SAYISAL KONTROLLÜ TEZGAHLARIN ELEKTRONİK YAPILARI

... konulu sunumlar: "SAYISAL KONTROLLÜ TEZGAHLARIN ELEKTRONİK YAPILARI"— Sunum transkripti:

1 SAYISAL KONTROLLÜ TEZGAHLARIN ELEKTRONİK YAPILARI
Cnc tezgahları klasik tezgahlardan ayıran en önemli özellik program girişini ve çalışmasını sağlayan bir kontrol ünitesi ve bunu temsil eden bir kontrol panosunun bulunmasıdır. Bu panoda komutların girilmesini sağlayan düğmelerin yanı sıra girilen veya işlenen komutları gösteren ve talaş kaldırma işleminin simülasyonunu yapan bir ekran vardır. Ayrıca CNC tezgahlarda ana mil motorunun yanı sıra her eksene hareket veren bir motor vardır. Program sinyalleri ilk olarak kontrol ünitesine gönderilir. Burada sinyaller motorun anlayacağı şekilde değiştirilerek amplifikatörde yükseltilerek motora gönderilir. Takım konumunu denetlemek için her eksen yönünde birer sezgi elemanı kullanılır. Sezgi elemanı her an takımın hareketlerini denetler.

2 Konum ve Hareket Kontrolü
Sayısal kontrollü tezgâhların eksen konumlama sistemleri açık döngülü sistem veya kapalı döngülü sistem olarak tasarlanır. Açık döngülü ve kapalı döngülü sistemlerin farkı kapalı döngülü sistemde tezgâh üzerine eksen hareketini doğrulamak için yerleştirilen konum kodlayıcılı geri beslemeli kontrol sisteminin kullanılmasıdır. Açık Döngü Sayısal Kontrol Sistemleri Açık döngü sayısal kontrol sistemlerde iş tablasının hareketi ile ilgili konum bilgisi kontrol birimine geri besleme sinyali olarak kullanılmaz. Genellikle geri besleme olmadığı için konum kodlayıcı kullanılmaz. Kontrol sistemi konum ve hız geri beslemeleri olmadığından daha basittir. Açık döngülü sayısal kontrol sistemlerinde tahrik motoru olarak adımlı motorlar kullanılır (“stepping motor”). Adımlı motorlar tezgâh kontrol birimi veya bir başka sayısal devre tarafından üretilen vurumlarla denetlenir. Vurumların sayısı gidilecek mesafe ile, sıklığı ise dönüş hızı ile orantılıdır. Her bir vurum adım açısı adı verilen açı ile vida milini döndürür. Adım açısı bir tam dönüşün kesridir. Adımlı motorlarda kullanılan adım açıları aşağıdaki bağlantıdan bulunur. Burada ns adımlı motorun üzerindeki tam sayılı adım açısının sayısıdır.

3 aynı zamanda şu şekilde de hesaplanabilir:
Adımlı motorun vurum sayısına orantılı dönüş açısı ise vurum sayısı, P, ile adım açısının, çarpılmasıyla bulunur. Dönüş açısı aynı zamanda şu şekilde de hesaplanabilir: Burada fp motora gelen vurumların hızı (sıklığı), t ise vurum dizgesinin süresidir Motorun açısal hızı S ise aşağıdaki bağlantıdan hesaplanır: Vurumların sıklığı ve sayısı denetlenerek herhangi bir geri besleme algılayıcısına gerek duyulmadan iş tablasının (veya kesici takımın) konumu ve hızı denetlenir. Bu tür adım motorlu açık döngülü kontrol sistemlerinin en önemli sakıncası yük altında çalışırken adım kaybetme, gelen vurum sinyaline ataleti nedeniyle cevap veremeyerek dönememe olasılığıdır. Adım kaybetme iş tablasının konumlama doğruluğunu etkileyerek işleme doğruluğunu azaltır. Bu nedenden dolayı adım motorlu açık döngü kontrol sistemleri yüklerin görece düşük olduğu ve fazla doğruluk gerektirmeyen tezgâhlarda kullanılırlar. Kapalı döngü kontrol sistemlerine göre büyük bir fiyat avantajı vardır.

4 Kapalı Döngü Sayısal Kontrol Sistemleri
Kapalı döngü sayısal kontrol sistemleri açık döngülü sistemlere göre hem çok daha karmaşıktır hem de maliyetleri yüksektir. Kapalı döngü sistemlerde konumlama ve ilerleme hızlarında ortaya çıkan hataları önlemek amacıyla denetlenen eksenlerde iş tablasının veya kesici takımın konumları ve hızları geri beslenerek konum ve hız girdileri ile sürekli olarak karşılaştırılır. İş tablasının veya kesici takımın konumu tezgâhın üzerine yerleştirilen bir kodlayıcı, çözümleyici (“resolver”) veya doğrusal dönüştürücü (“linear transducer”) aracılığıyla algılanır ve dönemli konum girdisi ile karşılaştırılmak üzere sayısal sinyal olarak geri beslenir. Geri besleme sinyal değeri ile konum girdi sinyal değeri arasında fark olması durumunda konum hata sinyali (“position error signal”) adı verilen düzeltme sinyali üretilir ve konum hata biriktiricide tutulur. Sayısal biçimdeki hata sinyali önce bir Sayısal-Analog Dönüştürücü, SAD, (“Digital-to-Analog Converter, DAC”) aracılığıyla analog sinyale dönüştürülür ve daha sonra konum döngü yükselteciden geçirilerek iş tablasını veya kesici takımı doğru noktada konumlandırmak amacıyla eksen tahrik motorlarına hız sinyali olarak iletilir

5 Konum döngü yükseltecinin çıktısı, hız komutu, anında ve sürekli olarak takometre gerilimi ile karşılaştırılır (hız geri beslemesi). Aradaki fark hız hata sinyalidir (“velocity error”). Hız hata gerilimi önce ön yükselteç tarafından kuvvetlendirilir ve daha sonra tahrik motoru için gerekli akımı sağlamak üzere güç yükselteci tarafından güçlendirilir. Tahrik motorunun yük altında düzgün çalışabilmesi amacıyla motor sargılarındaki akımın herhangi bir nedenden dolayı değişmesinin önüne geçmek için akım geri beslemesi kullanılır. İşleme sırasında oluşan yük değişmeleri karşısında akımda meydana gelen değişmelerden motorun dönme hızı değişir. Motorun dönme hızını (dolayısıyla ilerleme hızını) kontrol altında tutup hızdaki hatayı sıfırlayacak şekilde akım denetlenerek tork değiştirilir. Bir takım tezgahında bu tür servo sistemlerin başarısı hızdaki hatanın hem kararlı durumda (veya sabit torkda) hem de değişken yük ve sinyalde sıfıra indirilmesi ile değerlendirilir. İş tablasının hareketinin sürekli ölçülerek denetlenmesi konumlama doğruluğunu arttırır. İlerleme sistemindeki boşluklar ve kayıp hareketlerin neden olduğu hatalar geri besleme ile giderilir. Bu tür kontrol sistemleri yüksek doğruluk beklenen takım tezgahlarında kullanılırlar.

6 Adım Motorları Adım motorları girişlerine uygulanan darbe dizilerine karşılık analog dönme hareketi yapabilen elektromanyetik elemanlardır. Bu özellikleri nedeni ile “dijital makine” olarak da tanınırlar. Adım motorları, adından da anlasılacagı gibi belirli adımlarla hareket ederek rotorun açısal konumunu degistirirler. Bu adımlar, motor sargılarına uygun sinyaller gönderilerek kontrol edilir. Herhangi bir uyartımda, rotorun yapacagı hareketin ne kadar olacagı, motorun adım açısına baglıdır. Adım açısı, motorun yapısına baglı olarak 90, 45, 18, 7,5, 1,8… derece veya çok daha degisik açılarda olabilir. Motora uygulanacak sinyallerin frekansı degistirilerek motorun hızı da kontrol edilebilir. Adım motorlarının dönüs yönü ise, uygulanan sinyallerin sırası degistirilerek, saat ibresi yönünde (CW) veya saat ibresinin tersi yönünde (CCW) olabilir.

7 Adım Motorların Avantajları
Adım motorlar dijital giriş işaretlerine cevap verirler, bu nedenle mikroişlemci veya bilgisayarlarla kontrol için ideal elemanlardır. Adım motorların hangi yöne döneceği, devir sayısı, dönüş hızı gibi değerlerin mikroişlemci veya bilgisayar yardımı ile kontrol edilebilmesi, her an bu motorların dönüş yönü, hızı ve konumunun bilinebilmesini sağlamaktadır. Bu özelliklerinden dolayı adım motorlar ile çok hassas konum kontrolü yapılabilir. Adım motorların dijital girişlere cevap vermesi, geri beslemeye ihtiyaç duyulmaksızın açık çevrim çalıştırılabilmesini sağlamaktadır. Yani açık çevrim çalıştırılan bir adım motoru ile hız, ivme ve konum kontrolü daha basit ve daha az maliyetle gerçekleştirilebilir. Böylece alışılmış kararsızlık problemlerinin de önüne geçilmiş olur. Adım motorlar, giriş işaretlerinin frekansına bağlı olarak çok geniş bir hız aralığında sürülebilirler. Adım motorlar, herhangi bir hasara yol açmadan defalarca durdurulup çalıştırılabilirler.  Aşırı yüklenmeden hasar görmezler, oldukça dayanıklıdırlar. Her yeni adımla artan (kümülatif) konum hataları yoktur. Mekanik yapısı basit olduğundan bakım gerektirmezler. Yağlanma ve kirlenme problemleri yoktur. Adım Motorların Dezavantajları Adım motorların bütün bu avantajlarına karşılık bazı dezavantajları da aşağıdaki gibi sıralanabilir. Adım açıları sabit olduğundan rotordan alınan hareket sürekli değil darbelidir. Klasik sürücülerle kullanıldıklarında verimleri düşüktür. Adım cevapları nispeten büyük aşımlı ve salınımlıdır. Yüksek eylemsizlikli yüklerde yetenekleri sınırlıdır. Sürtünme kaynaklı yükler, hata kümülatif olmasa dahi açık çevrim çalışmada konum hatası meydana getirebilirler. Elde edilebilecek çıkış gücü ve momenti sınırlıdır. İyi kontrol edilmezse rezonans meydana gelebilir. Oldukça yüksek hızlarda çalıştırmak pek kolay değildir.

8 Servo Motorlar Servo motor AA ya da DA olarak bulunur. İlk zamanlarda servo motor genelde DA motorlardır. Çünkü uzun yıllar yüksek akımlar için tek kontrol yöntemi tristör kullanılmaktaydı. Transistörler yüksek akımları kontrol etme yeteneği kazandıkça ve yüksek akımları yüksek frekanslarda anahtarlandıkça servo motorlar daha sık kullanılmaya başlandı. İlk servo motor özellikle güçlendiriciler için tasarlanmıştı. Servo motor olarak tasarlanmış bir motorda yapılması gereken değişiklikler; ısıtma yapmadan bir hız aralığında çalışma kabiliyeti, sıfır hızda çalışırken yükü belirli bir pozisyonda tutmaya yeterli torku sağlama yeteneği ve uzun süreler için aşırı ısınmadan, çok düşük hızlarda çalışma kabiliyetidir. Günümüzde, AA servo motorlar hem düşük hem de yüksek güç uygulamalarda kullanılmaktadır. AA motorların yapıları basit ataletleri düşüktür. Ancak, genellikle doğrusal olmayan özellik gösteren ve yüksek manyetik bağa sahip makinelerdir. Ayrıca moment-hız karakteristikleri DA servo motorlarınki gibi ideal değildir, bunların yanı sıra AA servo motorları aynı boyuttaki DA servo motor ile karşılaştırıldıklarında daha düşük momente sahiptir. Servo Motorların Kullanım Yerleri Servo motorların kullanım alanı çok geniştir. Servo motorlar; robotlar, radarlar, nümerik kontrollü makinelerde (CNC),otomatik kaynak makinelerinde, pres makinelerinde, paketleme makinelerinde, sargı yarı iletken üretim ünitelerinde, yüksek hızlı çip yerleştiricilerinde, tıbbi cihazlarda, anten sürücüleri vb. yerlerde kullanılır. Aşağıda belirtilen özellikleri nedeni ile bu uygulamalarda tercih edilmektedirler. Dinamik yük ve hız değişikliği Yüksek kararlılık Pozisyonlama Periyodik çalışma

9

10 Algılayıcılar Enkoderler
Şaft dönüşünü elektronik palslara dönüştüren enkoderler, dönmekte olan bir şaftın konumunu elektronik olarak gözlemlemek için kullanılır. Makine konumu ve hızını belirlemek için sensorun çıkış vuruşları bir kontrol birimi tarafından sayılır ve değerlendirilir. Bu da, harekete kontrol etmede yüksek doğruluk ve esneklik sağlamaktadır. Mekanik, optik,manyetik tip enkoderler bulunmaktadır. Enkoderlerin artımlı ve mutlak enkoder olarak iki farklı kullanım tipi vardır. Lineer Enkoderler Ölçülecek veya pozisyon bilgisi alınacak her mekanizma döner olmak zorunda değildir. Düz hareketlerin kontrolünde en sağlıklı ölçüm yapabileceğiniz seçeneklerden biride “lineer enkoderlerdir” Lineer enkoderlerin en büyük avantajı motor ve redüktör kayıplarından etkilenmemesidir. Rezolverler Rezolveller endüstrinin hemen her branşında kullanılan kodlayıcılardır. İster hafif bir uygulama isterse servo motorun arkasına bağlayın farketmez. Enkoder sistemi gibi dış görünüme sahip olsalarda aslında çok farklı bir iç donanıma ve çalışma prensibi ile çalışırlar. Enkoderler  dijital bilgiler verirken , rezolverler analog bilgi verir. Bu nedenle çözünürlük derdi yoktur. Tabi çözünürlük derdinden kasıt puls çıkış oranıdır. Rezolverlerde "bit" türünden ölçeklendirilirler .