Dört eksen masaüstü CNC freze tezgahı tasarımı, prototipi ve silindirik dişli uygulamaları
Four axis desktop CNC milling machine design, protoype and cylindrical gear aplications
Yazar: SERDAR SEVİL
Danışman: PROF. DR. KERİM ÇETİNKAYA
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Bilgisayar destekli tasarım = Computer aided design ; Bilgisayar destekli üretim = Computer aided manufacturing ; CNC frezeleme = CNC milling ; CNC tezgahları = CNC machinery ; Düz dişli = Spur gear ; Helisel dişli = Helical gear ; Prototip üretim = Prototype production ; Silindirik dişli tasarımı = Cylindrical gear design

Özet:
Bu çalışmada, dört eksenli masaüstü CNC freze tasarlanmış ve prototipi imal edilmiştir. Tasarlanan CNC freze tezgâhı üç eksen doğrusal X,Y,Z ve dördüncü eksen de dönel olmak üzere tasarlanmıştır. Tezgâh 670x910x660 mm (X,Y,Z) ölçülerinde olup, tezgâh kurs boyu 300x350x130 mm'dir. Dönel eksen(A-B)'ya Ø80x300 mm'ye kadar parça bağlanabilmektedir. Gövde aksamı sac ve sigma alüminyum profilden yapılmıştır. X ve Y eksen kızaklaması linear kızak ve araba, Z ekseni kızaklamasında hassas mil ve doğrusal rulman kullanılmıştır. Eksen hareketinde vidalı bilyalı mil ve somun çifti, tahrikinde ise; adım (step) motor kullanılmıştır. Dördüncü eksende 80'lik torna aynası rulmanlar ile yataklanarak ve step motor ile tahrik edilerek dönme hareketi (divizör mantığı) sağlanmıştır. Elektronik kontrol ünitesi; dört adet step motor sürücü, sürücü kontrol devresi, güç kaynağı ve inverterden oluşmaktadır. Tezgâh kontrol yazılımı olarak Mach3 CNC programı kullanılmıştır.CNC Tezgâhın teorik hassasiyeti; 0,003125 mm'dir. Tezgâhının çalışma hassasiyetini belirlemek için MDF malzemeye kanal açılarak 64 adet kare elde edilmiştir. Elde edilen karelerden ölçü alınarak tezgâhın X ve Y eksen standart sapması hesaplanmıştır. Hesaplamada; X ekseni standart sapması 0,0176 mm. Y eksen standart sapması 0,0279 mm. bulunmuştur. Z ekseni diklik, dördüncü dönel eksen salgı ve doğrusallık ölçümü komparatörle yapılmıştır. Düz, Helisel ve Sonsuz vida karşılık dişlisi işlenerek ölçümler alınmış ve işleme hata oranları hesaplanmıştır.Geliştirilen dört eksen masaüstü CNC freze tezgâhında üç eksen CNC freze tezgâhı ile işlenemeyen parçalardan talaş kaldırılması mümkün hale gelmiştir. Dördüncü eksen çalışması olarak, ahşap veya strafor malzemesine yazı, şekil, dişli çeşitlerinden helisel, düz, sonsuz vida ve karşılık dişlisi işlemesi yapılmıştır.

Abstract:
In this study, a prototype of 4 axis desktop CNC milling machine was designed and manufactured. The designed CNC milling machine has four axes which are three linear axes of X, Y, Z and one rotary axis. The dimensions of the machine are 670 x 910 x 660 mm (X, Y, Z) and the length of the strokes 300 x 350 x 130 mm. The work piece which has a maximum 80 mm diameter and 300 mm length can be machined on rotary axis of CNC machine. Sheet material and aluminum sigma profile were used to build the body parts. Linear guideway and a carrier component were integrated for X and Y axes guideways, and sensitive shaft and bearing were applied for the Z axis guideways. The movement of the axes was provided with ball screw shaft and bolt, trigger of the axes was carried out by step motor. The lathe chuck that is 80mm diameter was beared with bearings at the 4th axis. The rotary of lathe chuck was applied using step motor. The electronic control unit consists of four major parts. These are step motors (4 pieces), step motor driver circuit, power supply and inverter. Mach3 program was used for controlling the CNC machine.Theoretic processing sensitivity of the CNC milling machine is 0.003125 mm. 64 square shapes were machined as a canal on MDF material in order to determine of exact sensitivity. Obtained squares were measured and standard deviation of the CNC machine on X-Y axes was calculated. Standart deviation of X axis is 0.0176 mm and standart deviation of Y axis is 0.0279 mm Perpendicularity of Z axis, backlash and linearity of fourth axis were measured with comparator. Straight, spiral and worm gear samples were machined and measured. From these measuring, machine and machine errors were calculated.The workpieces which can not be machined in three axes CNC milling machine were machined with new developed four axes CNC milling machine. In the experiments, using fourth axis of developed CNC machine, the shape of logo and picture were applied on a wood material. Besides, the gear types such as straight, spiral and worm gear were produced using wood and styrofoam materials.