MAK 4064 SAYISAL KONTROLLÜ TEZGÂHLAR

... konulu sunumlar: "MAK 4064 SAYISAL KONTROLLÜ TEZGÂHLAR"— Sunum transkripti:

1 MAK 4064 SAYISAL KONTROLLÜ TEZGÂHLAR
DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ Yrd. Doç. Dr. Murat AKDAĞ

2 Önerilen Kaynaklar Prof. Dr. Hakkı Eskicioğlu, Sayısal Kontrol ve Takım Tezgâhları, MMO/544 Doç. Dr. Ali Oral, CNC Takım Tezgahları ve CNC Programlama Ders Notları Sayısal Denetimli Takım Tezgahları , Prof. Dr. MustafaAKKURT, Birsen yayınevi CNC Takım Tezgahlarının Programlanması ve CAD- CAM Sistemleri, Prof. Dr. Mustafa AKKURT, Birsen yayınevi, 2010 CNC Torna ve Freze Tezgahlarının Programlanmas , Prof. Dr.Mahmut Gülesin, Asil Yayın Dağıtım, 2006 Systems Approach to Computer Integrated Design and Manufacturing, N. Singh, John Wiley& Sons, 1996

3 Sayısal Kontrollü Tezgahların Tarihsel Gelişimi
Sayısal Denetim (“Numerical Control”) kavramı ve bu kavramın üretimde kullanılan takım tezgahlarına uygulanması İmalat Mühendisliğinde bir devrim niteliğindedir. Sayısal Denetim, insan el becerisi ve deneyimine bağlı küçük atölye tipi üretim biçiminden başlayarak, günümüzde bilgisayarların, üretimin çeşitli aşamalarını gerçek zamanda denetlemek (“real-time control”) için kullanıldığı esnek üretim birimlerin ve insansız fabrikaların oluşması sürecindeki gelişmelerde, çok önemli bir yer tutmaktadır. Sayısal Denetim bir takım tezgahının kodlanmış sayısal verilerle denetlenmesi olarak tanımlanabilir. Sayısal karakterlerden oluşan kodlanmış sayısal verilerle takım tezgahlarında kesici takımın veya iş tablasının, iş parçasının istenilen boyutlara getirilmesi için izlemesi gereken yolun, ana milin devir sayısının, ilerleme hızının ve benzeri işlevlerin denetimi gerçekleştirilir.

4 Takım tezgahı olarak adlandırılabilecek aletlerin kullanımı 12
Takım tezgahı olarak adlandırılabilecek aletlerin kullanımı 12.yüzyılın başına kadar gider. Ahşaptan yapılan ve parçaların pedal kullanılarak döndürüldüğü bu torna tipi tezgahı daha sonra hareketin rüzgar ve su enerjisinden sağlandığı çeşitli tezgahlar izler; örneğin değirmen yardımıyla döndürülen testere, 1550; su ile döndürülen delik işleme tezgahı, 1662 Bockler, İngiltere gibi. Bu tezgahların ortak özellikleri ahşaptan yapılmış olmaları ve genellikle de ağaç işlemesinde kullanılıyor olmaları idi. 18. Yüzyılın başından itibaren buhar makinasının James Watt tarafından keşfiyle başlayan ilk endüstri devrimi ile birlikte ahşap tezgahlarda metal parçalar kullanılmaya başlandı ve giderek yerlerini tümüyle metal tezgahlar aldı.

5 1713 yılında Maritz adında bir İşviçreli dik delik işleme tezgahı geliştirdi yılında da M. Sidorov adında bir Rus namluların delinmesi için su gücü ile çalışan matkap tezgahı geliştirdi yılları arasında yaşayan Rus İ. Polzunov bir alın tornası, bir küresel işleme tornası ve bir taşlama tezgahı imal etti yılında İngiliz John Wilkinson James Watt’ın buhar makinasının silindirlerini istenen doğrulukta üretebilecek bir tezgah geliştirdi de Henry Maudslay (İngiliz) torna tezgahında yaptığı yeniliklere ek olarak metal vida işleyebilen bir torna tezgahı geliştirdi yılında da Eli Whitney tarafından ABD de ilk freze tezgahı üretildi. Bu çalışmalar ve geliştirilen tezgahlar genellikle takım tezgahları çağının doğuşu olarak kabul edilir.

6 Metallere kitlesel imalatın en önemli engeli enerji iletimi olmuştur
Metallere kitlesel imalatın en önemli engeli enerji iletimi olmuştur. Buharlı makineler ile üretilen güç tarnsmisyon- kayış/kasnak sistemleri vasıtası ile bir merkezden atölyedeki tüm tezgahlara iletilebilmiş ve böylece seri üretim kavramından bahsedilebilir olmuştur.

7 Takım tezgahlarının tarihsel gelişimine baktığımız zaman iki farklı akım görürüz; mekanizasyon ve otomasyon. Mekanizasyon takım tezgahlarının gelişiminde ilk önemli adımdır. Mekanizasyon en basit tanımı ile insanın iş ve kas gücünün yerini makinaların almasıdır. İş gücünü oluşturan işçinin, deneyim ve el becerisine dayanan ve kas gücünü kullanarak yaptığı işlerin, sıralanabilir ve tekrarlanabilir işler olarak bölünmesi ve bu işlerin makinalar veya mekanizmalar kullanılarak yapılması takım tezgahlarında mekanizasyonu getirmiştir. Otomasyon takım tezgahlarının tarihsel gelişiminde mekanizasyonu izler. Otomasyon insanın karar verme işlevlerinin çeşitli mekanik, elektromekanik ve elektronik elemanlar ve bilgisayarlar kullanılarak gerçekleştirilmesidir. Diğer bir anlatımla söz konusu elemanlar insanın karar verme işlevinin yerini almaktadır. Bugün bu iki kavram birbirlerinin içine öyle geçmiş ve öyle çakışmaktadır ki, bugünkü tüm üretim tezgahları değişen ölçülerde mekanizasyonun ve otomasyonun karışımlarını içermektedir. Seri imalat tezgahlarında mekanizasyon otomasyondan daha fazla kullanılırken üretim miktarının değişken ve daha çok talep’e göre değiştiği küçük parti imalatlarında kullanılan tezgahlarda otomasyon çok daha fazla kullanılmaktadır.

8 İlk basit üretim tezgahının 18
İlk basit üretim tezgahının 18. yüzyılda tasarlanıp üretilmesinden sonra takım tezgahlarının tarihsel gelişimi aşağıda belirtilen aşamalardan geçerek gerçekleşmiştir. Mekanizasyon Otomasyon Programlanabilir Ardışık Denetim Bilgisayarlı Sayısal Denetim 1990 1970 1950 1900 1850 1800 Mekanik İlerleme Ardışık Kontrol Kopyalama Tezgahları Transfer Tezgahları Sayısal Denetim Uyarlamalı Denetim

9 19. Yüzyılın başında tezgah üzerinde el ile gerçekleştirilen ilerleme hareketi yerini dışarıdan sağlanan güç ile ilerleme hareketine bıraktı. Bu gelişim mekanizasyonun ilk adımı oldu. Aynı yüzyılın ortalarında seri üretim için ardışık-denetimli (“sequence-controlled”) tezgahları geliştirildi. Bu tip tezgahlar tek bir parçanın üretimi için tasarlanan tezgahlardı ve yapılacak işlemler basit, sabit ve ardışık işlemlerdi. Esneklikten uzak olan bu tezgahlar seri üretim için son derece uygundu. Kopyalama tezgahları ardışık-denetimli tezgahları takip etti. Bu tezgahlar, bir şablon üzerinde hareket eden bir prob aracılığıyla şablonu kopyalayarak aynı geometrik özelliklere sahip parçaların üretilmesi için kullanılıyordu. Probun şablon üzerinde hareketi sırasında oluşan hata algılanarak bir yükselteçten geçiriliyor ve hatayı düzeltmek için servomotora iletiliyordu. Kopyalama tezgahlarındaki bu geri beslemeli denetim kavramının uygulanması Sayısal Denetimli tezgahlara giden yolda önemli bir adımdı. 20. Yüzyılın başında otomatik denetim alanındaki gelişmelerin üretim tezgahlarına uygulanmasıyla transfer tezgahları geliştirildi. Transfer tezgahları hammaddeden başlayarak bir ürünü mamul hale getirmek için gerekli tüm işlemleri yapacak çeşitli tezgahların bir araya getirilmiş haliydi. Bu tür tezgahlar son derece yetenekli olmalarına karşın neredeyse hiç esnek değillerdi. Bu özelliklerinde dolayı tek bir parçanın çok büyük miktarlarda üretilmesinde kullanılıyorlardı.

10 Geri besleme kavramı ile birlikte elektrik, pnömatik ve hidrolik algılayıcı, mantık aygıtları ve çalıştırıcıların gelişmesi ile birlikte Programlanabilir Ardışık Denetimli Tezgahlar (“Programmable Sequence Control Machines, PSC”) geliştirildi. Bu tezgahlar bir bakıma Sayısal Denetimli tezgahların öncüsü idi. Delikli kartlar, delinmiş bantlar veya tezgah üzerindeki pano kullanılarak programlanabilen bu tezgahlarda her bir işlem ayrı programlanabiliyordu; ilerleme hızı, mil dönüş yönü ve devir sayısı veya hızlı ilerleme gibi (Şekil 1.3). Kart veya bant okuyucudan, veya panodan gelen sinyallerle işlemler ardışık olarak çeşitli kontaklar açılıp kapanarak başlatılıyordu. Denetim işlemleri, her bir işlemin bitiş sinyali dışında, açık döngülüydü. Bu tezgahların en önemli sakıncalarından biri tezgah hazırlık zamanının oldukça uzun olması ve bunun sonucunda da tezgahın verimliliğinin azalmasıydı. Sayısal denetimli tezgahların tarihi 1940’lı yıllarda John T. Parkinson’un bir freze çakısının bir eğriyi düzgün bir biçimde işleyebilmesi için yeni bir yöntem önermesine kadar gider. Freze çakısının izleyeceği yolun koordinatları bir karta delinerek yazılacak ve tezgah denetim birimi de istenilen yol üzerinde çakıyı çok küçük aralıklarla hareket ettirerek düzgün bir biçimde yol üzerinde ilerlemeyi sağlayacaktı da ABD Hava Kuvvetleri Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde (MIT) John T. Parkinson’un düşüncelerine dayanan bir Sayısal Denetim sistemi üzerine çalışma başlattırdı yılında delikli kâğıt şeritle çalışan ilk takım tezgahının başarılı denemesi yapıldı yılında ise Sayısal Denetimli tezgahlar endüstride başarıyla kullanılmaya başlandı.

11 TX-0 Bilgisayar odası John T. Parsons ve ekibince alınan ilk patent US-patent-Parsons Delikli kağıt şerit hazırlığında kullanılan bir makine: Flexowriter

12 1950’li yıllarda MIT de yapılan ilk NC freze tezgâhı
İlk freze tezgahında üretilen parçalar Delikli şerit

13 Sayısal Kontrollü Tezgahlarda Dikkat Edilecek Hususlar
Sayısal Denetimli tezgahların kullanımının tercih edilmesi ve verimli olabilmesi için bir üretim biriminde aşağıda belirtilen üretim ile ilgili noktaların dikkat çekmesi gerekir. İşlemler çeşitli ve karmaşıksa. Karmaşık işlemler gerektiren küçük parti imalatlarında. Dar ve tekrarlanan toleranslar isteniyorsa. Takımlama maliyeti yüksekse. İşçilik ücreti malzeme maliyeti ile karşılaştırıldığında yüksekse. Üretilen parçalarda sıkça tasarım değişikliğine gidiliyorsa. Takım saklama sorun oluyorsa. Atölyelerde günlük tezgah hazırlığı gerekiyorsa. Delme ve bağlama kalıplarının saklanması sorun oluyorsa. Pazardaki talep üzerine sıkça parça ve model değişiklikleri gerekiyorsa. Muayene maliyeti toplam maliyetinin önemli bir kısmını oluşturuyorsa. Bu belirtilen noktaların bir veya birkaçı Sayısal Denetimli tezgahların kullanımını ekonomik kılabilir. Ancak, alım kararı verilmeden önce ayrıntılı bir fizibilite çalışması yapılmazsa Sayısal Denetimli tezgahların satın alımı önemli ölçüde baştan görülemeyen sorunların ortaya çıkmasına neden olabilir.

14 Sayısal Kontollü Tezgâhların Konvansiyonel Tezgâhlara Göre Üstünlükleri
İlk yatırım maliyetinin yüksek olmasına karşın özellikle tek parça ve parti imalatında Sayısal Denetimli tezgahların konvansiyonel tezgahlara göre önemli ekonomik yararları vardır. Bu yararlar ve bunların işletme üzerindeki etkileri şöyle özetlenebilir: Kısaltılmış tezgah hazırlık zamanı Küçük ve orta büyüklükteki parti imalatında parçalar kısaltılmış tezgah hazırlık zamanı nedeniyle daha ekonomik olarak üretilebilir. Kısaltılmış iş değiştirme zamanı İşletme bilgileri girdi ortamında bulunduğu için iş değiştirme zamanları daha kısadır. Daha az yer ihtiyacı Delme ve takım yönlendirme kalıp tasarımına gerek olmadığından zaman, yer ve maliyet açısından tasarruf sağlar. Daha iyi tekrarlanabilirlik Kodlanmış veriler bir parçadan bir parçaya veya bir partiden bir partiye değişmediği için tekrarlanabilirlik çok yüksektir. Daha iyi doğruluk Elde edilebilir tolerans tezgah operatöründen bağımsız takım tezgahının özelliğine bağlı olduğundan parçalar daha doğru imal edilebilir. Daha gerçekçi planlama Sayısal Denetimli tezgahlar bir kere doğru programlandığında beklenmedik gecikmelere çok daha az neden olduklarından zamanlama ve planlama daha gerçekçi yapılabilmektedir. Daha hassas maliyet hesaplayabilme İşlem zamanı sabit ve tutarlı olduğundan daha kolay maliyet hesaplaması yapılabilir. İşçilik maliyetinde azalma Dolaylı ve dolaysız işçilik maliyeti düşürülebilir ve nitelikli iş gücünden çoklu tezgaha bakma ile daha iyi yararlanılabilir. Takımlama maliyetinde azalma

15 Bu tezgahlar delme kalıplarına hiç ihtiyaç göstermezken bağlama kalıplarına da daha az ihtiyaç gösterdiklerinden delme ve bağlama kalıplarının tasarımında % 70’e kadar indirim sağlanabilir. Gelişmiş ürün tasarımı Tasarımı ve imalatı konvansiyonel tezgahlarda mümkün ve ekonomik olmayan bazı parçaların yeniden tasarlanması ve sayısal denetimli tezgahlar kullanılarak imalatı söz konusu olabilir. Malzeme tasarrufu Malzeme kaybı düşük düzeylere çekilebilir. Daha iyi tezgah kullanımı Kesici takımın boşta harcadığı süre ile tezgah başında düşünme süresinin kısalığı, operatör yorgunluğunun etkisinin azalması ve en uygun kesme koşullarının kullanabilmesi neden ile tezgah daha verimli kullanılabilir. Parça muayene sürelerinde kısalma Parça programı ve imal edilen ilk parça muayene edilir ve bu şekilde diğer parçaların muayene sürelerinde önemli kısalmalar sağlanır. Daha güvenli çalışma ortamı Sayısal Denetimli tezgahlarda genelde kumanda birimi kesme bölgesinden uzakta olduğu için tezgah operatörü hareketli parçalardan, sıçrayan talaştan veya kesici takımdan daha az etkilenir. Daha iyi tezgah güvenliği Genelde tezgah ile tezgah operatörü arasındaki ilişki daha az olduğundan, tezgahlar operatör hatasının doğuracağı etkilerden daha uzaktırlar. Otomasyona geçiş potansiyeli Sayısal Denetimli tezgahlar bilgisayar denetimli İmalat Sistemlerinin içine kolaylıkla uyarlanarak yalnızca imalatın kendisinde değil, üretim biriminin organizasyon ile ilgili diğer alanlarında da veri işlenmesinde sağladıkları kolaylıklar nedeniyle ek ekonomik yarar sağlayabilirler.

16 Sayısal Kontollü Tezgâhların Konvansiyonel Tezgâhlara Göre Dezavantajları
Yukarıda belirtilen bütün bu yaralarına karşılık Sayısal Denetimli tezgahların satın alınma aşamasında aşağıda belirtilen sakıncaların göz önünde tutulması gerekir. Sayısal denetimli tezgahların ilk yatırım maliyetleri yüksek olduğundan aşınma payı maliyeti yüksektir. Bu nedenle bu tür tezgahların kullanımlarının yüksek olması gerekir. Kesici takımlar, bağlama kalıpları ve malzeme konvansiyonel tezgahlara göre daha yüksek düzeyde bir organizasyona gereksinim gösterirler. Yetenekli programlama elemanına, tezgah operatörüne ve bakım elemanlarına gereksinim vardır. Programlama maliyeti (planlama, program geliştirme ve deneme imalatı) tek bir iş ile bir parti imalatı için aynıdır. Bu nedenle küçük parti imalatlarında ekonomik olamayabilirler. Sayısal Denetimli tezgahlar konvansiyonel tezgahlara göre daha karmaşık tezgahlardır ve tezgahlarının arızalanarak devre dışı kalması, özellikle iş diğer bir tezgah üzerinde yapılamayacaksa, önemli ekonomik zararlara neden olabilir. Bu nedenle önleyici bakım zorunlu olabilir. Bu tür tezgahların istenile doğrulukta çalışabilmesi için düzgün çevre koşullarının sağlanması zorunludur.

17 Sayısal Denetimli Tezgahlar ile Konvansiyonel Tezgahların Karşılaştırılması

18 Kaynak Prof. Dr. Hakkı Eskicioğlu, Sayısal Kontrol ve Takım Tezgâhları, MMO/544 Doç. Dr. Ali Oral, CNC Takım Tezgahları ve CNC Programlama Ders Notları