CNC torna tezgahları için üç boyutlu simülasyon programının geliştirilmesi ve sanal işleme
Development of three dimensional simulation program for CNC lathe and virtual machining
Yazar: HARUN GÖKÇE
Danışman: PROF. DR. MAHMUT GÜLESİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bilgisayarlı Sayısal Denetimli (CNC) takım tezgahlarının endüstride kullanılması ile üretimde daha fazla hassasiyet ve esneklik sağlanabilmiş daha karmaşık parçaların hassas olarak işlenebilmesi mümkün olmuştur. CNC programları ne kadar dikkatli hazırlanırsa hazırlansın çoğunlukla tezgaha yüklenip ilk çalıştırıldıklarında program hataları ile karşılaşılmaktadır. Tezgah üzerinde CNC programının doğrulanması riskli, yavaş ve masraflıdır.

Bilgisayar teknolojisindeki yaygın gelişmeler, bu tezgahlara gerekli bazı ön hazırlıkların genel amaçlı bilgisayarlar kullanılarak yapılmasını gündeme getirmiştir. Bu çalışma ile CNC torna tezgahları için hazırlanan CNC programlarının benzetiminde ve doğrulanmasında kullanılacak bir yazılım paketinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Fiziksel imalat ortamında ihtiyaç duyulan tüm parçalar poligon tabanlı modelleme tekniği ile üç boyutlu olarak sanal ortamda modellenmiştir. Tornalama operasyonu esnasında kesici takım ve iş parçası etkileşimi için poligon kırpma yöntemi kullanılarak nihai parça geometrisinin elde edilmesi sağlanmıştır.

Geliştirilen üç boyutlu CNC torna simülasyon programı ile silindirik, alın, konik, kavis, kanal, vida, delik delme, delik tornalama operasyonları, silindirik tornalama çevrimi ve alın tornalama çevrimi simüle edilebilmektedir. Ayrıca iş parçası üzerinden ölçüm yapılarak imalat doğrulaması yapılabilmektedir. Endüstride kullanılan simülasyon programlarına ek olarak, yapay sinir ağı tekniği ile elde edilen kesici takım aşınma modelinin üç boyutlu sanal işleme yazılımında iş parçasına etkisi incelenmiştir. Sanal ortamda kesici takım aşınma bilgisi için ileri yayılım tekniğinden faydalanılmıştır. İşlenecek malzemenin sertliği, kullanılan kesici takımın cinsi ve kesme parametrelerine göre kesici takım üzerinde meydana gelen aşınma miktarı üç boyutlu kesici takım modelinde gösterilmiş ve iş parçasının boyutlarına bu aşınma yansıtılmıştır.

Programın geliştirilmesinde Visual C++ programlama dili, görselleştirme amacıyla ise OpenGL kütüphaneleri dikkate alınmıştır. Kesici takım aşınma verilerinin yapay sinir ağı teknikleri ile elde edilmesi için MATLAB programından yararlanılmıştır.

Abstract:
It is possible to manufacture the more complex workpieces and provide the flexibility and precision in production with the use of Computer Numerical Control (CNC) machine tools. When a CNC program is written on a CNC machine tool and is run at the first time, some programming errors are encountered no matter how carefully it was prepared. It is expensive, slow and risky to verify CNC programs on the CNC machine tool.

The developments in computer technology require the preliminary preparations for these machine tools using the general purpose computers. With this study it is aimed to develop a program which can be used to simulate and verify CNC programs which are prepared for CNC lathes. All parts which are needed in physical manufacturing environment are modeled virtually and in 3D using the polygon modeling technique. During turning operation it is possible to obtain the geometry of whole workpiece using the polygon clipping method for the intersection between cutting tool and workpiece.

The cylindrical turning, facing, taper turning, grooving, threading, circular turning, drilling, internal turning operations, longitudinal roughing cycle and facing cycle can be simulated with the developed 3D CNC lathe simulating program. Furthermore the manufacturing verification can be done with the measuring of dimensions of the workpiece. The effect of cutting tool wear model obtained by the use of artificial neural network on the workpiece in the 3D virtual processing software is analyzed. The forward propagation technique is used for cutting tool wear information. The amount of wear occurred on the cutting tool is shown on the 3D cutting tool model and the wear is reflected to the dimensions of the part according to the hardness of the material to be machined, type of cutting tool and cutting parameters.

The Visual C++ program language for the development of the program and OpenGL libraries for the aim of visualization were taken into account. MATLAB program was utilized to obtain the wear data on cutting tool with the artificial neural network techniques.