Sayısal Kontrollü tezgâhların yapıları klasik tezgâh yapılarına göre önemli
farklılıklar gösterirler. Kontrol sisteminin varlığının getirdiği yapısal
değişiklerin dışında, 0.001 mm civarında kabul edilebilen hata ile sınırlanmış
yüksek doğruluk gereksinimi ve üretkenliğin artırılması için işlem dışı süreyi
en aza indirerek toplam üretim süresin kısaltılma istekleri bu tezgâhların
tasarımında önemli farklılıkları zorunlu kılarlar. Bu nedenle takım
tezgâhlarının parçalarının aşağıdaki özelliklere sahip olmaları gerekir.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Servo motorların ve bunların hareket ettireceği parçaların ataletlerinin düşük
olmaları.
Aktarma elemanlarının ağırlıklarının düşük olması.
Aktarma elemanları ve hareketli yüzeyler arasındaki sürtünmenin en az
düzeyde olması.
Tezgâh gövde yapısının esnek olmaması.
Aktarma organları arasındaki boşluklarının en az olması.
Dinamik
davranış
açısından
kullanılacak
elemanların
sönümleme
özelliklerinin yüksek olması.
Görsel Olarak Partikül Boyutları
Madde
Sofra Tuzu
İnsan Saçı
En Düşük Görme Sınırı
Buğday Unu
Kırmızı Kan Hücresi
Bakteriler
Mikron
100
70
40
25
8
2
Tasarlanacak bir Sayısal Kontrollü tezgâhın mekanik ve elektromekanik
kısımlarını yapısal olarak dört ana başlık altında ele alabiliriz.
1.
2.
3.
4.
Tezgâhın yapısı ve gövde.
Ana mil ve yataklanması.
Kızaklar ve kızak yolları.
İlerleme sistemi
Bir takım tezgâhının işleme doğruluğu kızakların gövde üzerindeki
konumlanmasına bağlıdır. Tezgâhın yapısı ve gövde dengeli değilse veya
kusurlu imal edilmişse en iyi kontrol sistemi dahi istenilen işleme
doğruluğunu sağlayamaz.
Üretim hassasiyetine etki eden önemli sebeplerden birisi statik ve dinamik
yükler altında meydana gelen elastik deformasyondur. Tezgâh gövdeleri
normal ağırlık dağılımı0 ve kızakların yer değiştirmeleri ile değişen yük
dağılımı dikkate alınarak tasarlanmalıdır. Hareketli parçaların hızlanmalarının
ve yavaşlamalarının doğurduğu gerilmeler ile kesme kuvvetlerinin doğurduğu
gerilmeler işleme doğruluğunu etkileyecek şekil değişikliklerine yol
açmamalıdırlar.
Diğer bir sebep de tezgâh
gövdesindeki
sıcaklık
eğiminin neden olduğu farklı
genleşmelerdir.
Elektrik
motorları,
dişli
kutuları,
yataklar, mil gibi bölgesel ısı
kaynakları
ile
kesme
işleminin
neden
olduğu
yüksek sıcaklıklar üretim
hassasiyetleri
üzerinde
önemli bir etkiye sahiptir.
Düzgün bir tezgâh gövde tasarımında dikkat edilmesi gereken önemli noktalar
şunlardır:
a)
Gövde malzemesinin ve gövde imalat yönteminin dikkatli seçimi.
b)
Yüksek statik ve dinamik esnemezlik.
c)
Kızak yolarının aşınmaya karşı yüksek dayanıklılığı.
Tezgâh Gövde Malzemeleri
Sayısal kontrollü tezgâhların gövde malzemelerin
alınması gereken özellikler şunlardır:
a)
Yüksek esneklik katsayısı.
b)
Titreşimlere karşı yüksek sönüm özellikleri.
c)
Yoğunluluk.
d)
Isıl kararlılık
seçiminde
dikkate
Dökme Demir
En yaygın kullanılan tezgâh gövde malzemeleri
dökme demir ve kaynakla birleştirilmiş çelik
plakalardır. Dökme demir düşük üretim maliyeti,
yüksek aşınma dayanımı ve iyi sönümleme
özellikleri nedeniyle yüksek adetli üretimlerde
tercih edilir. Kır dökme demir ve küresel dökme
demirden kum döküm yapılarak imal edilen
gövdeler aynı zamanda çok iyi işlenebilirlik
özelliğine sahiptirler ve dar tolerans ve hassas
boyutlarda üretilebilirler. Zaman içinde boyutsal
değişimlere karşı da çok kararlıdırlar.
Ancak, yüksek model ve maça kutusu maliyetleri
nedeniyle dökme demir ekonomik değildir.
Dökme demir üretiminde karşılaşılan bir diğer
önemli sorunda döküm kalitesidir. İşleme
sırasında fark edilen bir döküm hatası dökümün
ıskartaya çıkarılmasına neden olur.
Ayrıca, Kızak yolları ana gövdenin tümleşik bir
parçası olacaksa, dökme demirin kalitesinin kızak
yollarının tasarım özelliklerini sağlayacak şekilde
seçilmesi gerekir.
Çelik Plakalar
Kaynakla birleştirilmiş çelik plakalı gövdeler hızlı
imalat
istenildiğinde ve
model hazırlama
maliyetinin yüksek olduğu durumlarda tercih
edilir. Kaynakla birleştirilmiş çelik plakalardan
imal edilen gövdelerin şu özellikleri vardır:
1.
Daha iyi mekanik özellikler.
2.
Aynı karakteristiklere sahip dökme demire göre
%30 -%50 arası daha hafiflik.
3.
Kızak yolları gövde ile tümleşik değildir.
Kaynak veya cıvata ile gövdeye bağlanır.
4.
Tasarımı ve üretimi daha kolaydır. Bu nedenle
bir veya birkaç tezgâhın hızlı bir şekilde
üretilmesi istenildiğinde tercih edilir.
Ancak, kaynakla birleştirilmiş çelik plakalardan imal
edilen gövdeler yüksek adetli üretimlerde
ekonomik
değildir.
Ayrıca
sönümleme
karakteristikleri dökme demir gövdeler kadar iyi
değildir ve kaynakla birleştirilmeden sonra gövde
üzerine işlem yapılacaksa, işlenecek yüzeyler
normalize edilerek oluşan artık gerilmeler ortadan
kaldırılmalıdır. Isıl genleşme katsayıları da dökme
demirlere göre daha yüksektir.
Beton ve Granit
Granit yüksek ısıl kapasitesi, düşük ısıl genleşme katsayısı, yüksek yoğunluğu ve yüksek
sönümleme özellikleri nedeniyle gövde malzemesi olarak çok uygundur. Ancak,
malzeme maliyeti diğer malzeme çeşitlerine göre yüksektir ve işlenmesi çok zordur. Bu
nedenle granit kullanımı daha çok koordinat ölçme tezgâhları ile sınırlıdır.
Beton ise düşük maliyetinin yanı sıra yüksek yoğunluğu, ısıl kararlılığı, iyi sönümleme
özelliğine sahip olması ve üretiminin daha kolay olması nedenleri ile granite karşı tezgâh
tabanı olarak daha ekonomik bir seçenek oluşturmaktadır. Dökme demirden imal edilen
kızak yolları epoksi reçine bir tabaka üzerine oturtularak saplamalarla beton gövdeye
bağlanırlar.
Yeni Malzemeler

GRANİTAN
Bu granitan maddesinin patenti Studer firmasına aittir. Dünya’da takım tezgahı
üreticilerinden bazıları tezgahlarının gövdelerini üretirken Granitan’a benzer maddeler
(polimer beton , mineral döküm gibi ) kullanmaktadır. Granitan gövdenin en önemli iki
özelliği , çalışan diğer tezgahların yere verdiği titreşimi normal demirdöküm gövdelere
göre 8 kat daha iyi sönümlemesi ve sıcaklık değişimlerinden çok daha az etkilenmesidir.
Bu özellikler sayesinde Studer firması tezgahlarında 650mm boyda 0,0025mm
hassasiyette taşlama yapabileceğini garanti edebilmektedir.
VİDEO
Takım tezgâhlarının ana milleri denince, iş
parçasını veya kesici takımı döndüren mil ile bu
mili yataklayan sistemler akla gelir. Ana milin
yataklanmasında çoğunlukla rulmanlar
kullanılır (Şekil 4.2). Rulmanlı yataklar
genellikle 20000 – 40000 çalışma saatine göre
tasarlanırlar.
Talaş kaldırma işlemi sırasında ana mil kesme
kuvvetlerinin, tahrik kuvvetlerinin ve
yataklardaki tepki kuvvetlerinin doğurduğu
eksenel ve yarıçapsal (“radial”) kuvvetlerin
etkisi altındadır. Ana milin dönme hareketi iş
parçasının doğruluğunu doğrudan etkilediği
için ana milin, rulmanların ve yatakların
doğruluğu çok önemlidir.
Ana millerinin doğruluğu üç etkene bağlıdır:
1. Ana mili ve çevresinde birbirlerine teması olan parçalardaki toleransların neden
olduğu boşlukların doğurduğu salgı.
2. Milin geometrisine, malzemesine ve kullanılan rulmanların özelliklerine bağlı olan
esnemezlik.
3. Çalışma sırasında yataklarda oluşan ısı.
http://www.industryarea.com/Super-Precision-Bearings-Y1319-S6-catalogue.html


Kullanılan malzemeler, birbirlerine değen parçalar arasındaki toleransları etkiler.
Seçilen malzemelerin ısıl genleşme katsayıları sıcaklık değişimlerine bağlı boyutsal
değişmeleri en aza indirmek için düşük olmalıdır. Ayrıca, esnemezliği sağlamak
için sertliği, katılığı ve aşınma direnci yüksek ve zaman içinde az bozulma
özelliklerine sahip malzemeler seçilmelidir.
Rulmanların oturduğu yüzeylerin kullanım süresince bozulmamaları için de mil
ezilmeye dayanıklı sert bir yüzeye sahip olmalıdır. Bu nedenle, seçilecek
malzemelerin yüzeyleri sertleştirilebilmeli ve rulmanların oturduğu yüzeyler tepki
kuvvetlerinden etkilenmemelidirler. BU nedenle millerin tasarlanmasında genellikle
dış yüzeyleri sertleştirilmiş alaşımlı çelikler kullanılır.
Kızak ve kızak yolları takım tezgâhlarının birbirlerine göre hareket eden
parçalarını taşır ve yönlendirir. Hareket genelde düz bir çizgi boyunca
öteleme hareketidir.
Takım tezgâhlarında kullanılan kızak yolları üç ana gruba ayrılır:
 Basit kızak yolları (“Plain slideways”).
 Rulmanlı kızak yollar (“Anti-friction slideways”).
 Hidrostatik kızak yolları (“Hydrostatic slideways”).
Kullanılacak kızak ve kızak yollarının seçiminde aşağıda belirtilen noktalar
temel olarak ele alınır.
 Öteleme veya açısal harekette yüksek derecede doğruluk.
 Düşük maliyet.
 Bakım kolaylılığı.
 Aşınmaya karşı yüksek direnç.
 Yük taşıma kapasitesi
 Etkin yağlama
 Kızak ve kızak yollarının konumu
Düşük maliyetleri ve basitlikleri
nedeniyle basit kızak yolları
takım tezgâhlarında çok yaygın
olarak kullanılırlar.



Metalin metal üzerindeki hareketi nedeniyle sürtünme katsayısı yüksektir ve kızak
hızıyla değişir.
Basit kızak yolları özellikle düşey doğrultuda yüksek katılık ve sönümleme
özelliklerine sahiptirler. Bu özellikleri nedeniyle kullanıldıkları tezgâhların dinamik
karakteristikleri çok iyidir.
Basit kızak yollarının kullanıldıkları tezgâhların ilerleme sistemleri yarı-kuru sürtünme
(“semi-dry friction”) koşullarında çalışırlar ve sürekli aşınmayla karşı karşıyadırlar.
Aşınmanın hızı özgül basınç, malzeme özelliği, kızak ve kızak yolları arasına giren
yabancı maddelerin cinsi ve miktarı ile hareket edilen uzaklık gibi çeşitli etkenlere
bağlıdır.
Kızakların komut sinyallerine hızlı tepki vermesi ve
harekete karşı değişmeyen düzenli bir sürtünme
direnci için döner elemanlardan oluşan rulmanlı
kızak yolları kullanılır. Ara yüzeyde temas bilye,
silindir veya iğne silindir kullanılması nedeniyle
yuvarlanmalıdır. Bu yuvarlanma hareketi sabit
ve düşük sürtünme katsayısının oluşmasına
neden olur (0.005 civarlarında bir sürtünme
katsayısı).
Takım tezgâhlarında kızak yollarında iki çeşit rulmanlı
yatak kullanılır: doğrusal rulmanlı yatak (“linear
bearings”) ve dolaşımlı doğrusal rulmanlı yatak
(“recirculating linear roller bearings”). Doğrusal
rulmanlı yataklarda düz kafesli düzenekler kullanılır.
Dolaşımlı doğrusal rulmanlı yataklarda ise modeline
göre yuvarlanma elemanı olarak bilye veya silindir
makaralar kullanılır.
Hidrostatik kızak yollarında kızaklar ince bir yağ tabakası üzerinde hareket ederler. İş
tablasından gelen yükü taşıyacak ve sıvı sürtünme oluşturacak şekilde yüksek
basınçta (30000 kN/m2 kadar) bir yağ pompasından kızak veya kızak yollarında
bulunan ceplere yağ basılır. Basınçlı yağ kızak ve kızak yolları arasında belirli bir
basınç oluşturur ve dış atmosferik basınç ile eşitlenerek kızakların üzerinde
hareket ettiği çok ince bir yağ tabakası oluşur (30µm kalınlığında). İki metalin
sürtünmesi engellendiği için sürtünmeye bağlı aşınma ve kay-yapış tamamen
ortadan kalkar. Ayrıca yüksek yağ basıncı nedeniyle kızak ve kızak yolları arasına
yabancı maddelerin girmesi engellenir.
Bu tip kızak yollarında yüksek dinamik esnemezlik ve iyi sönüm özelliği sağlanır.
Özellikle hassas takım tezgâhlarında kullanılan bu tip kızak yollarının en önemli
sakıncası kızakların yapışmalarının önlenmesi için kızak yollarının ve yağ
pompalama sisteminin (pompalar, geri dönüşüm sistemleri ve kontrol devresi)
tasarımındaki zorluklar ve katı şartlardır.
Takım tezgâhlarında işleme doğruluğunu etkileyen etkenlerden biri de talaş
kaldırmayı sağlayan kızakların ilerleme sistemlerindeki hatalardır.
İlerleme sistemlerinin tasarımında çalışma sırasında oluşan kuvvetlerin hesaplanması
gerekir. İlerleme sistemlerinin tasarımında üç farklı kuvvet dikkate alınır:
 Kesme kuvveti (kesici takım ve iş parçası arasında oluşan kuvvet).
 Sürtünme kuvveti (iş tablasının ağırlığının ve kesme kuvvetlerinin dikey
bileşenlerinin neden olduğu sürtünme kuvveti).
 Hızlanma ve yavaşlama kuvvetleri (kütlelerinin ataletinin neden olduğu kuvvetler).
Sayısal Kontrollü tezgâhlarda kullanılan ilerleme mekanizmaları çoğunlukla üç grup
altında toplanır:
 Hidrolik tahrik sistemi
 Vida ve somun çifti
 Kremayer dişli
Hidrolik tahrik sistemleri, hidrolik piston, kızak hareketinin 500 mm’nin altında
olduğu tezgâhlarda etkin ve maliyeti düşük bir çözümdür. Kızak hareketlerinin 500
mm’nin üzerinde olduğu durumlarda sorunlar ortaya çıkmaya başlar. Silindirin
içindeki yağ çalışma kuvvetlerinin etkisi altında sıkışır ve sıvı yay davranışı gösterir.
Ayrıca silindir duvarları ve piston gibi mekanik parçalarda elastik şekil değiştirmeye
uğrarlar. Bu etkilerin belirgin hale gelmesi durumunda vida ve somun sistemini
hareket ettiren döner bir hidrolik motor önerilir.
Vida ve somun çiftinden vida eksen sürücü motoruna bağlanan parçadır. Güç vidadan
iş tablasına veya arabaya vidanın üzerindeki somun aracılığıyla iletilir. Klasik
tezgâhlarda vida ve somun çiftlerinde trapez (Acme), V, veya kare kesitli dişler
kullanılırdı. Ancak vida ve somun arasındaki yüzeyde sürtünmenin çok yüksek
olması ve bunun sonucunda oluşan ısının genleşme imalatı doğruluğunu etkiler.
Bunun yanı sıra vida ve somun arasındaki boşluk ve kayıp hareket, imalatın
doğruluğunu etkileyen diğer etkendir. Bu nedenlerle, sayısal kontrollü tezgâhlarda
trapez, V veya kare kesitli dişlerin kullanıldığı vida ve somunun yerini dolaşımlı
bilyeli vida ve somun (“Recirculating ball and nut”) almıştır.
Dolaşımlı bilyeli vida ve somun sisteminde (Şekil 4.11) vida bilyelerin içinde hareket
ettiği sertleştirilmiş bir yataktır. Somun ise vidadaki yatağın içinde hareket eden
bilyeleri taşır. Bilyeler somun içinde bir uçtan diğer uca yuvarlanırlar ve buradan da
somunun içindeki dönüş yolundan geçerek tekrar başlangıç konumuna gelirler.
Somun içinde kullanılan bilyeler somun ile
vida
arasındaki
fiziksel
teması
sağlayarak kaymalı sürtünme yerine
yuvarlanmalı sürtünmeye neden olur.
Yuvarlanmalı sürtünme ise hareketin
başlangıcındaki statik sürtünmeyi en
aza indirerek yapış-kay hareketini önler.
Ayrıca dolaşımlı bilyeli vida ve somunlar
düşük kinematik sürtünme katsayısı
nedeniyle %98’lere varan mekanik
verimle
çalışmaktadırlar.
Bu
özelliklerinin yanı sıra düşük aşınma
özellikleri de döner bilyeli sistemler için
önemli tercih nedenleri olmaktadır.
VİDEO
VİDEO

Krameyer dişliler (karameyer ve küçük dişli) hareket mesafesi uzun ve büyük
tezgâhlarda kullanılırlar. Vida ve somunlu sistemlerdeki vida boyu sınırlaması
krameyer dişli uygulamalarında yoktur. İlerleme sisteminin esnemezliği
hareket mesafesine bağlı değildir. Konumlamadaki doğruluk ise diğer
yöntemler kadar iyi değildir.
VİDEO
Download

Konu 2