Bu makalede, CNC torna tezgahlarında birden fazla bağlanıp sökülerekişlenmesi gereken dönel iş parçaları için işlem planlaması hazırlayabilen biryöntem ve yöntem için geliştirilen bilgisayar programı tanıtılmaktadır.
Bütün CAD programlarında mevcut olan DXF (Data eXchange Format) dosyasıkullanılarak geometrik şekillerden elde edilen bilgiler, işlenebilirlik veri tabanıdosyasından işlenebilirlik verileri elde edilerek Bilgisayar Destekli İşlemPlanlaması (BDİP) için yeni bir veri tabanı dosyası oluşturulmaktadır.
Sözkonusu veritabanı dosyası kullanılarak türetken (Generative) sistemyaklaşımıyla bir işlem planlaması hazırlanmıştır. Üretilmek istenen ürünün ilk veson şeklinin bilgisayar tarafından algılanması, algılanan parçanın kaçbağlamada işlenebileceğine, işlenebilirlik gözönünde bulundurularak kararverilmektedir. Her bağlama için ayrı ayrı işlem planı yapılmaktadır.Geliştirilen işlem planlama sistemi kişisel bilgisayarda C++ programlama dilikullanılarak hazırlanmıştır. Geliştirilen bu sistem bir örnekle detaylı olarakanlatılmıştır.
ABSTRACT :
In this paper, a method to prepare process planning for rotational parts, wheremore than one setup in CNC turning machines is involved and a computerprogram developed for this method are described.All the knowledge acquired from geometric shapes using the DXF (DataeXchange Format) file which exists in all CAD programs, a new data base file isprepared for Computer Aided Process Planning (CAPP) by getting machinabledata from the machinable data base file.
A process planning, using data basefile with generative system approach is prepared. The recognisin of the first andlast shape of the product to be machined by computers is decided on howmany setup for machinability. A different process plan is done for eachmachining setup.The developed process planning system has been prepared on a PC by usingC++ programming language. The system is explained with an example in detail.
1.GİRİŞ :
Bilgisayar Destekli Tasarım (BDT) ve Bilgisayar Destekli Üretim (BDÜ) ayrı ayrıbirer kavram olmasına karşın pratikte BDT ile BDÜ birbirleriyle BilgisayarDestekli İşlem Planlaması (BDİP) yardımıyla entegre edilmeye çalışılmaktadır.Unsur tanıtma BDT/BDÜ entegrasyonunda BDİP'in temelini oluşturmaktadır.BDİP, unsur tanıtmanın yanısıra işlem sırasının belirlenmesi, kesici takım vetutucusunun seçimi, kesme parametrelerinin belirlenmesi, optimizasyonu veparça programının türetilmesi modüllerini içermektedir.Günümüze kadar, elle planlama, değişken tip planlama, yarı türetken tipplanlama, türetken tip planlama olmak üzere dört çeşit işlem planlama metodukullanılmıştır.
Bunlardan ilk üçü, imalatın otomasyon ve robotik uygulamalarınayönelmesiyle uygulamadan tamamen veya kısmen kalkmıştır.Son zamanlarda türetken sistem üzerinde yoğunlaşan çalışmalar türetkensistem için birden fazla planlama teknikleri ortaya çıkarmıştır. Bunlardanözellikle yapay zeka ve uzman sistem yaklaşımları insanın düşünce sisteminebenzetilmeye çalışıldığından oldukça günceldir. Türetken sistemde yeni birparçanın işlem planı otomatik olarak parçanın bilgisayara çizilen resmindençıkarılan, geometrik, teknolojik, topolojik ve tolerans bilgileri mantıksalcümlelerle("IF
İşlem Planlamasında kullanılan teknikler ise sondan başa doğru yaklaşım,baştan sona doğru yaklaşım, grup teknolojisi, yapay zeka teknikleri ( Yapayzeka teknikleri kendi içerisinde; kural tabanlı ve bilgi tabanlı, çerçeve tabanlıolmak üzere üç değişik şekilde uygulanmaktadır). Şekil 1. de işlemplanlamasının uygulama teknikleri, hangi tekniğin ne tip işlem planlamasındakullanıldığı şematik olarak gösterilmiştir.
Yukarıdaki tekniklerden grup teknolojisi, sondan başa doğru yaklaşım ve baştansona doğru yaklaşım planlamada kullanım açısından bilinen en eski metodlardır[1]. Yapay zeka ve uzman sistem teknikleri ise oldukca güncel olupproblemin bütün adımları uzman kişilerin bilgilerinden faydalanılarak bilgisayarasistematik olarak yerleştirilir. Program insanın düşünme matığına benzer biralgoritmik yaklaşımla herhangi bir parça için işlem planlaması önermektedir.Yapay zeka yaklaşımında bilgi tabanlı yaklaşım, kural tabanlı yaklaşım veçerçeve tabanlı yaklaşım olmak üzere üç değişik uygulama tekniği vardır. Bilgitabanlı yaklaşım’da işlem planlaması için gerekli olan mevcut takım tezgahıözellikleri dosyası, kesici takımlar ve tutucularla ilgili bilgileri içeren veri tabanıoluşturulur.
Planlamada kullanılan, takım tezgahı seçimi, kesici ve tutucuseçimi, kesme parametreleri ve işlem sırası için gerekli bilgileri parça tanımlamaverilerinden elde edilir[2]. Kural tabanlı yaklaşım’da işlem planlaması için gerekli bütün planlamayöntemleri sistem içerisinde önceden tanımlanmaktadır.Kurallar teknolojik vemühendislik gereksinimlerinden çıkarılmıştır. Kural tabanlı yaklaşımda herhangibir problemin çözümünde karar ağacı şeklinde dallandırılarak karar verilir.Herhangi bir ürün için birden fazla çözüm önerilebilir.
Çerçeve tabanlıyaklaşımlı işlem planlamasında bilgiler piramit şeklindeki bir ağ gibi hiyerarşikolarak dizilmiştir. Çerçeve tabanlı yaklaşımın bilgi tabanı bilgi ağacından vekarakterize edilmiş üç primitivden oluşur. Sözkonusu primitivler; parçalar,özellikler ve ilşkilerdir. Bilgi tabanı fonksiyonları ve yöntem bilgilerini içerir.BDT/BDÜ entegresyonunun gündeme gelmesiyle berabar Amerika ve Avrupada BDT/BDÜ entegrasyonunda standard bir veri tabanı oluşturma konusundaciddi girişimlerde bulunulmuştur.
Hatta bazı ülkelerde hükümet düzeyinde veyabazı özel kuruluşlar kendi amaçlarına yönelik grafik değiştirme veritabanıstandardı geliştirmeye çalışmışlardır, bunlardan Fransa'nın hükümetseviyesinde desteteklediği SET (Standard d'Echange et de Trabsfeer), Almanotomobil endüstrisi derneğinin hazırladığı VDAFS(Verband DerAutomobindustrie FlaechenSchnittstelle), Avrupa Standard komitesininhazırladığı CAD*I (Computer Aided Design*Interface) gibi bölgesel olanlarınyanısıra, IGES (Initial Graphic Exchange System), DXF (Data eXchangeFormat), PDES (Product Data Exchange Specification) ve STEP (STandard forthe Exchange of Product data) gibi uluslararası düzeyde yapılan grafikdönüşüm veri tabanı standartlarıdır [3,4,5]. Bunlardan DXF, iki boyutlu ürünmodelleme açısından en temel olanıdır.
IGES ve STEP ise daha kompleksyapıya sahip olmaları nedeniyle daha ziyade 3-Boyutlu parçalarınmodellenmesinde kullanılmaktadır. Ancak IGES dosyası BDİP açısından yeterikadar detaylı bilgi içermektedir (örnek olarak: malzeme tipi, tolerans veunsurlarla ilgili bilgi içermemektedir). STEP ise 3-Boyutlu ürünlerin işlemplanlaması için gerekli bütün bilgileri içermektedir. Bunun yanısıra IGES ve DXFhemen hemen bütün CAD paket programlarında olmasına rağmen STEP isePRO ENGINEER gibi çok az sayıdaki CAD paket programda mevcuttur.Bu çalışmada iki boyutlu ürün modelleme için gerekli bütün bilgileri içeren veyaygın olarak CAD paket programların hemen hemen tamamında bulunan DXFveri tabanı dosyası kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Şekil 2. de hazırlananCAD/CAM programının akış diyağramı şematik olarak gösterilmiştir.
Tornalama işlemleri için iş parçaları; işlenebilirlik, işleme maliyeti açısındanbazen tek bağlamada, bazende birden fazla bağlamada işlenmektedir.Günümüze kadar tek bağlamalı işlemler için değişik metodlarla ilgili oldukçafazla çalışma vardır[6,7]. Ancak birden fazla bağlamalılar için sınırlı sayıdaçalışma mevcuttur.
2.İŞ PARÇASI TANITMA VE İŞLEM SIRASININ TESPİTİ
CAD/CAM integrasyonunda en önemli rolü oynayan kısım olan parçalarınbilgisayarda modellenmesi ve unsurların tanıtılması işlemi için günümüze kadarnokta koordinat sistemi [8], sınır çizgisi metodu [8], yüzey alanı metodu[9],temel şekil elaman metodu [10,11] olmak üzere birden fazla modellememetodu önerilmiştir.
Bu metodlardan nokta koordinat sisteminde oluşturulacakparçanın köşe noktaları tanımlanmakta, sınır çizgisi metodunda parçaların üstyarım kısmının sınırları temsil edilerek tanımlanmakta, yüzey alan metodundayüzeyleri oluşturan çizgilerin eğimlerinden faydalanılarak modellenmekte, temelşekil elemanları metodunda ise ürün basit şekilcikler halinde düşünülüp temelşekilcikler kullanılarak ürün modellenmektedir.Bu çalışmada iş parçası nokta koordinat sistemi ve sınır çizgi metodu beraberkullanılarak modellenmektedir. AutoCAD'de çizilen parçanın çizim bilgileri,parça modellemede kullanmak üzere DXF dosyasına dönüştürülüp saklanmaktadır. DXF dosyası kullanılarak hazırlanan ara işlemci programıylaTablo 1. deki düzende unsur tanıtma modülünde kullanılmak üzere saklanmaktadır.
Tablodaki birinci kolon çizgi numarasını, sırasıyla 2., 3., 4., ve 5. kolonlarçizgilerin başlangıç ve bitiş koordinatlarını, son kolon ise yayların yarıçapınıtemsil etmektedir. Eğer çizgi yay ise ikinci ve üçüncü kolon yayın merkezini,dördüncü ve beşinci kolon yayın başlangıç ve bitiş açısını temsil etmektedir.Sistemin unsur tanıtma mödülünde nokta koordinatları kullanılarak ürünün sınırçizgileri tespit edilmektedir.
Sınır temsili oluşturulurken dış yüzeyler için saatindönme yönünde, her çizgiye birbirini takip edecek şekilde yön verilmektedir.Birbirini takip edecek şekilde yön verilen çizgilerin başlangıç ve bitiş noktalarıbirbiri ile uyumlu hale gelmesi için veri tabanındaki sıraları hatta başlangıç vebitiş noktaları değiştirilir [12]. Dış yüzeyler için sınır çizgileri saatın dönmeyönünde, iç yüzeyler için ise sınır çizgileri saatın dönme yönünün tersinebirbirini takip edecek şekilde sıralanmaktadır.
İç ve dış yüzeyler için sınır temsilinin belirlenmesinden sonra parçanıngeometrik şekli gözönünde bulundurularak bir veya iki bağlamadatornalanacağına karar verilir. Tornalama işlemlerinde parçanın birden fazlasökülüp bağlanarak işlenmesi parçada geometrik ve ölçüsel toleranslarının bozulmasına neden olmaktadır. Ancak parçaların geometrik şekilleri çoğuzaman tornalamanın birden fazla sökülüp takılmasını zorunlu halegetirmektedir.
Birden fazla bağlamalı parçaların işlem planlamasında en önemliproblem; parçanın ikinci bağlamada 180° dönmesinden dolayı iç ve dış yüzeyleriçin oluşturulan sırasıyla saatın tersi ve saatın dönme yönündeki sınır çizgileriyönünün bozulmasıdır.
Tornalama işlemlerinin bir veya iki bağlamada yapılıpyapılmayacağına genel olarak parçaların her iki ucundaki iç ve dış kademelerinşekillerine göre karar verilmektedir.Birden fazla bağlamalı işlemlerde işlenebilirlik gözönünde bulundurularaksırasıyla dış ve iç kısımlarda parçanın en yüksek ve en düşük çaplı (Şekil.4)yüzeylerine kadar olan kısımları ve bu kısımların sağ tarafında kalan işlemleriçin birinci bağlamada işlenecek işlemler tanımlanmaktadır [12].
Birden fazla bağlamalarda parçanın yönü 180° döneceği için aynı işlemin noktakoordinat bilgi tabanında ve sınır temsilinin yönünde tekrar düzenlenerek dışyüzeyler için saatın dönme yönünde, iç yüzeyler için saatın dönme yönünütersine döngü oluşturulacak şekilde tekrar düzenlenmektedir.
Ancak RIL_Z metodunda işlemler tek bağlamalı işlem düşünüldüğünden parçanın . İkincibağlama için yine işlem sırası RIL_Z metodu [12] kullanılarakyapılmaktadır.tamamı için işlem sırası tespit edilmektedir. RIL_Z metodunun buEnbüyük dış çapEnküçük iç çap sakıncasını ortadan kaldırmak için, iki bağlamalı işlemlerde dış yüzeyler içinparçanın en büyük çaptan sol tarafta kalan ve yine iç yüzeyler için en düşükçaptan sol tarafta kalan bölgeler için işlem sırası önermemesi konusundasınırlama getirilmiştir. Parçananın kalan kısmı ise ikincil işlem diyeadlandırılmaktadır.
İkincil işlem diye adlandırılan yüzeylerin ikinci bağlama içinişlem planlaması yapılır. İkinci bağlama işlemleri için işlem sırası, tipi ve alanı yine RIL_Z [12] metodu ilebelirlenir. Birinci ve ikinci bağlama için örnek parçanın işlem sırası, tipi veişleme alanı sırasıyla Tablo 2. ve Tablo 3. de verilmiştir.Tablodaki birinci kolon işlem sırasını, ikinci, üçüncü, dördüncü, beşinci kolonlardörtgen alanlar için işlem alanını temsil eder. İşlem alanı, dış yüzeyler içindörtgenin sağ üst köşesini ve dörtgenin sol alt köşesini ifade eder.
İç yüzeyleriçin ise, dörtgenin sağ alt köşesini ve sol üst köşesiyle işleme alanı tanımlanır(Şekil 5'de şematik olarak ifade edilmiştir). 6. kolondan 15. kolona kadar olankolonlar ise profil işlemlerin tanımlanması için kullanılmıştır. Son kolon iseişlemin tipini göstermektedir.İkincil işlemlerin işlem sırası tespitinde, ayna bacaklarının işlenmiş parçaüzerinden nekadar kavraması gerekiyorsa o büyüklükteki bir mesafe tersdöndürülmüş parçanın nokta koordinat gösterilmesiverisinden çıkartılır. Böylece iş parçasının referans noktasının iş parçasınınaynaya bağlanmasından dolayı kaymasındaki konumu bağıl olarak ötelenmişolur. İki bağlamada işlenecek parçalar için kesici takım, kesme parametreleri,işlem sırasıoptimizasyonu, NC parça programının türetilmesi ve programınsimulasyonu OPPS-ROT [13]‘daki metodlarla ayrı ayrı gerçekleştirilmektedir.Şekil 6. a ve b' de birinci ve ikinci bağlama için işlemler ayrı ayrı şekil üzerindegösterilmiştir.
SONUÇ :
Bu çalışmada, tornalama işlemleri için birden fazla bağlamada işlenmesigereken parçaların işlem planlaması için bir metod geliştirilmiş ve geliştirilenmetodun bilgisayar programı hazırlanarak sistemleştirilmiştir. Ayrıca birden fazlabağlamalı işlemler için geliştirilen program bağımsız bir program olmayıpOPPS-ROT ile bir bütünlük arzetmesinden dolayı toplam bir CAD/CAM pakethaline gelmiştir.
KAYNAKLAR:
1. Alting, L. and Zhang, H., Computer Aided Process Planning: State of theArt Survey, Int. J. Prod. Res., 27/4(1989), 553-585.
2. Furth, B.L., Automated Process Planning, NATO Advanced Study SeriesComputer Aided Manufacturing, F49(1989), 37-53.
3. Rembold, U., et.all., Computer Integrated Manufacturing and Engineering,Addison Wesley Publishing Co., 1994.
4. Ssemekula, M.E. and Satsangi, A., Aplication of PDES to CAD/CAMIntegration, Computers Industrial Engineering, 18/4(1988), 435-444.
5. Eımaraghy, H.A., Evaluation of Feature Perspectives of CAPP, Annals ofthe CIRP, 42/2(1994), 739-751.
6. Hinduja, S. and Huang, H., OPP_PLAN; an Automated OperationPlanning System for Turning Components, Proc. Int. Mech. Engrs.,203(1989), 145-158.
7. Hinduja, S. and Barrow, G., TECHTURN: A Technically Oriented System forTurned Components, Proceedings of International Conferance on ComputerAided Process Engineering, (1986), 255-260, Edinburgh.
8. Plummer, J.C.S., Using a CAD/CAM System to Link the Design andDrawing and Manufacturing, Ph. D. Thesis, Manufacturing and MachineTool Division Department of Mechanical Engineering, 1990 UMIST.
9. Li, R.K., A partFeature recognition System for Rotational Parts, Int. J. Pro.Res, 26/9 (1989), 1451-1475.
10. Chen, C.S., Developing a Feature Based Knowledge System for CAD/CAM,Computer Int. Engng, 15/4 (1988), 34-40.
11. Anlağan, Ö. ve Auser, Friendly, Geometric Data Interface for RotationalParts, 6th. International Machine Design Production Conferance.September, (1994), 265-270, METU, ANAKARA.
12. Kayacan, M.C., Computer Aided Process Planning System for RotationalParts, Doktora tezi, Gaziantep Üniversitesi (1995), Gaziantep. 13. Kayacan, M.C, and et.all., OPPS-ROT: An Optimised Process PlanningSystem for Rotational Parts, Computers in industry,17 june (1996),P:181-195.
M.Cengiz KAYACAN
S.D.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Tesktil Bölümü, 32260 ISPARTA
Ş.Abdurrahman ÇELİK
S.D.Ü. Teknik Eğitim Fakültesi Makina Eğitimi Bölümü, 32260 ISPARTA
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder