Gövde tasarımı yapılırken ağırlığın ve üretim masraflarının azaltılması ve yüksek eksen hızlarında çalışma özelliği hedeflenir. Tezgah döküm gövdesi mekanik kuvvetlerden doğan deformasyonları azaltmak için takviyeler, kalın ve ince kesitler, bölmeler, sinirler, delikler ihtiva eder. Bu yapı tarzı hem tezgahtan doğan hem de çevre sıcaklığından ileri gelen ısıl deformasyonların kontrol altına alınmasını çok zorlaştırır. Tezgahta bir bölgenin daha sıcak (örneğin elektrik panosu tarafı), başka bir bölgenin daha soğuk kalması genleşme hesaplarını alt üst eder. Örneğin bir dik işleme merkezinde düşey kolonun iş mili tarafı daha çok ısınır ve kolonun arka tarafı atmosferle temas ettiğinden pek o kadar ısınmaz.
Isınan ön taraf uzayarak iş mili ekseninin düşey konumdan ayrılmasına ve alt ucunun operatör tarafına yaklaşmasına yol açar. Yani iş milinin düşey konumdan saptığı görülür. İş milinin alt ucuna bağlı takım da teorik konumdan farklı bir konuma gelerek oradan talaş kaldırır.
Otomotiv sac kalıpları gibi büyük ebatlı kalıplar çift kolonlu işleme merkezlerinde üretilmektedir. Bu kalıpların ağırlığı 35 ton civarındadır. Tezgah, kalıp ağırlığından, hareket sırasında doğan ivme kuvvetlerinden ve boyları oldukça uzun (birkaç metre) tezgah elemanlarında ısıl genleşmelerden doğan deformasyonlarla başa çıkmak ve bitmiş kalıp ölçülerinin birkaç mikron hassasiyetle CAD resmine uygun olmasını sağlamak zorundadır; ve modern tezgahlar bu gereksinimleri tatmin edebilmektedirler.
Tezgah elemanlarında ısı kalkanları, bazı bölgelerde kullanılan soğutma fanları ve nihayet makine elemanlarının simetrik yapılması, ısıl uzamaların tezgah yazılımı tarafından kontrol altında tutulması, bugün kullanılan belli başlı çarelerdendir.
Isıl tesirlerin kompansasyonu (telafisi) modern tezgahların klimalı odalara ihtiyaç hasıl olmadan, en hassas ve sofistike (dolayısıyla değerli) parçaların ve kalıpların imal edilmesine olanak tanımaktadır. Soğutma suyunun sıcaklığının kontrolü (Thermo regulation) kullanılması durumunda 3 ila 4 mikron mertebesinde ölçü sapmalarına Türkiye'de klimasız fabrika ortamında erişilmiştir.
2.3. Kontrol elektroniği cephesindeki gelişmeler
Bilgisayar teknolojisi meşhur Moore kanununa uyarak gelişmeye devam ediyor. (Entegre devrelerde santimetrekareye düşen transistor sayısı her onsekiz ayda ikiye katlanıyor - Gordon Moore_Intel_ 1965) Tezgah bilgisayarı üreticileri donanımla ilgili gelişmeleri yakından takip ediyorlar ve elde edilen faydayı derhal müşterilerine aktarabiliyorlar. Daha yüksek torklu, daha yüksek güçlü motorlar ve sürücüler, yukarıda bahsedilen enkoderler, ham ve işlenmiş parçayı ölçen donanımlar, CAM yazılımlarını işleyen kartlar, tezgahta hareketli aksamın, takımların birbirine veya iş parçasına çarpmasını önleyen fonksiyonlar, Robot uygulamaları... Bunlar için gereken çok sayıda mikroprosesörün (işlemcinin) birlikte ve uyum içerisinde çalışması, Modern tezgah bilgisayarlarının üstünlüğünü ortaya çıkarıyor.
Yazılım da kendi içinde iki büyük gruba ayrılmaktadır. Birincisi tezgah bilgisayarı yazılımıdır. Modern yazılımlar modüler olarak hazırlanmakta, basit tornalardan 9 eksenli işleme merkezlerine kadar her çeşit tezgaha uygun özelliklerde düzenlenebilmektedir. Yazılım, tezgahın ve çevre birimlerinin (robotlar, konveyörler, çubuk besleme sistemleri, palet konveyörleri ve rafları, takım ölçme makineleri, iş parçası ölçme makineleri, diğerleri) tamamını kontrol altında tutar ve onların önceden tasarlanan program dahilinde ve ahenk içinde çalışmalarını sağlar, kontrol eder, gerekirse düzeltir.
Kalıpçı tezgahlarında kullanılan bazı yazılımlar (örneğin Nurbs yazılımları) CAD programının ürettiği Nümerik Kontrol (NC) datasını analiz ederek kalp yüzeyini işleyen fonksiyonları kendisi üretir ve tezgah iş miline uygulattırır.
Genelde kalıp yüzeyleri spline eğrilerinden ibarettir. Spline'lar, NC datası olan küçük boylu doğrusal çizgilerin enterpolasyonundan elde edilir. Doğrusal çizgilerin kalıp üzerine işlenmesi için tezgahın köşelere yaklaşırken yavaşlaması ve köşeyi geçtikten sonra hızlanması gerekir. Bu yapılmayıp tezgah hareketinin hızı sabit tutulursa kalıp işleme süresi çok uzar, yani maliyeti artar. Bunu yanında kalıbın hassas olması isteniyorsa doğrusal çizgilerin boyu daha kısa yapılmalıdır ki bu defa da NC datası çok büyür.
Nurbs yazılımı CAM tarafından üretilen küçük lineer hareket çizgilerinin enterpolasyon komutlarını otomatik olarak Nurbs eğrilerine (Nurbs splines) tahvil eder, köşelerde ivmelenmeyi ve yavaşlamayı sağlar ve böylece kısa zamanda yüksek kaliteli kalıp işlenmesini mümkün kılar.
Nurbs yazılımı ayrıca tezgah özelliklerini, kalıbın şeklini, işleme şartlarını, takım özelliklerini ve buna benzer özel şartları da hesaba katarak optimum ilerleme değerleriyle ivme değerlerini, kalıbı istenilen hassasiyette ve kısa zamanda bitirecek şekilde ayarlar. Bu fonksiyona adaptif biçim kontrolü denilmektedir.
Yazılımın ikinci büyük grubu CAD/CAM yazılımlarıdır. Bunlar kalıpçılığın vazgeçilmez öğeleridir. Bu yazılımlar da modüller halinde tasarlanır, üretilir ve satılır, zaman içerisinde yeni versiyonları ortaya çıkar. Yazılım firmaları ürünlerinin bakımından ve güncellenmesinden sorumludur.
CNC kalıp tezgahlarında kullanılan çok sayıda kalıp yazılımı mevcuttur. Bir kalıp yazılımı (CAD/CAM) satın alınmadan önce ihtiyaçlar doğru tespit edilmeli, satıcıdan demo istenmeli, yazılımın ileride firmada ortaya çıkacak gelişmelere ve ihtiyaçlara cevap verecek şekilde modüler olmasına dikkat edilmelidir. Bazı CAD/CAM satıcıları Post Prosesör yazılımları için bir servet isteyebilmektedirler fakat bir çok CAD/CAM yazılımı Post Prosesörü kilitli olarak içinde barındırır.
2.5. İlerleme hatası telafisi
Bir kalıbı yüksek işleme hızlarıyla işlerken kesme yüzeyinde oluşan kesme kuvvetleri sürekli değişir. Bunun yanında kızak yüzeylerindeki kayma direnci de kendi kurallarına göre değişim gösterir.
Kesme yüzeyinde oluşan kesme kuvvetleri kesici ucun (insertin) metal ile temas noktasının konumuna, mevzii metalürjik yapıya ve kesme derinliğine bağlıdır.
Kesici takımın eksen hareketleri sırasında yön değiştirmesi (güneyden kuzeye doğru giderken batıdan doğuya harekete başlaması) da yüzey kalitesini etkiler.
Takım uzunluğu, takım defleksiyonu (eğilmesi) derin kalıplarda kesme noktası konumunun değişmesine sebep olur.
Eksen hareketinin hızlanması ve yavaşlaması (köşelere yaklaşırken eksen hızı azalır, köşeyi geçtikten sonra hızlanır) kesme kuvvetlerini ve takım defleksiyonunu etkiler.
Bu mahzurların kalıp yüzeyi üzerindeki negatif tesirlerini azaltmak için;
a) defleksiyon kontrolü ve telafisi (deflection compensation control), b) hareket yönü değişmesi telafisi (arc quadrant projection compensation),
a) Defleksiyon kontrolü ve telafisi
Eksen hareketi basit olarak gidip geri dönme tarzında ise, mekanik defleksiyon (şekil değiştirme) sebebiyle kesme derinliğinin değişmesi olağandır. Bunun sebebi eksen ileriye doğru hareket ederken bilyeli vida boyunun değişmesi (genleşme veya büzülme) ve geri dönüş sırasında bunun tersinin doğmasıdır.
Metalik malzemeler Hooke kanunu uyarınca, bir basma veya çekme yüküne maruz kaldıklarında şekil değişikliğine uğrarlar. Şekil değişikliğinin mertebesi basit bir formülle hesaplanabilir. Defleksiyon kontrolü ve telafisi, mekanik şekil değiştirmenin vuku bulduğu her noktada, servo motorlar yardımıyla uygulanır. Bu fonksiyonun uygulandığı büyük kalıp üretim tezgahlarında hızlanma ve yavaşlama sırasındaki pozisyon (konum) hataları normal değerlerin 1/4 üne düşürülmüştür.
b) Hareket yönü değişmesi telafisi (HYDT)
Eksen hareketleri ve takım yolunun yay eğrileri şeklinde olduğu hallerde kızaklardaki değişken kayma sürtünmesi sebebiyle eksen motorlarının torku ancak gecikerek bu sürtünmeleri yenebilir. HYDT, takım yolu yay şeklinde ise eksen hareket motoru torkunu ideal sınırlar arasında tutar.
HYDT küçük kalıp işleme merkezlerinde uygulanmaktadır. Bu sayede yay eğrileri şeklindeki takım yollarında yüksek kalıp işleme hızlarına rağmen yüzey hataları 2 ila 1 mikrona ve hatta daha aşağısına düşürülebilmiştir. Ayrıca kalıp yüzeyindeki çizikler de gözden kaybolmuştur. 2.6. Derin Kalıplar / Uzun Takımlar
Derin kalıplarda kullanılması mecburi olan Boy / çap oranı büyük olan kesici takımların rijitliği düşük olduğundan defleksiyon sebebiyle titreşimlere ve yüzey kalitesinin bozulmasına sebep olurlar. Kalıp boşluklarının dip tarafında bulunan sinir ve takviye oyukları zorlukla işlenir veya dalma erozyonla yapılır ancak bu durumda kalıp üretim süresi uzadığı gibi kalıp iki bağlamada yapıldığından ölçü hataları ortaya çıkar.
Şekil-2 DERİN PARÇALARIN İŞLENMESİ
Tezgah: Yatay İşleme Merkezi Malzeme: DAC 10 Sertlik: 51 HRC
Takım: L/d = 17,5 Kaynak: OKUMA Corp., Japonya
Bugün çok az sayıda kalıp işleme tezgahı "Super L/D işleme tekniği" adı ile anılan bir özeliğe sahiptir. Bu teknikte takım yolları, kesme kuvvetlerini minimuma indirecek tarzda hesaplanır; köşeler adım adım çok kademede işlenir; köşelerin finiş işlemi kontur işleme metodu ile bitirilir.
Bunun yanında kesici takım ve insert rijitliğini arttırmak için bilinen metotlar uygulanır.
Derin kalıpları işlemek için kullanılan takımlarda boy / çap oranı 22 ye erişilmiştir. Bu oran bir çok kalıbın dalma erozyon metodu kullanılmadan, işleme merkezinde ve bir bağlamada işlendiğini ortaya koyuyor.