CNC Dik İşleme Merkezleri, ‘CNC Takım Tezgahları’ familyasının en gözde üyesidir. CNC Dik İşleme Merkezlerinin, gelişimi ve özelliklerini sıralamadan önce, kısaca CNC’nin gelişimini bir kez daha hatırlayalım derim.
CNC kelime manası olarak, ‘Computer Numeric Control’ (Bilgisayar Destekli Nümerik Kontrol) anlamına gelmektedir. İlk takım tezgahları tamamen insan kuvveti ile tahrik edilen makinalardı. Daha sonraları elektriğin kullanımının yaygınlaşması ile ve elektronikteki gelişmeler neticesinde NC (Numerik Kontrol) tezgahlar yaygınlaştı. Elektronik ve bilgisayar teknolojisindeki sonraki gelişmeleri takiben ilk CNC tezgahlar 1940’larda havacılık sanayindeki hassas parçaların işlenmesi amacıyla oluşan talepten tasarlanmıştır. Dünya çapında ve özellikle Avrupa’da 1950 sonlarına doğru iyice popüler olmaya başlamış, bugünlere uzanan yolculuğunun ilk adımlarını atmıştır.

CNC’ler, kendi içinde birçok göreve ayrılmaktadır. Bunlar tornalama, frezeleme (yatay ve dikey), delik delme-diş çekme, belirli bir kontur’a göre kesim, özel üretimler için kaynak ve montaj, değişik otomasyon ve üretim ihtiyaçlarında kullanılmak için şekillendirme tezgâhları olarak sıralayabiliriz.

Konumuz olan CNC Dik İşleme Merkezleri ise, frezelerin en gelişmişidir. Diğer aile fertlerine göre çalışma prensibi ve sunduğu imkanlar bakımından, talaşlı üretim sektörünün en işlevsel makinasıdır. Dik işleme Merkezleri genel CNC prensibi olarak, milimetre ya da inch olarak verilen hedef sayısal koordinatlara tezgahın iş milinin takip etmesidir.

Teknik çizimde görülen yüzeylerin, formların, deliklerin, kılavuz ve diğer tüm frezeleme operasyonlarının noktasal takip prensibi ile makinanın bilgisayar destekli kontrolcüsüne aktarılması yoluyla tezgâhın otomatik olarak çalışması sağlanmaktadır.

Kontrol sistemleri bilgisayar teknolojisi ile bütünleşmiş olduğundan kendi hafızaları, disket sürücüleri, hafıza kartları ve günümüzde kendi üzerlerinde bulunan harddiskleri üzerinden çalışabilmektedir. Gelişen kontrol üniteleri birçok frezeleme operasyonu kontrol içerisinde ‘cycle’ diye tanımlanan ve soru cevap şeklinde doldurulup çalıştırılan alt programlar içerir. Bu programlar ile delik delme, diş çekme, havuz boşaltma ve elle serbest çizimle belirlenen formların işlenmesi mümkündür. Aynı zamanda iki boyutlu bir teknik resmin dxf formatında tezgahın kontrol ünitesine aktarılıp işlenmesi de mümkündür.

Dik İşleme Merkezleri 3 eksen, 4 eksen ve 5 eksen olarak çalışabilmektedir.

Geçmişten günümüze yapılan tasarımlara bir göz atar isek avantajları ve dezavantajları ortaya çıkar. Burada ilk dikkat edilmesi gereken bahsi geçen eksen hareketi olduğunda takım mı iş parçasının mı hareket edeceğidir.
 
1) X,Y,Z ekseni kesici takımda ve iş parçası sabit (tabla sabit) (tam köprü)
Bu tasarıma aynı zamanda modifiye edilmiş köprü tasarımı da denilmektedir.

2) Y ekseni altta iş parçasında(tabla hareketli)

Bu tasarımda iş milinin altında kalan parça Y ekseni boyunca ‘köprü’nün altında hareket eder.

3) X,Y hareketi altta (tabla hareketli) Z ekseni kesici takımda.(standart tip) olarak sıralayabiliriz.
4 eksen tasarımlar ise genelde tabla üzerine divizör bağlamak ya da gerçek bir 5 eksen Makinanın 4. eksenini kullanmamakla elde edilir. Bu durumda 5. eksen kilitlenmektedir (yardımcı M fonksiyonları ile)

5 eksen CNC Dik İşleme makinalarında yapılmış bazı tasarımlara bakar isek;

1) A ekseni yan duvarlar içerisinde; (tabla – tabla kinematiği)

X,Y,Z ekseni lineer hareketler kesici takımda üst köprüde (en optimum tasarım) Bu tasarımda C ekseni A ekseni içine monte edilmiştir.

2) A ve C (4.ve 5.eksen) + Y ekseni tablada.

X ve Z ekseni kesici takımda (3 eksen makinada tablaya divizör montajı ile elde edilir hassas değillerdir.(Genel olarak Uzakdoğu tasarımı diyebiliriz)
Bazı tasarımlarda X,Y ekseni beraber tablada olup, yine A/C divizor tabla üzerine montaj edilir.

3) C (4. Döner eksen) X ve Z tablada Y ve A kesici takımda

4) X, Z ve döner eksen B takımda, Y ve döner eksen C iş parçasında

5) Tüm eksenler iş milinde (X,Y,Z,A,C) Büyük ebatlı iş parçalarının işlenmesinde bu tasarım kullanılır. (1200 mm ve üstü ) olarak sıralayabiliriz.

İşleme operasyonları esnasında makina konstrüksiyonuna göre kesici takımın parça etrafında ve üzerinde verilen komutlara göre hareketi ile ya da kesici takımın iş parçasının verilen komutlara göre kesici takıma yaklaşıp uzaklaşması prensibi ile hareket ederek istediğimiz formu işleriz.

İş parçasının bir ‘köprü’ altında durduğu tasarıma köprü tip tasarım denmektedir. Önceki resimlerde modifiye edilmiş köprü tipi tasarımdan da bir resim ile bahsetmiştik. Bu durumda iş parçası sabit kalacaktır. Köprü tipi tasarımlar klasik tasarıma göre daha yenidir ve hızlı eksenler parça ağırlığından bağımsız bir çalışma metodu ile hareket ettiğinden çok avantajlıdır. Makina ömrünü uzatmakta, parça ağırlığından bağımsız hareket ile hızlı, hassas ve kaliteli çalışma elde etmemizi sağlamaktadır. Bir başka tasarım ile hassasiyet avantajına değinebiliriz.

Y-Ekseninde iyi yatak oranı   Y-Ekseninde kötü yatak oranı

Y ekseni ileri gelmektedir ve iş mili gövdeki yataklamadan uzaklaşmaktadır. Burada dikkat edilmesi gereken, iş milinin ağırlığından dolayı öne geldiğinde oluşacak sarkmalardır. Aynı zamanda işleme esnasında iş mili arabaya en uzak mesafesinde en çok moment kuvvetlerine maruz kalacağıdır. Bazı kaynaklarda buna yatak oranı denmektedir ve iş milinin ilk arabaya olan uzaklığının ilk arabanın ikinci arabaya olan mesafesine bölünmesi ile elde edilir. İkinci resimde görüleceği gibi bu oran sabit değildir ve Y ekseni öne geldikçe kötüleşir.

Alternatif tasarımı inceler isek, bu bahsettiğimiz modifiye edilmiş köprü tasarımı olmaktadır;

Y ekseni öne geldiğinde yatak oranı sabit kalmaktadır. Y ekseni gövde üzerindeki devam eden yataklar sayesinde sürekli desteklenir ve bahsedilen sarkmalar önlenir. Aşağıdaki resimde devam eden yatakları görebilirsiniz.

3.eksen işleme merkezlerinde bu tasarımdaki makinalara yatırım yapmak üretim hızı ve kalitesi anlamında diğer tasarımlara üstünlük sağlamaktadır.

5 eksen işleme merkezlerinde ise durumu şu şekilde anlatabiliriz.

Eğer bir elma yemek istiyorsak ve elmayı elimize alabileceğimiz bir noktada ise bileğimizi tabla-tabla kinematiğindeki resimdeki gibi parçayı taşıyan C ekseni kabul edip bilekten döndürdüğümüz elmayı avucumuzun içinde tutup istediğimiz tarafını kolayca ısıracağımız şekilde çevirmekteyiz. Bu metod en iyi 5 eksen işleme metodudur.

İşleyeceğimiz parçanın çok büyük olduğu durumlarda ise izleyeceğimiz yöntemi yine elma örneği ile anlatırsak, aynı elmayı dalından koparmadan ve elimize almadan yediğimizi hayal edelim. Bu durumda sadece etrafında dönerek ısırmak suretiyle bu elmayı yiyebiliriz. Bu işlem birinci metoda göre zahmetli ve zor olsa da bazı durumda kaçınılmazdır. Bu tasarıma kafa-kafa kinematiği denilmektedir ve zorunlu olduğumuzda özellikle çok çok ağır parçalarda kullanırız. En büyük dezavantajı iş parçasının etrafında gezinmemiz gerektiğinde ‘takip hareketi’ dediğimiz takımın parçayı takip etmesi gereken hareketler çok artmaktadır.

Ayrıca aynı ebatlı bir iş parçasını işleyebilmemiz için gereken tezgah büyüklüğü çok artmaktadır.
Bu bilgilerin devamı olarak dik işleme merkezlerinde bizlerin çeşitli opsiyon kullanımı mümkündür, genelde magazin tabir ettiğimiz kesici takım depoları mevcuttur. Program da kullanılacak tüm takımlar ve genel amaçlı işleme için kullandığımız takımlar her zaman magazinde bulunmakta ve makina bunu otomatik olarak değiştirip kullanmaktadır. Uzun operasyonlarda ve kırılma kontrollerinde program durdurma ve kaldığı yerden başlama imkanımız vardır. Takım içinden basınçlı su (örn.40 bar,80bar) yardımı ile derin delik delme işlemini yine dik işlem tezgahlarında yapmak mümkündür. Basınçlı soğutma suyu sayesinde talaş sıkışmaz ve tahliye olur. Bunun dışında takımlarımızı ölçmek için laser teknolojisi artık sıkça kullanılmaktadır. Kardeş takımlandırma dediğimiz bir takımdan birkaç adet magazine konur ve yapılan otomatik program sayesinde takım her iş sonunda ya da belli bir kesme mesafesinden sonra tekrar ölçülür. Takım tablosuna girilen aşınma miktarına göre takım kullanılmaz ya da kardeş takım ile değiştirilir. Problar kullanılarak iş parçasını sıfırlamak ve ölçümler almak mümkündür.

Parça formları ne kadar değişken açılı ve karmaşık bir hal alırsa alsın, işleme merkezleri bu zorluklara karşı çeşitlenen işleme yöntemleri ile cevap vermektedir.

Adnan Coşkun
Hermakina CNC Takım Tezgahları
Teknik Servis Sorumlusu

ST. Makina Dergisi / Şubat 2010