W,S., HONG, D. H., Sculptured surface machining of spiral bevel gears with
CNC milling, Machine Tool Manufacture, 41, 833-850, 2001.
[4] SEVİL, S., KAYGISIZ, H., ÇETİNKAYA, K., Dört Eksenli Masaüstü Cnc Freze Tasarımı ve
Prototip İmalatı, International Iron & Steel Symposium, 02-04 Nisan 2012, Karabük,
Türkiye
[5] ZAITSEV, V.V., Calculation of the geometrical parameters of the gear cutting heads, Soviet
Engineering Research, 7, 7, 70-71, 1987
[6] HASAR, N., TOKAT, A., ÇETİNKAYA, K., Masaüstü 4 Eksen CNC İle Silindirik Düz Konik Dişli
İşleme, Gediz Üniversitesi – Endüstri Mühendisliği Bölümü, 12. Üretim Araştırmaları
Sempozyumu – ÜAS 2012
[7] GAIDA, W.R., RODRIGUEZ, C.A., ATLAN, T., AND ALTİNTAS, Y., Preliminary experiments for
adaptive finish milling of Surface on Cutting conditions, Journal of Mechanical Working
Technology, 20: 105-119, (1995)
[8] BO, H.KIM., BYOUNG, K.CHOI., Machining effciency comparision direction parallel tool path
with contour-parallel tooll path, Computer Aided Design, 34: 89-95 (2002).
[9] http://www.ptc.com/product/creo/parametric, (Erişim tarihi: 27.06.2012)
[10] http://www.mastercam.com/Products/Default.aspx, (Erişim tarihi: 28.06.2012)
[11] http://www.machsupport.com/, (Erişim tarihi: 27.06.2012)
[12] http://www.dizayngrup.com/product-detail/sikca-sorulan-sorular-4.html,
(Erişim tarihi: 14.06.2012)
310

MASA ÜSTÜ 4 EKSEN CNC İLE STROFOR VE AHŞAP

Transkript

Benzer belgeler

Inspections - ÜLKE ENERJİ

araştırma raporu

IN uZMANI İMALAT

Türkçe - Mooncam CNC Freze, CNC Plazma Kesim, CNC Su Jeti

Redüktör Tipleri ve Özellikleri