CNC NEDİR? - CNC TEZGAHLAR
CNC TEZGAHLARIN TEMEL YAPISI


İmalatın amacı, hammadde halinde bulunan herhangi bir malzemeyi, belirli bir amaca yönelik olarak işleyerek bir dönüşümü gerçekleştirmektir. Bu dönüşüm çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilebilir. Makinelerin çoğunlukla kullanıldığı imalat sistemleri bir sanayinin temelini oluşturur. Sanayi ortamında metal, ahşap, plastik ve taş gibi malzemeleri işleyen ve bunlara belirli bir şekil veren üretim araçlarına takım tezgahı adı verilir. Takım tezgahları alanında en önemli dönüşümlerden biri 1950 yıllarında nümerik programa göre çalışan ve nümerik kontrollü (NC-Numerical Control) denilen tezgahların uygulamaya konulması ile başlamıştır. Aynı tarihlerde seramikten yapılan takımların kullanılması ile kesme hızları ve işleme kaliteleri büyük değerlere ulaşmış ve her iki uygulamada da takım tezgahları gerek nitelik, gerekse nicelik bakımından büyük gelişme göstermiştir. Bu gelişme, daha önce bilinen mekanik otomat tezgahları da kapsamına alarak günümüzde, pim kontrollü, kam kontrollü, kopya kontrollü, tek akslı, çok akslı, transfer tezgahları olarak bilinen büyük bir tezgah yelpazesini oluşturmuştur. NC tezgahların bilgisayarla donatılması ile CNC (Computer Numerical Control) ve CNC’lerin ortak bir yerden kontrolü ile DNC (Direct Numerical Control) yapısı oluşmuştur. Bilgisayarların ve özellikle kişisel bilgisayarların kullanılması ile de bu tezgahlar işlemlerini optimizasyon ilkelerine göre yapma fırsatı ortaya çıkmıştır (AKKURT, M., 1999). Kaynakwh webhatti.com: Kaynakwh webhatti.com:

Türkiye’ de çeşitli sektörlerde farklı düzeylerde olmakla beraber ileri teknoloji uygulamalarının yaygınlaşmaya başladığı görülmektedir. Özellikle CNC tezgah odaklı bilgisayar destekli üretim uygulamalarında Türkiye’ deki öncü sektörlerden birisi mobilya endüstrisidir. 1990’ lı yılların başında, Mobilya ve Orman Ürünleri endüstrisi için bilgisayar destekli üretim uç noktalarda bir uygulama alanı olarak görülmekteydi. Oysa özellikle mobilya endüstrisi hem sipariş ağırlıklı hem de parti üretiminin bir arada görüldüğü, bazen esnekliğin bazen otomasyonun çok önemli olduğu, kullanılan girdi çeşitliliği ve malzeme yapısındaki farklılıklarla önemli mühendislik becerisini gerektiren bir sektördü. Bu nedenle başta lüks bir uygulama gibi görülen bilgisayar destekli üretim uygulamaları kısa bir süre içerisinde üretimde darboğazların aşılması için zorunlu olan bir kavram haline gelmiş ve hızla endüstride yaygınlaşmıştır (KOÇ ve Diğ, 2005).

CNC Tezgahların Gelişimi

Üretim aracı olarak takım tezgahlarının kullanılması insanlık tarihiyle başlar. Ancak 19. yy. başlangıcında İngiltere ve diğer Batı Avrupa ülkelerinde sanayi devriminin başlamasıyla, takım tezgahları günümüzdeki anlamı ile hızlı bir gelişme göstermiş ve bu ülkelerde, sanayinin bel kemiğini oluşturan güçlü bir takım tezgahı sanayi kurulmuştur (PEHLİVANOĞLU, V., BATI, M., 2002).
CNC tezgahları öncelikli olarak uçak ve helikopter sanayilerinde beliren ihtiyaçları karşılamak için ortaya çıktı. Otomotiv endüstrisinde uygulanması sırasında gelişti ve yaygınlaştı. CNC tezgahların yaygınlaşmaya başlaması ile yeni tezgah tasarımı ve kullanımı tamimiyle değişti, mühendislerle atölye ve fabrika sahiplerine yepyeni olanaklar ortaya çıkmaya başladı (HASAN, E., 2000).
Nümerik kontrol fikri II. Dünya Savaşı’ nın sonlarında ABD hava kuvvetlerinin ihtiyacı olan karmaşık uçak parçalarının üretimi için ortaya atılmıştır. Çünkü bu tür parçaların o günkü mevcut imalat tezgahları ile üretilmesi mümkün değildi. Bunun gerçekleştirilmesi için PARSONS CORPORATION ve MIT (Massachusetts Institute of Tecnnology) ortak çalışmalara başladı. 1952 yılında ilk olarak bir CINCINNATTI-HYDROTEL freze tezgahını Nümerik Kontrol ile teçhiz ederek bu alandaki ilk başarılı çalışmayı gerçekleştirdiler. Bu tarihten itibaren pek çok takım tezgahı imalatçısı Nümerik Kontrollü tezgah imalatına başladı. İlk önceleri NC takım tezgahlarında vakumlu tüpler, elektrik röleleri, komplike kontrol ara yüzleri kullanılıyordu. Ancak bunların sık sık tamirleri hatta yenilenmeleri gerekiyordu. Daha sonraları NC takım tezgahlarında daha kullanışlı olan minyatür elektronik tüp ve yekpare devreler kullanılmaya başlandı. Bilgisayar teknolojisindeki hızlı gelişmeler Nümerik Kontrollü sistemleri de etkilemiştir. Artık günümüzde NC tezgahlarda daha ileri düzeyde geliştirilmiş olan entegre devre elemanları, ucuz ve güvenilir olan donanımlara sahiptir. ROM (Read Only Memory) teknolojisinin kullanılmaya başlanılmasıyla da programların hafızada saklanmaları mümkün olmuş ve sonuç olarak bu gelişmeler CNC kavramının doğmasına öncülük etmiş ve daha sonraları CNC torna, matkap vb. takım tezgahlarında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır (DİNÇEL, M., 1999).
NC tezgahlar Orman Ürünleri Endüstrisine metal işleme göre 10-15 yıllık bir gecikme ile girmiş ve 1971 yılında Hannover fuarında ilk defa pozisyon ayarlı montaj presi ve 1975 yılında Ligna fuarında NC üst freze makinesi tanıtılmıştır. Bu gelişmelerden hareketle NC makinelerin ağaç işleme alanının tümüne ulaşması ve ağaç malzemenin işlenmesinde kullanılması 1980’ li yıllarda gerçekleşmiştir. Türkiye’ de 1980 yılından sonra bu teknolojilere ilgi başlamış ve bazı sanayi kuruluşları NC ve CNC tezgahları ithal etmeye başlamış ve böylece uygulamada da bu teknolojiye alışmaya başlamışlardır (KOÇ ve Diğ, 2005).
CNC Tezgahların Özellikleri
CNC ve NC arasında kullanım açısından önemli fark vardır. NC tezgahlarda program başlatıldığında operatör isterse işleme son verilebilir, ancak programı değiştiremez. CNC de ise program değiştirilebilir, sistemde takım parçaları, boyutları vs. operatör tarafından tezgaha tanımlatılabilir (ALTAN, E., 2006).
Bilgisayarlı nümerik kontrolde tezgah kontrol ünitesinin komputurize edilmesi sonucu programların muhafaza edilebilmelerinin yanında parça üretiminin her aşamasında programı durdurma, programda gerekli olabilecek değişiklikleri yapabilme, programa kalınan yerden tekrar devam edebilme ve programı son şekliyle hafızada saklama yeteneğine sahiptir. Bu nedenle programın kontrol ünitesine bir kez yüklenmesi yeterlidir (DİNÇEL, M., 1999).
CNC takım tezgahlarının tamamının sağladığı en önemli ve birincil fayda, otomasyona olanak tanımasıdır. CNC tezgahların kullanılması suretiyle iş parçalarının imalatı esnasında operatörün müdahalesi en aza indirilmekte veya tamamı ile ortadan kaldırılmaktadır. Çoğu CNC takım tezgahları parça işlemesi esnasında dışarıdan bir müdahale olmadan çalışabilmekte, böylece operatörün yapacağı diğer işler için zaman bulmasına imkan tanımaktadır. Bu, CNC tezgah sahibine, operatör hatalarının azaltılması, insan hatasından kaynaklanan hataların en aza indirilmesi, işleme zamanının önceden ve tam olarak tespit edilebilmesi gibi faydalar sağlar. Makine program kontrolü altında çalışıyor olacağından, konvansiyonel takım tezgahında aynı parçaları imal eden bir usta ile kıyaslandığında CNC, operatörün temel işleme tecrübesi ile ilgili olan beceri seviyesi oldukça azaltılmaktadır. CNC teknolojisinin ikinci temel faydası, iş parçalarının hassas ve devamlı aynı ölçüde çıkmasıdır.
Günümüzün CNC takım tezgahları inanılması güç tekrarlama ve pozisyonlama hassasiyeti değerlerine sahiptir. Bu ise program kontrol edildikten sonra, iki, on, veya bin adet iş parçasının da aynı hassasiyet ve ölçü tamlığında elde edilebilmesini sağlamaktadır. CNC takım tezgahlarının büyük bir bölümünde sunulan üçüncü önemli fayda ise, esnekliktir. Bu makineler program vasıtasıyla çalıştığından, bir başka iş parçasının işlemeye alınıp elde edilmesi diğer makinelere oranla kıyaslanamayacak bir hızda yerine getirilmektedir (YİĞİT, R., 2006).
CNC takım tezgahlarının fiziksel tasarım ve konstrüksiyonları NC tezgahların aynıdır. Ancak NC takım tezgahlarında yapılmaları pratikte mümkün ve ekonomik olmayan bir dizi fonksiyonel özellikler bu tür tezgahlara ilave edilmiştir.
Bu özellikler şunlardır;

• Tezgaha yüklenmiş olan parça programları kontrol ünitesi hafızasında saklanabilir, buradan çağrılarak defalarca işletilebilir.
• Tezgah kontrol ünitesini besleyen özel bir güç kaynağı vardır. Tezgahın enerjisi kesilse bile program vb. veriler saklı kalır.
• Parça programı üzerinde yapılması düşünülen değişiklikler istenildiği anda ve kolaylıkla yapılır. Değiştirilmiş olan program son şekliyle hem işletilir hem de hafızada saklanır.
• Bazı rutin operasyonlar program içerisinde döngüler (Cycles) şeklinde tanımlanır ve gerekli yerlerde kullanılır.(Delik delme, delik büyütme, dikdörtgen cep frezeleme, vb.)
• Bir iş parçası üzerinde döngüler dışındaki tekrarlanması gereken operasyonları ana program içerisinde bir kez yazılır ve alt program adıyla isimlendirilirler. Ana programın uygulanması sırasında bu alt programlar gerekli yerlerde çağrılarak işlem tamamlanır.
• Bir parçanın programı yazıldığında normal olarak belirli tür ve çaptaki kesicilere işlenir. Programlama esnasında kesici çapının dikkate alınarak bazı belirli ölçüsel kaydırmaların yapılması gerekir. Kesici telafisi (Cutter Compensation) kolaylığı ile bu kaydırmalar CNC kontrol ünitesi (CNC Control Unit) tarafından programın işletimi esnasında yapılır. Böylece kullanılan kesici kırıldığında ve aynı çapta başka bir kesici bulunamadığı durumlarda farklı çaptaki kesici ile programa kalınan yerden devam edebilme kolaylığı sağlanır. Kontrol ünitesi yeni kesicinin çapına göre gerekli ölçüsel kaydırmaları yapar.
• CNC kontrol ünitesinde bilgisayar kullanımı sonucu diğer pek çok bilgisayar ve sistemleriyle iletişim kurabilme avantajına sahiptir.
• Parça imalatına geçilmeden önce görüntü ünitesi (Visual Display Unit) yardımıyla grafik olarak parça programının benzetimi yapılabilir.
• Kesici aletlerin değiştirilmeleri herhangi bir manuel müdahale olmaksızın yapılır. Bunun için dönerli taretler (Rotery Turrets) ya da paletli kesici magazinleri kullanılır.

Herhangi bir programlanan noktadan diğer bir noktaya olan hareketi belirleyen konturlama işlemine interpolasyon denir. İnterpolasyon, önceden belli olan takım ucunun kat etmesi gereken yolu hesaplama ile daha küçük lineer hareketlere çevirerek, takım yolunu kırılmış parçalı bir şekle sokar. İki esas interpolasyon tipi vardır; lineer interpolasyon ve dairesel interpolasyon. İnterpolasyon nümerik kontrollü takım tezgahlarında donanım ile sağlanırken, CNC’lerde ise yazılımla sağlanır. Lineer veya dairesel interpolasyonlarda hareket, eksenler yönünde sırayla gerçekleştirilir ve takım yolları alt segmentlere ayrılır. Dairesel interpolasyonlarda doğrusal hareketler söz konusudur (ALTAN, E., 2006).
Nümerik kontrollü takım tezgahları farklı şekillerde gruplandırılabilir;
1. Kontrol çevriminin tipine göre
a) Açık Kontrol: Küçük tezgahlarda kullanılır ve step motorlarla sağlanır.
b) Kapalı kontrol: Servo motorlar kullanılır.
2. Konturlama boyutuna göre
2D (2 eksenli, 2 Dimension), 2 ½ D, 3D, 4D gibi isimler alır.
3. Tezgahın konturlama tipine göre
a) Noktadan noktaya kontrol (Point to point control)
b) Doğrusal kontrol (Straight-cut control)
c) Eğrisel, sürekli konturlama (Contouring control)
Herhangi bir CNC takım tezgahının en temel fonksiyonu otomatik, hassas ve tam bir hareket kontrolü sağlayabilmesidir. Tüm CNC takım tezgahlarında, iki veya daha fazla hareket doğrultusu vardır ve bunlar eksen olarak adlandırılır. Bu eksenler hareket ettiği doğrultu boyunca otomatik olarak hassas bir şekilde pozisyonlandırılır (YİĞİT, R., 2006).
İki eksenli konturlama boyutunda çalışmada, sadece iki eksenli hareket söz konusudur. 2 ½ D çalışma, 3 eksenli tezgahlarda, 2 eksenin sürekli, diğer esenin ise belirli zamanlarda kontrol edilmesi durumlarında gerçekleşir. 3 D’ de ise üç eksenli sürekli bir kontrol vardır. 3 eksenli konturlama gerçekleştirilir. (ALTAN, E., 2006)
CNC tezgahlarda kullanılan en yaygın eksen tipleri lineer (belirli bir doğru boyunca tahrik edilen) ve döner (dairesel bir yay boyunca tahrik edilen) eksenler şeklindedir. Konvansiyonel takım tezgahında bir mekanizmayı elle döndürmek suretiyle kızak eksenlerine hareket vermek yerine, CNC tezgahlarda hareket, eksenlere bağlı olan bir döndürme işlemiyle elde edilmektedir. Şekil 1'de konvansiyonel bir takım tezgahında tabla hareketinin nasıl yerine getirildiği, Şekil 2'de ise; aynı hareketin CNC takım tezgahında nasıl yerine getirildiği gösterilmektedir (YİĞİT, R., 2006).
Konvansiyonel bir makine kızağı, el çarkını döndüren operatör tarafından hareket ettirilir. Kızağın hassas pozisyonlandırılması operatörün tur sayısını sayması ile elde edilen değere göstergede gösterilen skalanın eklenmesi ile yerine getirilir. Kontrol sisteminde icra edilen CNC komutu, sürücü motora hassas olarak kaç artım yapılacağını belirtir. Sürücü motorun dönmesi sonuçta bilyeli vidayı döndürür, bilyeli vidanın dönmesi ile lineer eksen tahrik hareket ettirilir. Bilyeli vidanın diğer ucunda bulunan bir geri besleme cihazı kontrol sistemine komut olarak verilen artım sayısına ulaşılıp ulaşılmadığını bildirir (YİĞİT, R., 2006).

CNC Sisteminin Bileşenleri
CNC tezgah, genel olarak, kontrol paneli ve tezgahın kendisinden oluşmaktadır. Bir CNC sisteminin çeşitli kısımları vardır. Bilgisayar ünitesi en önemli kısmıdır. Operatör ile tezgah arasındaki bağ, iki ara yüz (Interface) ile sağlanır. Birincisi operatör için ara yüz, ikincisi ise takım için ara yüzdür. Operatör için ara yüz, kontrol paneli ile çeşitli kontrol ve bağlantılardan oluşur. Tezgahın ara yüzü ise, Kontrol ara yüzü ile eksen kontrolü ve güç kaynağıdır.
Kontrol paneli 3 ana kısımdan oluşur; ekran, tezgah fonksiyonlarını gerçekleştirmek için kullanılan kısım ve programlama kısmı. Tezgah operasyon kontrolü için elle kontrol amacıyla kullanılan çeşitli anahtarlar bulunur.
CNC sistemlerde bir veya birkaç mikroprosesör veya hafıza ünitesinden oluşan bir bilgisayar ünitesi bulunur. Mikroprosesör, girilen program verilerinden tezgahın kontrolü için gerekli elektriksel darbelerin (Pulse) oluşturulmasında kullanılır. Bir program iki tür bilgiyi içermelidir;

1. NC parça programı
2. Ayarlarla ilgili bilgiler

Mikroişlemcide program bilgisinin işlenmesi esnasında tezgah operatörü, kontrol panosundan bazı bilgileri değiştirebilir. Konum ve hız kontrolü için de karşılaştırma işlemlerini mikroprosesör gerçekleştirir.
CNC tezgahtaki bilgisayar, takım tezgahından istenilen tezgah fonksiyonlarını doğrudan doğruya uygulayamaz. Bilgisayar ile tezgah arasında bir ara yüz bulunmalıdır. Bu ara yüz (Interface), kontrol ara yüzüdür. Kontrol ara yüzü güç kaynağı ile de ilişkilidir. Ara yüz genellikle CNC sisteminden ayrı bir ünitedir ve tezgah imalatçı firması tarafından programlanmıştır. Bu program, tezgah kullanıcısı tarafından değiştirilemez. Kontrol ara yüzü, sistemden tezgah için uygun “pulse” lara (Elektriksel darbelere) çevirme görevini üstlenmiştir. CNC sisteminden oluşturulan kontrol pulse’ ları küçük güçte veya düşük voltajlı pulse’ lardır. Bunların, tezgah motorlarını, valflerini ve diğer ünitelerini harekete geçirmeleri veya tahrik etmeleri olanaksızdır. Bu yüzden bir güç ünitesi, bu küçük kontrol pulse’ larını, tezgahın motor gibi aksamlarının anlayabileceği yüksek pulse’ lara çevirir. Örnek olarak, bir eksenin pozisyonlanmasında bir veri taşıyıcıdan kontrol bilgisayarına veri geldiğinde Şu fonksiyon sırası sonucunda konum sağlanır;

1. Kontrol ünitesi, hareket edecek nokta için uzaklığı hesaplar. Bu bilgiyi, komperatöre (Karşılaştırıcıya) ikili (Binary) kodda aktarır.
2. Komperatör, sürücü motoru hareket ettirir. Motor dönerek kızağı istenilen konuma doğru hareket ettirir.
3. Kızağın pozisyonundaki herhangi bir değişim koordinat ölçüm cihazıyla algılanır ve bu bilgi geri beslemeyle (Feed back) komperatöre iletilir.
4. Komperatör, bilgisayara girilen, istenilen pozisyonla, geri beslemeden alınan pozisyonu karşılaştırır. Eğer kızak istenilen pozisyona erişmemişse motor hareketine devam edilir.
5. Yeni bir emir için bilgisayardan girilen bilgilere bağlı kalarak yeni bir kontrol sırası oluşturulur.

CNC Tezgahların Avantajları

• Verimliliği arttırır.
• İşlenen parçaların ölçü ve şekil tamlığı yüksektir. Bu nedenle bozuk parça sayışı çok düşüktür ve kalite kontrolü kolaydır.
• Özel takım ve iş bağlama aparatlarına duyulan ihtiyaç azdır. Bu nedenle takım ve aparat stoklama sorunu azdır.
• CNC tezgahlarda çok sayıda işlem aynı anda (bir bağlamada) yapılabileceğinden tezgahlar arasındaki iş parçası akışı azdır.
• İşlem süreleri sabit olduğundan, üretim takibi yapmak, planlamak, denetlemek ve önceden zaman tespiti yapmak (elle veya bilgisayarla programlama imkanı ile) mümkündür. Bu da, imalat seçeneklerinin tespit edilebilmesi ve üretim planlamasıyla iş parçasının işlem maliyetinin belirlenme kolaylığını sağlar.
• Programdaki esneklikler ve çabuk müdahalelerle dizayn değişiklikleri (ölçü-şekil) oldukça hızlı ve kolay olacaktır (PEHLİVANOĞLU, V., BATI, M., 2002).

CNC Tezgahların Dezavantajları

• İlk yatırım ve işletme maliyeti yüksektir.
• Tezgah programcı ve kullanıcıların özel eğitim görmeleri gerekmektedir.
• Elektrik ve elektronik donanımlarının bakım-onarım maliyeti yüksektir ve bu tür işlemler için kalifiye personel gerekmektedir.
• Kesici takımların seçilmesi kesme şartlarının belirlenmesi, magazine yerleştirilmesi, ölçülerin tespiti çok daha fazla dikkat ister.
• Teknik resimlerin hazırlanması ve kalite kontrol aşamalarının tespiti bu tezgahların özelliklerine göre yapılması gerekir.

SONUÇ
CNC tezgahlar artık pek çok sektörde üretim sistemlerinin vazgeçilmez yapı taşı durumundadır. Aynı durum Orman Ürünleri endüstrisi için de geçerlidir ve bugün orman ürünleri alanında gelişmiş modern işletmelerin karakteristik görünümü, işletmedeki CNC makinaların varlığı ile birlikte algılanmakta ve değerlendirilmektedir. Bu nedenle CNC odaklı üretim yapısı üzerine yoğunlaşmak ve bu sistemlerin kullanım etkinliğini artıracak çalışmalara öncelik vermek tüm işletmeler için yaşamsal bir önem taşımaktadır. Bu çerçevede CNC tezgahlar, bilgisayar destekli üretim kavramı içerisinde algılanmalı, bu sistemlerin temel girdisini oluşturan CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) sistemleri ile ilişkileri derinleştirilmeli ve entegre edilmeli, süreç planlama, üretim planlama, kalite kontrol ve diğer sistemler ile bağlantılar sağlanmalıdır. Bunlar yapıldığı sürece CNC tezgahların kullanım etkinliği artacak, maliyetler azalırken, verimlilik ve karlılık artacaktır.