CNC Tezgahlarda Yüksek Hızda Talaşlı İmalat

Yazar: Tolga Mertoğlu, Makine Müh

Yüksek Hızda Talaşlı İmalat, Havacılık/ Uzay sanayi, Otomotiv ve Kalıpçılık konularında CNC tezgahlarda parça işleyen firmalarda kullanılmaya başlanan yeni bir işleme yöntemidir. Bu yöntem genel anlamda yüksek devir ve ilerlemelerde, düşük kesme pasosu ile küçük takımlar kullanılarak yapılan kesme işlemidir.


Yüksek Hızda işleme yapılabilmesi için gerekli şartlar olan CNC tezgahın mekanik yapısı, CNC kontrol sistemi, CAM sistemi, DNC sistemi ve kullanılcak kesici takımın belirli şartları sağlaması ile gerçekleştirilebilir
High Speed CNC tezgahların kontrol sisteminin performansı genellikle program datasının bir bloğunu, işleme alabilme yani tezgahta harekete dönüştürme süresi olarak ölçülür. Standart ivmesi 1m/s² bir CNC tezgahta bir satır bloğun işleme alınma süresi 10 milisaniye olduğu zaman 5-10 mikron tolerans bandı içinde kalarak doğru kordinatlarda pozisyonlama yapabilmesini gerektirir. Ancak yüksek hızda işleme yapabilen yeni nesil CNC tezgahlarda ivmelenme değerleri 3 veya 4 katına çıkabilmektedir. Bu durumda tezgahın bir satır bloğunu işleme süresi 4 milisaniyeye kadar düşmesi ile aynı toleranslarda parça işlenmesini sağlayabilmesi gerekir

Bütün bu işlemler ile beraber High Speed CNC tezgahlarda kontrol sisteminin işlenen blok satırının çok ötesindeki satırları daha önceden okuyup yorumlaması gerekmekedir. Bu sayede tezgah hareketlerinin kesintisiz olması sağlanır. Aksi taktirde çok küçük süreli de olsa meydana gelebilecek olan hareket kesintilerinde yüzey üzerinde pürüzler oluşması engellenemez…
Yukarıda belirtilen hızlarda metal kesme işlemlerinde tezgah mili (spindle), eksen sürücü motorları, kontrol ünitesi, kesici takım, soğutma sıvısı, tezgah rijitliği gibi tüm etkenlerin bir sinerji oluşturarak, kesici takım üzerine gelen kesme kuvvetleri, işleme süresi azalır, takım ömrü artar,yüzey kalitesi ayrıca bir finiş işlemine gerek kalmayacak kadar düzgün olarak elde edilir.
High Speed CNC lerde normal CNC tezgahlara göre ısı yükselmesi ve titreşimlerin daha fazla olması beklenir. Dolayısı ile High Speed CNC tezgahların mekanik olarak yapısının farklı olması zorunluluğu ortaya çıkmaktadır
CNC tezgahların hareket sistemi bilindiği gibi bilyalı yataklar ile sağlanmaktadır.
High speed CNC tezgahlarda kullanılan bilyalı yataklar şekilde görüleceği gibi farklı çap ve adımda imal edilmektedir. Çap ve adımdaki farklılık döme hızı, tork ve eksen motorununu gücü ve bütün bunlar sayesinde tezgah tablasının istenilen ilerleme değerlerinde ilerlemesi ve eksenel itme kuvvetini belirler. Büyük adımlı bilyalı yatakta, küçük adımlı bilyalı yatağa göre aynı mesafeyi gidebilmek için eksen motorunun daha az dönmesi ancak daha güçlü bir motor kullanılması gerekir. Dönme sayısının artması yataklarda daha fazla sürtünme meydana getireceğinden sürtünmeden doğan bir ısı birikimi ortaya çıkar. Oluşan ısı birikimi ise tezgah yataklarında istenmeyen bir genleşmeye sebep olur.
Yapılan denemelerde, 500 mm boyundaki bir bilyalı yatakta 1°C’lik sıcaklık yükselmesi 0.006mm’lik genleşmeye sebep olmaktadır. Genleşmeden meydana gelen pozisyonlama hatası ise CNC tezgahlarda istenilmeyen bir durumdur. Bilyalı yataklarda oluşan ısının alınabilmesi için, yeni teknoloji bilyalı yataklara delik delinerek, deliklerin içerisinden Ethylin-Glycol soğutucu maddesi dolaştırılmaktadır. Bu sayede hızlı hareketlerden kaynaklanan ısı alınarak yataklarda oluşabilecek genleşme azaltılmaktadır.
Yandaki grafikte, 40mm çapındaki bir bilyalı yatakta 10m/dak ilerleme ile 500m lik hareket sonunda soğutma sistemi kullanan bir yatak ile kullanılmayan yatak arasındaki sıcaklık yükselmesindeki fark verilmiştir.
High Speed Tezgahlarda spindle max devrinin 12.000 dev/dk’dan başlaması önerilir. Bu sayede Yüksek devirlerde çalışma imkanı sağlanarak minimum yüzey pürüzlülük değerlerine ulaşılır.Yüksek devirlerde çalışmaktan kaynaklanan tork değerlerinin düşmesi direkt drive ve built in motorların kullanılmasıyla minimize edilmiş olur.
CNC tezgahlarda yüksek devirlerde çalışma esnasında çıkan problemlerden biri de yüksek devirlerde takımların salgısının artması problemidir. Bu sebeble 15.000 dev/dk ve daha yüksek devirli tezgahlarda BT, ISO gibi konik çektirmeli tutucular yerine BBT tarzı duble kontak (konik ve alın çektirmeli) tutucular kullanılarak salgı problemi en aza indirilmesi sağlanır.
Yüksek Hızla Kesim Yapan (high speed) CNC Tezgahlarda yüksek kesme hızlarına çıkıldığında profilli, dar açılı kesimlerde düzgün ve iz yapmadan kesim yapılabilmesi yüzey pürüzlülük değerlerinin çok düşük olması istenen parçalarda RISC işlemcili NURBS Interpolasyon işlemi uygulanır. (NURBS&RISC), Bu uygulamayı genellikle Uçak Sanayi, Tıp sektörü, Hassasiyetin çok yüksek olduğu otomotiv parçaları ve hassas kalıp imalatında kullanılır.
RISC işlemci kullanılan kontrol Ünitelerinde düzlemsel ve dairesel yüzeyler elde edilirken her 0.00 1 mm ye 1 nokta koyup bu noktalar doğrularla birleştirilerek yüzeyler tanımlanır.
RISC İşlemci kullanılmayan kontrol ünitelerinde yüzeyler tanımlanırken ise 1 mm ye 1 nokta koyup bu noktalar doğrularla birleştirilerek yüzeyler tanımlanır. NURBS İnterpolasyonu ise imal edilecek parçanın tanıtılmasında notaların düzlemlerle birleştirilmesiyle değil bu noktaların interpolasyon şeklinde ortalama eğrilerle birleştirilmesiyle tanımlanır. NURS&RISC kullanılan tezgahlarda yüzey hassasiyeti ve kesme hızları max seviyelere çıkar.
“High Speed” kavramı, sanayicilerin bir çoğunun anladığı şekilde tek bir özelliğe bağlı olmayıp; tezgahın birçok özelliklerinin bir arada sağlanmasıyla oluşmaktadır. Kısa bir gelecektede bu tür makinelerin yaygın şekilde kullanılarak imalatımıza yön vermesi daha hızlı ve daha hassas imalat yapabilmemiz sağlanacaktır.
Kaynak: Turkcadcam