CAD/CAM Bilgisayar Destekli Tasarım ve İmalat

Bilgisayar destekli tasarım veya daha çok kullanılan kısaltılmış biçimiyle CAD terimi, mühendislik tasarımcılarının tasarımlarını geliştirmek, değiştirmek ve son şekle sokmak için bilgisayardan ana öğe olrak yararlandıkları bir işlemi tanımlamak için kullanılır. Bilgisayar; tasarımcının veriyi analiz ettiği, hesaplamaları yaptığı ve proje edilen tasarımın üç boyutlu görüntüsünün hızlı ve verimli olarak bilgisayar grafik sistemiyle oluşturulduğu bir terminal olmaktadır. Görüntü ise, döndürülebilmekte, farklı açı, kesit, düzlem ve büyüklüklerde incelenebilmektedir.Değişiklikler çok hızlı olrak yapılabilmektedir.

Tasarımcı, tasarımın ayrıntılarını yeterli bulduğunda bu bir çizim istasyonu olan ikinci bir terminale gönderilir. Burada teknik ressamlar, orjinal tasarımı bir dizi mühendislik teknik resmine dönüştürür. Burada da iş parçası döndürülerek, kesit alınarak, ölçeklendirilerek orjinal tasarımın modifikasyonu sağlanır. Bu işlem bittiğinde ise tam olarak boyutlandırılmış çizimler, sisteme bağlı bir yazıcı veya çizici ile çıkartılır veya daha sonra kullanım amacıyla bu bilgiler nümerik veri olarak saklanabilir.

Bilgisayar destekli imalat veya CAM ise, bilgisayar destekli imalat işlemlerini tanımlamak için kullanılır. BUnun en önemli imalat işlemlerinden birisi talaş kaldırmadır. Talaş kaldırma ise bilgisayar destekli imalat işlemlerinin yalnızca bir örneğidir. Bunun uygulandığı diğer imalat işlemlerine örnek olrak; kaynak, alevle kesme, pres işleri, elektro deşarj işlemi, parça birleştirilmesi vs. verilebilir.

Yukarıda listelenen tüm işlemler gerçek imalat işlemleridir. Yani sonuç bir iş parçası veya iş parçası komplesi olmaktadır. Aynı zamanda tüm sistem içinde önemli rol oynayan diğer hayati fonksiyonlarda vardır. Malzemelerin ve takımın sağlanması, parça programlama ve iş kontrollü atölye ile ilgili diğer fonksiyonlardır.Bütün bu fonksiyonlar bilgisayarlı imalat sistemi oluşturacak şekilde bilgisayar kontrollü gerçekleştirilebilir.

Geçmişte CAM'in imalat elemanı olan CAD ve CAM iki farklı etkinlik olarak gelişmiştir. Bilgisayarların imalat işlemlerine uygulanmasıyla CAM, CAD'in biraz önünde gitmiştir. Şu anda ise küçük şirketlerde bile bu, birbiriyle ilgili iki fonksiyonun bir "entegre fonksiyon" olarak geliştiği görülmektedir.Şimdiden oldukça gelişmiş tasarım ve çizim sistemleri, parça program aracılığı ile imalat işlemlerine bağlanmıştır. İmalat konusu tasarım aşamasında düşünülmekte ve tezgah kontrol programları doğrudan tasarımla ilgili verilerden alınmaktadır. Bu işlem aynı zamanda geleneksel teknik çizimleri ortadan kaldırmaktadır. Kısacası, toplam nümerik mühendislik oluşmuş ve bunun uygulama hızı özellikle büyük şirketlerde daha fazla görülmektedir.

2. Bilgisayar Destekli Parça Programlama

Nümerik kontrollü işleme operasyonları için bir program derlenirken programcı, istenen parçayı işlernek için gerekli doğru takım yörüngelerini sağlayacak tezgah hareketlerini nümerik olarak tanımlamak zorundadır. çoğu düzgün şekilli iş parçalarında, özellikle düz çizgi hareketi gerektiren­lerde bu iş oldukça basittir. Fakat zaman zaman programcı, takım yolarının tanımlanmasının oldukça zor olduğu iş parçalanyla da karşılaşabilir. Bu du­rum çoğu zaman, teknik çizimlerin nümerik kontrollü işleme süreçlerine göre boyutlandınlmadığı durumlarda ortaya çıkar.

Şekil 1'de görülen iş parçasını göz önüne alalım. Bu iş parçasını bo­yutlandırmada kullanılan yöntem "klasik" yöntemdir ve geleneksel anlamda imalat için yeterlidir. Fakat nümerik kontrol için program yazarken, prog­ramcı eğrinin başlangıç ve bitim noktaları ile ilgili boyutsal verilerle birlikte, yay merkezinin koordinatlarını da bilmek zorundadır. Programlama başla­madan önce hesaplamalar yapılmalıdır.

Şekilde görülen örnek için gereken hesaplamalar çok karmaşık değildir ve bir hesap makinesi yardımıyla kolaylıkla yapılabilir. Karmaşık olan profil işleme nedir ve burada bilgisayar kullanımı daha iyi sonuç verebilir.

Bilgisayar destekli programlamanın ilk örnekleri, genel amaçlı bir işlemcinin ve özel geliştirilmiş APT (otomatik programlanmış takım) denilen bir programlama sisteminin kullanımını gerektirmekteydi. APT sistemi, programcıya "Pidgin-ingilizcesinin" bir şeklini kullanarak ilgili nokta, çizgi ve eğri serisiyle iş parçası profilinin tanımlanmasını sağlamaktaydı. Bu kesici takımın üzerindeki bir konumda programcının kendini hayal gücü ile ve is­tenen yol boyunca bir dizi talimatla bunu yönlendirmesiyle yapıldı. Bu ta1i­mat1arın girilmesiyle bilgisayar kullanılan takım çapının toleransını da göz önüne alarak, gerekli tüm hesapları yapıp uygun takım yolunu belirleyecek

Şekil1: Geleneksel boyutlandırma

veriler oluşturulur. Bu veriler ise bir ön işlemci ile her bir tezgah kontrol ünite­sine uygun bir formda, parça programında bulunması için gönderilir.

Son Yıllarda bilgisayar destekli parça programlama alanında birçok ge­lişme olmuştur. Şu anda ilk sistemlerin aksine merkezi sistem bilgisayar kullanımını gerektirmeyip mini veya mikro bilgisayarla çalışan, kullanımı olduk ça basit olan sistemler vardır. .

Bilgisayar destekli parça programlama sistemleri ya "dil" ya da "grafik' temelli olabilmektedir. Her iki kavram arasındaki farklar aşağıda verilmiştir Fakat hangi sistem kullanılırsa kullanılsın bilgisayar destekli parça programlama işlemindeki basamaklar (genellikle CAPP olarak isimlendirilir) aşağıda.ki gibi verilebilir:

1. Bilgisayar ekranında, iş parçasımn geometrik ayrıntısının oluşturulması,

2. İlerleme hızları, kesme hızları ve takım ayrıntılarını içeren kullanılacak işleme operasyonlarının sırasını belirlemek için, teknolojik verinin girilmesi,

3. Takım yerleşimi veri kütüğünün oluşturulması ve takım yolunun belirlenmesi için bu verilerin işlenmesi,

4. Kullanılacak tezgah kontrol sistemlerinin kabul edeceği bir form ve ya dilde bu verilerin ileri düzeyde işlenmesi

İş parçasının geometrik aynntılarının oluşturulması için, iş parçası ilk önce noktasal, dairesel ve çizgisel elemanlara ayrılır. Her bir eleman daha sonra ya özel bir dil kullanan klavye girişi ile veya bilgisayar ekranında klavye girişi ve "körsır" gerektiren taslak projesi ile oluşturulur. Bunu yapabilmek için programcının spesifik programlama dili veya diğer veri giriş teknikleri­ni bilmesi gerekmektedir.

3. Esnek İmalat Sistemi

Esnek imalat sistemi (FMS) el müdahelesi gerektirmeksizin, farklı iş parçalannda çeşitli ve sürekli talaş kaldırma işlemlerini sağlayan bir bilgisa­yar kontrollü işleme düzenlemesidir. Böyle bir sistemin amacı, mümkün ol­duğunca iş parçasının üretim maliyetini düşürmek ve çok küçük miktarlarda istenen özel iş parçalarını üretmektir. Dolayısıyla böyle bir sistemin ana koşulu esnek olmasıdır. Yani üretim sürecinde herhangi bir kesinti ol­maksızın bir işlemden diğerine veya bir iş parçasından diğerine geçebilme kapasitesine sahip olmasıdır.

Her parça başına üretim maliyeti, istenen (üretilen) parça sayısının artışıyla azalmaktadır. Dolayısıyla büyük üretim miktarları için, belli bir işi çok verimli ve hızlı olarak yapan özel amaç tezgahlarına fazlaca yatırım yap­ma düşüncesi savunulabilir. Bu çeşit tezgahlar farklı iş tiplerine kolay uyarla­namaz yani esnek değildir. Esneklik olmadığında ise, yani bir ustanın bir tezgahta herhangi bir sırada iş parçasını işlemesi durumunda üretim oranı ol­dukça düşük, bu nedenle de maliyetler yüksek olur. Modem esnek imalat sis­temleri bu iki uç örnek arasında köprü kurmayı amaçlar.

Esnek imalat sistemlerinin yapılması, direkt nümerik kontrol (DNC) olarak isimlendirilen bir sistem ile gelişigüzel düzende ana bilgisayar prog­ramı ile çalışan modern tezgah kontrol ünitelerinin bilgisayar belleğinde bir dizi parça programına sahip olmasıyla sağlanmıştır.

Aynı ana bilgisayar, tezgaha iş parçalarının verilmesini de kontrol et­mektedir. Üçüncü önemli faktör olan takımlar ise parça programının kendisi tarafından kontrol edilir. Ama çok farklı işlemlerin yapılması durumunda, çok sayıda takımları içine alabilen takım magazini gerekebilir. Freze işlemle rinde en az 60, bazen 100 den fazla takım gerekebilir.

Esnek imalat sistemi en az iki tezgah içerir. Yalnızca iki veya üç tezgah bulunduran düzenlemeler bazen "işleme hücresi" olarak isimlendirilir. Bir tam entegre sistem ise birbirinden farklı tiplerde ve bu sayıdan daha çok tezgah içerir. Gerçi yüksek maliyet nedeniyle bu sistem şu anda çok yaygın olarak kullanılma­maktadır. Yine de bu çeşit bir sisteme modüler yaklaşım, yani önce iki tezgah­la başlayıp daha sonra yatırım imkanlarının bulunmasıyIa, ek tezgahların ko­nulması, gelecekte bu özelliğin atölyelerde yaygın olacağını göstermektedir.

Her tezgaha iş parçasının otomatik beslenmesi küçük ya da büyük tüm sistemlerin gerekli bir özelliğidir.Torna merkezlerinin aksine özellikle işleme merkezlerinde palet kullanımı en çok tercih edilen yöntemdir (Bunlar aynı za­manda tornlama işlemlerinde de kullanılmaktadır). Tornalama işleminde palet kullanıldığında tezgahın son yüklenmesi genellikle bir robot yardımıyla olur.

Freze işlemleri için paletlerin kullanılması, yapılan işin tipine ve var olan iş sahasına göre değişmektedir. Şekil 2 raf sisteminin kullanımını göstermektedir. Böyle bir sistem oldukça basit olup gerektiğinde uzatılma ve değiştirilme kapasitesine sahiptir. Daha karmaşık sistemler atölye zeminine yerleştirilmiş kontrol kablolan ile yürütülen ve fabrika içinde belirli güzer­gahlarda hareket eden palet troleylerin kullanımını içerir. Her bir tezgah ken­di doldurma ve boşaltma istasyonuna sahiptir. Ayrıca her bir troleyin seyaha­tinin bitiminde, doldurma ve boşaltma yaptığı bir ana istasyon bulunmak­tadır. Bir başka yaklaşım ise raylar bo­yunca hareket eden troleylerin kullanılmasıdır.

Paletler, konumları iş zincirinde kritik olan önceden belirlenmiş bir düzende tezgahlara beslenir. Aksi takdirde bir iş parçası yanlış bir işleme çev­rimine maruz kalabilir. Alternatif olarak bunlar tezgaha gelişigüzel bir düzen­de fakat tanımlanmış olarak beslenir. Bu tanımlama, paletler tezgaha yak­laştığında palet üzerine yerleştirilmiş bir numara kartına göre hareket eden fo­toelektrik bir cihazla sağlanır. Tanımlanmadan sonra o iş parçası için gereken doğru işleme programı çağnlır.

İş paletlerinin hazırlanması genellikle el ile yapılır. Bunları tezgah için­de yerleştirilmesi ve bağlanması tamamen otomatik olarak yapılır ve sonuçta işleme operasyonu başlamadan bunların yerleştirilmesinin gözlenmesi ge­rekli olur. Bu çeşit bir kontrolün genel özelliği "limit anahtarlar" kullanmaktır.

Şekil 2: Raf paletli iş parçası sağlama sistemini kullanan esnek imalat sistemi

Toplam otomasyona bir ara yaklaşım ise bir tezgaha ayrılmış otomatik palet yükleyicilerin kullanımı olmaktadır. Bir palet gövdesi dikdörtgen, oval veya yuvarlak olabilir ve tam olarak yüklendiğinde hafta sonu boyunca ya da gece boyunca, saatler süren denetim gerektirmeksizin üretimde kullanılabilir.