Hassas İşleme, dar toleranslı yüzey işlemleri sırasında iş parçasından malzeme çıkarma işlemidir. Hassas makinelerin frezeleme, tornalama ve elektro-erozyon işleme dahil olmak üzere birçok türü vardır. Günümüzde hassas makineler genellikle Bilgisayar Sayısal Kontrol (CNC) kullanılarak kontrol edilir.
Plastik ve ahşap gibi diğer birçok malzeme gibi, neredeyse tüm metal ürünler hassas işleme gerektirir. Bu makineler, uzman ve eğitimli makinistler tarafından kullanılır. Kesici takımın işini yapabilmesi için, doğru kesimi sağlayacak şekilde belirtilen yönlerde hareket ettirilmesi gerekir. Bu birincil harekete "kesme hızı" denir. İş parçası da hareket ettirilebilir ve bu da "ilerleme" ikincil hareketi olarak bilinir. Bu hareketler ve kesici takımın keskinliği, birlikte hassas makinenin çalışmasını sağlar.
Kaliteli hassas işleme, AutoCAD ve TurboCAD gibi CAD (bilgisayar destekli tasarım) veya CAM (bilgisayar destekli üretim) programları tarafından hazırlanan son derece özel planları takip edebilme becerisi gerektirir. Yazılım, bir alet, makine veya nesnenin üretimi için gereken karmaşık, 3 boyutlu diyagramların veya taslakların oluşturulmasına yardımcı olabilir. Bir ürünün bütünlüğünü koruması için bu planlara büyük bir titizlikle uyulmalıdır. Çoğu hassas işleme şirketi bir tür CAD/CAM programı kullansa da, bir tasarımın ilk aşamalarında genellikle elle çizilmiş eskizlerle çalışırlar.
Hassas işleme, çelik, bronz, grafit, cam ve plastik gibi birçok malzeme üzerinde kullanılır. Projenin büyüklüğüne ve kullanılacak malzemelere bağlı olarak çeşitli hassas işleme takımları kullanılır. Torna tezgahları, freze makineleri, matkap presleri, testereler ve taşlayıcılar ve hatta yüksek hızlı robotiklerin herhangi bir kombinasyonu kullanılabilir. Havacılık ve uzay endüstrisi yüksek hızlı işleme kullanırken, bir ağaç işleme aleti yapım endüstrisi foto-kimyasal aşındırma ve frezeleme işlemlerini kullanabilir. Bir üretimin veya belirli bir ürünün belirli bir miktarının sayısı binlerce olabilir veya sadece birkaç olabilir. Hassas işleme genellikle CNC cihazlarının programlanmasını gerektirir, bu da bilgisayar sayısal olarak kontrol edildikleri anlamına gelir. CNC cihazı, bir ürünün üretimi boyunca kesin boyutların takip edilmesini sağlar.
Frezeleme, kesiciyi belirli bir yönde iş parçasına ilerletmek (veya beslemek) suretiyle iş parçasından malzeme çıkarmak için döner kesiciler kullanan bir işleme sürecidir. Kesici ayrıca, takımın eksenine göre bir açıda da tutulabilir. Frezeleme, küçük tekil parçalardan büyük, ağır hizmet tipi toplu frezeleme işlemlerine kadar çok çeşitli farklı işlemleri ve makineleri kapsar. Özel parçaları hassas toleranslarla işlemek için en yaygın kullanılan işlemlerden biridir.
Frezeleme, çok çeşitli takım tezgahlarıyla yapılabilir. Frezeleme için kullanılan ilk takım tezgahı sınıfı, freze makinesiydi (genellikle freze olarak adlandırılır). Bilgisayar sayısal kontrolünün (CNC) ortaya çıkmasından sonra, freze makineleri işleme merkezlerine dönüşmüştür: otomatik takım değiştiriciler, takım magazinleri veya döner tablalar, CNC kabiliyeti, soğutma sistemleri ve muhafazalarla zenginleştirilmiş freze makineleri. Freze merkezleri genellikle dikey işleme merkezleri (VMC'ler) veya yatay işleme merkezleri (HMC'ler) olarak sınıflandırılır.
Frezelemenin tornalama ortamlarına entegrasyonu ve tersi, torna tezgahları için canlı takımlama ve tornalama işlemleri için zaman zaman frezelerin kullanılmasıyla başladı. Bu, aynı çalışma alanında frezeleme ve tornalamayı kolaylaştırmak için özel olarak tasarlanmış yeni bir takım tezgahı sınıfı olan çoklu görev makinelerinin (MTM'ler) ortaya çıkmasına yol açtı.
Tasarım mühendisleri, Ar-Ge ekipleri ve parça tedarikine bağımlı üreticiler için hassas CNC işleme, ek işleme gerek kalmadan karmaşık parçaların üretilmesini sağlar. Hatta hassas CNC işleme, çoğu zaman tek bir makinede bitmiş parçaların üretilmesini mümkün kılar.
İşleme süreci, malzemeyi kaldırır ve bir parçanın nihai ve genellikle oldukça karmaşık tasarımını oluşturmak için çok çeşitli kesici takımlar kullanır. Hassasiyet seviyesi, işleme takımlarının kontrolünü otomatikleştirmek için kullanılan bilgisayarlı sayısal kontrol (CNC) kullanımıyla artırılır.
Hassas işlemede "CNC"nin rolü
Kodlanmış programlama talimatları kullanılarak hassas CNC işleme, bir iş parçasının makine operatörünün manuel müdahalesine gerek kalmadan, spesifikasyonlara göre kesilmesine ve şekillendirilmesine olanak tanır.
Uzman bir makinist, bir müşteri tarafından sağlanan bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelini kullanarak, parçanın işlenmesi için talimatlar oluşturmak üzere bilgisayar destekli üretim yazılımını (CAM) kullanır. Yazılım, CAD modeline dayanarak hangi takım yollarının gerekli olduğunu belirler ve makineye şunları söyleyen programlama kodunu oluşturur:
■ Doğru RPM'ler ve besleme hızları nelerdir?
■ Aletin ve/veya iş parçasının ne zaman ve nereye taşınacağı
■ Ne kadar derin kesilmeli
■ Soğutma sıvısı ne zaman uygulanmalı?
■ Hız, ilerleme hızı ve koordinasyonla ilgili diğer faktörler
Daha sonra bir CNC kontrolörü, programlama kodunu kullanarak makinenin hareketlerini kontrol eder, otomatikleştirir ve izler.
Günümüzde CNC, torna tezgahlarından frezelere ve frezelerden tel erozyonuna (elektrikli deşarj işleme), lazer ve plazma kesme makinelerine kadar çok çeşitli ekipmanların yerleşik bir özelliğidir. CNC, işleme sürecini otomatikleştirmenin ve hassasiyeti artırmanın yanı sıra, manuel görevleri ortadan kaldırır ve makinistlerin aynı anda çalışan birden fazla makineyi denetlemelerine olanak tanır.
Ayrıca, bir takım yolu tasarlanıp bir makine programlandıktan sonra, bir parçayı istediğiniz kadar çalıştırabilirsiniz. Bu, yüksek düzeyde hassasiyet ve tekrarlanabilirlik sağlayarak süreci son derece uygun maliyetli ve ölçeklenebilir hale getirir.
İşlenmiş malzemeler
Yaygın olarak işlenen metallerden bazıları alüminyum, pirinç, bronz, bakır, çelik, titanyum ve çinkodur. Ayrıca ahşap, köpük, fiberglas ve polipropilen gibi plastikler de işlenebilir.
Aslında, hassas CNC işleme ile hemen hemen her türlü malzeme kullanılabilir; elbette uygulamaya ve gereksinimlere bağlı olarak.
Hassas CNC işlemenin bazı avantajları
Üretilen ürünlerin geniş bir yelpazesinde kullanılan birçok küçük parça ve bileşen için hassas CNC işleme genellikle tercih edilen üretim yöntemidir.
Hemen hemen tüm kesme ve işleme yöntemlerinde olduğu gibi, farklı malzemeler farklı davranır ve bir bileşenin boyutu ve şekli de işlem üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Ancak genel olarak hassas CNC işleme süreci, diğer işleme yöntemlerine göre avantajlar sunar.
Çünkü CNC işleme şu olanakları sunabilmektedir:
■ Yüksek düzeyde parça karmaşıklığı
■ Genellikle ±0,0002" (±0,00508 mm) ile ±0,0005" (±0,0127 mm) arasında değişen sıkı toleranslar
■ Özel yüzeyler de dahil olmak üzere olağanüstü pürüzsüz yüzey kaplamaları
■ Yüksek hacimlerde bile tekrarlanabilirlik
Usta bir makine operatörü kaliteli bir parçayı 10 veya 100 adetlik miktarlarda üretmek için manuel torna tezgahını kullanabilirken, 1.000 parçaya, 10.000 parçaya, 100.000 parçaya veya bir milyon parçaya ihtiyacınız olduğunda ne olur?
Hassas CNC işlemeyle, bu tür yüksek hacimli üretim için gereken ölçeklenebilirlik ve hızı elde edebilirsiniz. Ayrıca, hassas CNC işlemenin yüksek tekrarlanabilirliği, kaç parça üretirseniz üretin, baştan sona aynı parçaları elde etmenizi sağlar.
Tel Erozyon (elektriksel deşarj işleme), eklemeli işleme ve 3D lazer baskı gibi CNC işlemenin bazı oldukça özel yöntemleri vardır. Örneğin, tel Erozyon, iletken malzemeler (genellikle metaller) ve elektrik deşarjları kullanarak bir iş parçasını karmaşık şekillere dönüştürür.
Ancak burada, hassas CNC işlemede yaygın olarak kullanılan ve sıklıkla kullanılan iki çıkarma yöntemi olan frezeleme ve tornalama işlemlerine odaklanacağız.
Frezeleme ve tornalama
Frezeleme, dönen, silindirik bir kesme aleti kullanarak malzemeyi çıkarmak ve şekiller oluşturmak için kullanılan bir işleme sürecidir. Frezeleme ekipmanı, freze veya işleme merkezi olarak da bilinir ve işlenmiş metalden yapılmış en büyük nesneler üzerinde karmaşık parça geometrileri oluşturur.
Frezelemenin önemli bir özelliği, kesici takım dönerken iş parçasının sabit kalmasıdır. Başka bir deyişle, bir frezede dönen kesici takım, bir yatak üzerinde sabit duran iş parçasının etrafında hareket eder.
Tornalama, torna adı verilen bir ekipmanda bir iş parçasını kesme veya şekillendirme işlemidir. Torna, genellikle iş parçasını dikey veya yatay bir eksende döndürürken, sabit bir kesme takımı (dönüyor olabilir veya olmayabilir) programlanmış eksen boyunca hareket eder.
Takım, parçanın etrafında fiziksel olarak hareket edemez. Malzeme döner ve takımın programlanmış işlemleri gerçekleştirmesini sağlar. (Takımların makaralı bir tel etrafında döndüğü bir torna alt grubu vardır, ancak bu burada ele alınmamaktadır.)
Tornalamada, frezelemenin aksine, iş parçası döner. Parça stoğu torna tezgahının milinde döner ve kesici takım iş parçasıyla temas ettirilir.
Manuel ve CNC işleme
Hem frezelerin hem de torna tezgahlarının manuel modelleri mevcut olsa da, CNC makineleri küçük parça üretimi için daha uygundur; sıkı toleranslı parçaların yüksek hacimli üretimini gerektiren uygulamalar için ölçeklenebilirlik ve tekrarlanabilirlik sunar.
Takımın X ve Z eksenlerinde hareket ettiği basit 2 eksenli makinelerin yanı sıra, hassas CNC ekipmanları, iş parçasının da hareket edebildiği çok eksenli modelleri de içerir. Bu durum, iş parçasının sadece dönmekle sınırlı olduğu ve takımların istenen geometriyi oluşturmak için hareket ettiği torna tezgahlarından farklıdır.
Bu çok eksenli konfigürasyonlar, makine operatöründen ek iş gerektirmeden tek bir işlemde daha karmaşık geometrilerin üretilmesine olanak tanır. Bu, karmaşık parçaların üretimini kolaylaştırmanın yanı sıra, operatör hatası olasılığını da azaltır veya ortadan kaldırır.
Ayrıca hassas CNC işlemede yüksek basınçlı soğutma sıvısının kullanılması, dikey konumdaki iş mili kullanılan bir makinede bile talaşların iş parçasına karışmasını engeller.
CNC frezeleri
Farklı freze makineleri boyutları, eksen konfigürasyonları, ilerleme oranları, kesme hızları, freze ilerleme yönü ve diğer özellikleri bakımından farklılık gösterir.
Ancak genel olarak, CNC frezelerin tümü istenmeyen malzemeleri kesmek için dönen bir mil kullanır. Çelik ve titanyum gibi sert metalleri kesmek için kullanılırlar, ancak plastik ve alüminyum gibi malzemelerle de kullanılabilirler.
CNC frezeler, tekrarlanabilirlik için tasarlanmıştır ve prototiplemeden yüksek hacimli üretime kadar her şey için kullanılabilir. Yüksek hassasiyetli CNC frezeler genellikle ince kalıpların ve kalıpların frezelenmesi gibi dar toleranslı işlerde kullanılır.
CNC frezeleme hızlı bir işlem süreci sunabilse de, frezeleme sonrası son işlem, görünür takım izleri olan parçalar oluşturur. Ayrıca, bazı keskin kenarlar ve çapaklar içeren parçalar da üretebilir; bu nedenle, kenarlar ve çapaklar bu özellikler için kabul edilemezse ek işlemler gerekebilir.
Elbette, sıraya programlanmış çapaksızlaştırma aletleri çapaksızlaştırma işlemini yapacaktır, ancak genellikle bitmiş parça gereksiniminin en fazla %90'ını karşılar ve bazı özellikleri son elle bitirmeye bırakır.
Yüzey kalitesi açısından, sadece kabul edilebilir bir yüzey kalitesi değil, aynı zamanda iş ürününün bazı kısımlarında ayna benzeri bir yüzey kalitesi de üretecek aletler mevcuttur.
CNC freze çeşitleri
Freze makinelerinin iki temel tipi vardır: Dikey işleme merkezleri ve yatay işleme merkezleri. Aralarındaki temel fark, makine milinin yönelimindedir.
Dikey işleme merkezi, mil ekseninin Z ekseni yönünde hizalandığı bir frezedir. Bu dikey makineler iki türe ayrılabilir:
■Mil kendi eksenine paralel hareket ederken tabla milin eksenine dik hareket eden yatak frezeleri
■Milin sabit olduğu ve tablanın kesme işlemi sırasında her zaman milin eksenine dik ve paralel olacak şekilde hareket ettirildiği taret frezeler
Yatay işleme merkezlerinde, frezenin mil ekseni Y ekseni yönünde hizalanmıştır. Yatay yapı, bu frezelerin makine atölyesinde daha fazla yer kaplamasına neden olur; ayrıca genellikle dikey makinelerden daha ağır ve daha güçlüdürler.
Daha iyi bir yüzey kalitesi gerektiğinde genellikle yatay freze kullanılır; çünkü milin yönü, kesme talaşlarının doğal olarak düşmesini ve kolayca çıkarılmasını sağlar. (Ek bir avantaj olarak, verimli talaş kaldırma, takım ömrünün artmasına yardımcı olur.)
Dikey işleme merkezleri genellikle yatay işleme merkezleri kadar güçlü olabildikleri ve çok küçük parçaları işleyebildikleri için daha yaygındır. Ayrıca, dikey merkezlerin kapladığı alan yatay işleme merkezlerine göre daha küçüktür.
Çok eksenli CNC frezeler
Hassas CNC freze merkezleri birden fazla eksenle mevcuttur. 3 eksenli bir freze, çok çeşitli işler için X, Y ve Z eksenlerini kullanır. 4 eksenli bir freze ise, makine dikey ve yatay eksende dönebilir ve iş parçasını hareket ettirerek daha sürekli işleme olanağı sağlar.
5 eksenli bir freze, üç geleneksel eksen ve iki ek döner eksene sahiptir ve bu sayede iş parçası, mil kafası etrafında hareket ettikçe döndürülebilir. Bu sayede, iş parçasını çıkarmadan ve makineyi sıfırlamadan iş parçasının beş kenarı işlenebilir.
CNC torna tezgahları
Torna tezgahı (aynı zamanda tornalama merkezi olarak da bilinir), bir veya daha fazla iş mili ve X ve Z eksenlerine sahiptir. Bu tezgah, iş parçasını kendi ekseni etrafında döndürerek çeşitli kesme ve şekillendirme işlemleri gerçekleştirir ve iş parçasına çok çeşitli takımlar uygular.
Canlı hareketli takım tezgahları olarak da adlandırılan CNC torna tezgahları, simetrik silindirik veya küresel parçalar üretmek için idealdir. CNC frezeler gibi, CNC torna tezgahları da prototipleme gibi daha küçük işlemleri gerçekleştirebilir, ancak aynı zamanda yüksek tekrarlanabilirlik için de ayarlanabilir ve yüksek hacimli üretimi destekler.
CNC torna tezgahları aynı zamanda nispeten eller serbest üretim için de kurulabilir, bu da onları otomotiv, elektronik, havacılık, robotik ve tıbbi cihaz endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır hale getirir.
CNC torna tezgahı nasıl çalışır?
CNC torna tezgahında, stok malzemeden yapılmış boş bir çubuk, torna tezgahının milindeki aynaya yüklenir. Bu ayna, mil dönerken iş parçasını yerinde tutar. Mil gerekli hıza ulaştığında, sabit bir kesme takımı iş parçasıyla temas ettirilerek malzeme kaldırılır ve doğru geometri elde edilir.
Bir CNC torna tezgahı, delme, diş açma, delme, raybalama, alın tornalama ve konik tornalama gibi birçok işlemi gerçekleştirebilir. Farklı işlemler takım değişikliği gerektirir ve maliyeti ve kurulum süresini artırabilir.
Gerekli tüm işleme işlemleri tamamlandığında, parça, gerekirse daha ileri işlemler için stoktan kesilir. CNC torna tezgahı, genellikle arada çok az veya hiç ek kurulum süresi gerektirmeden işlemi tekrarlamaya hazır hale gelir.
CNC torna tezgahları ayrıca çeşitli otomatik çubuk besleyicileri de barındırabilir; bu da manuel hammadde taşıma miktarını azaltır ve aşağıdaki gibi avantajlar sağlar:
■ Makine operatörünün ihtiyaç duyduğu zaman ve çabayı azaltın
■ Hassasiyeti olumsuz etkileyebilecek titreşimleri azaltmak için çubuk stoğu destekleyin
■ Takım tezgahının optimum mil hızlarında çalışmasını sağlayın
■ Değişim sürelerini en aza indirin
■ Malzeme israfını azaltın
CNC torna tezgahlarının çeşitleri
Torna tezgahlarının birçok farklı çeşidi vardır ancak en yaygın olanları 2 eksenli CNC torna tezgahları ve Çin tipi otomatik torna tezgahlarıdır.
Çoğu CNC Çin torna tezgahı, bir veya iki ana mil ve bir veya iki arka (veya ikincil) mil kullanır; ana mil, bir kılavuz burcunun yardımıyla birincil işleme işlemini gerçekleştirir.
Ayrıca bazı Çin tipi torna tezgahları CNC freze görevi gören ikinci bir takım başlığıyla donatılmıştır.
CNC Çin tipi otomatik torna tezgahında, stok malzemesi kayar başlıklı bir mil vasıtasıyla kılavuz burca beslenir. Bu, aletin malzemeyi desteklendiği noktaya daha yakın kesmesini sağlar ve bu da Çin tezgahının özellikle uzun, ince tornalanmış parçalar ve mikro işleme için avantajlı olmasını sağlar.
Çok eksenli CNC torna merkezleri ve Çin tipi torna tezgahları, tek bir makine kullanarak birden fazla işleme işlemini gerçekleştirebilir. Bu sayede, geleneksel bir CNC freze gibi ekipmanlar kullanılarak birden fazla makine veya takım değişikliği gerektiren karmaşık geometriler için uygun maliyetli bir seçenek haline gelirler.