Bigisayar Kontrollu CNC Sistemi - Meslek Yüksekokulu

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYEBĐLGĐSAYAR KONTROLLU CNC SĐSTEMĐPC CONTROLLED CNC SYSTEML. Özlem KARACA, Taner AKKAN, Tolga OLCAY, Hakan ÇELĐK, Recep Can BAŞKURT,Đsmail YALÇINER, Mehmet BAYSARIDokuz Eylül Üniversitesi Đzmir Meslek Yüksekokulu Mekatronik Programı, ĐZMĐRÖZETGünümüzde bilgisayarlı nümerik kontrollü makineler özellikle mekanik sistemlerin yapımındagerekli dişli ve vida gibi elemanların üretiminde kullanılmaktadırlar. Bu sistemler aynı zamandaelektronik kart üretiminde ve delinmesinde de kullanılmaktadır. Bu çalışmada basit bir üç eksenliCNC makine modelinin tasarımı yapılmış ve uygulanmıştır. Mekanik sistem alüminyum profil veCNC ile işlenmiş metal parçalardan oluşmaktadır. Eksenlerin hareketlendirilmesi adım motorlarıve 1/2.5 oranında kasnakların güç aktarımı ile sağlanmıştır. Step motorlar MC433 PWM kartı ilesürülmüştür. Bilgisayar programı olarak Mach3 CNC kontrol yazılımı kullanılmıştır. Mekatroniksistemin testi bir kalemin kâğıt üzerine istenilen bir şekli çizmesi ile tamamlanmıştır. Sistemimizileride özellikle elektronik baskı devre üretiminde kullanılabilecektir.Anahtar Kelimeler: Bilgisayarlı nümerik kontrol, CNC, Adım motoruABSTRACTNowadays, computer numeric controlled machines especially used in the manufacturing of theparts like gears and screws for mechanical systems. These systems also can be used in electronicprinted circuit boards production and drilling the holes. In this study, a basic three axes CNCmachine model is designed and applied. The mechanical system consists of aluminum profile andCNC processed metal parts. Motion of axes is done by step motors and pulleys with 1/2.5 ratio.Step motors are driven by MC433 PWM card. Mach3 CNC control software is used as computerprogramming. Drawing on a paper with pen is selected as a mechatronics system test. This syetmcan be used especially electronic printed circuit manufacturing in the future.Keywords: Computer Numeric Control, CNC, Step Motor1. GĐRĐŞHassas bilgisayar kontrollü nümerik işleme tezgâhları makine parçalarının üretiminde önemli yertutmaktadır. Bu tezgâhlar üç eksenli Kartezyen koordinatlarda tablasına sabitlenmiş parçalarıgenelde matkap uçları gibi işleme aletleri ile şekillendirmektedir. Aynı tezgâhlar özellikle baskıdevre yapımında iletim hatlarının olmadığı bakır şeritleri kazıma yöntemini kullanmaktadır. Birişleme ucu değişikliği ile aynı kartlardaki eleman delikleri de yapılabilmektedir. Bu çalışmada butür bilgisayar kontrollü amatör bir tezgâhın yapılması amaçlanmıştır [1,3]. Tezgâhın adımmotoru [4] kontrolcülerine ek olarak bilgisayar yazılımına önemli bir iş düşmektedir. Bu yazılımstandart programlama kodlarını okumalı ve motor sürücü kartına başarı ile aktarmalıdır. Sisteminmekaniği de sağlam ve hassas bir şekilde programlama komutlarını uygulayabilmelidir. Mach3[5] yazılımı burada kullanım kolaylığı ve rahatlığı açısından seçilmiştir. Bilgisayarlı nümerikkontrol sisteminin diyagramı Şekil 1 de gösterilmektedir.1

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYEŞekil 1. Sistem diyagramıMakinemizin mekatroniği bilgisayar destekli olacak şekilde standart haberleşme protokollerikullanılarak yapılmıştır. Bilgisayar destekli tasarım programında çizilen model, takım yoluoluşturma programları ile derlendikten sonra G ve M kodu çıktısını makine kontrol programınaaktarılır. Makine kontrol programı ise bu kodları yorumlayarak mikro işlemcilerden oluşan motoradım motoru sürücü devresine paralel porttan adım ve yön bilgilerini göndererek çalışmaktadır.Makine bilgisayardan aldığı bilgiler doğrultusunda milimetrik olarak hareket eder ve bu hareketsıralı bir kod listesinden oluşmaktadır. Sıralı kod listesi tamamen işlendiği zaman tasarımprogramımızdaki tasarladığımız ürünün katı modeli üretilmiş olur böylece sanal ortamdatasarlanan bir ürünün ilk örneği üretilmiş olur.2. MATERYAL VE METOT2.1. Solidworks ÇizimiProjemizin tasarım aşamasında makinenin mekanik çizimi için SolidWorks kullanılmıştır.Makinede bulunan bütün paçalar tek tek çizilerek sanal ortamda birbirine montajı yapılarakanaliz edildikten sonra üretim için malzeme cinsi belirlenmiştir. Malzeme olarak alüminyumprofil ve metal kullanılmıştır.2.2. Kullanılan ve üretilen ParçalarKullanılan parçaların listesi aşağıda verilmiştir.1- 1500 mm 1605 Vidalı Mil Lineer Hareketi Sağlamak için2- Vidalı Mil Somunu Lineer Hareketi Sağlama için3- 1208 Lineer rulman Lineer Hareketi Sağlamak için4- Civalı çelik mil Lineer Hareketi Sağlamak için5- 16mm Lineer Yatak altlığı Lineer Hareketi Sağlamak için6- 20mm Lineer Yatak altlığı Lineer Hareketi Sağlamak için7- 1608mm Lineer Rulman Lineer Hareketi Sağlamak için8- 20mm Lineer RulmanLineer Hareketi Sağlamak için2

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE9- Sarhoş Rulmanlı Flanş Lineer Hareketi Sağlamak için10- Alümünyüm Profiller Makinenin Şasesini Oluşturmak Đçin11- Civatalar ve Vidalar Makinenin Şasesini Oluşturmak Đçin12- Elektronik Malzemeler CNC Kontrol Kartı için13- Step Motor Lineer Hareketi Sağlamak için14- Step Motor Sürücüsü Lineer Hareketi Sağlamak için15- Güç Kaynağı Makinenin Besleme Enerjisi16- Diger malzemeler; matkap, el frezesi, canavar…..vb.Motor ve motorla ilgili üretilen parçaların resimleri Şekil 2’dedir. Sabit parçalardan bazılarınınçizimleri Şekil 3’tedir. Bu parçaların birbirine montajı ile makine ortaya çıkmıştır.Şekil 2. Motor parçaları2.3. Mekanik MontajŞekil 3. Sabit parçalardan bazılarıYukarıda bahsedilen tüm parçaların montaj aşamaları Şekil 4’te görülmektedir.Şekil 4. Parçaların montajlı hali3

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYE2.4. Elektronik SistemElektronik sistemin kalbi MC433 step motor vuru genişlik modülasyonu (PWM) sürücü kartıdır.BU kart paralel porttan PC tarafından yönetilmektedir. 4 step motoru kontrol eden bu kartın 4eksen için limit anahtar kontrol bağlantıları da mevcuttur. Sistemin blok şeması Şekil 5’teverilmiştir. Şekil 6’da güç kaynağı ve step motor sürücü kartı görülmektedir.Şekil 5. Elektronik sistemin blok şeması2.5. YazılımŞekil 6. Elektronik kontrol sisteminin fotoğrafıYazılım olarak piyasada bulunan herhangi Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) veya BilgisayarDestekli Üretim (CAM) seçilebilir. Önemli olan G kodlarının üretilmesidir. AutoCAD,MasterCAM , SolidCAM, AlphaCAM, ArtCAM, Type3 gibi programlar örnek verilebilir. Buçalışmada yazılım olarak MC433 kartımızı da kontrol edebildiğinden Artsoft Mach3 seçilmiştir.Bilgisayar kontrol programı 3 adımdan oluşmaktadır; Tasarım programı, Takım yollarınıoluşturma ve Makine kontrol programı. Bilgisayar destekli tasarım programında çizilen model,takım yolu oluşturma programları ile derlendikten sonra G ve M kodu çıktısını makine kontrolprogramına aktarılır. Makine kontrol programı ise bu kodları yorumlayarak mikro işlemcilerdenoluşan motor step motor sürücü devresine paralel porttan adım ve yön bilgilerini göndererekçalışmaktadır. Makine bilgisayardan aldığı bilgiler doğrultusunda milimetrik olarak hareket eder4

MKT2012,Proje Tabanlı Mekatronik Eğitim Çalıştayı, 25-27 Mayıs 2012, Çankırı-Ilgaz, TÜRKĐYEve bu hareket sıralı bir kod listesinden oluşmaktadır. Sıralı kod listesi tamamen işlendiği zamantasarım programımızdaki tasarladığımız ürünün katı modeli üretilmiş olur böylece sanal ortamdatasarlanan bir ürünün prototipi üretilmiş olur.3. DENEYSEL ÇALIŞMAŞekil 7’de görüldüğü gibi projemizin tamamının 3D tasarımı görülmektedir. Tasarımın tamamıSolidWorks kullanılarak sanal ortamda gerçekleştirilmiştir. Tasarım mevcut materyallerin vemekanik kısmın tek parçalar halinde çizildikten sonra bir araya getirilip montajı yapılarakmakine halini almıştır. Motorlar step motor olup vidalı millere 1/2,5 oranında kasnaklar ile güçaktarımı sağlanmıştır. Makine eksenleri X 50mm Y 50mm Z 50mm olmak üzere 3 eksendenoluşmaktadır. 3 eksenin de hareketi step motor ile sağlanmıştır. Makinemizde 4 adet R20mm ve8 adet R16mm lineer rulmanlar ile yataklar üzerinde kayarak hareket etmektedir. Hareket içingüç aktarımında 16mm/5mm vidalı mil ve bunlara bağlı 3 adet bilyeli somun kullanılmıştır.4. SONUÇLARŞekil 7. Sistemin Solidworks modeli ve tamamlanmış durumuMekanik yönden sağlam, parça işleyebilecek güçte bir bilgisayar destekli üretim sistemigerçekleştirilmiştir. Sistemin PC yazılımı olan Mach3 hem tasarlama hem de kontrol işlevleriniperformanslı bir şekilde yerine getirmektedir. Bu çalışmada bir kalem yardımıyla bir kâğıtüzerine 2 boyutlu şekiller aktarılmıştır. Đleride sistem geliştirilerek baskı devre yapması vedelmesi olanaklı görünmektedir.KAYNAKÇA[1] www.rcmodels.net/cnc, Erişim Tarihi: Mayıs 2011.[2] www.luberth.com/plotter/plotter.htm, Erişim Tarihi: Mayıs 2011.[3] www.homecnc.info, Erişim Tarihi: Mayıs 2011.[4] http://www.doc.ic.ac.uk/~ih/doc/stepper, Erişim Tarihi: Nisan 2011.[5] http://www.mach3.com, Erişim Tarihi: Mayıs 2011.5