DİKEY İŞLEME MERKEZLİ CNC FREZE TEZGAHLARINDA KRAMAYER DÜZ DİŞLİLERİN AÇILMASI

Bilgisayar Nümerik Kontrol (CNC) teknolojisindeki gelişmeler konvansiyonel üretim yöntemlerinde geniş olanaklar sağlamaktadır.  CNC freze tezgahları daha hassas işleme yeteneğine ve yüksek verimlilik alanlarına sahip olmaları nedeniyle klasik freze tezgahlarına göre daha kullanışlıdırlar. Bu çalışma, kramayer dişlilerin CNC freze tezgahlarında imalatı için amaçlandı. Bunun için kramayer dişlilerin temel büyüklüklerine göre bir C programı hazırlandı. Bu C programına göre belirli diş sayısında bir kramayer dişlinin  CAD modeli oluşturuldu ve CNC kodları elde edildi. CNC kodlarının doğruluğunu kontrol etmek için kramayer dişlinin DYNA 4m programında simülasyonu yapıldı. Daha sonra bu CNC programı dik işlem merkezli Fanuk 0-Mt freze tezgahına yüklenerek kramayer dişli imal edildi.

Bilgisayar teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak takım tezgahlarında da önemli değişmeler olmaktadır. İmalat mühendisliğinde, daha önceleri kullanılan konvansiyonel tezgahların yerini günümüzde CNC tezgahları almıştır. CNC tezgahları, konvansiyonel tezgahların eksen hareketlerinin ve diğer fonksiyonlarının bir bilgisayar tarafından kontrol edilmesi ile ortaya çıkmıştır. Bu kontrol işleminin yapılabilmesi için, bilgisayara hangi hareketlerin nasıl yapılacağının bildirilmesi gerekir. Bu da ancak belirli bir formatta yazılan ve parça programı olarak da bilinen bir program ile olabilir.  CAD/CAM sistemlerinde, programlama işlemi tamamen bilgisayar ortamında yapılmaktadır. Programı yapılacak parçaya ait boyut bilgileri CAD/CAM programı içerisinde oluşturulmakta, daha sonra bu bilgiler teknolojik veriler ile birleştirilerek kesici takımın takip etmesi gereken yollar hesaplanmaktadır. Kesici takım yolu denilen bu işlem sıralaması, herhangi bir CNC kontrol ünitesine, uygun kodlara dönüştürülerek aktarılmaktadır. Aynı zamanda

parça programı bilgisayarların grafik özelliklerinden yararlanılarak simülasyonu yapılarak, hatalar varsa önceden tespit edilerek giderilebilmektedir. Bu şekilde çok karmaşık parçaların tek tek parça programları yapılabilmektedir. C programlama dili kullanılarak, CNC torna tezgahlarında birden fazla bağlanıp sökülerek işlenmesi gereken dönel iş parçaları için işlem planlaması hazırlayabilen bir yöntem ve yöntem için geliştirilen bilgisayar programı tanıtılmıştır. CAD/CAM yazılımları tarafından üretilen ve kesici takım yolu adı verilen dosyayı sayısal denetim (SD) programına dönüştüren bir sistem geliştirilmiştir. Burada, paket programlardan elde edilen kesici takım verileri, fanuk kontrol ünitesine sahip dik işlem merkezli freze tezgahına uyumlu kodlara çeviren bir program, Turbo C++ dili kullanılarak geliştirilmiştir [1,2].

Bir helisel düz dişlinin tel erozyon tezgahında CAD-CAM-NC Entegrasyonu yardımıyla imalat programı yapılmıştır [3]. Genel CNC programı yardımıyla Konik Düz Dişli imalatında özel çakılar (Kremayer çakı.. vb) kullanılmadan piyasada ucuz ve bol miktarda bulunan  parmak freze çakıları ile imalat yapılabildiği, ayrıca Vargel tezgahlarında konik düz dişli açmak için Matterson aparatı kullanılarak düz dişli açılabildiği gibi, klasik freze tezgahlarında da, herhangi

bir özel çakıya ihtiyaç duyulmadan Matterson aparatı kullanılarak parmak freze çakısı ile düz konik dişlilerin açılabildiğini araştırmış, aynı çalışmada dik işlem merkezli CNC freze tezgahında Matterson aparatı kullanılarak konik düz dişlilerin imalatı için tamamen yeni bir freze çakısı tasarlanmış ve bu çakı ile konik dişlinin sağ ve sol evolvent profillerinin ayrı ayrı açılabilmesi için iki farklı CNC programı hazırlanarak, konik düz dişlilerin imalatı yapılmıştır.  Aynı çalışmanın  devamı olarak, yardımcı bir aparat kullanmadan DYNA MYTE 2900 CNC freze tezgahında konik düz dişlilerin açılması için makro programlı CNC imalat programı hazırlayarak konik düz dişlilerin imalatını yapmıştır [4]. CNC torna ve freze tezgahlarında dönel ve prizmatik iş parçalarını işlemek için parça programlarının otomatik üretimi ve kontrolü için iki sistemin geliştirilmesi ve kullanımı açıklanmıştır. Otomatik parça programı üretimi, ISO (G ve M) kodları kullanılarak yapılmıştır. Makalede sunulan her iki yöntem, bir kişisel bilgisayar üzerinde ve C programlama dili kullanılarak geliştirilmiştir [5].

Eliptik mil parçası şeklindeki parçaların, CNC freze tezgahlarında işlenme parametrelerinin araştırılmasına ve genel bir imalat programının hazırlanmasına yönelik bir çalışma yapılmıştır [6]. CNC tezgahlarının ülkemizde de giderek yaygınlaşması dikkate alınarak, kalıpçılık endüstrisinde ve akışkanlar mekaniğinde uygulama alanı bulan Arşimet spirali şeklindeki kanalların, dikey işleme merkezi CNC freze tezgahında işlenme durumlarının araştırılmasına ve genel bir imalat programının hazırlanmasına yönelik bir çalışma yapılmıştır [7]. Prizmatik parçalar için geliştirilen bir unsur tabanlı parametrik tasarım programında, üretim unsurlarının uygulanacağı parametrik parçaya ait yüzey ve kenar bilgileri çıkartılarak üretim unsurları tanımlanmıştır.

Bu uygulamada yüzey kenar fonksiyonları ve unsur tanımlamaları AutoLISP programlama dili kullanılarak yapılmıştır. Bu tip programların parça modellemede verimi artırdığı ve modelleme kolaylığı sağladığı görülmüştür [8]. Çeşitli profile sahip düzlem bir kamın lazer kesme ile üretimi için CAD/CAM aşamaları verilmiştir. Araştırmada seçilen kam profilinin, ToPs100 adlı tezgahın paket programında simülasyonu yapılmış ve hata olup olmadığı kontrol edilmiştir. Düzlemsel kamın , x ve y koordinatları, Pascal programlama dilinde hesaplanmış ve bu değerler, AutoLISP programında kullanılarak kamın AutoCAD’de çizimi gerçekleştirilmiştir [9]. Mkaro programlar kullanılarak düz dişlilerin CNC freze tezgahlarında imalatının yapılabileceği araştırılmıştır [10].

Bu çalışmada, herhangi bir kramayer dişlinin imalatı için C programlama dili kullanılarak genel CNC imalat programlarını veren bir program hazırlanmıştır. Bu C programında, kramayer dişlinin diş sayısı, hatvesi ve basınç açısı girilerek istenilen boyutlarda kramayer dişlinin imalatı için CNC imalat programı elde edilebilmektedir.

AZDIRMA YÖNTEMİ İLE DİŞLİ ÇARK AÇMA İŞLEMİNDE KESME KUVVETLERİNİN ÖLÇÜLMESİ İÇİN SİSTEM TASARIMI VE İMALATI

Günümüzde dişli çark açma için bir çok yöntem kullanılmakla birlikte, azdırma usulü en çok kullanılan yöntem olarak göze çarpmaktadır. Bu yöntemde, kesme kuvvetleri ve kesme parametreleri arasındaki ilişkilerinin
yorumlanmasıyla optimum kesme koşulları, maliyet ve işleme zamanına yönelik değerlendirmeler

torna

yapılabilecektir. Bu çalışmada, azdırma yöntemi ile dişli çark açma işlemi sırasında meydana gelen kesme
kuvvetlerini ölçebilmek için bir deney seti tasarlanmış ve imal edilmiştir. Sistemde, kuvvet ölçümü için
KISTLER 9272A 4 bileşenli (Fx, Fy, Fz, Mz) dinamometre, veri okuma kartı (KISTLER PCIM DAS 1602/16), çok kanallı bir amplifier, verilerin işlenmesi ve grafiklerin elde edilmesi için de KISTLER Dynoware yazılımı kullanılmıştır. Gerçek kesme şartlarında oluşabilecek durumlar dikkate alınarak deney seti oluşturulmuş ve yapılan kesme deneyi ile kesme kuvvetlerinin ölçülebildiği ortaya konmuştur.

SONUÇLAR

 Gerçek kesme şartlarında oluşabilecek durumlar dikkate alınarak deney seti oluşturulmuş ve kesme kuvvetlerinin ölçülebildiği ortaya konmuştur.  İmal edilen deney seti ile standart bir dinamometre hem kesici takımın hem de iş parçasının hareketli olduğu farklı bir tezgahta kullanılmıştır. Böylece geleneksel freze ve delme operasyonları için hazırlanmış olan dinamometreden azami ölçüde fayda sağlanabildiği görülmüştür.  Azdırma yöntemi ile dişli çark açmada elde edilecek kesme kuvvetlerinin, kesme hızı ve ilerleme gibi kesme parametreleri ile olan ilişkisinin belirlenmesi ile optimum esme koşulları, maliyet ve zaman kaybına yönelik değerlendirmeler yapılabilecektir.  Böylece; dişli imalat ektöründe yaygın olarak kullanılan azdırma freze takımlarınında kesici takım ömründen daha fazla ararlanılacak ve diğer talaşlı üretim operasyonlarında kullanılan kesicilere göre daha pahalı olan bu kesicilerin işletmelere olan maliyeti azalacaktır. Bu alanda sağlanan tasarruf ile imalat sektörüne ve ülke ekonomisine önemli katkılar sağlanacaktır.

DİŞ DİBİ GERİLMELERİNİN ANALİZİ İÇİN DÜZ DİŞLİ ÇARKLARIN SONLU ELEMAN MODELLENMESİ

Sonlu elemanlar metodu modellemede sağladığı kolaylıklar ile dişli çarkların gerilme analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, diş dibi gerilmesinin analizi için sonlu eleman modellenmesinde takip edilen adımlar açıklanmış, geliştirilen model analiz edilmiş ve diğer araştırmacıların modelleri ile karşılaştırılmıştır.
Geliştirilen model ile Tobe ve arkadaşlarının kullandığı modelle elde edilen neticelerle % 0.296 – 0.591 arasında değişen, Chabert ve arkadaşlarının kullandığı modelle elde edilen neticelerle % 0.611 – 2.951 arasında değişen farklar oluşmuştur. Tobe ve arkadaşlarının kullandığı eleman tipinden kaynaklanan fark kabul edilebilir miktardadır. Chabert ve arkadaşlarının kullandığı eleman tipinin formülasyonu ve sınır şartlarının çözüm bölgesine yakınlığı belirgin farklara neden olmuştur. Bu şekilde tek bir dişten oluşan model yerine, kök bölgesinin tamamen izole edildiği modellerin kullanılması yerinde olacaktır.

http://www.mmfdergi.gazi.edu.tr/2004_2/199-204.pdf

Düz Dişli Çarklar

 Düz Dişli Çarklar
 Düz dişli çarkların imalatı, kontrol ve muayenesi helisel dişli çarklara nazaran daha kolaydır. Montaj sırasında gerektiğinde kolaylıkla rektifiye edilebilirler. Düz dişli çarkların helisel dişli çarklarla kıyaslandığında en önemli dezavantajı kavrama prosesindedir. Düz dişli çarklarda bir eş diş çiftinin teması bütün diş genişliği boyunca ani olarak meydana gelir. Bu nedenle herhangi bir taksimat (diş boşluğu) hatası girişime ve gürültüye sebep olmaktadır. Genellikle taksimat hattı hızının 10 m/s dan küçük olduğu ve düşük yük taşıyan uygulamalarda
kullanılır. Düz dişli çarklar kavrama esnasında veya haricinde çarkların eksenel hareket ettiği
Helisel Dişli Çarklar  Helisel dişli çarklar dişli imalat tezgahlarının çoğunda imal edilebilir. Daha geniş olduğu için imalatları uzun sürer, bu nedenle aynı boyuttaki düz dişliye göre pahalıdır. Bununla birlikte aynı boyuttaki düz dişliye nazaran %50 daha fazla yük taşır. Helisel dişli çarklar verilen bir güçte düz dişliye nazaran kompakt bir dizayn arz ederler. Dişlerin devreye girmesi tedrici olduğundan sessiz çalışırlar ve böylece taksimat hattı hızının 10 m/s den büyük olduğu uygulamalarda da kullanılırlar. Çalışma esnasında, helis açısı nedeniyle eksenel yönde de diş kuvveti meydana gelir. Bu da yatak seçimi bakımından düz dişlilere göre dezavantaj teşkil eder. Ok (Herringbone veya çift helis) Dişli Çarklar  Herringbone (çift helis) dişli çarklar helisel dişli çark ile aynı karakteristik özellikleri taşımakla birlikte, zıt yöndeki helisler nedeniyle eksenel yöndeki kuvvetler birbirlerini dengelemekte ve böylece eksenel kuvvet meydana gelmemektedir.  Sağ ve sol helis arasında yiv varsa bu takdirde çift helis dişli olarak adlandırılır (şekil 1-c). Arada yivin olmadığı Herringbone dişlilerde ise yüksek hızlarda helislerin birleştiği uçlarda gürültüye sebebiyet veren yağ sıkışması meydana gelir. Aynı zamanda yüksek hızlarda sıcaklık artmaktadır. Yivin diğer bir faydası eksenel yüke bağlı olarak meydana gelen diş kırılmasını minimize etmesidir.  Uygulamada en fazla kullanılan helis açısı 30 dir. İç dişli çark imalinde, kesici takımın hareketi açısından, yiv olması zorunludur. Şekil 1-d'de Herringbone dişli görülmektedir. Helislerin kesintisiz birleşmesi nedeniyle, yüksek hızlarda birleşme yerinde yağ sıkışması meydana gelmektedir. Bu nedenle gürültülü çalışırlar. Helislerin birleşme yerinde gerilme yığılması vardır. Bu da dişin kırılma ihtimalini arttıran olumsuz bir etkendir. Herringbone dişli çarklar iç dişli çark olarak imal edilemezler. Kesici takımın hareketi için arada yiv olması gerekmektedir. İç Dişli Çarklar  İç dişliler, pinyon ile çarkın dönme yönlerinin aynı olması istenen yerlerde az yer işgal ettiklerinden, dişli kutusunun küçük olması gereken yerlerde, planet dişli sistemlerinde kullanılırlar. (Şekil 1-e)  Kremayer  Kremayer, diş sayısı, yuvarlanma dairesi çapı sonsuz bir dişli gibi kabul edilebilir. En önemli kullanılış yeri kesici bıçak olarak dişli imalatındadır. Ayrıca dik yamaçlara tırmanan trenlerde, bazı tip asansörlerde; dişli tekerleklere şekilsel bağlantılı bir ray (klavuz) olarak kullanılırlar.

DÜZ DİŞLİ ÇARK İMAL METODLARI

2. DÜZ DİŞLİ ÇARK İMAL METODLARI
 Dişli çarkların talaşlı imalatında kullanılan metotlar iki grupta toplanabilir.
A) Kopyalama Metodu (Form Freze)
B) Yuvarlanma Metodu (Çubuk Dişli Takım, Helisel Freze, Pinyon Bıçak)
 A) Kopyalama Metodu (Form Freze)
 Kopyalama metodunda imal edilen diş şekli Kesici Takımın aynısıdır. Kesici Takımın profilinde herhangi bir hata aynı şekilde diş profilinde oluşur. Az sayıda imalat için küçük atölyelerde tercih edilmektedir. İmalatta Üniversal Freze Tezgahları kullanılır.
Form freze ile imalatta bıçak ham dişlide diş boşluğunu hasıl etmektedir. İşleme sırasında Form Freze kendi şeklini diş boşluğuna kopya eder ve böylece yan yana iki dişlinin iki yarım profilini meydana getirir. Verilen bir modülde her diş sayısı için ayrı takım kullanmak gerekir. Bununla birlikte takım sayısını azaltmak için belirli diş sayısı aralıklarında 8 (veya 15) grup takım kullanılır. Çeşitli tipten takımlar Şekil 2’de gösterilmiştir.
B) Yuvarlanma Metodu
 Yuvarlanma metodunda diş şekli Kesici Takımın ve Ham Dişlinin izafi hareketi ile hasıl edilir. Bu metot ile imalat daha kısa sürede büyük hassasiyetle gerçekleştirilir. Orta ve büyük ölçekli işletmelerde seri imalatta kullanılır. Yuvarlanma metodunda kullanılan takımlar aşağıda belirtilmiştir. Verilen bir modülde takımlar tüm diş sayılarında dişli imalatında kullanılmaktadır. Şekil 3’de referans profilleri aynı olan takımlar gösterilmiştir.

B-1 Çubuk Dişli Takım (Kremayer-MAAG)
 Şekil 4’de Çubuk Dişli (Kremayer) takımla diş imalatı prensibi görülmektedir. Takımın hareketi, v üniform hızlı sağdan sola düzgün bir yer değiştirmedir. Ham dişlinin hareketi ise, v hızına ve rp ham dişli yarıçapına bağlı olarak, = v / rp denklemi ile ifade edilen uniform açısal hızlı bir dönme hareketidir. Takıma aynı zamanda taslağın dönme eksenine paralel olarak bir ileri-geri hareketi verilmektedir.

Helisel Frezeleme Teknikleri

Helisel Freze sonsuz vida olarak ele alınabilir (genel olarak ağız sayısı 1 dir). Vidaya eksenel yönde yivler açılarak kesici bıçak serisi oluşturulur. Vidanın eksenel kesiti çubuk dişli olarak düşünülür (Şekil 5). Frezenin dönmesi imajiner Kremayerin öteleme hareketini simüle eder. Kesme işlemi esnasında Freze ve Ham Dişli çark kendi eksenleri etrafında dönerler. Freze dönme hareketine ilave olarak çark eksenine paralel öteleme hareketi yapar. Freze ve Ham Dişli dönme hızları arasındaki bağıntı aşağıda verilmiştir.  nh ve ng Frezenin ve Ham Dişlinin hızları zh : frezenin vida ağız sayısı zg : dişlinin diş sayısı   Helisel Freze ile (Azdırma) profil hasıl etme Şekil 6’da görülmektedir B-3 Pinyon Şeklinde Takım (FELLOWS)  Pinyon bıçak gerçekte, diş alınlarının yüzeyleri taşlanıp arka kısımları boşaltılarak kesici ağız haline getirilmiş bir dişlidir. Bu kesici ile profil hasıl etme biri takım olan iki dişli çarkın eş çalışmasını simüle etmektedir (Şekil 7). Temel dairesi yarıçapı rbc olan pinyon takım aşağıdaki ifade ile tayin edilen temel dairesi yarıçapı rbg olan dişli çarkı hasıl eder.
3. HELİSEL DİŞLİ ÇARK İMAL METODLARI
 Düz dişli çarkların imalinde kullanılan talaşlı imalat metotları, adapte edilerek, Helisel dişli çarkların imalinde de kullanılabilir.
Form Freze
Düz dişli çark imalinde form frezenin şekli ham dişli çark diş boşluğuna kopyalanmaktadır. Helisel dişlilerde diş boşluğu form freze ile aynı şekilde olmaz. Genel olarak form freze, ekseni dişlinin helis açısında olacak şekilde yerleştirilir. Form frezenin düzlemi imal edilecek helise teğettir. Bu yerleştirmede normal kesitte diş boşluğu kesici takım şeklindedir. Normal kesitte diş formu eşdeğer diş sayısındaki düz dişlinin formudur. Normal modüle ve eşdeğer diş sayısına göre form freze seçilir. Form freze ile diş açma metodu küçük atölyelerde tercih edilmektedir .
 Çubuk Dişli Takım (MAAG)
 Çubuk dişli takımla (düz dişli kremayer) helisel dişli imalatı yapılabilir. Takıma ham dişlinin ekseni ile helis açısı yapılacak şekilde kesme hareketi yaptırılır. Takım yine çark eksenine dik öteleme hareketi yapar. Şekil 8'de bu prensiple diş imal eden MAAG tezgahı gösterilmiştir .