Başarı öyküsü - Cyclone digitising

Başarı öyküsü
Cyclone digitising
H-3000-1181-01
Cyclone tarama sistemi ile 5 eksenli CNC kafa
taşlama tezgahı performansında son nokta
Digitising rutinlerine sahip yeni silindir
kafası taşlama tekniği, elle taşlama ve
3 eksenli işleme süreçlerine kıyasla ciddi
üstünlükler sağlarken, optimum port
tasarımlarının aynen kopyalanmasına da
olanak tanıyor.
Florida merkezli CNC Cylinder Heads
firması, motor üretiminin bazı yönlerini
hiç de akılcı bulmuyordu. Hassas
bir şekilde üretilmiş bir motor bloğu,
krank mili ve pistonlara binlerce dolar
verip, sonra da bunları taşlanmamış,
port hacimleri eş olmayan ve döküm
işleminden dolayı yüzeyleri pürüzlü
kalmış silindir kafalarına monte etmek
pek akıl kârı değildi. Profesyonel
motor üreticileri için, hassas bir şekilde
taşlanmış silindir kafaları, daha yüksek
motor verimliliği ve daha iyi dinamometre
sonuçları demektir.
Amick Chevrolet Monte Carlo Takımı, SCANA/Powertel’in
sponsorluğunda düzenlenen NASCAR Busch Grand
National serisinde yarışıyor.
Elle silindir kafası taşlamak bir sanattır,
fakat üretim açısından bakıldığında, her
portu aynı hacimde olacak şekilde taşlamak
ya da başka bir silindir kafasındaki “ideal”
port tasarımını aynen kopyalamak mümkün
değildir. Aynı zamanda oldukça zaman
alıcı olan bu yöntemle, bir kafa setini
tamamlamak, kalifiye bir ustanın yaklaşık
40 saatine mal olur.
CNC Cylinder Heads firmasının sahibi Bob Hudgins’in geliştirdiği sistemde, genellikle bir yanma odası, emme ve
egzoz portu ve bazen de kafa konfigürasyonuna bağlı olarak ilave bir egzoz portu sayısal ortama aktarılıyor.
50 mikron hassasiyetle çalışan, sürekli temaslı tarama sistemi Cyclone, maksimum 3 metre/dakika hızda,
saniyede 140 nokta tarayabiliyor.
Bu da işlenmesi gereken port çeşidinin çok,
iş hacminin az olduğu taşlama atölyeleri
açısından oldukça verimsiz bir çalışma
şeklidir. Performans açısından bakarsak,
portların elle temizlenmesinin, daralmaları
azaltarak akışa yardımcı olduğunu
söyleyebiliriz; fakat diğer taraftan port
hacimlerinin birbirini tutmaması nedeniyle,
kafa, beygir gücü potansiyelini tam olarak
kullanamaz.
Kullanmakta olduğu son teknoloji ürünü
5 eksenli sistemi anahtar teslim bir
paket olarak da sunan Hudgins, başarısı
kanıtlanmış yöntemini kullanarak, diğer
şirketlere silindir kafası kopyalama ve işleme
konusunda eğitim veriyor.
Pek çok üretici, silindir kafalarını 3 eksenli
CNC takım tezgahlarında işler; fakat
işleme sadece 3 eksende yapıldığında,
kafanın üzerinde takımların yol açtığı çok
sayıda iz kalır ve dolayısıyla yüzeylerin elle
cilalanması gerekir.
Bu da sadece üretim
sürecini uzatmakla kalmayıp, portun orijinal
tasarımdakinden daha geniş olmasına yol
açar.
Bu sıkıntıları göz önüne alan CNC Cylinder
Heads şirketi yönetim kurulu başkanı Bob
Hudgins, her iki sorunu da ortadan kaldıracak
bir çözüm geliştirdi. Dik işleme merkezleri
(VMC), A ve B eksenli CNC döner tablalarıyla
özel yapım kafa aparatları ve uygulamaya
özel bir CAD/CAM yazılımı gibi son teknoloji
ürünü ekipmanlar kullanan Hudgins,
alüminyum ve döküm kafaları beş eksende
eş zamanlı olarak işleyerek, takım izi sorunu
olmaksızın, ayna gibi pürüzsüz portlar elde
edebiliyor.
Peki ya çoğaltma konusunda yaşanan
sorunlar? Bunun için Hudgins bir ekipman
daha kullanıyor: Renishaw Cyclone tarama
tezgahı. Sürekli temas prensibiyle çalışan
bir tersine mühendislik çözümü olan Cyclone,
portu ve yanma odası yüzeyini tarayarak,
işlenen parçanın boyutları ile ilgili veri
topluyor ve böylece iç özelliklerin 3 boyutlu
kafes modelini oluşturuyor. 3 eksenli
Cyclone tarama sisteminde Hudgins’in
kendi tasarımı olan ince bir prob ucu ve
silindir kafasını A (X ekseni etrafında dönüş)
ve B (Y ekseni etrafında dönüş) eksenleri
üzerinde döndüren özel bir aparat yer
alıyor. Bu sayede portun ulaşılması zor
kısımlarına da kolaylıkla erişim sağlanmış
oluyor. SURFCAM CAD/CAM yazılımı, elde
edilen bu verileri kullanarak, takım tezgahının
kesim rutinlerini gerçekleştirmesini sağlayan
5 eksenli NC kodları oluşturuyor. İşleme ve
temizleme işlemleri bittiğinde kafalar montaja
hazır hale geliyor.
Hudgins’in ürettiği silindir kafaları, pek çok
arabaseverin aracında ve yanı sıra NASCAR
ekiplerinin saatte 320 kilometre hızlara
ulaşan arabalarında görmek mümkün.
Hudgins, elle ya da servo motorlar ile A ve B eksenleri
etrafında döndürülebilen özel bir Cyclone aparatı
tasarladı. Hudgins’in özel ince prob ucu ile birlikte bu
rotasyon, Cyclone’un portun her yüzeyini ölçmesini
sağlıyor. Rotary enkoderler, aparatın açısal pozisyonunu
kaydediyor ve pozisyon, derecenin binde biri hassasiyetle
dijital bir ekranda gösteriliyor.
Kopyalama işlemi için digitising
Kopyalama ihtiyacının iki kaynağı var:
müşterilerin talepleri ve şirket içi ihtiyaçlar.
Profesyonel motor üreticileri, yeni port
tasarımlarını kopyalamak ve bunları çok
sayıda farklı dökümlerde uygulamak için
Hudgins ile çalışıyor. NASCAR ekipleri için
çalışan motor üreticileri, her yarış sezonunun
başında yirmi set sipariş ediyor, fakat diğer
yandan ar-ge çalışmaları da hızla devam
ettiğinden,sezon içinde de sık sık yeni
tasarımlarla Hudgins’in kapısını çalıyorlar.
Sezon ortasında yeni ve daha iyi bir tasarım
geliştirdiklerinde, Hudgins’in elini çabuk
tutması gerekiyor.
Hudgins’in 5 eksenli digitising yöntemi ile geliştirilen
Winston Cup Chevy SB2-2 emme ve egzoz çemberi
yüzey modelleri.
Bu arada Hudgins mühendisleri de boş
durmuyor ve kendi port tasarımlarını, çeşitli
üreticilerin cadde performansı ve yarış
uygulamalarına yönelik olarak ürettikleri
dökümler üzerinde deneyerek geliştirmeye
devam ediyorlar. Yeni bir kafa tasarımı çeşitli
testlerden geçirildikten sonra Cyclone’a
geliyor. Cyclone, artık tamamlanmış olan
tasarımı kopyalama işlemi için dijital ortama
taşıyor.
Hudgins’in elinde bir DNC iş istasyonunda
saklanan yüzlerce port tasarımı ve
gigabaytlar dolusu işleme programı var.
Tüm bu veriler, takım tezgahlarına anında
yüklenebiliyor. Firma bu silindir kafalarını,
temel beygir gücü ihtiyacının yüzde 40 daha
yüksek olduğu, özel olarak hazırlanmış yarış
ya da cadde uygulamalarında kullanılmak
üzere, kullanıma hazır olarak ve genellikle
de diğer firmalardan temin edilen uygun kam
mili, emme supapı ve bilgisayar çipi ile paket
halde satışa sunuyor.
Zorlu digitising rutinleri artık çok kolay
Bir portun – daha doğrusu açılı bir borunun
– iç kısmını sayısal ortama aktarmak,
bir nesnenin dış kısmını sayısal ortama
aktarmaktan daha zordur. Hudgins, elle
ya da servo motorlar ile A ve B eksenleri
etrafında döndürülebilen özel bir Cyclone
aparatı tasarladı. Hudgins’in özel ince prob
ucu ile birlikte bu rotasyon, Cyclone’un
portun her yüzeyini sayısal ortama
aktarabilmesini sağlıyor. Rotary enkoderler,
aparatın açısal pozisyonunu kaydediyor ve
pozisyon, derecenin binde biri hassasiyetle
dijital bir ekranda gösteriliyor.
Portun, başlangıç pozisyonundan hareketle
erişilebilen tüm yüzeyleri sayısal ortama
aktarıldıktan sonra, operatör aparatı
döndürerek, kafanın diğer kısımlarına da
ulaşılmasını sağlıyor ve yeni açısal pozisyon
kaydediliyor. Her bir açısal pozisyon için,
yama adı verilen sayısallaştırılmış ayrı bir
veri dosyası bulunuyor.
Emme portunun, kafanın emme kısmından
ulaşılabilen her yüzeyi sayısal ortama
aktarıldığında kafa döndürülüyor ve supap
ağzından içeri girilerek emme portunu
tarama işlemi tamamlanıyor. Ardından egzoz
portunun supap ağzından girilerek digitising
işlemine başlanıyor ve yanma odasının
tamamı taranıyor. Daha sonra kafa tekrar
döndürülüyor ve egzoz kısmından hareketle
egzoz portunun sayısal ortama aktarılması
işlemi tamamlanıyor. Cyclone, sıfır noktasını
ya da başlangıç pozisyonunu belirlemek ve
sayısal ortama aktarılan verileri toplamak için
Renishaw’un Tracecut yazılımını kullanıyor.
Yamalar, açısal pozisyonun girilmesi
koşuluyla SURFCAM’e yükleniyor. Çeşitli
ikizleme ve kopyalama özelliklerine sahip
olan SURFCAM, tüm port ve yanma odaları
ile ilgili verileri işleyerek 5 eksenli NC
kodlarına çeviriyor.
Her port sayısal ortama aktarılmıyor.
Genellikle sayısal ortama aktarılanlar bir
yanma odası, emme ve egzoz portu ve
bazen de kafa konfigürasyonuna bağlı olarak
ilave bir egzoz portu oluyor. 50 mikron
hassasiyetle çalışan, sürekli temaslı tarama
sistemi Cyclone, maksimum 3 metre/dakika
hızda, saniyede 140 nokta tarayabiliyor. Bu
hız değerleriyle, küçük bir Chevy kafa birkaç
saatte taranabiliyor.
Metal kesme yarışı
NC işleme kodu, programı saklayan ve
tezgah kontrol ünitesine yükleyen bir DNC
iş istasyonuna yükleniyor. Her tezgah
kontrol ünitesi, 5 eksenli parça programları
için yeterli işlem hızı ya da belleğe sahip
değil. Programın işlem hızının düşük olması,
eksen gecikmesi hatalarına ve portların
hatalı taşlanmasına yol açabiliyor. Hudgins,
minimum bir işlem hızı belirtmemekle birlikte,
önerdiği dik işleme merkezlerinin bir listesini
hazırlamış.
Kafayı takım tezgahının üzerinde tutup
konumlandırmaya yarayan, Hudgins tasarımı
bir diğer aparat sayesinde kafalar kolaylıkla
ayarlanabiliyor. Dördüncü ve beşinci
eksende hareket sağlamak için, A eksenli bir
Nikken CNC rotary tabla, B eksenli bir rotary
tabla üzerine monte ediliyor. 5 eksenli NC
kodu, takım tezgahını X, Y ve Z eksenlerinde,
rotary tablaları ise A ve B eksenlerinde eş
zamanlı olarak hareket ettiriyor. 3 eksenli
işlemede ayar sayısı beşe kadar çıkarken,
Hudgins’in sisteminde portlar tek bir ayarla
işlenebiliyor. Bu sayede hem daha hızlı bir
üretim sağlanıyor hem de kümülatif fikstür
hataları önleniyor.
Hudgins, ulaşılması zor port yüzeyleri için
standart küre uçlu parmak frezeler ve özel
takımlar kullanıyor. Digitising işleminde
olduğu gibi, takımlar da portun her yüzeyine
ulaşamayabiliyor. Dolayısıyla yanma
odalarına ve porta ulaşabilmek için kafanın
döndürülmesi gerekiyor.
Döküm özelliklerinden dolayı, bir NASCAR
kafasını işlemek genelde dört saat alıyor
ve takımın, işlenen parçanın üzerinden iki
kez geçmesi gerekiyor. Döküm esnasında
port kısımlarında bilerek ilave malzeme
kullanılıyor. Böylelikle, her türlü port
tasarımının, portlar arasındaki çeperi çok
fazla inceltmeye gerek olmadan kafaya
uyması sağlanıyor. Cadde arabalarında
kullanılan ve daha az malzeme kullanılarak
dökülen silindir kafalarının işlenmesi için
gereken süre ise, NASCAR kafalarının
işlenmesi için gereken sürenin yarısı ve
takımın, işlenen parçanın üzerinden bir kez
geçmesi yeterli oluyor.
Yüksek kompresyonlu NASCAR motorları,
daha düşük kompresyonlu cadde motorlarına
göre çeperin daha pürüzsüz olmasını
gerektiriyor. Yine de Hudgins belli bir yüzey
tesviyesi özelliği aramıyor, çünkü alüminyum
döküm gibi gözenekli malzemelerde çok
doğru bir okuma değeri almak zor. Bunun
yerine yüzey tesviyesini, takımın eklediği
mesafe (kesici takımın her geçişte porta
eklediği mesafe) ya da uç ölçüsünü (kesim
kanalının üst ucundan alt ucuna kadar olan
yükseklik) kullanarak tanımlıyor. NASCAR
kafalarında takımın neden olduğu mesafe
0.76-0.89 mm arasında değişirken, cadde
araçlarında bunun iki katı bir değere
rastlanıyor. Zaten cadde uygulamalarında
kullanılan silindir kafalarının daha hızlı
işlenmesinin bir diğer nedeni de bu. Uç
yüksekliği, seçilen takıma bağlı olarak
belirleniyor. Bu değer bir NASCAR kafasında
0.005 mm iken, cadde kullanımına yönelik bir
kafada 0.127 mm olabiliyor.
Bağımsız tarama ile maksimum üretim
kapasitesi
Hudgins, sistemini geliştirirken dik işleme
merkezlerinden birinde bulunan 3 eksenli,
“tara-kopyala” prensibi ile çalışan bir digitiser
kullandı. Bu digitiser ile taranan herşey
işlendi. Diğer bir deyişle 3 eksenli CAM
yazılımı, takım tezgahının probla aynı yolu
izlemesini sağladı. Probun izlediği yol, takım
tezgahı için her zaman en hızlı ya da en etkin
yol olmuyordu ve tezgah tarama yaparken
metali kesmiyordu.
Hudgins’in bulduğu çözümde, bir tarafta
takım tezgahı bir kafayı keserken, diğer
tarafta bağımsız bir digitiser ünitesinin de
diğer bir kafayı taraması öngörülüyordu, ki bu
da işlenen parçaların çok çeşitli, iş hacminin
düşük olduğu atölyeler için çok uygun bir
yöntemdi. Cyclone, sürekli temas prensibiyle
çalışan bir digitising sistemi olduğundan,
takım tezgahında tarama rutinleri, noktadan
noktaya ölçümde olduğundan çok daha
hızlı yapılabiliyor ve bu sayede tarama rutini
süresi günlerle değil saatlerle ölçülecek
derecede kısalıyor.
Hassas tarama yapan bir sistem olmakla
birlikte Cyclone, 600 x 500 x 400 mm
ölçülerinde bir işleme alanına sahip.
225 kg ağırlığa kadar taşıma kapasitesi
mevcut, ki bu da alüminyum ya da demir
döküm bir silindir kafasını aparatı ile birlikte
desteklemek için fazlasıyla yeterli.
Anahtar teslim 5 eksenli tarama sistemi
ve eğitim
Hudgins, atölyesinde yapılan işlerin
kalitesini yakalamak isteyenler için, başarısı
kanıtlanmış bu tarama sisteminden oluşan
anahtar teslim bir paketin satışını da yapıyor.
Yüzde 100 kurulum başarısı sağlanan
pakette, takım tezgahının kendisi hariç,
5 eksenli silindir kafası işleme çalışmaları
için gereken herşey mevcut. Hudgins’in
dik işleme merkezlerine özel paketinde
SURFCAM yazılımlı Cyclone digitising
sistemi, Cyclone ve takım tezgahı için özel
aparatlar, Nikken rotary tablalar, özel ince
prob ucu, gerekli tüm aksesuarlar ve CNC
Cylinder Heads firmasının Florida, Pinellas
Park’taki tesisinde verilen eğitim yer alıyor.
Sistem, tek silindirli motorlardan, çok supaplı
Mercedes V-12 motorlarına kadar her türlü
ihtiyaca cevap verebiliyor.
www.renishaw.com.tr