เครื่องกลึง CNC คืออะไร

เครื่องกลึง CNC (Computer Numerical Control) คือเครื่องจักรอัตโนมัติที่ทำงานได้ด้วยระบบคอมพิวเตอร์ เพื่อทำการผลิตชิ้นส่วนวัสดุให้ได้ขนาดและรูปทรงตามที่ต้องการด้วยการกลึง เหมาะสำหรับงานกลึงที่ต้องการความละเอียดหรือมีความซับซ้อนสูง ยิ่งไปกว่านั้น เพราะการควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ ทำให้เครื่องกลึง CNC สามารถก้าวข้ามขีดจำกัดของเครื่องจักรแบบเดิม ๆได้ ทั้งความละเอียดในการควบคุมที่ละเอียดถึง 0.001 mm.

นอกจากเครื่องกลึงแล้ว ระบบ CNC ยังถูกเชื่อมต่อเข้ากับเครื่องจักรที่หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นเครื่องพิมพ์ เครื่องเจียร หรือแม้แต่เครื่องตัด เพื่อให้ชิ้นงานที่สวยงานยิ่งขึ้น

โดยตัวเครื่องจะทำงานตามแบบที่เราได้จัดใส่โปรแกรมการทำงานเข้าไป และสามารถใช้ได้หลายภาษา ซึ่งส่วนใหญ่จะใช้เครื่องจักรชนิดนี้กับงานโลหะที่ต้องการความละเอียดและแม่นยำ หรือมีความซับซ้อนสูง โดยมีจุดประสงค์ในสร้างเครื่อง CNC ขึ้นมาเพื่อให้สามารถทำงานได้โดยอัตโนมัติรวดเร็ว แม่นยำ ด้วยระบบมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้ระบบคอมพิวเตอร์ในการควบคุมมุมต่าง ๆ ได้อย่างละเอียด

เครื่อง CNC สามารถทำงานในรูปแบบที่มีความยากได้ดีกว่าเครื่องมิลลิ่งหรือเครื่องกลึงแบบแมนนวลที่ต้องใช้ผู้ชำนาญเครื่องมาทำ ซึ่งเป็นปัญหาต่อผู้ประกอบการหลายๆแห่งเนื่องจากผู้ชำนาญเครื่องมิลลิ่งหรือเครื่องกลึงนั้นมีจำนวนไม่มากและต้องจ้างงานในราคาที่สูง ด้วยเหตุนี้ เครื่อง CNC จึงถูกออกแบบมาแก้ปัญหาดังกล่าว

ไม่ว่าจะเป็นเครื่องกลึง เครื่องมิลลิ่ง เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ เครื่องเจียระไน หรือแม้แต่เครื่องไวท์คัท อีดีเอ็ม ถ้าหากใช้การควบคุมเครื่องด้วยระบบคอมพิวเตอร์ก็สามารถเรียกได้ว่าเป็นเครื่องจักร CNC ได้ทั้งหมด แต่ในบางครั้งคนอาจเรียกเฉพาะเครื่องกัดชิ้นงานแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์สั้นๆว่าเครื่อง ซีเอ็นซี

โครงสร้างพื้นฐานของเครื่องกลึง CNC

สำหรับด้านโครงสร้าง เครื่องกลึง CNC จะมีความคล้ายกับเครื่องกลึงมือ หรือเครื่องกลึงแบบ Manual มากพอสมควร ทว่าจะมีข้อแตกต่างหลักๆ ในด้านการควบคุมการทำงาน และการตรวจวัด ซึ่งเครื่องกลึง CNC มีการเพิ่มในส่วนดังต่อไปนี้เข้ามา เพื่อการวัดและสร้างชิ้นงานที่เที่ยงตรงแม่นยำมากขึ้น

1. ระบบขับเคลื่อน ประกอบด้วยสองระบบหลัก คือ ระบบส่งกำลังหลักและระบบขับเคลื่อนแกน

– ระบบส่งกำลัง เครื่องกลึง CNC จะใช้เซอร์โวมอเตอร์ (Servo Motor) ซึ่งสามารถควบคุมความเร็วการหมุนแรงบิด ตำแหน่ง ให้เป็นไปตามความต้องการได้

– ระบบขับเคลื่อนแกน ในระบบนี้จะใช้ สเต็ปเปอร์ หรือ สเต็ปปิ้งมอเตอร์ (Stepping Motor) ทำงานร่วมกับระบบควบคุมระยะในการควบคุมแกนให้เข้าตัดชิ้นงานต่างๆ

2. ระบบจับยึด ระบบจับยึดของเครื่องกลึง CNC มีสองส่วน คือส่วนที่ใช้จับยึดชิ้นงาน และส่วนที่ใช้จับยึดเครื่องมือ

– ระบบจับยึดชิ้นงาน หรือ หัวจับ (JAW) ทำหน้าที่ยึดชิ้นงานอย่างมั่นคง ทำให้สามารถตกแต่ง กลึงชิ้นงานได้อย่างราบรื่น ซึ่งหัวจับชิ้นงานนี้มีทั้งแบบธรรมดาที่ไม่ตกแต่งรูปร่างอะไร หรือแบบพิเศษ ที่ใช้ผลิตงานจำนวนไม่มาก แต่มีความเฉพาะตัวสูง

–ระบบจับยึดเครื่องมือตัด (Turret) ระบบจับยึดเครื่องมือ เป็นอีกสิ่งที่ทำให้ CNC มีความแตกต่างกับการกลึงแบบ Manual เพราะใน Turret จะประกอบด้วยเครื่องมือตัดเป็นจำนวนมาก สามารถหมุนเพื่อใช้งานในรูปแบบต่างๆ ได้เลยตามที่คอมพิวเตอร์กำหนดคำสั่งเอาไว้ โดยไม่ต้องมีการเปลี่ยนหัวตัดด้วยมือ

3. ระบบตรวจวัด ระบบตรวจวัดสำหรับเครื่อง CNC จะมีการติดตั้ง Linear Scale ซึ่งคืออุปกรณ์ตรวจวัดระยะเส้นตรงความละเอียดสูง (สูงสุด 0.001 mm) หรืออุปกรณ์อื่นๆที่มีความสามารถใกล้เคียงกัน เพื่อวัดระยะของชิ้นงาน หรือใช้เพื่อคำนวณในฟังก์ชั่นต่างๆ เพื่อการใช้งานเครื่อง

4. ระบบไฟฟ้า ส่วนใหญ่ระบบไฟฟ้าของเครื่องกลึง CNC จะเป็นระบบไฟฟ้าแบบ 3 เฟส 380 โวลต์เป็นหลัก ยกเว้นเป็นเครื่องแบบ MINI CNC ที่จะใช้ไฟฟ้าแบบ 220 โวลต์

การทำงานเบื้องต้นของเครื่องกลึง CNC

หลักการทำงานของเครื่องกลึง CNC นั้นมีความแตกต่างจากเครื่องกลึงแบบอื่นๆ เนื่องจากมีคอมพิวเตอร์เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย ทำให้เราต้องพึ่งพาผู้ที่มีความรู้เกี่ยวกับภาษาเครื่องจักร โดยจะอาศัยภาษา G Code และ M Code ในการป้อนข้อมูล ซึ่งสามารถควบคุมได้ตั้งแต่การเคลื่อนที่ง่ายๆ ไปจนถึงการปรับรายละเอียดการกลึง ซึ่งระบบควบคุม CNC สามารถโปรแกรมเพิ่มเติมได้โดยการเขียนโค้ด ซึ่งในปัจจุบันนิยมเขียนลงในโปรแกรม CAD (Computer Aided Design) ทั้ง 2D CAD และ 3D CAD แล้วใช้โปรแกรมประเภท CAM ในการปรับแต่งให้เหมาะสมกับงาน

โดยมีการทำงานดังนี้ ผู้ใช้ป้อนคำสั่งลงในระบบโดยใช้คำสั่งที่เครื่องจักรเข้าใจ (G Code, M Code) ผ่านทางแป้นพิมพ์ หรืออุปกรณ์ป้อนข้อมูลอื่นๆ เช่น G00 X15 Y30 คือ คำสั่งให้เครื่องมือตัด (Cutting Tool) เคลื่อนที่ไปในตำแหน่ง X = 15 และ Y = 30 จากจุด 00

คำสั่งจะถูกส่งผ่านระบบควบคุมผ่านไปยังมอเตอร์และเครื่องขยายสัญญาณ เพื่อให้มีระดับสัญญาณเพียงพอทุกส่วนได้มอเตอร์ที่ได้รับคำสั่งดำเนินการเคลื่อนที่แท่นเลื่อนไปตามที่ค่าที่กำหนดไว้ข้างต้น รวมถึงควบคุมความเร็วของการหมุนให้เหมาะสม

ระบบวัดขนาดจะส่งสัญญาณไปทางระบบควบคุม ว่าต้องมีการเคลื่อนเครื่องตัดที่ไปในแนวไหน ระยะทางเท่าใด หากเป็นการทำงานละเอียดอาจมีการโปรแกรมอุปกรณ์การตัดชิ้นงานเอาไว้ เพื่อการทำงานที่ไหลลื่นมากขึ้นเครื่องจักรดำเนินการทำงานตามคำสั่งที่ป้อนไว้

การใช้งานเครื่อง CNC นั้นผู้ที่ใช้งานเครื่องไม่จำเป็นต้องมีความชำนาญตัวเครื่องในระดับสูงเพราะตัวเครื่องนั้นจะเคลื่อนที่และทำรูปแบบของชิ้นงานออกมาตามแบบที่เขียนในคอมพิวเตอร์หรือ G-CODE จากหน้าเครื่อง ซึ่งหลายๆสถานประกอบการในปัจจุบันใช้พนักงานทั่วไปในการใส่ชิ้นงานและกดปุ่มเริ่มทำงานของเครื่อง CNC แทนที่จะใช้พนักงานระดับสูงในการควบคุมเครื่องจักรเครื่องเดียว อีกทั้ง ในระหว่างที่เครื่อง CNC ทำงาน พนักงานสามารถทำงานอย่างอื่นได้ หรือควบคุมเครื่องจักรอื่นต่อไป

เครื่อง CNC สามารถสร้างผลิตภัณฑ์อะไรได้บ้าง

เครื่องกลึง CNC สามารถทำงานได้กับวัสดุหลากหลาย เช่น แสตนเลส เหล็ก โลหะผสม พลาสติก อลูมิเนียม ไทเทเนียม เป็นต้น ทั้งนี้อาจเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ต่อพ่วง หรือ Turret เพื่อเพิ่มความเหมาะสมกับงานนั้นๆ ให้มากขึ้นโดยงานที่สามารถใช้เครื่องกลึง CNC ได้คุ้มค่าที่สุด ย่อมเป็นงานที่มีความละเอียดสูง ต้องการการผลิตจำนวนมากและมีความเหมือนกันทุกชิ้นงาน เช่น

• งานผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน
• งานอุตสาหกรรมยานยนต์
• งานผลิตชิ้นส่วนอุปกรณ์ทางการแพทย์
• งานเฟอร์นิเจอร์
• งานอุตสาหกรรมรองเท้า
• งานสถาปนิก หรือการออกแบบโมเด็มต่าง ๆ
• งานผลิตอัญมณี
• งานหล่อพระ, พระพิมพ์ หรืองานประติมากรรมต่าง ๆ
• งานผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักร
• งานตกแต่ง หรือเครื่องแกะสลัก
• งานผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์
• งานผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกลการเกษตร
• งานแม่พิมพ์ขึ้นรูปพลาสติก

เครื่องจักรซีเอ็นซี นั้นดีอย่างไร?

เนื่องจากเครื่องจักร CNC นั้นควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ จึงสามารถทำงานที่ต้องการแบบซ้ำๆ จำนวนมากได้เป็นอย่างดี เพราะเครื่องจักรสามารถทำงานตามโปรแกรมคำสั่งที่ตั้งค่าไว้ได้อย่างอัตโนมัติ และยังถูกออกแบบมาให้เหมาะกับการผลิตงานจำนวนมาก จึงทำงานรวดเร็วและแม่นยำ ชิ้นงานได้ประสิทธิภาพ สามารถผลิตชิ้นงานที่มีความซับซ้อนให้ออกมาดีได้โดยที่คนงานไม่จำเป็นต้องมีทักษะมาก

ถึงแม้ว่าการใช้งานเครื่องซีเอ็นซี จะต้องตั้งค่าการทำงานด้วยผู้ที่มีทักษะความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับหลักการทำงานและชุดคำสั่งที่ใช้ในการทำงานและชุกคำสั่งที่ใช้ในการควบคุมเครื่องจักร แต่เนื่องจากเครื่องซีเอ็นซี สามารถทำงานแบบอัตโนมัติได้ จึงทำให้ผู้ที่มีทักษะเพียงคนเดียวสามารถตั้งค่าเครื่องจักรได้หลายเครื่อง ต่างกับเครื่องแบบแมนนวล ที่ต้องมีคนใช้งานที่มีมทักษะในการควบคุมประจำอยู่ที่เครื่องจักรทุกๆ เครื่อง

สรุปข้อดีของระบบซีเอ็นซี

• ลดความผิดพลาดจากการทำงานของคนงาน งานออกมาได้มาตราฐานา ถึงแม้ว่าชิ้นงานจะมีความซับซ้อน
• ลดปัญหาการขาดแคลนช่างฝีมือในสายการผลิต
• ควบคุมอัตราการผลิตชิ้นงานได้อย่างคงที่ สามารถวางแผนการผลิตและเก็บสต็อกงานได้อย่างแม่นยำ
• สามารถนำไปต่อยอดการผลิต แบบอัตโนมัติกับอุปกรณ์อื่นๆได้ เช่นการหยิบชิ้นงานเข้าออก โดยใช้ระบบอัตโนมัติ การผลิตแบบยืดหยุ่น(FMS)ฯลฯ

สรุปข้อเสียของระบบซีเอ็นซี

• เครื่องจักรซีเอ็นซี มีความซับซ้อนและใช้เทคโนโลยีขั้นสูง จึงมีราคาสูงเมื่อเทียบกับเครื่องแมนนวล
• การบำรุงรักษาซับซ้อนเนื่องจากมีระบบไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์เพิ่มเติมเข้ามา
• การตั้งค่าการทำงานต้องใช้ผู้ที่มีความเข้าใจระบบการทำงานของซีเอ็นซี
• การผลิตงานง่ายๆ จำนวนน้อยชิ้น อาจใช้เวลา ในการตั้งค่าเครื่องจักรนานเมื่อเทียบกับการทำงานแบบแมนนวล