CNC Tezgahlarının Çalışma Prensibi...(Elektronik Aksam)

CNC Nedir?

CNC (Computer Numerical Control), CNC 'bilgisayar sayımlı yönetim' anlamına gelir. CNC tezgahlar, üzerine özel bir standarda göre delikler delinmiş bantlar ile "otomatik" olarak işleme yaparlar. CNC makineler, üzerine monteli bir bilgisayar aracılığı ile programlanarak "otomatik" olarak işleme yapan makinelerdir.

Peki bu makineler bu işleri kendi başına nasıl yaparlar?

Bu sorunun cevabını anlayabilmemiz için sırasıyla bilmemiz gerekenler;

1-) G-Code nedir? Nasıl oluşturulur? Bunu oluşturmamızdaki amaç nedir?

2-) CAM Nedir? Neden G-Code' a dönüştürülür?

3-) CNC Kontrol Paneli nedir? Ne tür işlevleri vardır?

4-) Servo/Step Motor ve Sürücüleri nedir? Tezgahın mikron düzeyde hareket etmesini nasıl sağlarlar?

Bu soruların cevplarını kısa ve basit bir şekilde değindikten sonra bir CNC tezgahının nasıl çalıştığını anlayacak ve hatta kullanırken tezgahın zarar görmemesi için nasıl dikkat etmeniz gerektiği konusunda da yardımcı olacaktır.

1. G-Code

G-Code (G-kod) birçok çeşidi olan nümerik kontrol amaçlı kullanılan bir programlama dilidir. Genellikle otomatik makine parçalarını kontrol etmek için bilgisayar destekli üretimde kullanılır. G programlama dili temel olarak dönerek kesen takıma ya da parçaya ne yönde nasıl hareket etmesi gerektiğini belirtir. Örneğin işlenmesi gereken metalin sabit olduğu ve kesici takın hareket ettiği tezgahlarda yüksek hızla dönerek kesen kesici takımın, g-code' un belirttiği yön ve pozisyonlara gitmesini sağlayarak metale istenilen şeklin verilmesini sağlayan ara bir dildir. Bilgisayarda üretilen CAM ile CNC Kontrol Panelleri genel olarak G-Code dilini kullarak iletişim kurarlar. G-Code' larının birçok fonksiyonu vardır. Her bir fonksiyonun numarası farklıdır. Örneğin G00 Kesici takımın talaş kaldırmadan boşta yaptığı hızlı hareket, G01 Kesici takımın belirtien F hız değerince talaş kaldırarak yaptığı hareket gibi bir çok fonksiyon belirtilir. Bu sayede bilgisayar ile CNC kontol paneli arasında iletişim sağlanmış olunur.

2. CAM

CAM (Computer-aided manufacturing), bilgisayar destekli üretim anlamına gelmektedir. Biz bu konuda CAM' in CNC tezgahlarının çalıştırılmasındaki görevinden bahsedeceğiz. CAM genel olarak CAD/CAM adıyla bilinir. CAD bilgisayar desteli çizim demektir. Bilgisayarda çizilen yani CAD' i oluşturulan makina elemanının yine bilgisayar ortamında CAM' i oluşturularak G-Code' u oluşturulmuş olacaktır. Yani bilgisayarda çizdiğimiz tasarımın yine bilgisayar yardımı ile CNC kontrol panelinin anlayacağı G-Code' unun çıkarılması ve işlenecek makina elemanının nerelerinin kesilip nerelerinin delinmesi gerektiği konusunda G-Code' ların bulunduğu bir veri dosyasıdır. Bu veri dosyası genellikle .txt .tap .cnc .gcode gibi bir çok formatta olabilmektedir. Bu veri dosyasının içerisindeki G-Code' lar düzenli ve sıralı bir şekilde durmaktadır.

Örneğin;

G00 X 0.0000 Y 0.0000 Z 35.0000

G01 X 0.0000 Y 0.0000 Z 20.0000 F 3000.0

G01 X 5.0000 Y 5.0000 Z 20.0000 F 4000.0

Yukarıdaki G-Code' larda şu anlatılmakta birinci satırda tezgahın tablasının yada kesici takımının talaşkaldırmadığını ve hızlı bir şekilde X0 Y0 Z35 koordinatına gitmesi isteniyor. İlk satırda istenen yerine getirildiği an tezgah ikinci satıra geçiyor yani ikinci yapması gereken işi okuyup yapmaya başlıyor.

İkinci satırda anlatılmak istenende kesici takımın talaş kaldırarak X ve Y eksenlerinde hareket etmemesini yalnızca Z ekseninde F 3000.0 de belirtilen hızda 15 birim ilerleyerek sıfır noktasına ilerlemesini istiyor. Yine aynı şekilde tezgah ikinci satırda isteneni yerine getirdikten sonra üçüncü satıra geçiyor.

Üçüncü satırda anlatılmak istenen ise F 4000.0 hızında G01 talaş kaldırarak X ve Y eksenlerinin 5 birim ilerlemesini ve Z ekseninin ise kaldığı noktada durmasını istiyor ve tezgahta bunu yerine getirdikten sonra yapması gereken başka bir satır veya işlem olmadığını görünce tezgah duruyor.

Yukarıda örnek verdiğimiz işlemleri sırasıyla veri dosyasına yazılma işlemi tamamlanıp G-Code' ları içeren veri dosyası elde edildikten sonra CNC kontrol paneline bu veri dosyası bir taşınabilir bellek veya USB bellek tarından aktarılır.

3. CNC Kontrol Paneli

CNC konrol paneli, CNC tezgahının eksenlerinin G-Code' da belirtilen koordinatlara haraket ettirilebilmesi için servo/step motor sürücülerine sinyal gönderme işlemini yapan elektronik bir devredir. CNC kontrol panelininin tezgahı istenildiği gibi çalışmasını kontrol edebilmesi için CAD/CAM işlemlerinin doğru bir şekilde yapılıp G-Code veri dosyasının oluşturulması ve CNC kontrol paneline aktarılması veya yüklenmesi gerekmektedir.

Bu noktada CNC kontrol panelinin G-Code' ları okuyarak servo/step motor sürücülerine nasıl sinyal gönderdiğinden bahsedeceğiz.

Öncelikli olarak CNC kontrol panelinin bir belleği vardır ve belleği sayesinde G-Code veri dosyaları o belleğe yüklenerek CNC kontrol panelinin o kodları okumasını sağlar. Sonrasında ise bu bellekte yalnızda G-Code veri dosyları bulunmaz aynı zamanda da CNC tezgahının içerisinde eksenlerin hareket etmesini sağlayan servo/step elektrik motorlarına ait PULS yani ADIM bilgileri bulunur. CNC kontrol kartında bunların yanında birde serve/step motorların enkoderlerinin okuduğu değerleri algılayan bir ara devresi daha bulunur. Böylelikle servo/step motorlarının istenilen adımı atıp atmadığını kontrol etmiş olur.

CNC kontrol paneli okuduğu G-Code' da belirtilen eksenlerin hareketini sağlamak üzere servo/step motor sürücülerine göndereceği PULS(ADIM) sinyallerini gönderirken şuna dikkat eder. Bir servo/step motor bir adım attığında gerçekte o eksende 1 mikrometre yani 0.001 mm hareket ediyor ise CNC kontrol paneli G-Code' da belirtilen 1 mm ilerle kodunu okuduğu an servo/step motor sürücüsüne 1000 PULS(ADIM) sinyali göndererek servo/step motorunun 1000 adım atarak bağlı olduğu ekseni 1 mm hareket etmesini sağlar. Böylelikle G-Code' lar da belirtilen hareketlerin aynı anda gerçkeleşmesini sağlamaktadır.

Burada dikkat edilmesi gerken püf nokta şudur. CNC kontrol kartı G-Code veri dosyasında ki bir kod satırında belirtilen koordinatlara tezgahın hareket etiğini doğrulamadığı sürece diğer bir satıra geçmez. Normalde CNC tezgahları çok hızlı hareket eder fakat aslında bu hızlı hareket etmelerinin ardında yatan püs nokta her bir satırı tek tek sırasıyla çok hızlı bir şekilde tamamlayıp diğerine geçmiş olmasıdır. CNC tezgahları bu işlemi o kadar hızlı yapmakta ki bunu en ince detayına kadar gözle kontrol etmemiz mümkün değildir.

4. Servo/Step Motor ve Sürücüleri

Servo ve step motorlar hakkında internette bir çok bilgiye rastlayabilirsiniz fakat ben kısaca size bahsedeceğim. Servo/Step motorlar normal DV veya AC gerilim ile çalışmayan ve tamamen normal motor akımına sahip sinyallerle çalışan motorlardır. Böylelikle her bir adımı için ayrı bir sinyale ihtiyaç duyuyor anlamına gelmektedir. Bu tipteki motorların sürücüleri ise bu sinyallerin kaynağı olan CNC kontrol paneli veya özel amaçlı üretilen devrelerden gönderilen mA lik sinyalleri güçlendirerek motora iletilmesini sağlayan elektronik bir cihazdır. Servo ile step motor arasında yalnızca devir farkı bulunmaktadır.

Servo/step motorlarında genellikle enkoder bulunmaktadır. Bu enkoderler motorların kapasitesine göre konulmaktadır. Bu motorlar CNC tezgahlarında genel olarak hareket ettirilmesi gereken eksene vidalı mil yardımı ile bağlanır. Motorlar vidalı mile kaplin ile tutturulur ve motorun dönme açısından faydalanarak eksenin hareketi mekanik olarak sağlanmış olunur.

Bu hareket vidalı milin hatve oranına göre ve motorun adım açısına göre değişir. 1000 puls lik adıma ve enkoder özelliğine sahip bir servonun 10 mm hatveli bir vidalı mili 1 adımda kaç derece döndürebileceği ve aynı zamanda da ekseni ne kadar hareket ettirebileceğinin hesabı yapılmalı ve bu hesaplanan değer CNC kontrol paneline girilmelidir. Aksi takdirde CNC kontrol paneli okuduğu G-Code' ları motora sinyal olarak dönüştüremez veya hatalı dönüştürmesine sebep olur. Verdiğimiz örnekteki hesabı yapacak olursak:

Servo motor 1000 adımda vidalı mile 1 tam tur attıracaktır. Yani 360 derce döndürecektir. Öyleyse 1 adımda 0.36 derece döndürmüş olacaktır. 

Aynı şekilde vidalı mil 1 tam tur da veya 360 derecede ekseni 10 mm ilerletiyorsa, 0.36 derecede ekseni 0.01 mm ilerletmiş olacaktır. Buda CNC kontrol paneline 0.01 mm/puls olarak girilmesi gerekir. Bunun yanında bu motor bu mesafeyi ne kadar sürede aldığı m/min, mm/sec gibi hız bilgileride girilmelidir.

Buraya kadar olan kısıma kadar öğrendiklerimizi bir gözden geçirirsek; CNC tezgahları kendi başlarına hareket etmedikleri ve onların bilgisayar ortamında hazırlanan CAD/CAM' in G-Code' ları nasıl sırasıyla oluşturduğu, bu kodları CNC kontrol panelinin tanıyarak servo/step motorlarına ne gibi bilgileri baz alarak sinyale dönüştürdüğü ve bu sinyalleri servo/step motor sürücülerin güçlendirerek motorlara iletimini sağlayarak eksenlerin nasıl aynı anda hareket ettiğini az çok tahayyül edebilir bilgiye ulaştığınızı umuyorum.

Senkron Alternatör Nedir?

Senkron Alternatör

İnternette bu motorumsu ve aynı zamanda da dinamo işi yapan bu ilginç jeneratörü anlatan çok az siteyle karşılaştım ve hemen bunu blogta paylaşmak istedim. Bu araştırma çerçevesinde ilk olarak senkron, asenkron, alternatör, dinamo ve jeneratör kelimeleri hakkında kısa birkaç bilgi verip senkron alternatöre geçiş yapacağım.

Senkron, kelime olarak eşit zamanlı anlamına gelmektedir. Bu kelime ilk kez elektrik makineleri üzerinde araştırmalar yapan fizikçi Steinmetz tarafından kullanılmıştır. Senkron makineler grubuna, alternatörler (generatörler), senkron motorlar ve senkron konvertörler girer. Senkron motor ile alternatör arasında yapı bakımından bir fark yoktur.

 Şekil-1. Senkron alternatör.

 Şekil-2. Senkron alternatörün kesit alınmış gösterimi.

Rotor devri ile stator devri eşit olan makinelerdir. Senkron makineye mekanik enerji verilip elektrik enerjisi alınırsa alternatör; elektrik enerjisi verilip mekanik enerji alınırsa senkron motor olur. Bir başka tanımlamayla senkron makine; stator sargılarında alternatif akım, rotor sargılarında ise doğru akım bulunan ve rotor hızı senkron devirle dönen veya döndürülen makinelerdir.

Senkron Jeneratörlerin Yapısı

Alternatif akım senkron jeneratörlerle üretilir. Bu makinelere kısaca alternatörler de denir. O halde, milinden aldığı mekanik enerjiyi, gerek 1 fazlı gerekse 3 fazlı alternatif gerilime dönüştüren veya alternatif gerilim üreten makineleri alternatör diye tanımlayabiliriz. Genel olarak üç fazlı olarak karşılaşılan alternatörlerden günümüzde elde edilen maksimum güç 1500 MVA ulaşmıştır (nükleer santraller için turbo alternatörler). Bugünkü imkânlarla 4 kutuplu 2500 MVA’lık turbo generatörlerin yapımı mümkün olmaktadır. Alternatörler başlıca iki ana bölümden oluşurlar: Endüvi (stator) ve endüktör (rotor).

Endüvi, alternatörlerde alternatif gerilimin elde edildiği kısma denir. Birer yüzeyleri yalıtılmış silisli saçların paketlenmesinden yapılmışlardır. Endüvi yapısına göre duran endüvili ve dönen endüvili olmak üzere iki kısma ayrılır. Dönen endüvili alternatörün endüktörü sabittir. Duran endüvili alternatörün endüktörü ise hareketlidir. Alternatör ister dönen endüvili olsun ,isterse duran endüvili olsun Endüvi üzerinde daima alternatif gerilimin üretildiği sargılar bulunur. Endüktör üzerinde ise
daima kutup (doğru akım) sargıları bulunur. Genelde Endüvi, küçük güçlü alternatörlerde dönen kısımda bulunur. Büyük güçlü alternatörlerde ise duran kısımdadır. Kutupları (endüktörü) hareketsiz, endüviyi (rotoru) hareketli olarak dinamolarda görmüştük. Gerçekten de dinamolarda Endüvi mili üzerindeki kolektörü kaldırır, yerine bilezikleri koyarsak yapısal olarak küçük güçlü alternatörle karşılaşırız. Ancak her iki makinede de endüvi sarım şekilleri farklı özellikler taşımaktadır. Döner endüvili alternatörler büyük güçler için yapılamazlar. Dönen endüvili makinelerde akım ve gerilimler dış devreye bilezik ve fırçalar yardımı ile alınmaktadır. Ancak kuvvetli akım ve yüksek gerilimlerde bu işlem birçok sorun oluşturur. Endüktör  (kutuplar), manyetik alanın meydana geldiği uyartım (kutup) sargılarını taşıyan büyük güçlü makinelerde dönen kısımdır. Endüktör bu yüzden rotor olarak da isimlendirilir.(1)

 Şekil-3. Senkron alternatörün rotor ve statorunun görüntüsü.

 Şekil-4. Senkron alternatörün elektriksel teknik gösterimi.

Baraj Jeneratörü Olarak Bilinir

Bu alternatörlerin en çok kullanıldığı yerler otomobillerde şarj dinamosu adı altında senkron bir alternatördür. Bir diğer en çok kullanılan yer barajlardır.

Hiç düşündünüz mü barajlarda elektrik nasıl üretiliyor?

Baraj jeneratörleri o kadar büyük ki stator veya rotordan herhangi biri mıknatıslaştırılamayacak kadar büyük. Peki manyetik alan nasıl üretiliyor? İşte senkron alternatörlerde ki ikinci küçük olan kısım bir miktar elektrik üreterek veya dışarıdan bir elektrik uygulanarak asıl elektriği üretecek olan birinci ve büyük kısımda elektromanyetik bir alan oluşturulur. Bu elektromanyetik alan ve o alan içerisinde hareket etmeye zorlatılan rotor yani hareket ettirilen mil yardımıyla elektrik üretilir. Şimdilik biraz karışık görülebilir fakat biraz daha basite indirgeyerek anlatmak istiyorum. Bir adet bobin sarılı rotor ile bir adet bobin sarılı stator olduğunu varsayın. Rotorda ki bobinlere elektromıknatıs olabilmeleri için bakır fırça yardımıyla dışarıdan elektrik uygulanır. Yine aynı rotor dışarıdan herhangi bir hareket mekanizmasıyla hareket ettirilmesinin akabinde statorda ki bobinlerin çıkışlarından da elektrik akımı alınır. Böylelikle örneğin 7 amper elektirk vererek peşinede rotor zorla hareket ettirilerek statordan aynı voltta 70 amper alabilirsiniz.

Peki barajlarda elektrik kesilirse ne olur?

 

Senkron Alternatörlerin Gizli Özelliği

Senkron alternatörler genelde %85 verimle çalışır. Fakat bu alternatörlerin gizli bir özelliğide A.V.R.(Automatic Voltage Regulator) bu elektronik aksamın en güzel yanı jeneratörü hep aynı devirde kalmasını sağlıyor. Sebebi ise hep ~50 Hz lik bir elektrik üretebilmek için milisaniyelik devir değişikliklerinde bile rotora giden elektriği arttırıp azaltan ve bunuda milisaniyeler içinde yaptığı için çok temiz bir AC elektrik elde edilmiş olur. Buda rüzgar enerjicilerin işine çok yarayan bir özelliktir.

---

(1) MEGEP – 7. ÜNİTE – SENKRON GENARATÖRLER

(2) http://www.isbirelektrik.com.tr