Hassas işleme, yakın toleranslı yüzey kalitesi elde edilirken iş parçasından malzeme çıkarma işlemidir. Hassas işleme makinelerinin frezeleme, tornalama ve elektrik deşarjlı işleme gibi birçok çeşidi vardır. Günümüzde hassas işleme makineleri genellikle Bilgisayar Sayısal Kontrol (CNC) sistemleri kullanılarak kontrol edilir.
Metal ürünlerin neredeyse tamamı, plastik ve ahşap gibi birçok diğer malzeme gibi, hassas işleme yöntemlerini kullanır. Bu makineler, uzmanlaşmış ve eğitimli makinistler tarafından çalıştırılır. Kesici takımın işini yapabilmesi için, doğru kesimi yapmak üzere belirtilen yönlerde hareket ettirilmesi gerekir. Bu birincil harekete "kesme hızı" denir. İş parçası da hareket ettirilebilir; bu da "ilerleme" olarak bilinen ikincil bir harekettir. 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 oluşturulan son derece spesifik çizimleri takip etme yeteneğini gerektirir. Yazılım, bir alet, makine veya nesnenin üretimi için gerekli olan karmaşık, 3 boyutlu diyagramları veya taslakları oluşturmaya yardımcı olabilir. Ürünün bütünlüğünü korumak için bu çizimlere büyük bir titizlikle uyulmalıdır. Çoğu hassas işleme şirketi bir tür CAD/CAM programıyla çalışsa da, tasarımın ilk aşamalarında hala sıklıkla elle çizilmiş eskizlerle çalışırlar.
Hassas işleme, çelik, bronz, grafit, cam ve plastikler de dahil olmak üzere birçok malzemede kullanılır. Projenin büyüklüğüne ve kullanılacak malzemelere bağlı olarak, çeşitli hassas işleme araçları kullanılır. Tornalar, freze makineleri, matkap presleri, testereler ve taşlama makineleri ve hatta yüksek hızlı robotlar gibi çeşitli ekipmanlar kullanılabilir. Havacılık ve uzay endüstrisi yüksek hızlı işlemeyi kullanırken, ağaç işleme aletleri endüstrisi fotokimyasal aşındırma ve frezeleme işlemlerini kullanabilir. Belirli bir ürünün belirli bir miktarının üretimi binlerce olabilir veya sadece birkaç adet olabilir. Hassas işleme genellikle CNC cihazlarının programlanmasını gerektirir; bu da bilgisayar kontrollü oldukları anlamına gelir. CNC cihazı, bir ürünün üretim süreci boyunca kesin boyutların takip edilmesini sağlar.
Frezeleme, döner kesicilerin belirli bir yönde iş parçasına ilerletilmesi (veya beslenmesi) yoluyla iş parçasından malzeme çıkarılması işlemidir. Kesici, takım eksenine göre bir açıda da tutulabilir. Frezeleme, küçük tekil parçalardan büyük, ağır hizmet tipi çoklu frezeleme işlemlerine kadar çok çeşitli farklı işlemleri ve makineleri kapsar. Hassas toleranslarda özel parçaların işlenmesinde en yaygın kullanılan işlemlerden biridir.
Frezeleme, çok çeşitli takım tezgahlarıyla yapılabilir. Frezeleme için kullanılan orijinal takım tezgahı sınıfı, freze makinesiydi (genellikle freze olarak adlandırılır). Bilgisayarlı sayısal kontrolün (CNC) ortaya çıkmasından sonra, freze makineleri işleme merkezlerine dönüştü: otomatik takım değiştiriciler, takım magazinleri veya döner tablalar, CNC yeteneği, soğutma sistemleri ve muhafazalarla desteklenmiş freze makineleri. Freze merkezleri genellikle dikey işleme merkezleri (VMC) veya yatay işleme merkezleri (HMC) olarak sınıflandırılır.
Frezeleme işlemlerinin tornalama ortamlarına ve tornalama işlemlerinin frezeleme ortamlarına entegrasyonu, torna tezgahları için canlı takım kullanımı ve zaman zaman freze tezgahlarının tornalama işlemlerinde kullanılmasıyla başladı. Bu durum, aynı işleme alanı içinde frezeleme ve tornalama işlemlerini kolaylaştırmak için özel olarak tasarlanmış yeni bir takım tezgahı sınıfı olan çok amaçlı makinelerin (MTM) ortaya çıkmasına yol açtı.
Tasarım mühendisleri, Ar-Ge ekipleri ve parça tedarikine bağımlı üreticiler için hassas CNC işleme, ek işleme gerek kalmadan karmaşık parçaların oluşturulmasına olanak tanır. Aslında, hassas CNC işleme, bitmiş parçaların tek bir makinede üretilmesini çoğu zaman mümkün kılar.
İşleme süreci, malzemeyi çıkarır ve bir parçanın nihai ve genellikle oldukça karmaşık tasarımını oluşturmak için çok çeşitli kesici takımlar kullanır. Hassasiyet seviyesi, işleme takımlarının kontrolünü otomatikleştirmek için kullanılan bilgisayar sayısal kontrolü (CNC) sayesinde artırılır.
Hassas işlemede "CNC"nin rolü
Kodlanmış programlama talimatları kullanılarak, hassas CNC işleme, bir iş parçasının makine operatörünün manuel müdahalesi olmadan belirtilen özelliklere göre kesilmesini ve şekillendirilmesini sağlar.
Müşteri tarafından sağlanan bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelini kullanan uzman bir makinist, bilgisayar destekli üretim yazılımı (CAM) kullanarak parçanın işlenmesi için talimatlar oluşturur. Yazılım, CAD modeline dayanarak hangi takım yollarının gerekli olduğunu belirler ve makineye şu komutları veren programlama kodunu üretir:
■ Doğru devir sayısı (RPM) ve ilerleme hızı (feedback) nedir?
■ Aletin ve/veya iş parçasının ne zaman ve nereye hareket ettirileceği
■ Ne kadar derin kesilmeli?
■ Soğutma sıvısı ne zaman uygulanmalı?
■ Hız, ilerleme hızı ve koordinasyonla ilgili diğer faktörler
Ardından bir CNC kontrol ünitesi, programlama kodunu kullanarak makinenin hareketlerini kontrol eder, otomatikleştirir ve izler.
Günümüzde CNC, torna tezgahlarından, frezelerden ve yönlendiricilerden, tel erozyon (elektrik deşarjlı işleme), lazer ve plazma kesme makinelerine kadar çok çeşitli ekipmanın yerleşik bir özelliğidir. İşleme sürecini otomatikleştirmenin ve hassasiyeti artırmanın yanı sıra, CNC manuel görevleri ortadan kaldırır ve makinistlerin aynı anda çalışan birden fazla makineyi denetlemesine olanak tanır.
Ayrıca, bir takım yolu tasarlandıktan ve bir makine programlandıktan sonra, bir parça istenilen sayıda kez işlenebilir. Bu, yüksek düzeyde hassasiyet ve tekrarlanabilirlik sağlar; bu da süreci son derece uygun maliyetli ve ölçeklenebilir hale getirir.
İşlenmiş malzemeler
Genellikle işlenen metaller arasında alüminyum, pirinç, bronz, bakır, çelik, titanyum ve çinko bulunur. Bunlara ek olarak, ahşap, köpük, fiberglas ve polipropilen gibi plastikler de işlenebilir.
Aslında, hassas CNC işleme ile hemen hemen her türlü malzeme kullanılabilir; elbette bu, uygulamaya ve gereksinimlerine bağlıdır.
Hassas CNC işleme yönteminin bazı avantajları
Çeşitli imalat ürünlerinde 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 parçanın boyutu ve şekli de süreci büyük ölçüde etkiler. Bununla birlikte, genel olarak hassas CNC işleme süreci, diğer işleme yöntemlerine göre avantajlar sunar.
Çünkü CNC işleme şu sonuçları verebilir:
■ Yüksek derecede parça karmaşıklığı
■ Sıkı toleranslar, tipik olarak ±0,0002" (±0,00508 mm) ile ±0,0005" (±0,0127 mm) arasında değişir.
■ Özel kaplamalar da dahil olmak üzere son derece pürüzsüz yüzey işlemleri
■ Yüksek hacimlerde bile tekrarlanabilirlik
Yetenekli bir makinist, manuel bir torna tezgahı kullanarak 10 veya 100 adetlik miktarlarda kaliteli parça üretebilirken, 1.000 parçaya, 10.000 parçaya, 100.000 veya bir milyon parçaya ihtiyaç duyulduğunda ne olur?
Hassas CNC işleme ile, bu tür yüksek hacimli üretim için gereken ölçeklenebilirlik ve hızı elde edebilirsiniz. Ek olarak, hassas CNC işlemenin yüksek tekrarlanabilirliği, kaç parça ürettiğinizden bağımsız olarak, baştan sona aynı parçaları elde etmenizi sağlar.
CNC işleme yöntemleri arasında tel erozyonla işleme (elektrik deşarjlı işleme), eklemeli işleme ve 3 boyutlu lazer baskı gibi çok özel yöntemler bulunmaktadır. Örneğin, tel erozyonla işleme, iletken malzemeler (genellikle metaller) ve elektrik deşarjları kullanarak iş parçasını karmaşık şekillere dönüştürür.
Ancak burada, yaygın olarak bulunan ve hassas CNC işleme için sıklıkla kullanılan iki talaşlı imalat yöntemi olan frezeleme ve tornalama işlemlerine odaklanacağız.
Frezeleme ve tornalama karşılaştırması
Frezeleme, dönen, silindirik bir kesici alet kullanarak malzemeyi çıkarıp şekiller oluşturan bir işleme sürecidir. Frezeleme ekipmanı, freze veya işleme merkezi olarak bilinir ve işlenmiş metalden yapılmış en büyük nesnelerden bazılarında çok çeşitli karmaşık parça geometrilerini gerçekleştirir.
Frezeleme işleminin önemli bir özelliği, kesici takım dönerken iş parçasının sabit kalmasıdır. Başka bir deyişle, freze tezgahında, dönen kesici takım, yatak üzerinde sabit kalan iş parçasının etrafında hareket eder.
Tornalama, torna tezgahı adı verilen bir ekipman üzerinde bir iş parçasının kesilmesi veya şekillendirilmesi işlemidir. Tipik olarak, torna tezgahı iş parçasını dikey veya yatay bir eksen üzerinde döndürürken, sabit bir kesici takım (dönüyor olabilir veya olmayabilir) programlanmış eksen boyunca hareket eder.
Alet fiziksel olarak parçanın etrafında dönemez. Malzeme döner ve bu da aletin programlanmış işlemleri gerçekleştirmesine olanak tanır. (Ancak, aletlerin makara beslemeli bir tel etrafında döndüğü bir torna tezgahı alt kümesi de vardır, bu burada ele alınmamıştır.)
Tornalama işleminde, frezelemenin aksine, iş parçası döner. İş parçası torna tezgahının milinde döner ve kesici takım iş parçasıyla temas ettirilir.
Manuel işleme ile CNC işleme karşılaştırması
Hem freze hem de torna tezgahlarının manuel modelleri mevcut olsa da, CNC makineleri küçük parçaların imalatı için daha uygundur; yüksek hacimli ve hassas toleranslı parçaların üretimini gerektiren uygulamalar için ölçeklenebilirlik ve tekrarlanabilirlik sunarlar.
Basit 2 eksenli makinelerin yanı sıra, hassas CNC ekipmanları, iş parçasının da hareket edebildiği çok eksenli modelleri de içerir. Bu durum, iş parçasının sadece dönmesiyle sınırlı olduğu ve aletlerin istenen geometriyi oluşturmak için hareket ettiği torna tezgahlarından farklıdır.
Bu çok eksenli konfigürasyonlar, makine operatörünün ek bir iş yapmasına gerek kalmadan, tek bir işlemde daha karmaşık geometrilerin üretilmesine olanak tanır. Bu, yalnızca karmaşık parçaların üretimini kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda operatör hatası olasılığını da azaltır veya ortadan kaldırır.
Ek olarak, hassas CNC işleme ile yüksek basınçlı soğutma sıvısının kullanılması, dikey yönlü iş mili bulunan bir makine kullanıldığında bile talaşların işleme alanına girmemesini sağlar.
CNC frezeler
Farklı freze makineleri boyutları, eksen konfigürasyonları, ilerleme hızları, kesme hızları, frezeleme ilerleme yönü ve diğer özellikleri bakımından farklılık gösterir.
Ancak genel olarak, CNC freze makinelerinin tamamı istenmeyen malzemeyi kesmek için dönen bir mil kullanır. Çelik ve titanyum gibi sert metalleri kesmek için kullanılırlar, ancak plastik ve alüminyum gibi malzemelerle de kullanılabilirler.
CNC freze tezgahları tekrarlanabilirlik için tasarlanmıştır ve prototip üretiminden yüksek hacimli üretime kadar her şey için kullanılabilir. Üst düzey hassas CNC freze tezgahları genellikle ince kalıp ve şablonların frezelenmesi gibi dar toleranslı işlerde kullanılır.
CNC frezeleme hızlı sonuç verse de, frezeleme sonrası son işlem, görünür takım izleri olan parçalar üretir. Ayrıca, bazı keskin kenarlar ve çapaklar içeren parçalar da üretebilir; bu nedenle, kenarlar ve çapaklar bu özellikler için kabul edilemez ise ek işlemler gerekebilir.
Elbette, işlem dizisine programlanmış çapak alma aletleri çapakları alacaktır, ancak genellikle nihai gereksinimin en fazla %90'ına ulaşacak ve bazı özellikler son el işçiliğiyle tamamlanacaktır.
Yüzey kalitesine gelince, sadece kabul edilebilir bir yüzey kalitesi değil, aynı zamanda iş parçasının bazı kısımlarında ayna gibi bir yüzey kalitesi de sağlayacak araçlar mevcuttur.
CNC freze çeşitleri
Freze makinelerinin iki temel türü dikey işleme merkezleri ve yatay işleme merkezleri olarak bilinir; aralarındaki temel fark makine milinin yönelimindedir.
Dikey işleme merkezi, iş mili ekseninin Z ekseni yönünde hizalandığı bir freze makinesidir. Bu dikey makineler iki tipe ayrılabilir:
■İş milinin kendi eksenine paralel hareket ettiği, tablanın ise iş milinin eksenine dik hareket ettiği yataklı freze tezgahları.
■Taret freze tezgahları, iş milinin sabit olduğu ve tablanın kesme işlemi sırasında her zaman iş milinin eksenine dik ve paralel olacak şekilde hareket ettirildiği tezgahlardır.
Yatay işleme merkezlerinde, freze tezgahının iş mili ekseni Y ekseni yönünde hizalanmıştır. Yatay yapı, bu freze tezgahlarının atölye zemininde daha fazla yer kaplamasına neden olur; ayrıca genellikle dikey makinelerden daha ağırdırlar ve daha güçlüdürler.
Daha iyi bir yüzey kalitesi gerektiğinde genellikle yatay freze kullanılır; bunun nedeni, iş milinin yöneliminin kesme talaşlarının doğal olarak düşmesini ve kolayca uzaklaştırılmasını sağlamasıdır. (Ek bir avantaj olarak, verimli talaş uzaklaştırma, takım ömrünü uzatmaya yardımcı olur.)
Genel olarak, dikey işleme merkezleri daha yaygındır çünkü yatay işleme merkezleri kadar güçlü olabilirler ve çok küçük parçaları işleyebilirler. Ayrıca, dikey merkezlerin kapladığı alan yatay işleme merkezlerine göre daha küçüktür.
Çok eksenli CNC freze makineleri
Hassas CNC freze tezgahları çok eksenli olarak mevcuttur. 3 eksenli bir freze tezgahı, çok çeşitli işler için X, Y ve Z eksenlerini kullanır. 4 eksenli bir freze tezgahında ise makine dikey ve yatay eksenlerde dönebilir ve iş parçasını hareket ettirerek daha sürekli işleme olanağı sağlar.
Beş eksenli bir freze tezgahı, üç geleneksel eksene ve iki ek döner eksene sahiptir; bu sayede iş parçası, iş mili başlığı etrafında hareket ederken döndürülebilir. Bu, iş parçasını çıkarmadan ve makineyi yeniden ayarlamadan iş parçasının beş tarafının da işlenmesini sağlar.
CNC torna tezgahları
Torna tezgahı (aynı zamanda tornalama merkezi olarak da adlandırılır), bir veya daha fazla iş mili ve X ve Z eksenlerine sahiptir. Bu makine, çeşitli kesme ve şekillendirme işlemlerini gerçekleştirmek için iş parçasını kendi ekseni etrafında döndürmek ve iş parçasına çok çeşitli takımlar uygulamak için kullanılır.
Canlı hareketli takım tezgahları olarak da adlandırılan CNC torna tezgahları, simetrik silindirik veya küresel parçalar üretmek için idealdir. CNC freze tezgahları gibi, CNC torna tezgahları da prototipleme gibi daha küçük işlemleri gerçekleştirebilir, ancak aynı zamanda yüksek tekrarlanabilirlik için de ayarlanabilir ve yüksek hacimli üretime destek sağlayabilir.
CNC torna tezgahları, nispeten otomatik üretim için de ayarlanabildikleri için otomotiv, elektronik, havacılık, robotik ve tıbbi cihaz endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
CNC torna tezgahı nasıl çalışır?
CNC torna tezgahında, işlenecek malzeme çubuğu tezgahın milinin aynasına yerleştirilir. Bu ayna, iş parçasını yerinde tutarken mil döner. Mil gerekli hıza ulaştığında, sabit bir kesici takım iş parçasıyla temas ettirilerek malzeme çıkarılır ve doğru geometri elde edilir.
CNC torna tezgahı, delme, diş açma, delik açma, raybalama, yüzey işleme ve konik tornalama gibi bir dizi işlemi gerçekleştirebilir. Farklı işlemler takım değiştirmeyi gerektirir ve maliyeti ve kurulum süresini artırabilir.
Gerekli tüm işleme operasyonları tamamlandığında, parça gerekirse daha fazla işleme için stoktan kesilir. CNC torna tezgahı daha sonra işlemi tekrarlamaya hazırdır ve genellikle aralarında çok az veya hiç ek kurulum süresi gerekmez.
CNC torna tezgahları, manuel hammadde taşıma miktarını azaltan ve aşağıdaki gibi avantajlar sağlayan çeşitli otomatik çubuk besleyicileri de barındırabilir:
■ Makine operatörünün harcadığı zamanı ve emeği azaltır.
■ Hassasiyeti olumsuz etkileyebilecek titreşimleri azaltmak için çubuk malzemeyi destekleyin.
■ Takım tezgahının optimum iş mili hızlarında çalışmasına izin verin.
■ Geçiş sürelerini en aza indirin
■ Malzeme israfını azaltın
CNC torna tezgahı çeşitleri
Çeşitli torna tezgahı türleri mevcuttur, ancak en yaygın olanları 2 eksenli CNC torna tezgahları ve Çin tipi otomatik torna tezgahlarıdır.
Çoğu CNC Çin torna tezgahında bir veya iki ana iş mili ve bir veya iki arka (veya ikincil) iş mili bulunur; ana iş milinin hareketinden döner transfer sorumludur. Ana iş mili, bir kılavuz burç yardımıyla birincil işleme işlemini gerçekleştirir.
Ayrıca, bazı Çin tarzı torna tezgahları, CNC freze olarak çalışan ikinci bir takım başlığıyla donatılmıştır.
CNC Çin tipi otomatik torna tezgahında, işlenecek malzeme kayar başlıklı bir mil vasıtasıyla bir kılavuz burcuna beslenir. Bu, takımın malzemeyi desteklendiği noktaya daha yakın bir yerden kesmesine olanak tanır; bu da Çin tipi makineyi özellikle uzun, ince tornalanmış parçalar ve mikro işleme için avantajlı hale getirir.
Çok eksenli CNC tornalama merkezleri ve Çin tipi torna tezgahları, tek bir makine kullanarak birden fazla işleme operasyonunu gerçekleştirebilir. Bu da onları, geleneksel bir CNC freze tezgahı gibi ekipmanlar kullanılarak birden fazla makine veya takım değişikliği gerektirecek karmaşık geometriler için uygun maliyetli bir seçenek haline getirir.