CNC SİSTEMİNİN ELEKTRONİK VE MEKANİK YAPISI

Bir CNC tezgahı üç ana üniteden oluşur : Mekanik aksam, güç besleyici amplifikatör ve motorlar, bilgisayar üniteleri. Mekanik aksam tezgahın motorsuz çıplak halidir. Her ana mil tezgaha bir hareket verdiğinden, tezgahın serbestlik derecesi eksen sayısı ile belirtilir. Örneğin, Şekil-2 ‘de üç eksenli bir dik frezenin üniteleri gösterilmiştir. Her ana mile bir servo motoru (doğru veya alternatif akımlı) direkt veya bir kademeli redüktör aracılığıyla bağlanır. Doğru akımlı servo motorlar hız kontürolünün kolaylığından dolayı tercih edilmekle birlikte, son zamanlardaki alternatif akımlı servo motorların da hassas hız kontrolü mümkün olamay başlamıştır. Makale de daha yaygın olarak kullanılan doğru akım motorları dikkate alınmış olup bir ilerleme milinin servo mekanizması Şekil-3 ‘te gösterilmiştir. Doğru akım motorları tezgahın hız ve moment gereksinimlerine göre seçilir. Motor kalkış ve kesem sırasındaki dinamik ve statik yükleri istenilen hızlarda taşıyabilmelidir. Kalkış sırasında tezgah tablası ve ana millerinin ataletini istenilen ilerleme hızına getirirken gelecek dinamik moment, statik sürtünmeden gelen sabit moment ve viskoz sürtünmeden gelen hızla orantılı değişken momentlerin toplamı motora yük olarak gelir.

Talaş kesme kuvvetleri de tezgah tablası ile ana mili bağlayan somun vasıtasıyla ana mile ve motora kesme momenti olarak taşınır. Seçilen motorun moment kapasitesi toplam yük momentlerinin üstünde olmalıdır. Motora en fazla yük ivmelendirme sırasında ortaya çıkan, atalet momentiyle orantılı olan dinamik momentlerdir. Motorun güç besleyici devresinin (amplifikatör) yaklaşık 2 saniye zaman aralığı süresince normalin üstünde moment verebilme kapasitesi vardır ve ivlendirme sırasında kullanılır. İlerleme mil sabit bir hıza ulaşınca dinamik moment sıfır olur ve sadece kesme kuvvetlerinden ve sürtünmeden gelen statik- sabit momentler motoru yükler ki bunlarında şiddeti düşüktür. Motorun sürekli moment kapasitesi bu statik yükleri taşıyabilecek şekilde olmalıdır. Tablo- 1 de british colombia üniversitesi labaratuvarımızda kurduğumuz CNC (Je) sürtünme (B,Tf) ve motor parametreleri verilmiştir. Motorun dönme hızı kutuplarına verilen doğru akımlı voltajla orantılıdır. Motorun ürettiği moment sabiti (Kt) denip motor üreticisi tarafından belirtilir. Motora gelen doğru akımlı voltaj güç besleyici amplifikatör den sağlanır. Servo amplifikatörü, akım amplifikatörü, doğru akım voltaj gücü amplifikatörü ve PWM (vuru aralıklı modülatör ) devlerinden oluşmuştur. Pratik çalışma prensibi şekil 3’ de gösterilmiştir. Doğru akımlı servo motorları göbeklerine hız ölçücü takamotre ve konum belirleyici enkoder sensörleri takılmış olarak satın alınır. Takometrenin motorun dönme hızı ile orantılı olarak ürettiği voltaj (X3) servo amplifikatöründe CNC bilgisayarlarından gelen komut hız voltajı ile karşılaştırılır. Fark, diğer adıyla hız hatası akım amplifikatöründen geçirilir. Genelde servo amplifikatörlerinde armatürden ölçülen motor akımı (i), güç devresinden üretilen akım ile karşılaştırılır. Akımın geri beslenmesi Ka, motorun statik momentleri sürekli olarak yenebilmesi ve hızda düşüş olmaması içindir.

Akım hatası voltaj ve PWM amplifikatörlerinden geçirilir. PWM devresinin verdiği dalgalar ekseri 8000 Hz ’in üstünde olmalıdır, yoksa modülatörün çıkarttığı ses gürültüsü operatörü rahatsız edici şiddettedir. Akım ve voltaj amplifikatörlerinin verebileceği derğerler kapasitelerine göre sınırlıdır. İstenen fazla akım ve voltaj yerine limit değerler salgılanır. PWM ‘den salgılanan dalgalı voltaj ana millere bağlı doğru akım motorunun kutuplarına kablo ile iletilir. Dalgalı voltajın averaj şiddeti, motorun sarım parametlerine (empedans ve direnç) bağımlı olarak armatürde akım oluşturur. Motorun verdiği moment armatürdeki akımın şiddeti ile motor sabiti vasıtasıyla orantılıdır. Motor momentinin bir kısmı hareket yönü (sgn) ile işareti değişen sabit Couloumb sürtünmesine ve kesme kuvvetinin motor miline ileten momentini yenmek için harcanır. Geri kalan moment masa-ana mil-motor milli tertibatının ataleniti ve viskoz sürtünmeyi (B) yenmek için kullanılır. Sonuçta motor ve ona bağlı olan mil dönmeye başlar. Bu u dönme hızına orantılı olarak motorda elkromotor voltajı oluşur.Ana milin dönüş hareketi boşluksuz,bilyalı somun ile tezgah tablasının doğrusal hareketi doğru orantılıdır.

Örneğin, ana mile redüktörsüz direkt bağlı motorun tam devri,tezgah tablasının ana mil vidasının hatvesi kadar ilerlemesini sağlar. Motorun dönme hızının kontrolü demektir ki bu da motora verilen ortalama doğru akım voltajının sürekli otomatik kontrolünü gerektirir.

Servo amplifikatörün görevi de budur. Motorun miline bağlı olan enkoder, üzerinde yarıklar olan bir disk ve optik okuyucudan oluşmuştur. Enkoder de birbirine göre hafifçe kaydırılmış (fa afarkı olan) iki adet disk vardır. Bu açı farkı tezgahın ileri veya geri (saat yönü veya aksi istikameti) hareketlerini hissetmek için yapılır. Örneğin burada örnek gösterilen tezgahın enkoderlarındaki iki diskin her birinde 1000 adet yarık vardır, dolayısıyla toplam yarık miktarı 2000 adettir. Mil döndükçe her yarık diktörtgen bir vuru (pulse) verir. Enkoderin verdiği bu vurular motorun göbeğinden alınıp kablo ile CNC bilgisayarına aktarılır. Bilgisayardaki enkoder-dikoder entegre devreleri dönüş yönünü saptayıp her vurudan iki adet ani bir vuru (impulse) sinyali üretir.
Dolayısıyla motor milinin bir dönüşünde enkoder-dekoder devresi 4000 adet ani bir vuru sinyali üretir. Bir ani vuru tezgah tablasının temel uzunluk birimine eşittir ki, bu da ana mil hatversinin dörtbinde biridir. 

Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.