CK45 çeliğinden hassas parça üretimi için CNC dikey işleme merkezlerinde hataların iş esasına göre analiz edilmesi ve düzeltilmesi
Analysis and correction of errors in vertical CNC machine centers for precise machining of CK45 steel products using task specific calibration approach
Yazar: GÖKHAN ÖNER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SITKI AKINCIOĞLU ; DOÇ. DR. TANFER YANDAYAN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kalibrasyon, metrolojik izlenebilirliği olan ölçüm sonuçlarına göre, cihazların hata değerlerinin belirlenip, düzeltilmesine imkân tanıyarak, endüstriyel ihtiyaca göre arzu edilen toleranslarda cihazların çalışmasını sağlar. Bu çalışmada, endüstri 4.0 uygulamalarında öne çıkan sıfır hata konseptine göre Ck45 çeliğinin delinmesi sırasında, tezgah ilerleme mekanizmalarındaki sıcaklık artışına bağlı olarak delik eksenleri arasındaki mesafelerde meydana gelen sapma değerlerini azaltarak hassas işleme için düşük maliyetli kompanzasyon (telafi) metodu geliştirilmiştir. İlk olarak CNC takım tezgâhı, OKUMA marka Genos Seri M560R-V model 3 eksen CNC dik işleme merkezinin mevcut durumunu tespit etmek için performans testleri ISO-230 serisi standartlarına göre Lazer interferometre (HP5529A) yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Tezgahın yoğun çalışması sırasında, eksen hareket mekanizmalarında oluşan sıcaklık artışı ile hareket milinin uzaması sonucu meydana gelen eksen pozisyon hataları mastar blokları ve tezgaha entegre ölçme probu yardımıyla ölçülmüştür. Mastar bloklarının tezgâh tablasına bağlantısında kinematik fikstür kullanılmıştır. Yeni yöntem sayesinde, delik delme esnasında oluşan pozisyon hataları tespit edilmiş ve referans mastar blokları yardımıyla doğrulama faktörü bulunmuştur. Bu faktör kullanılarak, hata miktarı oranında nümerik kontrol (NC) kodları güncellenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre bu yöntemin düşük maliyet ile hassas parça imalatında kullanılabilir olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca eş zamanlı olarak yapılan işlem ile kompanzasyon yapılabileceği tespit edilmiştir. Delik mesafesi 500 mm için 55 μm olan tezgâhtan kaynaklanan pozisyon hatasının, yeni yöntemle ±10 µm tolerans aralığında gerçekleştiği sonucuna ulaşılmıştır. Yeni metot kullanarak ve kullanmadan delinen delikler arası mesafe ZEISS PRISMO-7 S-ACC marka koordinat ölçüm cihazı (CMM) kullanılarak ölçülmüştür. Deneylerde Ø17 mm çapında Kennametal marka karbür takma uçlu matkap kullanılmıştır. Uygulanan yeni kompanzasyon yöntemi yardımıyla eksen sapma değerleri %81 oranında iyileştirilmiştir.

Abstract:
Calibration provides the devices with operation in the required tolerances by determining error compensation values using the metrologicaly traceable measurement results. In this experimental research, a low cost compensation method was developed for drilling of holes on a steel Ck45 work piece with better precision by reducing the distance error between the hole axes caused by thermal issues in the axis moving mechanisms of the machine tool. Initially, performance tests of the machine tool, (3 axis CNC Vertical Milling Machine - OKUMA Genos M560R-V) was carried out according ISO-230 series standard using a laser interferometer (HP5529A). The position error of the machine tool axis resulting from thermal expansion of lead screw due to temperature variations (occurring in intensive use) was measured using reference long gauge blocks and machine integrated Renishaw probing system. With application of the new method, the gauge blocks were arranged in line to the machine tool axis with specially designed kinematic fixture and provided us with reference distance values to determine the position errors of machine tool axis occurred during drilling operation. On-line correction factor was determined and used to revise the part dimensions in the CAD file. Two set of holes were drilled with original part dimensions and revised dimensions using a Kennametal Ø17 mm diameter carbide drilling tool.  Both results were evaluated by measuring the distance of the holes using a precise coordinate measurement machine (CMM - ZEISS PRISMO-7 S-ACC) in the laboratory. Measurement results of the manufactured part produced using the original part programme and corrected part programme were compared to each other. Improvement was achieved reducing the 55 μm error value (per 500 mm) down to be within ± 10 μm. It was evaluated that the new method provided very practical and low cost solution for precise drilling of the holes as well as giving information for improving the integrated probing system measurements.