เครื่อง CNC
CNC ย่อมาจาก
Computer Numerical Control หมายถึง การควบคุมการทำงานด้วยคอมพิวเตอร์ เมื่อระบบ CNC ถูกนำมาใช้ในเครื่องจักรเราก็จะเรียกกันว่า เครื่อง
CNC โดยระบบ CNC
จะควบคุมการทำงานต่างๆ
ของในเครื่องจักรอัตโนมัติภายใต้คำสั่งภาษาเครื่องที่เราสร้างขึ้นมา.
ความเป็นมาของเครื่อง CNC
เครื่อง
CNC เริ่มมีการพัฒนามาตั้งแต่ปี
ค.ศ.1960 โดยประมาณ โดยพัฒนามาจากระบบ NC (Numerical Control) หรือการควบคุมด้วยระบบตัวเลขซึ่งจะเป็นลักษณะกึ่งอัตโนมัติ
คือ การเคลื่อนที่ในแกนต่างๆ จะเคลื่อนที่ไปตามระยะที่เราได้ป้อนไปในแต่ละครั้ง.
หลังจากนั้นก็มีการพัฒนาชุดคำสั่งต่างๆ ขึ้นมาเป็นโปรแกรม
ทำให้ให้การทำงานสะดวกขึ้นมากเพราะว่าเราไม่ต้องมาป้อนคำสั่งทุกๆ ครั้ง
เพื่อสั่งให้เครื่องจักรเคลื่อนที่ แต่ชุดคำสั่งนี้จะทำงานตามคำสั่งตั้งแต่ต้นจนจบตามที่เราต้องการ
โดยปัจจุบันชุดคำสั่งดังกล่าวจะมีการพัฒนาไปมาก นอกจากจะควบคุมการเคลื่อนไหวขอเครื่อง
CNC แล้ว
ยังมีหน้าที่ควบคุมฟังก์ชั่นการทำงานต่างๆ ของเครื่อง CNC ได้ด้วย. ซึ่งชุดคำสั่งนี้เราเรียกกันว่า “G
Code” และ “M
Code”.
เหตุผลที่ต้องใช้เครื่อง CNC
เนื่องจากเครื่อง
CNC มีราคาค่อนข้างสูง
ดังนั้น ในการเลือกและตัดสินลงทุนเกี่ยวกับเครื่อง CNC ต้องมีการพิจารณาอย่างละเอียดและรอบคอบ.
เหตุผลหลักๆ ที่ต้องเลือกใช้เครื่อง CNC มีดังนี้
1.ลดกระบวนการผลิตให้สั้นลง
: จากความสามารถของเครื่อง
CNC ที่มีลักษณะยืดหยุ่น
(flexible) ทำให้สามารถทำงานได้หลากหลายรูปแบบ
โดยเฉพาะเครื่องกลึง CNC และเครื่อง CNC Milling สามารถที่จะช่วยลดและตัดกระบวนการบางอย่างออกไปได้
ทำให้มีกระบวนการทำงานที่สั้นลง ผลิตงานได้เร็วขึ้น ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต
เช่น เครื่องกลึง CNC สามารถที่จะทำได้ทั้งกระบวนการกลึงปอก,
ปาดหน้า, ตัด, เจาะรู, Tap เกลียว, คว้านรู, กลึงเกลียว เป็นต้น. ส่วนเครื่อง CNC Milling
ก็สามารถทำได้ทั้งเดินกัดชิ้นงาน,
เจาะรู, เซาระร่อง, Tap เกลียว
เป็นต้น ซึ่งถามว่ากระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น เครื่อง กลึง และเครื่อง Milling
แบบ manual
สามารถทำได้มั๊ย?
ก็ตอบได้เลยว่า “ทำได้” และถามต่อว่าทำได้สมบูรณ์มั๊ย? ก็ตอบได้เลยเช่นเดียวกันว่า
“ไม่” ยกตัวอย่าง การเดินเป็นเส้นโค้งในเครื่องกลึงแบบ manual ถ้าเป็นแนวโค้งที่ต้องการความละเอียดแบบแน่นอน
อาจจะต้องใช้เครื่องกลึงแบบ copy lathe หรือไม่ก็อาจจะต้องมีอุปกรณ์เสริมเพิ่มเติม
ซึ่งยุ่งยากมาก แต่ในเครื่องกลึง CNC สามารถที่สร้างโปรแกรมขึ้นมาเป็นแนวทางเดินได้เลยทำให้ลดกระบวนการได้มาก.
อีกตัวอย่างเป็นกรณีของเครื่อง Milling แบบ manual ในการขึ้นรูปเฟือง ต้องใช้อุปกรณ์เสริมเข้าช่วย
เช่น หัวแบ่ง ถ้าเป็นเครื่อง Milling CNC ก็เช่น เดียวกันสามารถออกแบบเฟืองให้อยู่ในรูปของ
CAD ไฟล์แล้วใช้โปรแกรม
CAM แปลงให้เป็นโปรแกรมในการกัดเฟืองซึ่งง่ายกว่ามาก.
2.ลดเวลาในการผลิต
: ความแตกต่างอย่างหนึ่งระหว่างการทำงานด้วยเครื่องแบบ
manual กับเครื่อง CNC
คือ Cycle
Time หรือรอบเวลาทีใช้ในการทำงานแต่ละชิ้น.
การทำงานด้วยเครื่อง manual นั้นเวลาในการทำงานแต่ละรอบก็จะแตกต่างกัน รวมถึงกระบวนการ
ขั้นตอนย่อย วิธีการทำงานอาจแตกต่างได้ เนื่องด้วยเหตุผลหลักคือ
ควบคุมการทำงานด้วยคน เช่น เมื่อคนทำงานจนเมื่อยล้า ประสิทธิภาพในการทำงานก็จะลดลง
กระบวนการทางความคิด กระบวนการจำ ก็อาจบกพร่องตามไปด้วย. ส่วนเครื่อง CNC นั้นทำงานด้วยโปแกรม ดังนั้นการทำงานในแต่ละรอบ cycle
time นั้นก็จะเหมือนกันทั้งเวลาในการผลิตและกระบวนการทำงาน
โดยเฉพาะถ้าเป็นงานผลิตด้วยจำนวนมากหรือ mass production ก็จะให้ประสิทธิภาพและอัตราผลผลิตที่ดีกว่าการทำงานด้วยเครื่อง
manual หลายเท่าตัว และดีกว่าในแง่ของคุณภาพด้วยเช่นกัน
3.ลดค่าใช้จ่ายในด้านแรงงาน
: ในการผลิตงานด้วยเครื่อง
CNC ไม่จำเป็นต้องใช้พนักงานควบคุมเครื่อง
1 คนต่อหนึ่งเครื่องเหมือนเครื่องแบบ manual เพราะว่าเครื่องจักรทำงานแบบอัตโนมัติ.
การที่จะกำหนดว่า 1 คนสามารถที่จะควบคุมได้เครื่อง CNC ได้กี่เครื่องนั้นปัจจัยหลักๆ ก็จะขึ้นอยู่กับ cycle
time ในการทำงานแต่ละชิ้น
ยิ่งสามารถควบคุมได้หลายเครื่องเท่าไหร่
ก็จะสามารถลดต้นทุนในด้านแรงงานลงมากเท่านั้น
4.ลดพื้นที่ในการวางเครื่องจักรน้อยลง
: เนื่องจากเครื่องCNC
สามารถทำงานได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพกว่าเครื่องจักรมากหลายเท่าตัว
ถ้าใช้เครื่อง manual ในการผลิตก็อาจไม่ทันส่งงานให้กับลูกค้า
(คิดเฉพาะในแง่ของเวลาการผลิตก่อนนะ) ลองคิดเล่นๆ ว่าเครื่อง CNC 1 เครื่องใช้พื้นที่ก็พอๆ กันกับ เครื่อง manual
1 เครื่อง ถ้าเครื่อง
CNC ทำงานได้เร็วกว่าเครื่อง
manual 10
เท่าก็ต้องใช้พื้นที่ในการวางเครื่องจักร 10
เท่าด้วยเช่นกันถึงจะได้รับอัตราผลผลิตที่เท่ากัน.
5.ลดความผิดพลาดในการทำงาน
: ความผิดพลาดในการทำงานอย่างหนึ่งที่เราจะปฏิเสธไม่ได้คือเกิดจากคน
หรือ human error เนื่องจากเครื่อง
CNC ทำงานในระบบอัตโนมัติ
เมื่อมีการ setup งานชิ้นแรกผ่านแล้ว
งานทุกๆ ตัวที่ผลิตจากเครื่องจักรเดียวกัน โปรแกรมเดียวกัน เงื่อนไขในการผลิตที่เหมือนกัน
ชิ้นงานก็แทบจะเหมือนกัน 100% ไม่ว่าจะเป็นการผลิตที่ต่อเนื่องตลอด 24
ชั่วโมงก็แทบจะไม่มีผลเนื่องจากเครื่อง CNC ถูกออกแบบระบบมาให้สามารถทำงานต่อเนื่องได้หลายชั่วโมงหรือจะเป็นสัปดาห์ก็สามารถทำได้สบาย
ต่างจากการทำงานด้วยเครื่อง manual ที่ต้องอาศัยทักษะ(skill) ของผู้ปฏิบัติงานเป็นหลักรวมถึงความเหนื่อยล้าจากการทำงานซึ่งจะเป็นตัวแปรหนึ่งที่จะทำให้ชิ้นงานที่ผลิตออกมาแต่ละครั้งอาจจะไม่เหมือนกันก็ได้
6.ความแม่นยำของชิ้นงาน
: ในด้านคุณภาพนอกจากเครื่อง
CNC สามารถลดความผิดพลาดในการทำงานแล้ว
ความแม่นยำ (accuracy) ของชิ้นงานก็เป็นเหตุผลหลักในการเลือกใช้เครื่อง
CNC แทนเครื่อง manual.
ผมกล้าบอกได้เลยว่าไม่มีทางเลยที่เครื่อง
manual จะสามารถทำงานที่ความละเอียดสูงขนาดน้อยกว่า
0.05 mm. ได้
ถึงจะทำได้ก็อาจจะเพียงไม่กี่ % หรือไม่ก็อาจเกิดจากโชคก็ว่าได้. ทำไมผมถึงมั่นใจขนาดนั้นน่ะเหรอ?
เพราะเราก็เห็นๆ
กันอยู่ว่าปัจจัยที่จะส่งผลกระทบต่อความแม่นยำของชิ้นงานระหว่างเครื่อง manual
ต่างจากเครื่อง
CNC มาก เช่น โครงสร้างของเครื่องจักร,
ระบบการเคลื่อนไหวและเคลื่อนที่ของแกนต่างๆ , cutting tool, เงื่อนไขในการตัด, การควบคุมการทำงาน เป็นต้น.
เครื่อง
CNC ที่มีประสิทธิภาพสูงหากถูก
setup ด้วยเงื่อนไขที่เหมาะสมสามารถทำงานได้ที่ความแม่นยำน้อยกว่า
0.02 mm.
7.สามารถวางแผนในการผลิตได้แม่นยำ
: เนื่องจากเครื่อง
CNC งานด้วยโปรแกรม
ดังนั้นเวลาที่ผลิตออกมาแต่ละชิ้นจึงเท่ากัน
ซึ่งจะส่งผลดีอย่างมากต่อการวางแผนการผลิต สามารถคำนวณความสามารถในการผลิตได้แม่นยำ
เช่น ชิ้นงาน 1 ชิ้น มี 10 กระบวนการ ใช้ Cycle Time ในแต่ละกระบวนการ 5.0 นาที ดังนั้นใน 1 วัน
ถ้าไม่คิดเวลาในการทำงานอื่นๆ เช่น เวลาในการตรวจสอบชิ้นงาน, เวลาเผื่อต่างๆ ใน 1
วัน เครื่อง CNC 1 เครื่องก็จะสามารถผลิตชิ้นงานได้ดั
นี้
Cycle Time X เวลาที่มีทั้งหมดใน 1 วัน
= (24
ชั่วโมง X 60 นาที)
/ 5.0 นาที
= 288 ชิ้นวัน
จากตัวอย่างในความความเป็นจริงปริมาณการผลิต
(output) อาจะจะลดน้อยจากที่คำนวณได้เนื่องจากจะมีเวลาอื่นๆ
เข้ามาเกี่ยวข้อง เช่น Setup Time(เวลาในการปรับตั้งชิ้นงาน), Inspection Time(เวลาในการตรวจสอบคุณภาพชิ้นงาน), Loss
Time(เวลาสูญเสียต่างๆ),
Tool Changing Time(เวลาในการเปลี่ยนเครื่องมือตัด)
รวมถึง Allowance Time (เวลาเผื่อต่างๆ
เช่น เผื่อจากความเมื่อยล้าของพนักงาน, เผื่อไปเข้าห้องน้ำ ทำกิจส่วนตัว)
ซึ่งเวลาพวกนี้เป็นงานของทุกคนๆ ไม่ใช่แค่งานของหน่วยงานวางแผนการผลิต
ตัวพนักงานเองก็ต้องพยายามควบคุมการทำงานให้อยู่ภายใต้แผนผลิต
ช่วยลดเวลาสูญเสียต่างๆ ด้วย, ส่วนของผู้เขียนโปรแกรมสำหรับเครื่อง CNC ก็เช่นกัน ควรเขียนให้สั้นที่สุดแต่ต้องให้อยู่ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมด้วย,
ซึ่งหน่วยงานทั้งหมดต้องส่งข้อมูลที่แม่นยำให้กับหน่วยงานวางแผนการผลิตด้วย
เพื่อเป็นข้อมูลในการคำนวณแผนการผลิตและแนวทางในการปรับปรุงต่อไป
8.ความหลากหลายของชิ้นงาน
: เครื่อง CNC
สามารถทำงานที่มีความซับซ้อนได้ดีเนื่องจากการเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่างๆ
ควบคุมการทำงานด้วยโปรแกรม ยิ่งในปัจจุบันแล้วมีการนำ Software ประเภท CAM (Computer Aided
Manufacturing) มาช่วยในการสร้างโปรแกรมเครื่อง
CNC ด้วยแล้วก็ไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไปในการผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างหลากหลาย
ซับซ้อน. ต่างๆ จากเครื่องจักรแบบ Manual ที่เห็นชัดเจนที่สุดก็คงจะเป็นการเดินเป็นโค้งถ้าเป็นเครื่องจักรแบบ
Manual การเดินตัดชิ้นงานในแนวรัศมีโค้งให้ได้ขนาดตามที่กำหนดเป็นเรื่องยากมากเพราะต้องอาศัยการป้อนชิ้นงานด้วยมือหมุนในสองแกนที่มีความสัมพันธ์กัน ส่วนเครื่อง
CNC ไม่ว่าจะเดินตรงหรือโค้งก็ง่ายเพราะเดินอัตโนมัติตามโปรแกรม.
การขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่อง CNC
การขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่อง
CNC มีหลักการทำงานดังนี้
1.การสร้างโปรแกรมควบคุมการทำงานของเครื่อง
CNC : สำหรับโปรแกรมควบคุมการทำงานของเครื่อง CNC
เราจะเรียกว่า
“G Code” และ “M
Code” โปรแกรม CNC
นี้มีจะควบคุมทั้งการเคลื่อนที่ของเครื่อง
CNC ให้เคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งที่ต้องการ
เช่น G00 X20 Y50 หมายถึงกำหนดให้
Cutting Tool เคลื่อนที่ไปตำแหน่ง
X = 20 และ Y
= 20 จากจุด Origin.
รวมทั้งทำหน้าที่ควบคุม
Function การทำงานต่างๆ
ของเครื่อง CNC เช่น
ควบคุมการหมุนของหัว Spindle, ควบคุมการเปิดปิดน้ำหล่อเย็น เป็นต้น.
โปรแกรม
CNC มีวิธีการสร้างหลายวิธีด้วยกันทั้งแบบที่ไม่ต้องใช้
Software เช่น
เขียนลงในโปรแกรม Text Editor ทั่วไป เช่น Notepad, Microsoft Word. การเขียนโดยตรงที่หน้าเครื่องซึ่งจะมีทั้งเขียนเป็น
Code ลงไป ซึ่ง 2
วิธีแรกนั้นเหมาะสำหรับการเขียนเขียนโปรแกรมแบบง่ายๆ ที่ไม่ซับซ้อน
หรือการแก้ไขโปรแกรมเล็กๆน้อยๆ หน้าเครื่องเท่านั้น
ส่วนวิธีการสร้างโปรแกรมที่ใช้กันมากในปัจจุบันคือ
การใช้โปรแกรมประเภท CAM (Computer Aided Manufacturing)แปลงข้อมูลประเภท CAD (Computer Aided
Design) ออกมาในรูปของ
G Code และ M
Code ซึ่งสามารถนำไปโหลดเข้าเครื่อง
CNC ได้เลย
2.หลังจากที่ได้มีการสร้างโปรแกรมสำหรับเครื่อง
CNC แล้ว
ขั้นตอนไปก็จะเป็นการเซตอัพชิ้นงาน. ถึงแม้ว่าโปรแกรม G Code, M Code ที่เราได้มาจากการสร้างด้วยวิธีการต่างๆ
ตามที่กล่าวมาจะสามารถนำไปใช้งานได้เลย
แต่ในทางปฏิบัติจริงเราก็ต้องการการเซตอัพหรือปรับตั้งชิ้นงานก่อน โดยในการเซตอัพชิ้นงานมีเพื่อกำหนดจุดอ้างอิง(Origin)
ของชิ้นงานและโปรแกรมให้เครื่อง
CNC รู้จักเพื่อที่
Cutting Tool สามารถสามารถเคลื่อนไปไปตัดชิ้นงานตามตำแหน่งต่างๆ
ได้ถูกต้อง. การเซตอัพนั้นมีความสำคัญต่อการผลิตมากเปรียบเสมือนการทดลองผลิตงานชิ้นแรก
ถ้าผลออกมา OK แสดงว่าโปรแกรมถูกต้อง
หลังจากนั้นก็จะมาวัดผลในส่วนของ Cutting Tool, Condition ต่างๆ ที่เลือกใช้ซึ่งอาจจะต้องใช้เวลาและจำนวนชิ้นงานที่มากขึ้นเพื่อผลที่ได้มีความเที่ยงตรงและน่าเชื่อถือ
3.
การตรวจสอบชิ้นงานชิ้นแรกหรือ Lot แรก (Trial Production) ขั้นตอนนี้เป็นการยืนยันความถูกต้องทั้งหมด
ทั้งโปรแกรม, Condition, Cutting Tool โดยจะมีการผลิตงานชิ้นแรกหรือ Lot แรกออกมาก่อน จากนั้นก็จะเป็นการตรวจสอบชิ้นงานตาม
spec ที่กำหนด
4.เมื่อชิ้นงานผ่านการผลิตชิ้นแรกแล้ว
ชิ้นงานก็จะถูกเริ่มทำการผลิตอย่างต่อเนื่องหรืองานประเภทผลิต Mass
Production
โดยในขั้นตอนนี้จะให้ผลที่แตกต่างมากระหว่างเครื่อง CNC กับเครื่อง Manual เพราะว่าเครื่อง CNC สามารถทำงานแบบอัตโนมัติต่อเนื่องได้นาน
หรือถ้าเป็นงานที่ต้องใช้เครื่อง Manual และเป็นงานแบบ Special มีจำนวนน้อยซึ่งถึงแม้ว่าสามารถจะผลิตได้แต่ต้นทุนก็จะสูงตามไปด้วย