BİLGİSAYAR KONTROLLÜ X-Y-Z TABLASI TASARIMI VE İMALATI · tasarımda olduğu gibi alüminyum sigma profiller de kullanılmaktadır. Tasarımda ahşap profiller (Şekil 1.1) yerine

I

T.C EGE ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

(BİTİRME TEZİ)

BİLGİSAYAR KONTROLLÜ X-Y-Z TABLASI

TASARIMI VE İMALATI

Öğrencinin Adı ve Soyadı: Serdal UYANIK

Latif AKPINARLI Sercan SABANCI

Rüştü ÖZCAN Mahir KUYUCU Samet YILDIZ

Tezi (Projeyi) Yöneten: Yrd. Doç. Dr. Aysun BALTACI

Mayıs, 2011 İZMİR

I

SINAV SONUÇ FORMU

Aşağıda belirtilen bu çalışma, ... / ... / .... günü toplanan jürimiz tarafından,

BİTİRME TEZİ olarak kabul edilmiştir / edilmemiştir.

Çalışmanın Adı : BİLGİSAYAR KONTROLÜ X-Y-Z TABLASI TASARIMI VE

İMALATI

Öğrenci Adı, Soyadı :

Öğrenci No :

Danışmanın Ünvanı, Adı, Soyadı :

Başarı Notu (rakam ve yazı ile) :

Başkan Üye Üye

ONAY

I

TEŞEKKÜR

Bu çalışmanın başlangıcından bitimine kadar her aşamada çalışmayı yönlendiren,

özverili yardımlarını esirgemeyen hocalarımız Yrd. Doç. Dr. Aysun BALTACI’ ya, tezin

biçimlenmesinde değerli katkılarını aldığım Yrd. Doç Dr. Seçkin ERDEN’ e, Yrd. Doç.

Dr. Mehmet SARIKANAT’a, Arş. Gör. Barış Oğuz GÜRSES’ e teşekkürü bir borç biliriz.

Serdal UYANIK

Latif AKPINARLI

Sercan SABANCI

Rüştü ÖZCAN

Mahir KUYUCU

Samet YILDIZ

İzmir, 12.05.2011

4

ÖZET

BİLGİSAYAR KONTROLÜ X-Y-Z TABLASI TASARIMI VE İMALATI

SABANCI, Sercan; UYANIK, Serdal; KUYUCU, Mahir; AKPINARLI, Latif;

ÖZCAN, Rüştü; YILDIZ, Samet

Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Aysun BALTACI

Bu çalışmada, Ege Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümünde kompozit

malzemelerin kalınlık ölçümleri, çatlak tespiti gibi işlemlerde kullanılmak üzere çeşitli uç

aksamlarının 3 eksende konumlandırılması amacıyla, 3 eksenli CNC Router tasarımı ve

imalatı yapılmıştır.

Çalışmada tasarımın amacı, konstrüksiyonun teorik hesapları, imalat ve montaj

resimleri, sonlu elemanlar analizleri ve sistemin çalışma prensibi anlatılmıştır.

Anahtar Kelimeler: CNC Router

I

İÇİNDEKİLER

İÇİNDEKİLER ....................................................................................................................... I

ŞEKİLLER DİZİNİ ............................................................................................................. III

TABLO DİZİNİ.................................................................................................................... V

SEMBOLLER ..................................................................................................................... VI

1. GİRİŞ ................................................................................................................................. 1

1.1 CNC Router ve Kullanım Amacı ................................................................................. 1

1.2 Örnek Konstrüksiyonlar ve Farkları ............................................................................. 1

2. TASARIMI VE ÜRETİMİ YAPILAN X-Y-Z TABLASINDA KULLANILAN MAKİNA ELEMANLARI VE PARÇALAR ....................................................................... 3

2.1 Ana Gövde ................................................................................................................... 3

2.1.1 Sigma Profiller ....................................................................................................... 3

2.1.2 Alüminyum Lama .................................................................................................. 4

2.2 Yataklama sistemi ve elamanları ................................................................................. 5

2.2.1 Krom Kaplı İndüksiyonlu Miller ........................................................................... 5

2.2.2 Lineer Rulman ....................................................................................................... 7

2.3 Hareket İletim Sistemi ve Elemanları .......................................................................... 7

2.3.1 Kaplin ..................................................................................................................... 8

2.4 Tahrik Sistemi Ve Elemanları ...................................................................................... 9

2.4.1 Step motorlar .......................................................................................................... 9

2.4.2 Step Motor Sürücüsü ........................................................................................... 10

3. HESAPLAMALAR ......................................................................................................... 11

3.1. X Ekseni İçin Yapılan Hesaplamalar: ....................................................................... 11

3.2 Y Ekseni İçin Yapılan Hesaplamalar: ........................................................................ 11

3.2.1.Seçilen Rulman Ömrünün Hesaplanması: ........................................................... 12

3.3 Z Ekseni İçin Yapılan Hesaplamalar: ....................................................................... 13

3.4 Step Motor Seçimi İçin Hesaplamalar ....................................................................... 14

3.4.1 X Eksenine göre Hesaplar .................................................................................... 15

3.4.1.1 Yük Torkunun Hesaplanması TL (N.m) ........................................................ 15

3.4.1.2 İvmelenme Torkunun Hesaplanması TA (N.m) ............................................. 15

3.4.1.3 Gerekli Torkun Hesaplanması TM (N.m) ...................................................... 16

II

3.4.1.4. Atalet Oranına Göre Seçilen Motorun Uygunluğu ....................................... 16

3.4.2 Y Eksenine Göre Hesaplar ................................................................................... 16

3.4.2.1 Yük Torkunun Hesaplanması TL (N.m)........................................................ 16



3.4.2.4 Atalet Oranına Göre Seçilen Motorun Uygunluğu ........................................ 17

3.4.3 Z Eksenine Göre Hesaplar ................................................................................... 17

3.4.3.1 Yük Torkunun Hesaplanması TL (N.m) ........................................................ 17



3.4.3.5 Atalet Oranına Göre Seçilen Motorun Uygunluğu ........................................ 18

4. BİLGİSAYAR KONTROLLÜ X-Y-Z TABLASINA AİT ANALİZLER ..................... 19

4.1 X Eksenindeki Hareket Kontrolünün Analizi ............................................................ 19

4.2 Y Eksenindeki Hareket Kontrolünün Analizi ............................................................ 22

4.3 Farklı Konumlardaki Analizler .................................................................................. 24

5. BİLGİSAYAR KONTROLLÜ X-Y-Z TABLASININ MONTAJI ................................ 26

5.1 Ana Gövde Montajı .................................................................................................... 26

5.2Hatveli Millerin Sigma Profillere Montajı .................................................................. 27

5.3 Millerin Sigma Profillere Montajı .............................................................................. 28

5.4 Y eksenini oluşturan kolların montajı ........................................................................ 28

5.5 Z Ekseninin Montajı ................................................................................................... 31

5.6 Konstrüksiyonun Montajının Tamamlanmış Hali ...................................................... 32

5.7 Montaj Sırasında Karşılaşılan Temel Sorunlar .......................................................... 32

6. MALİYET HESABI ........................................................................................................ 33

7. SONUÇ............................................................................................................................ 34

8. KAYNAKLAR ................................................................................................................ 35

9. EKLER ............................................................................................................................ 36

III

ŞEKİLLER DİZİNİ

Bölüm Bir

Şekil 1. 1 Ahşap konstrüksiyonlu CNC Router ..................................................................... 2

Şekil 1. 2 Tasarımın CAD Programından Alınmış Görüntüsü .............................................. 2

Bölüm iki

Şekil 2. 1 Sigma Profiller ...................................................................................................... 4

Şekil 2. 3 Sigma profil ve lamaların birlikte montajı ............................................................ 4

Şekil 2. 2 Alüminyum Lama ................................................................................................. 4

Şekil 2. 4 Krom Kaplı Miller ................................................................................................. 6

Şekil 2. 5 Lineer Rulman ....................................................................................................... 7

Şekil 2. 6 Kaplin .................................................................................................................... 8

Şekil 2. 7 Step Motor ............................................................................................................. 9

Bölüm Üç

Şekil 3. 1 Mile Etki Eden Kuvvet ve Momentlerin Gösterimi ............................................ 11

Şekil 3. 2 Milin önden görünüşü,kesme gerilmesi ve moment ........................................... 12

Şekil 3. 3 Step Motora Ait Çalışma Pulse Hızı – Periot Diagramı...................................15

Bölüm Dört

Şekil 4. 1 X Ekseni Mesh ................................................................................................... 19

Şekil 4. 2 X Ekseni Yer Değiştirme .................................................................................... 21

Şekil 4. 4 X Ekseni Güvenlik Faktörü ................................................................................. 21

Şekil 4. 5 Y Ekseni Mesh .................................................................................................... 22

Şekil 4. 6 Y Ekseni Gerilme ................................................................................................ 22

Şekil 4. 7 Y Ekseni Yer Değiştirme .................................................................................... 23

Şekil 4. 9 Y Ekseni Güvenlik Faktörü ................................................................................. 23

Şekil 4. 10 Y ekseni Farklı Konum Mesh ........................................................................... 24

Şekil 4. 11 Y ekseni Farklı Konum Gerilme ....................................................................... 24

Şekil 4. 12 Y Ekseni Farlı Konum Yer Değiştirme ............................................................. 25

Şekil 4. 14 Farklı Konum Güvenlik Faktörü ....................................................................... 25

IV

Bölüm Beş

Şekil 5. 1 Ana Gövde Montajı ............................................................................................. 26

Şekil 5. 2 Yarıklı Rulmanların Millere Takılışı ................................................................... 27

Şekil 5. 3 Hatveli Millerin Sigma Profillere Montajı .......................................................... 27

Şekil 5. 4 Millerin Sigma Profillere Montajı ....................................................................... 28

Şekil 5. 5 Yarıklı Rulmanların Alt Destekli Mile Montajı .................................................. 28

Şekil 5. 6 Y eksenini oluşturan kolların montajı ................................................................. 28

Şekil 5. 8 Rulmanların Lamalara Montajı ........................................................................... 29

Şekil 5. 7 Lamaların Profillere Montajı ............................................................................... 29

Şekil 5. 9 Lineer Rulmanların X ve Y Eksenine Yerleştirilmesi......................................... 30

Şekil 5. 10 Y Ekseninin Bitmiş Görüntüsü.......................................................................... 30

Şekil 5. 11 Y ekseninin ana gövdeye tam monte edilmiş hali ............................................. 31

Şekil 5. 12 Z Ekseninin Görüntüsü ...................................................................................... 31

Şekil 5. 13 Konstrüksiyonun Montajının Tamamlanmış Hali ............................................. 32

V

TABLO DİZİNİ

Bölüm İki

Tablo 2. 1 Sert Krom Kaplı Mil Teknik Özellikler ............................................................... 6

Tablo 2. 2 Kimyasal Özellikler ............................................................................................. 7

Tablo 2. 3 Mekanik Özellikler ............................................................................................... 7

Bölüm Üç

Tablo 3. 1 Mil alt desteğinin izin verilen kuvvet ve moment değerleri............................... 11

Tablo 3. 2 Seçilen lineer rulman ölçüleri ve mukavemet değerleri ..................................... 13

Tablo 3. 3 Seçilen Step ( Adım ) motora ait özellikler………………………………….....14

Bölüm Altı Tablo 6. 1 Maliyet Hesabı ................................................................................................... 33

VI

SEMBOLLER Fr: Radyal Yük (N)

Fa: Eksenel Yük (N)

Mx: X Eksenine Göre Moment (N.m)

My: Y Eksenine Göre Moment (N.m)

Mz: Z Eksenine Göre Moment (N.m)

L: Mil Uzunluğu (mm)

P: Eksene Gelen Maksimum Yük (N)

E: Elastisite Modülü (MPa)

I: Asal Atalet Momenti (mm4)

δ: Sehim (mm)

Lh: Rulman Ömrü (saat)

W: Kütle (kg)

g: Yerçekimi İvmesi (m/s2)

d3: Vida Diş Dibi Çapı (mm)

Jo: Motor Rotor Atalet Momenti (kg.m2)

μ: Kayma Yüzeyleri Sürtünme Katsayısı

ƞ: Vidalı Mil Verimi

μ0: Somun İç Sürtünme Katsayısı

Db: Vidalı Mil Çapı (mm)

Lb: Vidalı Mil Uzunluğu (mm)

ρ: Vidalı Milin Yoğunluğu (kg/m3)

Pb: Vidalı Mil Adımı (mm)

Δl: Çözünürlük (mm/adım)

l: İlerleme (mm)

ϴs: Gerekli Çözünürlük

t1: İvmelenme Periyodu (s)

f2: Çalışma Pulse Hızı (Hz)

TL: Yük Torku (N.m)

F0: Pilot Basınç Yükü (N)

TA: İvmelenme Torku (N.m)

JB: Vidalı Milin Atalet Momenti (kg.m2)

VII

JT: Toplam Kütle İçin Atalet Momenti (kg.m2)

JL: Toplam Atalet Momenti (kg.m2)

TM: Gerekli Tork (N.m)

fH: Sertleştirme Faktörü

fT: Sıcaklık Katsayısı

fw: Yük Katsayısı

fC: Kontak Katsayısı

1

BÖLÜM BİR

1. GİRİŞ

1.1 CNC Router ve Kullanım Amacı

Bu çalışmada 3 eksenli masaüstü CNC router tasarımı ve imalatı yapılmıştır.

3 eksen CNC router, doğrusal hareket mekanizmaları (hatveli mil ve yataklar)

kullanılarak, step motordan alınan tahrik ile doğrusal hareketin elde edildiği, böylece CNC

cihazın amacına yönelik kullanılan uç aksamının, bilgisayar programı ile istenilen konuma

getirildiği cihazlardır. Değişik uç aksamları kullanılarak değişik amaçlara hizmet edilebilir.

Tezgâhın çalıştırılmasında gerekli olan doğrusal yataklar, vidalı miller ve parça

programlarının düzenlendiği yazılım programı hazır olarak alınmıştır. İlk olarak CNC

router tezgâhının tasarımı yapılmıştır. Tasarım esnasında tezgâhın hızı ve kapasitesi

dikkate alınarak mukavemet hesapları yapılmıştır. Tasarımdan sonra masa tipi CNC router

tezgâhının imalatı gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak tasarımı ve imalatı gerçekleştirilen

masa tipi CNC tezgâhının sorunsuz bir şekilde çalıştığı görülmüştür.

1.2 Örnek Konstrüksiyonlar ve Farkları

CNC router cihazları genel olarak küçük boyutlu masaüstü CNC tezgâhlarıdır. Bu

cihazların tasarımında, gövdeyi oluşturan profiller genelde ahşap seçilmekle beraber, bu

tasarımda olduğu gibi alüminyum sigma profiller de kullanılmaktadır. Tasarımda ahşap

profiller (Şekil 1.1) yerine alüminyum sigma profillerin tercih edilmesinin nedeni,

alüminyumun hafif ve sağlam bir konstrüksiyon oluşturmasıdır. Ancak ahşap profillere

göre maliyetinin yüksek oluşu bir dezavantajdır.

Yine birçok CNC router cihazında kullanılan lineer kızak sistemleri bu tasarımda

tercih edilmemiştir. Maliyetinin yüksek oluşu nedeniyle lineer kızak sistemleri yerine krom

kaplı miller ve hatveli miller tercih edilmiştir.

Kullanılan tüm parçalar standart olup, arızalanan veya bozulan parçaların

değişiminin kolaylıkla yapılması da tasarımı, diğer tasarımlardan üstün kılan bir özelliktir.

2

Motor olarak CNC router tezgahları için çoğunlukla step motorlar tercih

edilmektedir. Bu çalışmada da step motor ve sürücüsü kullanılmıştır. Step motorlar çok

pahalı olmamakla birlikte, kolay kontrol edilebilir ve ısı kaybı bakımından üstün bir özellik

gösterirler. Ayrıca her boyuttaki motor için yüksek dönme momenti ile birlikte oldukça

rijit motorlardır. Fakat daha gürültülü ve titreşimlidir.

Tasarımda yükün büyük çoğunluğunu taşıyan, gövdenin altındaki krom kaplı

millerde, çoğu konstrüksiyonda kullanılmayan mil alt desteği kullanılmıştır. Buradaki

amaç sistemin rijitliğini artırmak ve mildeki olası sehimi yok ederek sistemin sorunsuz bir

şekilde çalışmasını sağlamaktır.

Şekil 1.1 Tasarımın CAD Programından Alınmış Görüntüsü

Şekil 1.2 Ahşap konstrüksiyonlu CNC Router

3

BÖLÜM İKİ

2. TASARIMI VE ÜRETİMİ YAPILAN X-Y-Z TABLASINDA KULLANILAN MAKİNA ELEMANLARI VE PARÇALAR

2.1 Ana Gövde

Tezgâh tipine göre, tezgâh gövdeleri birbirinden oldukça farklıdır. Ancak bir

genelleştirme yapılırsa tezgâhların gövdesi, banko ve kolonlardan meydana gelir. Banko,

tezgâhın bulunduğu zemine göre yatay; kolon, bu zemine göre dikey vaziyette bulunan

gövde kısmıdır.

Tezgâh gövdelerinin; yüksek rijitliğe ve kütleleri azaltmak için hafif

konstrüksiyona sahip olmaları; başka bir deyişle rijitlik/kütle oranı yüksek olması gerekir.

Ayrıca malzeme seçiminde sönümleme özelliği de dikkate alınır. Rijitlik/kütle oranı

üzerinde yapılan teorik ve deneysel incelemelere göre, bu bakımdan en uygun kesitin içi

bos kesit olduğu anlaşılmıştır. Bos kesitler eğilme ve burulma gibi zorlamalarda, kesitteki

gerilmelerin dağılımım eşitlemekle beraber eylemsizlik momentini de artırırlar. Ancak bu

durumda elemanın dış boyutu da artar. Boş kesitli elemanların rijitliklerini artırmak için

kaburgalar veya özel şekillendirmeler yerleştirilir. Gövdelerin burulma rijitliği, gövdeyi

oluşturan kısımların birbirine bağlama şekline bağlıdır. Genellikle cıvatalarla on gerilme

seklinde yapılan bu bağlamalar, bir yandan veya iki yandan olabilir. Genelde iki yandan

yapılan bağlama, burulma rijitliğini arttırır. Yapılan çalışmada tezgâhların rijitliği, tasarım

sırasında günümüzde geliştirilmiş bir hesap yöntemi olan, sonlu elemanlar yöntemi ile

kontrol edilmiştir. [1]

2.1.1 Sigma Profiller

Sigma profil (Alüminyum Profil) günümüzde çelik konstrüksiyonun yerini almaya

başlamıştır. Uygulama alanlarına göre özel olarak dizayn edilmiş bu profillerin 8mm ve

10mm lik kanal ölçüleri sayesinde statik ve dinamik yüklemelere karşı daha sağlam ve

güvenilir. bağlantılar mümkündür. Sigma profilin seçilmesindeki en önemli faktörler seri

montaj özelliği, dayanıklılık, işlerlik, kullanışlılık ve tasarım özelliğidir.

4

En uygun kesitlere sahip olan alüminyum (sigma) profillerin kanallarına göre özel

olarak tasarlanan bağlantı elemanları sayesinde daha kolay ve hızlı montaj imkânı verir.

Planlama zamanları ve malzeme sarfiyatı asgaridir. Çünkü modüler bir yapıya sahip olan

elemanlar daima birbirine uygun olması sebebiyle kullanılması çok pratiktir.

Konstrüksiyonlarda değişiklik yapmak mümkündür, bütün parçalar sonradan da

olsa kolaylıkla monte edilebilir. Bu alternatiflerinden dolayı sigma

(aluminyum) profiller her türlü kullanım için uygun olup aynı zamanda ekonomik bir

çözüm olduğundan dolayı günümüzün en çok tercih edilen alt yapı malzemelerindendir.

Bizim projemizde 45x45, 30x90, 90x90, 90x180, 90x270 çeşitli ölçülerde sigma

profiller kullanılmıştır.

2.1.2 Alüminyum Lama

Alüminyum lamalarda projemizde sigma profiller gibi büyük bir öneme sahiptir.

Yüksek rijitlik ve hafiflik gibi gereksinimlerimizi karşıladığı için projemizde gerekli

yerlerde, hareket eden araba adını verdiğimiz sistemin oluşturulmasında da olduğu gibi

alüminyum lamalar kullanıldı.

Şekil 2. 1 Sigma Profiller

Şekil 2. 3 Alüminyum Lama Şekil 2. 2 Sigma Profil ve Lamaların Birlikte Montajı

5

Tasarımımız da 45x45, 30x90, 90x90, 90x180, 90x270 ölçülerinde alüminyum

lamalar kullanılmıştır. Şekil 2.3 de gösterildiği gibi alüminyum lamalar torna tezgâhında

işlenerek bağlantı elemanları yardımıyla sigma profillerle montajı yapılmıştır.

2.2 Yataklama sistemi ve elamanları

Bir makinenin, sağlam bir yapıda rahat bir şekilde zorlanmalara, mekanik

kasılmalara maruz kalmadan çalışması için yataklama sistemlerinin iyi tasarlanmış olması

gerekmektedir. Bunun nedeni, tahrik motorlarının gücünün çoğunu kesme kuvvetlerini

yenmek için harcamasıdır. Bunun sağlanmaması durumunda motorlar tam olarak verimli

kullanılamamaktadır. Bu nedenle makine sistemlerinde hareketli mekanizmalar

kullanılıyorsa yataklamanın çok iyi yapılması gerekmektedir. Tasarım ve imalatı yapılan

masa tipi CNC freze tezgahında X, Y ve Z eksenlerinin hareket sistemlerinin

yataklanmasında, günümüz teknolojisinin getirmiş olduğu yeniliklerden olan, doğrusal

rulmanlı yataklar ve indüksiyonlu krom kaplamalı, CK 45 malzeme kalitesinde miller

kullanılmıştır. Doğrusal rulmanlı yataklar içlerinde bilye sisteminin sürekli devir daim

yapması mantığıyla çalıştığı için sürtünmeyi en aza indirerek, sistemde meydana

gelebilecek kasıntı ve zorlanmaları en aza indirgemiştir.

2.2.1 Krom Kaplı İndüksiyonlu Miller

Sert krom kaplama kaplanacak malzeme üzerine krom iyonlarının elektrolitik

çökertme yöntemi ile çökertilmesi ile malzemeye korozyon direnci sağlar. En iyi derecede

sertlik, düşük sürtünme katsayısı, korozyon direnci, yıpranma direnci, aşınma direnci

sağlar. [3]

Sert krom kaplı millerin avantajları, sert krom kaplama yeni makine parçalarının

ömrünü artırır, tekstil makine parçaları, hidrolik şaftlar, kesici takımları gibi malzemelerin

dayanıklılığını geliştirir. Zamanla aşınmış makine parçalarının yenisini alarak bütçenizde

oluşabilecek zarar yerine, sert krom kaplama yaparak parça üzerinde kaybolan metali tamir

edebilirsiniz. Krom kaplama parçanın orijinal toleranslarında kaplama sağlar.

6

Endüstride ise, hidrolik parçaları, valf parçaları, ruloları (Plastik ve matbaa ve

kauçuk, ambalaj, metal şekillendirme ), çelik endüstrisi, pompa parçaları, döküm demir,

metal şekillendirme parçaları, gıda makineleri, plastik akıtma ve ekstrüzyon vida ve

kovanları, tekstil makine yedek parçalar gibi uygulama alanları vardır.

ANA MALZEME SERTLİĞİ 180 -230 HB

KAPLAMA KALINLIĞI 20 Micron

KAPLAMA SERTLİĞİ Hv 800 – 1000

DOĞRULUK SAPMASI 0.05/1000 mm

YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜ Ra 0.10 – 0.25 Micron

ÇAP TOLERANSI ISO f 7

STANDART BOY 5 – 6.5 metre

YUVARLAKLILIK 1/3 Çap Toleransı

OVALLİK 1/3 Çap Toleransı

Tablo 2. 1 Sert Krom Kaplı Mil Teknik Özellikler

Malzeme W.No C % Mn% Si% S % P %

Ck 45 1.1191 0.42 - 0.50 0.50 - 0.80 0.40 0.0351 0.0351

Şekil 2. 4 Krom Kaplı Miller

7

Tablo 2. 2 Kimyasal Özellikler

Malzeme Akma Dayanımı

N/mm2 Çekme Dayanımı

N/mm² Uzama

%

Ck 45 320 350 - 520 13

Tablo 2. 3 Mekanik Özellikler

2.2.2 Lineer Rulman Rulmanlı yatak imalatında kullanılan malzemelerin sertlik ve mukavemet değerleri

ile aşınma, yorulma ve korozyon dayanımlarının yüksek olması istenir. Ayrıca, söz konusu

malzemelerin kararlı yapısal ve mekanik özelliklere sahip olması gerekir. Rulmanlı

yataklarda, yuvarlanma elemanlarının yüzeyleri ile yuvarlanma yolları arasındaki temas

alanlarının çok küçük olmaları nedeniyle, rulman elemanlarının yüzeylerinde oldukça

yüksek basınçlar oluşur. Rulmanlı yataklarda en yüksek yüzey basınçları, yuvarlanma

elemanları ile iç bileziğin yüzeylerinde meydana gelir Oluşan basınçlar, rulman

elemanlarının yüzeylerinde deformasyona, aşınmaya ve/veya yorulmaya neden olabilirler.

Ağır yükler altında çalışan rulmanlı yataklarda aşırı plastik deformasyonun meydana

gelmesini önlemek için, rulman malzemesinin elastiklik sınırı ile sertliğinin yüksek olması

gerekir.

Şekil 2. 5 Lineer Rulman

2.3 Hareket İletim Sistemi ve Elemanları

Step motorlarla tahrik edilen eksen sistemleri, dönme hareketini DK tip kaplinler

yardımıyla vidalı mil sistemlerine aktarırlar.

8

2.3.1 Kaplin

Kaplin bir hareketi diğer bir ekipmana iletmek için kullanılan makine parçasıdır.

Bu hareketi iletme esnasında mekanik titreşimleri ortadan kaldırmak için kaplin

lastiği denilen absorban bir malzeme kullanılmak zorundadır. Kullanılmadığı takdirde

ortaya çıkacak mekanik titreşimler makineye zarar verebilir ve kulağa hoş gelmeyen sesler

üretebilir. Kaplinler iki parçalı veya üç parçalı üreten firmaya göre çok parçalı da

olabilirler; örneğin şaftlar gibi.

Şekil 2. 6 Kaplin

Makinelerde emniyetli hareket iletiminde önemli bir görevi olan; sistem içersinden

belki en basit, takıldığı makineye göre de en ucuz eleman gibi görünen kaplinler;

seçiminde, montajında dikkatli davranılmadığında üretimin en pahalı elemanı haline gelir.

Monte edildiği makinenin sık durmasına sebep olur. Tüm makineli çalışmalarda (özellikle

endüstriyel) üretim zincirindeki bir halkanın aksaması tüm sistemi durduracağından,

kaplinlerin seçimi montajı ve kontrolleri son derece önemlidir. Burada yapılan hatalar

nedeniyle işletmelerde üretim kesintileri olur, kayıplar artar. Genel anlamda irtibat

elemanlarının görevi, güç kaynağı olan motor veya döndüren eleman ile döndürülen

eleman arasında irtibat sağlamak ve bu şekilde hareketi iletmektir. Mekanik irtibat

elemanları olarak pratikte kaplinler ve kavramalar kullanılmaktadır. Kaplinlerde bağlantı,

mekanik bağ ile gerçekleştirilir. Bu nedenle iki mil arasındaki irtibatı sağlamak veya

kesmek, mekanik bağlantı elemanının takılıp sökülmesi ile yapılır; bu da ancak döndüren

mil dururken mümkündür. Kavramalarda ise irtibat, mekanik veya fiziksel bir olaya

(genellikle sürtünme olayına) dayanmaktadır; şöyle ki döndüren mil döndüğü halde

istenildiği zaman irtibat sağlanabilir veya kesilebilir. Kaplinlere çözülemeyen kavramalar

ve kavramalara çözülebilen kavramalar da denir.

9

2.4 Tahrik Sistemi Ve Elemanları

Tahrik sistemi olarak, tasarımı yapılan X-Y-Z tablasında step motor ve bu hareketi

eksenlere iletmek için krom kaplı mil sistemi kullanılmıştır. Step motorlar düşük hızlarda

yüksek dönme momenti ürettikleri ve kontrolü kolay yapıldığı için seçilmiştir. Sistemde X,

Y, Z eksenlerinde olmak üzere 3 adet step motor kullanılmıştır. Bu step motorlar 1,8 Nm

dönme momentine sahip ve 1.5 A akım çekmektedir.

2.4.1 Step motorlar

Step motorlar dönme hareketindeki adım ve yon sinyallerini dönüştürler ve basit bir

şekilde kontrol edilebilirler. Her ne kadar step motorlar, dijital geri besleme sinyalleri ile

ya da analog sinyal kombinasyonları ile kullanılsa da, coğunlukla geri bildirim (acık uçlu)

dışında kullanılanları da vardır. Step motorların kontrolü için sürücü veya kontrol kartı

gereklidir. [4]

Step motorların avantajlarından bahsedecek olursak:

Şekil 2. 7 Step Motor

a) Maksimum dinamik dönme momenti, düşük hızlarda en yüksek değerine

ulaşır. Sekil 2.4 de piyasada bulunan bir step motor görülmektedir.

b) Step motorlar kolaylıkla ivmelenebilirler, rijitliğe ve sabit bir dönme

momentine sahiptirler, bu yüzden genellikle fren ve kavramalara gerek duyulmaz. Step

motorlar üretim yapıları itibariyle dijitaldirler. Pozisyon belirleyici adımların sayısı, hız

belirleyici frekans adımlarının sayısıyla aynıdır.

c) Bu avantajlara ek olarak çok pahalı değil, kolay kontrol edilebilir ve

yapısında fırça yoktur, ısı kaybı bakımından ustun bir özellik gösterirler ve her boyuttaki

motor için yüksek dönme momenti ile birlikte oldukça rijit motorlardır.

10

Step motorlarla ilgili dezavantajlarda vardır:

Dezavantajların en büyüğünden biri devir sayısı arttıkça buna ters orantılı olarak

dönme momenti de düşer. Çünkü çoğu step motorlar pozisyon sensoru olmadan acık uçlu

olarak kullanılırlar buna bağlı olarak emniyetli dönme momenti değeri asılırsa, pozisyon

kaybı olabilir ya da motor durabilir.

Acık uçlu step motor sistemleri yüksek yüklemeli uygulamalarda ya da yüksek

performans isteyen uygulamalarda kullanılmamalıdır. Başka bir eksiklik ise rezonans

noktalarında motor milinin çok yüksek salınım yaptığı durumlarda yüksek atalet

kuvvetlerini sönümleyememesidir.

Sonuç olarak step motorlar yüksek hız gerektiren uygulamalarda iyi sonuçlar

vermeyebilirler. Motorun maksimum adım/sn oranı ve düşük hızlardaki dönme momenti

değeri dikkate değer bir özellik olabilir.

2.4.2 Step Motor Sürücüsü

Step motor sürücüsü, kontrollerden gelen sinyaller doğrultusunda motora ileri veya

geri ne kadar dönmesi gerektiğini söyleyen bir sistemdir. Sürücüler sayesinde motorlar

kararlı bir şekilde çalışırlar Step sürücüler en kolay yönetilebilen sürücüler olmalarının

yanında en hesaplı sürücülerdir. Bu sürücülerin uygulaması çok kolaydır kişinin elektronik

bilgisi olması şart değil okuryazar olması yeterlidir, bu sürücülerde standart Step/Dır

girişleri adım ve yon bilgisi girişleridir, Bunun dışında besleme ve motor girişleri bulunur

motor fazları genelde bir bobin resmiyle tanımlanır ya da A-A bir faz B-B diğer faz olarak

tanımlanır, Adım ve amper ayarları da genelde şematik ya da direnç değerleriyle tarif

edilmişlerdir, kısacası step motor ve sürücüleri hem ekonomik hem de uygulaması

kolaydır.

11

BÖLÜM ÜÇ

3. HESAPLAMALAR

3.1. X Ekseni İçin Yapılan Hesaplamalar:

X eksenini için tasarımın ilk aşamasında gidip gelme hareketinin sadece mil

üzerinde olmasını düşünmüştük. Ancak oluşacak sehimin lineer harekette kasmalara yol

açacağı için mil alt desteği kullanılması daha uygun olmuştur. Taşıyacağı yük göz önüne

alındığında ayrıca bir hesap yapmaya gerek görülmemiştir. Sadece en kritik nokta için

moment hesabı yapılarak kontrol edilmiştir.

Şekil 3. 1 Mile Etki Eden Kuvvet ve Momentlerin Gösterimi

Tablo 3. 1 Mil alt desteğinin izin verilen kuvvet ve moment değerleri

Fa = 230N Tabla ağırlığından gelen maksimum kuvvet.

L = 710mm Mil uzunluğu.

My = (Fa/2)*(L/2) = 40,83Nm < 108,6Nm ise statik moment bakımından uygundur.

3.2 Y Ekseni İçin Yapılan Hesaplamalar:

Y ekseni için kritik olan sehimin istenilen değerlerde olmasıdır. Ayrıca seçilen

rulmanın hesabı da yapılmıştır.

12

Şekil 3. 2 Milin önden görünüşü,kesme gerilmesi ve moment

P = 45 N Eksene gelen maksimum kuvvet.

L = 600 mm Mil uzunluğu.

E = 210000 N/mm2 Elastisite modülü.

I1 = = 3217 mm4 Asal atalet momenti (r = 8 mm için )

I2 = = 7854 mm4 Asal atalet momenti (r = 10 mm için )

δmax = 0,3 mm hesaplanır. (r = 8 mm için )

δmax = 0,123 mm hesaplanır. (r = 10 mm için )

Bu değerlere bakılarak sistemimiz daha hassas çalışması ve daha rijit olması için

r = 10mm'lik mil kullanmak uygun görülmüştür.

3.2.1.Seçilen Rulman Ömrünün Hesaplanması:

Mil çapı 20mm seçildiği için lineer rulmanda LME20UU seçilir.

fH = 1 ; fC = 0,81 ; fT = 1 ; fW = 1 ; C = 862N ; P = 45N ; n1 = 1 ; ls = 1,24m/dk

P

L

δmax

13

Tablo 3. 2 Seçilen lineer rulman ölçüleri ve mukavemet değerleri [7]

Lh = 1.250.000saat bulunur.

Bu kadar büyük bir değer çıkması normaldir. Çünkü üzerine gelen yük miktarı

düşüktür. Ayrıca bu eksen için kritik olan sehim değeri olduğu için milin çapına göre

seçilen rulman, gereksinimi fazlasıyla karşılamaktadır.

3.3 Z Ekseni İçin Yapılan Hesaplamalar:

Z ekseni tasarımda düşey eksende yer aldığı, üzerine gelen yük çok az olduğu ve

çalışma prensibine göre ne işlem yapılacaksa yalnızca ona kılavuz görevi göreceğinden

küçük çaptaki mil seçilmiştir. 16mm çaplı milin kullanılması uygundur.

Vidalı mil için motorun tahrik etmesi durumunda oluşan eksenel kuvvet milde

basma gerimesine (flanbaj) neden olur.

Fa = W*g*(sinα + μ*cosα)

W = 4kg ; g = 10 m/s2 ; α = 300 ; Ѱ = 0,3

Fa = 30,4 N bulunur.

Basma gerilmesinin etkili olmaması için gerekli minimum vida diş dibi çapı:

14

3.4 Step Motor Seçimi İçin Hesaplamalar

Seçilen step motorun ve tezgahın ilgili verilerini yazalım

Seçilen motor 1.85NM23STH76-2006

Motorun rotor atalet momenti Jo (kg.m2) 0,000048

Toplam kütle m (kg) (X/Y/Z) 27/9/1,96

Kayma yüzeyleri sürtünme katsayısı μ 0,05

Vidalı mil verimi η 0,9

Somun iç sürtünme katsayısı μ0 0,3

Vidalı mil çapı Db (mm) 16

Vidalı milin uzunluğu Lb (mm) (X/Y/Z) 710/536/287

Vidalı mil malzemesi (demir) için yoğunluk ρ (kg/m3) 7900

Vidalı mil adımı Pb (mm) 5

Çözünürlük Δl (mm/step) 0,025

ilerleme l (mm) 180

Pozisyonlanma periyodu (s) 0,8

Gerekli çözünürlük θs 2 veya daha kısa

Tablo 3.3 Seçilen Step ( Adım ) motora ait özellikler

Gerekli Çözünürlük:

Çalışma Pulse Sayısı:

İvmelenme Periyodunun Belirlenmesi t1 (s):

İvmelenme periyodu pozisyonlanma periyodunun %25’dir.

Çalışma Pulse Hızı f2 (Hz):

15

Şekil 3.3 Step Motora Ait Çalışma Pulse Hızı – Periot Diagramı

3.4.1 X Eksenine göre Hesaplar

3.4.1.1 Yük Torkunun Hesaplanması TL (N.m)

3.4.1.2 İvmelenme Torkunun Hesaplanması TA (N.m)

7200 pulse

Çalışma Pulse Hızı f2 (Hz)

16

3.4.1.3 Gerekli Torkun Hesaplanması TM (N.m)

3.4.1.4. Atalet Oranına Göre Seçilen Motorun Uygunluğu

Seçilen motorun uygunluğu için toplam atalet momentinin seçilen motorun rotor atalet

momentine oranı 10’dan küçük olmalıdır.

Seçilen motor uygundur.

3.4.2 Y Eksenine Göre Hesaplar



17


3.4.2.4 Atalet Oranına Göre Seçilen Motorun Uygunluğu




3.4.3 Z Eksenine Göre Hesaplar



18


3.4.3.5 Atalet Oranına Göre Seçilen Motorun Uygunluğu




19

BÖLÜM DÖRT

4. BİLGİSAYAR KONTROLLÜ X-Y-Z TABLASINA AİT

ANALİZLER

Açıklama: Analizler yapılırken sistem eksensel anlamda bölgelere ayrılarak daha kolay

sonuca gitme amaçlanmıştır.

4.1 X Eksenindeki Hareket Kontrolünün Analizi

Şekil 4. 1 X Ekseni Mesh

Şekil 4.1 de sistem çok küçük parçalara bölünerek çözüme ulaşılma amaçlanmıştır.

20

Şekil 4. 2 X Ekseni Gerilme

Şekil 4. 2 de analizi yapılan konumun N/m2 cinsinden gerilme değeri verimiştir. En yüksek

gerilmenin destek parçalarında olduğu görülmektedir. Sayısal değerler sağdaki sütunda

görülmektedir.

21

Şekil 4. 2 X Ekseni Yer Değiştirme

Şekil 4. 3 X EKSENİ GÜVENLİK FAKTÖRÜ

Şekil 4. 4 de X ekseninin maruz kaldığı yüke karşı güvenlik faktörü minimum 15.05 olarak

görülmektedir

22

4.2 Y Eksenindeki Hareket Kontrolünün Analizi

Şekil 4. 5 Y Ekseni Mesh

Şekil 4. 6 de görüldüğü üzere tam orta noktadaki konumda analizler yapılmıştır.

Şekil 4. 7 Y Ekseni Gerilme

23

Şekil 4. 8 Y Ekseni Yer Değiştirme

Şekil 4. 9 Y Ekseni Güvenlik Faktörü

Şekil 4. 9 da Y ekseninin maruz kaldığı yüke karşı güvenlik faktörü minimum 13.32 olarak

görülmektedir.

24

4.3 Farklı Konumlardaki Analizler

Şekil 4. 10 Y ekseni Farklı Konum Mesh

Şekil 4.10 da sistemin alacağı bir diğer konum analiz edilmiştir.

Şekil 4. 11 Y ekseni Farklı Konum Gerilme

25

Şekil 4. 12 Y Ekseni Farlı Konum Yer Değiştirme

Şekil 4. 13 Farklı Konum Güvenlik Faktörü

Şekil 4. 14 de Y ekseninin maruz kaldığı yüke karşı güvenlik faktörü minimum 4.04 olarak

görülmektedir.

26

BÖLÜM BEŞ

5. BİLGİSAYAR KONTROLLÜ X-Y-Z TABLASININ MONTAJI

Yapılan tasarım doğrultusunda ve 3 boyutlu montaj resimleri yardımıyla bilgisayar

kontrollü x-y-z tablasının montajı gerçekleştirilmiştir. Tasarım aşamasında maliyeti

düşürmek ve montajı kolay hale getirmek amacıyla çeşitli sigma profiller kullanılmıştır.

Sigma profiller ve diğer aliminyum lamalar şekil bağı ile birbirine tutturulmuştur.Bu da

boyut olarak küçük olan tablanın montaj süresini 1 gün gibi kısa bir süreye düşürmüştür.

Montaj sırası, eksenler biribiri üzerine bağlantılı olduğundan En büyük eksenden – en

küçük eksene (X Y Z) şeklinde gerçeklerştirilmiştir. Montaj aşamaları aşağıdaki gibidir:

5.1 Ana Gövde Montajı

İlk olarak 16 mm çapındaki krom kalplı miller desteklerine vidalanmış daha sonra bu

miller destekleriyle beraber sigma profiller üstüne vidalanmıştır. Diğer profiller üçgen

bağıntı ve vidalama işlemleriyle birbirine tutturulmuştur. Son olarak ayaklar takılarak ana

gövde oluşturulmuştur. Krom kaplı millerin bağlı oldukları sigma profiller ana gövdeye

bağlanmadan önce yarıklı rulmanlar millere geçirilmiştir.

Şekil 5. 1 Ana Gövde Montajı

27

5.2HatveliMillerinSigmaProfillereMontajı

Profillere lama adı verilen aliminyum parçalar alyan başlı cıvata ile monte edilmiş

daha sonra bu lamalara hatveli millerin yatağı şekildeki gibi bağlanmıştır.

Şekil 5. 2 Yarıklı Rulmanların Millere Takılışı

Şekil 5. 3 Hatveli Millerin Sigma Profillere Montajı

28

5.3 Millerin Sigma Profillere Montajı

İlk önce derj maddeden yapılan bir nevi burç görevi gören silindirik parçalar

profillere çekiç yardımıyla çakılmış daha sonra bu parçalar içine miller çakılmıştır.

5.4 Y eksenini oluşturan kolların montajı

Y eksenini oluşturan profiller alüminyum lama ile şekildeki gibi birbirine bağlantısı

yapılmıştır. Daha sonra yarıklı rulmanlar üzerine konan başka bir lama üzerine cıvatalar ile

monte edilmiştir.

Şekil 5. 4 Millerin Sigma Profillere Montajı

Şekil 5. 6 Y eksenini oluşturan kolların montajı

Şekil 5. 5 Yarıklı Rulmanların Alt Destekli MileMontajı

29

Kollara çekiç yardımıyla çakılan miller daha sonra lamalar üzerinden vida ile sabitlenmiştir.

Hatveli millerin sabitlemesini ve merkezlemesini yapan rulmanlar şekildeki gibi lamalara vidalanmıştır.

Şekil 5. 8 Rulmanların Lamalara Montajı

Şekil 5. 7 Lamaların Profillere Montajı

30

Sabit miller üzerinde hareketi sağlayan lineer rulmanlar şekildeki gibi Y ve Z eksenlerine yerleştirilmiştir.

Şekil 5. 9 Lineer Rulmanların X ve Y Eksenine Yerleştirilmesi

Şekil 5. 10 Y Ekseninin Bitmiş Görüntüsü

31

Şekil 5. 11 Y ekseninin ana gövdeye tam monte edilmiş hali

5.5 Z Ekseninin Montajı

Aynı işlemler Z ekseni içinde uygulanmış ve daha sonra Z ekseni Y ekseni üzerine

monte şeklinde ana gövdeye birleştirilmiştir.

Şekil 5. 12 Z Ekseninin Görüntüsü

32

5.6 Konstrüksiyonun Montajının Tamamlanmış Hali

Şekil 5. 13 Konstrüksiyonun Montajının Tamamlanmış Hali

5.7 Montaj Sırasında Karşılaşılan Temel Sorunlar

1. Profillere çakılan derj malzemelerin fazla darbe sonucu kırılıp parçalanması

2. Destekli millerin paralelliğinin sağlanması

3. Hatveli millerin merkezlenmesinin iyi ayarlanması

4. Hatveli mil için kullanılan rulmanların millerin merkezlemesine etki etmesi

33

BÖLÜM ALTI

6. MALİYET HESABI

Tablo 6. 1 Maliyet Hesabı

MALZEME BOYUT MİKTAR TOPLAM BİRİM FİYATI

TOPLAM FİYAT

45X45 L

710 2 1420 400 6 2400 250 4 1000 800 2 1600

TOPLAM BOY 6,42 22,51 144,5142 45X90 L 270 2 0,54 39,09 21,1086

90X180 AĞIR 45 2 90 100 1 100

TOPLAM BOY 0,19 225,11 42,7709 45X180 35 2 70 70 1 70 TOPLAM BOY 0,14 117,7 16,478 90X90 AĞIR 40 2 80 90 1 90 TOPLAM BOY 0,17 120,6 20,502 AYAK 4 4,03 16,12 GENİŞ KÖŞE BAĞLANTISI 8 3,14 25,12 TIRTILLI SOMUN M 8 16 0,58 9,28 ALIN CİVATASI 12 0,74 8,88 16 MİL ALT DESTEK 710 2 1,42 94,58 134,3036 16 MİL ALT DES. ARABA DAR 4 15 60 DÜZ KÖŞE BAĞ 4 2,7 10,8 TIRTILLI SOMUN M8 8 0,58 4,64 90X135X15 AL 2 12,12 24,24 90X90X15 AL 2 8,08 16,16 90X600X15 AL 1 107,73 107,73 60X60X4 BOY 90 KÖŞEBENT AL 2 21,54 43,08 90X270X15 AL 4 12,12 48,48 180X110X10 LEVHA AL 1 39,5 39,5 45X180X15 AL 4 4,03 16,12 90X180X15 AL 1 32,32 32,32 UFL İÇ ÇAP 12 6 12,89 77,34 DERLİN 30X20X45 4 4,52 18,08 20 LİNEER RULMAN 4 3,8 15,2 DERLİN 26X16X35 4 2,43 9,72 16 LİNEER RULMAN 4 3,11 12,44

16X05 VİDALI MİL

825 1 825 627 1 627 366 1 366

TOPLAM BOY 1,818 121,56 220,99608 16X05 VİDALI MİL SOMUNU 3 150,55 451,65 ÇAP 20 İND. KROM KAP. MİL 600 2 1,2 30,5 36,6 ÇAP 16 İND. KROM KAP. MİL 300 2 0,6 27,3 16,38 KAPLİN GS7 3 20,13 60,39 BAĞLANTI CİVATA SOMUNLARI + torna freze işçilik 400,00 1.8 N m STEP MOTOR 23STH76-2006 3 100 300 STEP SÜRÜCÜ KARTI TOSHIBA TB6560 1 150 150 GÜÇ KAYNAĞI 1 25 25 MÜHENDİSLİK ÜCRETİ (1 AY) 160 SAAT 20 TL/SAAT 3200

TÜM PROJE MALİYETİ 5675,00 TL

34

7. SONUÇ

Tasarımı ve imalatı yapılan bilgisayar kontrollü X-Y-Z tablası değişik uç aksamları

kullanılarak kompozit malzemelerde çatlak ve hata tespiti, kalınlık ölçümü gibi işlemlerde

kullanılacaktır.

Statik hesapları yapılan CNC router üç boyutlu çizim programında tasarlandıktan

sonra imalat resimleri yardımıyla makine parçaları imal edilmiştir. İmal edilen makine

parçaları, hazır olarak tedarik edilen ve teknik resimlere göre işlenen yatak, rulman ve

millerle montajı yapılmıştır. Mekanik olarak montajı yapılan bilgisayar kontrollü X-Y-Z

tablasına step motorların ve elektrik malzemelerinin montajı yapılmış ve Mach 3 programı

kullanılarak kontrolü yapılmıtır.

Sonuç olarak, tasarımı ve imalatı yapılan bilgisayar kontrollü X-Y-Z tablası

sorunsuz olarak çalıştırılmıştır.

35

8. KAYNAKLAR

[1] http://www.cncdesigner.com/mekanizmalar.html

[2] ORIENTAL MOTOR GENERAL CATALOGUE – Selecting a stepping motor

[3] http://www.ercankimya.com.tr/prod03.htm

[4] http://www.kontrolkalemi.com/forum/elektrik-motorlari/158-adim-motorlari-step-

motorlar-turkce-dokuman.html

[5] http://www.metalplastik.com.tr/02_26.asp

[6] Hassas İndüksiyonlu Miller ve Doğrusal Rulmanlar,PB Rulman, Polymak

36

9. EKLER

Documents

BİLGİSAYAR KONTROLLÜ X-Y-Z TABLASI TASARIMI VE İMALATI · tasarımda olduğu gibi alüminyum sigma profiller de kullanılmaktadır. Tasarımda ahşap profiller (Şekil 1.1) yerine