• งานกัดขึ้นรูปชิ้นงาน

งานกัดขึ้นรูปชิ้นงาน

การกัดชิ้นงาน (Milling) เป็นกระบวนการตัดแต่งแปรรูปชิ้นงานด้วยการตัดเฉือนเนื้อวัตถุดิบออกจากชิ้นงานจนกลายเป็นรูปทรงที่ต้องการ โดยการตัดเฉือนจะเกิดขึ้นจากการหมุนมีดกัดงานหรือคัตติ้งทูล (Cutting Tool) ให้มีความเร็วที่เหมาะสม ซึ่งทูลจะมีลักษณะคล้ายกับดอกสว่านสำหรับเจาะงาน แต่มีคมตัดที่สามารถตัดเฉือนจากด้านข้างได้ เมื่อคมตัดสัมผัสกับชิ้นงานก็จะตัดเฉือนเนื้อชิ้นงานออกไปทีละน้อย เป็นหนึ่งในกระบวนการหลักที่ปัจจุบันใช้ในการแปรรูปและผลิตชิ้นส่วนต่าง ๆ ในอุตสาหกรรม สามารถใช้กับวัตถุดิบได้หลากหลายรูปแบบไม่ว่าจะเป็นการกัดชิ้นงานเหล็ก อะลูมิเนียม ทองแดง ไม้ พลาสติก กราไฟต์ ฯลฯ

เครื่องกัด (Milling Machine) คือ เครื่องจักรที่ใช้สำหรับกัดชิ้นงาน โดยหลักการ เครื่องกัดจะประกอบด้วย แกนหมุน (Spindle) คือ ส่วนที่ทำหน้าที่จับยึดทูลและขับเคลื่อนให้ทูลหมุนด้วยความเร็วสูง และ โต๊ะจับชิ้นงาน (Work Table) คือ โต๊ะที่ใช้วางและจับยึดชิ้นชิ้นงานให้มั่นคง เพื่อไม่ใช้ชิ้นงานขยับหนีเมื่อเกิดแรงจากการกัดชิ้นงาน

ในการใช้งานเครื่องกัด เมื่อติดตั้งทูลที่หัว Spindle และชิ้นงานบนโต๊ะวางชิ้นงานเรียบร้อยแล้ว ผู้ควบคุมเครื่องจะปรับความเร็วของ Spindle ให้เหมาะสมกับชนิดของทูลและชิ้นงานที่ใช้ และปรับตำแหน่งความสูงของ Spindle ขึ้นลง (Z-axis) ให้ได้ความสูงตามที่จะกัดชิ้นงาน จากนั้นจะใช้มือหมุนในการควบคุมโต๊ะวางชิ้นงานให้เคลื่อนที่เข้าหาทูล ทั้งในแนวยาว (X-axis) และแนวขวาง (Y-axis) เพื่อให้ทูลกัดชิ้นงานเป็นรูปทรงตามต้องการ และยังสามารถตั้งค่าให้โต๊ะงานเคลื่อนที่เป็นแนวตรงเพื่อป้อนชิ้นงานเข้าหาทูลกัดงาน (feed) ด้วยความเร็วคงที่ได้ เพื่อให้สภาพผิวชิ้นงานที่ถูกกัดมีความเรียบเนียนสม่ำเสมอตลอดชิ้นงานได้

เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ (Machining Center) Machining Center คือ เครื่องกัดชิ้นงานแบบอัตโนมัติ ซึ่งต่างจากเครื่องกัดธรรมดา (Milling Machine) ที่การควบคุมการเคลื่อนที่และการทำงานต่าง ๆ จะควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ (Computer Numerical Control, CNC) รวมถึงสามารถเปลี่ยนชนิดของทูลได้อย่างอัตโนมัติ (Automatic Tool Change, ATC) ทำให้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องจนจบกระบวนการทำงานโดยไม่ต้องใช้คนในการควบคุมการเคลื่อนที่ ไม่ต้องเสียเวลาในการหยุดเครื่องจักรเพื่อให้ผู้ควบคุมเครื่องจักรเปลี่ยนทูลด้วยมือเหมือนเครื่องกัดแบบธรรมดา ดังนั้น แมชชีนนิ่งเซนเตอร์ หรือที่นิยมเรียกกันสั้น ๆ ว่าเครื่องซีเอ็นซี จึงเป็นที่นิยมในปัจจุบัน เหมาะกับการใช้งานในอุตสาหกรรมการผลิตทั้งในประเทศไทยและทั่วโลก เนื่องจากช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต ลดความผิดพลาด และที่สำคัญยังลดต้นทุนในการจ้างแรงงานอีกด้วย

ส่วนประกอบของเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ โดยทั่วไป เครื่องแมชชีนนิ่งเซนเตอร์จะมีส่วนประกอบที่สำคัญ ดังนี้

1. โครงสร้างเครื่องจักร

ฐานเครื่องจักร (Machine Bed) คือ ชิ้นส่วนที่เป็นโครงสร้างหลักของเครื่อง ซึ่งใช้เป็นฐานในการติดตั้งส่วนประกอบอื่น ๆ จึงต้องมีความแข็งแรงสูงเพื่อให้สามารถรับแรงที่เกิดจากกระบวนการกัดได้ ต้องมีน้ำหนักมากเพื่อให้เครื่องจักรมีความมั่นคง มักทำจากเหล็กหล่อซึ่งมีความแข็งแรงสูงและดูดซับแรงสั่นสะเทือนได้ดี

โครงเสา (Column) คือ เสาโครงสร้างที่ยกสูงขึ้นมาจากฐานเครื่องจักร เพื่อใช้ในการติดตั้งชุด Spindle และรางเลื่อนสำหรับควบคุมให้หัว Spindle เคลื่อนที่ขึ้นลงได้ ซึ่งต้องมีความแข็งแรงสูงและมักทำจากเหล็กหล่อเช่นเดียวกับฐานเครื่องจักร

รางเลื่อน (Guideway) โดยทั่วไปเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์แบบพื้นฐานจะประกอบไปด้วยรางเลื่อน 3 แกน คือรางเลื่อนแกนแนวยาว (X-axis) แนวขวาง (Y-axis) และแนวตั้ง (Z-axis) เพื่อให้ชิ้นงานและทูลสามารถเคลื่อนที่และกัดชิ้นงานได้ครบทั้งสามมิติ เพียงพอต่อการทำงานส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรม โดยรางเลื่อนต้องมีความเที่ยงตรง และความแข็งแรงซึ่งมีผลโดยตรงต่อคุณภาพในการกัดงานของเครื่องจักร รางเลื่อนที่นิยมมีทั้งแบบใช้ตลับลูกปืน (Linear Guideway) ที่เน้นเรื่องการเคลื่อนที่เร็ว และแบบเหล็กกล่องเคลือบผิว (Box way) ที่เน้นเรื่องความแข็งแรง

โต๊ะจับชิ้นงาน (Work Table) คือ โต๊ะที่ใช้วางและจับยึดชิ้นงานให้มั่นคง เพื่อไม่ให้ชิ้นงานขยับเขยื้อนเมื่อเกิดแรงจากการกัดชิ้นงาน โต๊ะวางชิ้นงานจะติดตั้งอยู่บนรางเลื่อน โดยมีทั้งเครื่องจักรชนิดที่โต๊ะเคลื่อนที่ได้ทั้งแกน X และ Y หรือแบบที่เคลื่อนที่แค่เพียงแกน Y (Double Column Type) หรือแบบที่โต๊ะงานอยู่กับที่และให้หัว Spindle เคลื่อนที่ทั้งสามแกน (Gantry Type)

2. ระบบขับเคลื่อนและส่งกำลัง ประกอบด้วย

ระบบขับเคลื่อนการหมุนของทูล ประกอบด้วยมอเตอร์แกนหมุน (Spindle motor) ทำหน้าที่ขับเคลื่อนแกนหมุน (Spindle) ให้หมุนตามความเร็วที่ต้องการ ซึ่งสามารถส่งกำลังไปยัง Spindle ได้หลายรูปแบบ ทั้งผ่านทางสายพานขับ ผ่านชุดเฟือง ขับเคลื่อนโดยตรง หรือแม้แต่ชนิดที่มอเตอร์ผนวกรวมเข้ากับ Spindle (Integrated Spindle Motor) ซึ่งหัว Spindle จะมีกลไกในการจับยึดอุปกรณ์จับมีดกัดงาน (Tool Holder) ที่ใช้สำหรับติดตั้งทูลชนิดต่าง ๆ และถูกพาให้หมุนไปพร้อมกันทั้งชุด

ระบบขับเคลื่อนแกนเป็นระบบที่ขับเคลื่อนโต๊ะ หรือ Spindle ให้เคลื่อนที่ไปตามรางเลื่อน (Guideway) ซึ่งประกอบด้วยมอเตอร์ (Motor) และชุดเพลาเกลียวขับ (Ball Screw) ของแต่ละแกน โดยมอเตอร์มีหน้าที่หมุน Ball Screw ซึ่งมีลักษณะเป็นเกลียวส่งผลให้เกิดการผลักดันโต๊ะหรือ Spindle ให้เคลื่อนที่เดินหน้าหรือถอยหลังเป็นเส้นตรงไปตามแนวรางเลื่อน โดยที่มอเตอร์จะมีอุปกรณ์อ่านค่าองศาการหมุน ซึ่งสามารถคำนวนออกมาเป็นระยะการเคลื่อนที่เชิงเส้นได้จากระยะเกลียวของ Ball Screw โดยส่วนมาก มอเตอร์ที่ใช้ในเครื่องกลึง CNC จะเป็นมอเตอร์ประเภทเซอร์โว (Servo Motor) เนื่องจากมีการตอบสนองเร็ว แม่นยำสูง และสามารถสร้างแรงบิด (Torque) ได้มาก

3. ระบบควบคุม

ระบบการควบคุม หรือ Controller เป็นอีกส่วนประกอบสำคัญของเครื่อง CNC ทุกชนิด ซึ่งมีหน้าที่หลักในการแปลงข้อมูลชุดคำสั่ง G-code และ M-Code ซึ่งเป็นชุดคำสั่งที่ใช้ในการควบคุมตำแหน่งการเคลื่อนที่ของเครื่องจักร และสั่งงานระบบอื่น ๆ เช่น เปิดและปิดน้ำหล่อเย็น สั่งเปลี่ยนชนิดเครื่องมือตัด สั่งระบบการหมุนของ Spindle เป็นต้น โดย Controller จะแปลงชุดคำสั่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อไปสั่งงานอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ของเครื่องจักร ให้ทำงานได้อย่างถูกต้องสมบูรณ์ รวมทั้งการบังคับแกนเคลื่อนที่ให้เคลื่อนที่พร้อมกันจนเกิดเป็นการเคลื่อนที่แบบแนวเฉียงหรือเส้นโค้งได้ตามต้องการ

ทั้งนี้ Controller ยังมีฟังชันการใช้งานอื่น ๆ เพิ่มเติมอีกหลากหลายรูปแบบ ซึ่งขึ้นอยู่กับการพัฒนาของผู้ผลิตแต่ละราย โดยในตลาดก็มีผู้ผลิตที่ผลิตเฉพาะ Controller มาตรฐานสำหรับให้ผู้ผลิตเครื่องจักรเลือกนำไปใช้ประกอบเครื่องจักรอยู่ด้วยกันหลากหลายยี่ห้อ เช่น Fanuc และ Mitsubishi จากญี่ปุ่น GSK ของจีน หรือ Siemen และ Fagor จากทางยุโรป และยังมีผู้ผลิตเครื่องจักร CNC ที่ทำการพัฒนาชุด Controller ของตนเองเพื่อให้มีความเหมาะสมกับเครื่องจักรแต่ละชนิดมากยิ่งขึ้น เช่น OSP Controller ของเครื่อง CNC OKUMA, Mazatrol ของ เครื่อง CNC Mazak, CELOS ของเครื่อง DGM Mori, HAAS, Brother Speedio เป็นต้น

เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์รูปแบบต่างๆ

ในปัจจุบัน เครื่อง Machining Center ได้มีการพัฒนาขึ้นมาหลากหลายรูปแบบเพื่อตอบสนองต่อความต้องการในการผลิตรูปแบบต่าง ๆ ที่ต้องการฟังชั่นเฉพาะที่แตกต่างกันไป โดยเครื่องลักษณะที่กล่าวมาข้างต้นเป็นเพียงแค่รูปแบบหนึ่ง สามารถเรียกแบบละเอียด คือ

เครื่องแมชชีนนิ่งเซนเตอร์ 3 แกน แบบแนวตั้ง (3-axis Vertical Machining Center, VMC) ซึ่งเป็นเครื่องแบบพื้นฐานที่นิยมใช้มากที่สุด แน่นอนว่ายังมีเครื่องแมชชีนนิ่งเซนเตอร์ประเภทอื่น เช่น เครื่องแบบแนวนอน (Horizontal Machining Center, HMC) ที่แกน Spindle ติดตั้งในแนวนอนขนานกับโต๊ะวางชิ้นงาน และโต๊ะวางชิ้นงานสามารถหมุนได้รอบตัว เพื่อให้ Spindle สามารถกัดชิ้นงานได้รอบด้าน กลายเป็นเครื่อง 4 แกน (4-Axis) หรือไม่ว่าจะเป็นเครื่อง 5 แกน (5-Axis) ที่โต๊ะวางชิ้นงานทั้งสามารถหมุนได้รอบตัว และยังสามารถยกชิ้นงานให้เอียงองศาได้ จึงมีแกน C และแกน A เพิ่มเข้ามาบวกกับของเดิมแกน X Y และ Z รวมทั้งหมดกลายเป็น 5 แกน เหมาะสำหรับกัดงานที่มีความซับซ้อน ต้องเอียงชิ้นงานหลบมุมมีด เช่นงานกัดขึ้นรูปใบพัด (Turbine Blade) รูปแกะสลัก ชิ้นส่วนอากาศยาน ฯลฯ

ทั้งนี้ ทางบริษัทกรุ๊ปวิศวภัณฑ์เป็นตัวแทนจำหน่ายเครื่องจักร OKUMA ซึ่งมีการพัฒนาเครื่องจักรแมชชีนนิ่งเซนเตอร์ครอบคลุมหลากหลายรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องแบบพื้นฐาน เครื่อง 5 แกน มีทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ มีเครื่องจักรที่เหมาะสมกับทั้งการผลิตชิ้นส่วน และการผลิตแม่พิมพ์ขนาดต่าง ๆ พร้อมทั้งมีทีมวิศวกรชำนาญการคอยให้คำปรึกษาและช่วยเหลือเมื่อเกิดปัญหา หากต้องการติดต่อปรึกษา สามารถติดต่อได้ที่ โทร: 02-960-0136 หรืออีเมลมายัง sales @ groupcor.com