CNC Makinelerde Doğrusal ve Dairesel İnterpolasyon





    CNC Makinelerde Doğrusal ve Dairesel İnterpolasyon

    CNC makinelerde parça işleme her zaman çevrim programlarıyla gerçekleşmez. Bazı durumlarda nokta koordinatlarla da işlem yapılır. Bu gibi durumlarda G01, G02 ve G03 kodları devreye girer. Bunlardan ilki doğrusal, diğer ikisi ise dairesel interpolasyon sağlar. CNC interpolasyonun esas amacı, bilinen kontur noktaları arasındaki ara noktaları belirlemektir. Sayısal analiz yöntemine dayanan interpolasyon CNC işleme kalitesini artırır. Ayrıca kayıpları önler ve verimliliği üst noktalara taşır. Kesici takımların düzgün şekilde çalışmasını sağlayan interpolasyon hesabı makine ve bileşenlerinin ömrünü uzatır. Bu yazımızda, CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon hakkında faydalı bilgiler paylaşacağız. 

    İnterpolasyon Nedir? 

    Öncelikle interpolasyondan biraz bahsedelim. Kısaca ifade edecek olursak interpolasyon, eldeki bilgilerden hareketle değeri bilinmeyen noktalar arasındaki olası değerleri tahmin etme yöntemidir. Uygulamalı matematiğin bir dalı olan interpolasyon en temelde bir tahmin yöntemidir. Fakat bu tahmin, özel birtakım algoritmalar sayesinde kusursuza yakın sonuçlar verir. İnterpolasyonun başlıca iki çeşidi vardır. Bunlardan biri doğrusal, diğeri dairesel interpolasyondur. Ayrıca polinom, trigonometrik ve spline interpolasyon gibi farklı türleri de vardır. İki nokta arasındaki mesafe, noktaların yer aldığı düzlem ve diğer değişkenlere göre interpolasyon yöntemleri farklılık gösterir. Bu bağlamda CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon iki temel yöntemdir. Biz bu yazımızda bu ikisini temel özellikleriyle ele alacağız. 

    CNC İnterpolasyon Nedir? 

    CNC makinelerde kesici takımın işleme sürecinde pozisyonunu farklı zamanlarda birkaç ara noktaya göre hesaplamak gerekir. Bu işleme CNC interpolasyon denir. Kontur hattı için gerekli parametreler işleme programında yüklüdür. Bunlar arasında en önemlileri başlangıç ve bitiş noktalarıdır. Ancak iş parçasının profilini daha iyi kavramak için bunlar yeterli değildir. Bu yüzden ara konumları belirlemek gerekir. CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon yöntemleri bu ara konumları belirlemeyi sağlar. Böylelikle kesici takımların iş parçasına göre konumları net şekilde ortaya çıkar. Başka bir deyişle CNC torna ve freze tezgahlarında konum ayarlaması yaparken kesicinin iş parçasına göre farklı durumlarda koordinatlarını belirlemeye CNC interpolasyon denir. Bu işlem sayesinde parça işlemede pek çok hata önlenir. 

    CNC makinede parça işlemede farklı çizgileri hesaba katmak gerekir. Bu farklılığa uygun şekilde interpolasyon hesapları farklılaşır. Besleme hızına bağlı olarak interpolasyon yöntemi, kesicinin pozisyonunu netleştirir. Kontur çizgisi şekli böylelikle uygun biçimi alır. İnterpolasyon hesabı doğru yapıldığında CNC torna ve işleme merkezlerinin üretkenliği artar. Hesaplamaları kolaylaştırmak için geliştirilen interpolasyon algoritmaları, farklı çizgiler için ara konumları kusursuz şekilde belirler. Bu hesaplamalarda F değeri, verilen besleme hızını gösterir. Fc ise gerçek sentetik besleme hızıdır. CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon hesabı bir bakıma, F değerini Fc değerine dönüştürmedir. Ancak algoritmadaki en küçük bir hata bile olması gereken Fc değerinden sapmaya yol açar. 

    Stabilite İndeksi Nedir? 

    CNC interpolasyon nedir diye merak edenler stabilite indeksini özellikle merak eder. Kısaca ifade edecek olursak stabilite indeksi, interpolasyon algoritmasının kararlılığını gösterir. Bu nedenle değerlendirme dizininde önemli bir değişkendir. Bilindiği üzere algoritma hesaplamaları tekrarlı işlemlerdir. Ve her hesaplama ne kadar kusursuz olursa olsun belli bir yuvarlama içerir. Tekrar sayısı arttıkça yuvarlama miktarı da doğal olarak artar. Ayrıca hesap hataları da algoritmada sapma meydana getirir. Bu çerçevede stabilite indeksi, yuvarlama ve hesap hatalarının CNC işlemede birikmemesi durumunu ifade eder. Algoritma ne kadar kararlıysa CNC işleme kalitesi o kadar yüksektir. 

    İnterpolasyon algoritması tekrarlı bir hesaplama olduğu için yuvarlama ve hesap hatalarını düzenli takip etmeyi gerektirir. Her hesaplamada ister istemez bazı yuvarlamalar oluşur. Yaklaşık hesaplamalar bu yönüyle hata ve sapmaya oldukça yatkın hesaplamalardır. Yuvarlama yaparken operatör eğer hata yaparsa sonuç daha da büyük bir yanlışa yol açar. CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon hesaplamalarında stabilite indeksini gözetmek bu yüzden önemlidir. Özellikle doğrusal olmayan interpolasyonlarda sapma ihtimali yüksektir. Yörünge hatası gerçekte sistemin minimum hareket komutundan fazla olmamalıdır. Ayrıca darbe eşdeğerini geçmemelidir. Bunlara dikkat edilmediğinde kontur noktalarında kayma ciddi boyutlara ulaşabilir. 

    CNC interpolasyon nasıl yapılır diye merak edenler stabilite indeksinin CNC işlemede hız ve eksenlerle ilişkisini de merak eder. Kısaca ifade edecek olursak, interpolasyonda sentez hızı homojense her bir eksenin çıkış miktarı sabittir. Buna sentez hızının tekdüzelik indeksi denir. Bu bağlamda CNC eksenleri ve kesici takımları da hesaba katmak gerekir. Nitekim eksen hareketlerinde sapmayı önlemek için büyük parçalarda büyük kesici takımları yakın bir mesafeden kullanmak gerekir. Bunun en önemli nedeni, büyük takımlarda mil muhafazasının büyük olmasıdır. Böylelikle uzun ve ince takımlara ihtiyaç azalır, hata ihtimali düşer. CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon için hız ve eksenler ile kesici takımları hesaba kattığınızda işleme stabilitesi optimize olur. 

    CNC Makinelerde Doğrusal İnterpolasyon 

    Linear interpolasyon olarak da bilinen doğrusal interpolasyon, kesme hareketini doğrusal bir düzlemde gerçekleştirir. Bu kesim şekli hem CNC torna tezgahlarında hem de işleme merkezlerinde mevcuttur. Düz kesme olarak da bilinen doğrusal interpolasyon, diğer işlemlerde olduğu gibi G kodlarıyla gerçekleşir. Nitekim G01 kodu doğrusal interpolasyon kodudur. Aslına bakarsanız, G kodları arasında kullanımı en yaygın kodlardan biri de budur. CNC torna ve frezelerde işleme her zaman çevrimlerle gerçekleşmez. Nokta koordinat sistemiyle de işleme gerçekleşir. Bu nedenle CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon gerekir. Bu bağlamda doğrusal kesim hareketi parça işlemelerde en yaygın hareketlerden biridir. G01 koduyla birlikte kullanımı gerçekleşen C ve R parametreleri ise pah ve radyüs işlemlerini gerçekleştirir. 

    Doğrusal İnterpolasyonda G01 Kodu 

    CNC makinenizde takım yolları için çevrim üretmek yerine noktasal işleme yapmak isteyebilirsiniz. Bu durumda linear interpolasyon için kullanmanız gereken kod G01’dir. Bu kodu girdiğinizde torna tezgahınız veya işleme merkeziniz çevrim üretmeksizin düz kesim yapar. G00 veya başka bir kod girinceye kadar işleme devam eder. G00 kodunu girmeniz durumunda kesici takımı talaş kaldırmadan boşta hızlı çalışmaya başlar. Bu durum CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon için ortak bir durumdur. Parça üzerinde eğrisel hareket gerçekleştirmek istediğinizde ise komut ekranına G02 veya G03 kodlarını yazmanız gerekir. 

    G kodları arasında G01 kodu, kesici takımını iş parçasıyla doğrusal düzlemde talaş kaldırarak temasa geçirir. Ancak ilerlemenin gerçekleşmesi için F (Feedrate, yani İlerleme Hızı) parametresini de girmek gerekir. Bu noktada doğrusal interpolasyon ile hızlı konumlandırmayı birbirine karıştırmamak gerekir. Nitekim hızlı takım hareketi, kesme yapmadan çalışma alanı üzerinde iki konum arasında hareket eder. Oysa doğrusal interpolasyonda F değeriyle yüzey üzerinde kontur veya cep oluşturma, freze işlemleri vb. işlemler gerçekleşir. CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon bağlamında F değerinin önemli bir özelliği vardır. Bu değeri girmemeniz durumunda kesici takımı sistemde en son kullanımı gerçekleşen F değerini esas alır. Yeni bir F değeri girinceye kadar G01 komutunda ilerleme hızı mevcut F değerine göre gerçekleşir. 

    Doğrusal İnterpolasyonda G90 ve G91 Kodları 

    CNC frezede G01 koduyla kullanımı gerçekleşen G90 ve G91 kodları, hareketin mutlak veya artımsal olmasını sağlar. Bu kodlardan G90 kodu mutlak (absolute) programlama kodudur. CNC torna tezgahlarında G90, dış çap veya iş çapta konik veya düz fatura tek pasoluk tornalama çevrimi sağlar. Hareket için mutlak programlamada X ve Z değerlerini girmek gerekir. G91 kodu ise artışlı (incremental) programlama kodudur. Ancak bu kod sadece CNC işleme merkezlerinde geçerlidir. Torna tezgahlarında G91’i kullanmak yerine eksen isimlerini komut satırında değiştirmek gerekir. Ardından hareket tipini seçtiğinizde doğrusal interpolasyon artışlı şekilde ilerler. Bununla birlikte programlamada U ve W değerlerini kullanmak gerekir. İşleme merkezlerinde ise G01’in önüne G90 veya G91 gelebilir. 

    CNC Tornada G01 Formatı: 

    • G01 X … Z … F … (Mutlak Sistem)
    • G01 U … W … F … (Artımlı Sistem) 

    CNC İşleme Merkezinde G01 Formatı:

    • G90 G01 X … Y … Z … F … (Mutlak Sistem)
    • G91 G01 X … Y … Z … F … (Artımlı Sistem)

    Doğrusal İnterpolasyonda Pah ve Radyüs İşleme 

    CNC makinelerde interpolasyon pah ve radyüs işlemede de önemli bir konudur. Nitekim CNC’de interpolasyon nasıl yapılır diye merak edenler pah ve radyüs işlemeyi de merak eder. Kısaca ifade edecek olursak, aynı satırlarda kullanımı gerçekleşen C ve R parametreleri pah kırma ve radyüs gerçekleştirir. Bunlardan C, pah kesim miktarını ifade eder. R ise radyüs ölçüsüdür. Komut satırına G01’den önce N satırlarını girdiğinizde kesişme noktasında pah kesme gerçekleşir. C değerinin yerine R değerini girdiğinizde ise radyüs kesimi gerçekleşir. Örneğin,

    • N8 G01 X … Y … C … ; N9 G01 X … Y … ifadesi, N8 ile N9 kesişiminde C kadar pah keser. 
    • N8 G01 X … Y … R … ; N9 G01 X … Y … ifadesi ise kesişim noktasında R kadar radyüs keser. 

    CNC Makinelerde Dairesel İnterpolasyon 

    CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon konulu yazımızın bu kısmında dairesel interpolasyondan da kısaca bahsedeceğiz. Nitekim CNC işlemede interpolasyon sadece doğrusal değildir. G02 ve G03 komutlarını kullanarak dairesel interpolasyon yapmak da mümkündür. Bu kodlar hem torna tezgahları hem de işleme merkezleri için geçerlidir. Ancak G90 ve G91 komutları sadece CNC işleme merkezlerinde kullanılır. Dahası, dairesel interpolasyon kodları iki eksenli makinelerde sorunsuz çalışır. Üç ve üzeri eksene sahip CNC işleme merkezlerinde dairesel interpolasyon için eksen seçimi yapmak gerekir. Bu seçim G17, G18 ve G19 kodlarıyla gerçekleşir. 

    Dairesel İnterpolasyonda G02 ve G03 Kodları 

    Her iki kod da CNC makinelerde dairesel interpolasyon gerçekleştirir. Aralarındaki tek fark yönleridir. Nitekim G02 kodu saat yönünde (CW) çalışır. G03 kodu ise ters yönde (CCW) hareket sağlar. Bu kodları dairesel kesimin yanı sıra radyüs veya ark kesimlerinde de kullanmanız mümkün. G00 veya G01 komutu gelinceye kadar bu kodlar dairesel interpolasyonu sürdürür. Dairesel interpolasyondan doğrusal interpolasyona geçmek için G01 komutunu girmeniz gerekir. CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon için ortak bir özellik ise F değeridir. İşleme başlamadan önce yeni bir F değeri girmezseniz sistem mevcut F değeriyle çalışır. 

    Dairesel İnterpolasyonda G90 ve G91 Kodları 

    CNC frezelerde G02 ve G03 kodlarıyla birlikte G90 veya G91 kodları kullanıldığında hareket mutlak veya artımlı ilerler. Doğrusal interpolasyonda olduğu gibi G90 kodu mutlak, G91 kodu ise artımlı ilerleme sağlar. Fakat torna tezgahlarında bu kodlar kullanılamadığı için eksen isimlerini satır içinde değiştirmek gerekir. 

    CNC Tornada G02 Formatı: 

    • G02 X … Z … F … (Mutlak Sistem)
    • G02 U … W … F … (Artımlı Sistem) 

    CNC İşleme Merkezinde G02 ve G03 Formatı:

    • G90 G02 X … Y … Z … F … (Saat Yönünde Mutlak Sistem)
    • G91 G02 X … Y … Z … F … (Saat Yönünde Artımlı Sistem)
    • G90 G03 X … Y … Z … F … (Saat Yönünün Tersi Yönde Mutlak Sistem)
    • G91 G03 X … Y … Z … F … (Saat Yönünün Tersi Yönde Artımlı Sistem)

    Dairesel İnterpolasyonda Düzlem Seçimi ve Yardımcı Parametreler 

    G02 ve G03 kodları temel olarak iki eksende dairesel interpolasyon gerçekleştirir. Dolayısıyla iki eksenli bir CNC makine kullanımı sırasında düzlem seçimi yapmaya ihtiyaç duymazsınız. Makineniz daha fazla sayıda eksene sahipse bu durumda düzlem seçimi yapmanız gerekir. Bu seçimi yapmak için üç adet G kodu mevcuttur. Bu kodlar ve görevleri şu şekildedir: 

    • G17: X-Y düzlem seçimi yapar.
    • G18: X-Z düzlem seçimi yapar. 
    • G19: Y-Z düzlem seçimi yapar.

    Dairesel interpolasyonu R parametresiyle kullandığınızda radyüs işleme gerçekleşir. Bu durumda R miktarını doğrudan belirlemiş olursunuz. Ancak R parametresi radyüsün merkezini belirlemede yetersiz kalır. CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon bağlamında yardımcı parametreler de önemlidir. Günümüzde CNC işleme merkezlerinin birçoğunda radyüs merkezini belirlemek için yardımcı parametreleri kullanma imkanı vardır. Bu parametreler I, J ve K ifadeleriyle gösterilir. Bunların anlamları şu şekildedir: 

    • I: X ekseninde yayın başlangıç noktasından merkeze uzaklığını gösterir. 
    • J: Y ekseninde yayın başlangıç noktasından merkeze uzaklığını gösterir. 
    • K: Z ekseninde yayın başlangıç noktasından merkeze uzaklığını gösterir.

    CNC Makinelerde İnterpolasyon Sırasında Nelere Dikkat Etmek Gerekir? 

    • CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon için her şeyden önce doğru değerleri girmek gerekir. G01, G02 ve G03 kodları ile G90 ve G91 kodları bu bağlamda en önemli kodlardır. Bu kodları nasıl kullanmanız gerektiği makinenizin türüne ve yapmak istediğiniz işlemin niteliğine göre değişir. 
    • CNC’de doğrusal ve dairesel interpolasyon için G kodlarını kullanırken F parametresini unutmamak gerekir. Nitekim yeni bir F değeri girmediğiniz sürece sistem mevcut F değeriyle çalışır. 
    • İnterpolasyon için F değerini Fc’ye dönüştürürken en küçük bir hesap hatası bile yapmamanız gerekir. Aksi durumda ne yazık ki interpolasyon algoritmasında sapma meydana gelir. Stabilite indeksini optimize etmeniz hata riskinizi azaltır. 
    • Fc’deki sapmalar bir süre sonra F’nin dalgalanmasına neden olur. Aşağı veya yukarı yöndeki bu dalgalar bazen ciddi düzeye ulaşır. Bu da CNC işlemede kalite ve verimlilik kaybı meydana getirir. Aynı zamanda da makinenin ömrünü kısaltır. 
    • Makineniz çalışırken fazla ses çıkarıyorsa bunun nedeni CNC makinelerde doğrusal ve dairesel interpolasyon hesap hatası olabilir. Bu gibi durumlarda kesici takım tezgahının ömrü kısalır. Fc değeri doğru ise CNC makinesi işlemeyi sorunsuz ve sessiz şekilde sürdürür.