เครื่อง CNC คืออะไร ?
เครื่อง CNC หรือ Computer Numerical Control เป็นเครื่องจักรที่สามารถกัด ตัด เจาะ หรือ แกะสลักชิ้นงานได้ อย่างอัตโนมัติ โดยที่ผู้ใช้งานจะต้องมีการสร้างแบบตามแบบต้องการไว้บนคอมพิวเตอร์ และทำการสั่งงานให้ระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมการทำงานของเครื่อง CNC โดยตัวเครื่องจะขับเคลื่อนหัวกัด (ดอกกัด) ให้เคลื่อนที่ไปที่วัสดุที่ต้องการและกัดเนื้อของชิ้นส่วนออก ให้คงเหลือไว้เฉพาะส่วนที่ต้องการตามไฟล์ที่ได้ออกแบบไว้ วัสดุที่สามารถกัดได้อาจรวมถึงไม้ อะคริลิค พลาสติก อะลูมินั่ม เหล็ก เป็นต้น ซึ่งจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเครื่องนั้นๆ
เครื่อง CNC สามารถทำอะไรได้บ้าง ?
จากคุณสมบัติการทำงานที่ได้กล่าวไป ผู้ใช้งานสามารถนำไปประยุกต์ทำงานต่างๆ ได้อีกมากมายมหาศาล ตัวอย่างเช่น
– ทำงานด้านแกะสลัก โดยได้ชิ้นงานเป็นป้ายไม้ ป้ายอะคริลิคติดไฟ ป้ายอะลูมินั่ม สลักหมายเลขติดสินค้า สลักโลโก้หรือสัญลักษณ์ต่างๆ งานไม้แกะสลัก งานหน้าจั่วแกะสลัก งานแม่พิมพ์ (Mold/Block) งานภาพนูนสูง – นูนต่ำ ทำลายวงจรของแผ่น PCB เป็นต้น
– ทำงานด้านตัดชิ้นงาน โดยได้ชิ้นงานเป็นแผ่นหน้าตู้ลำโพง ชิ้นส่วนเครื่องเสียง ตัดส่วนประกอบเฟอร์นิเจอร์ ทำตู้ โต๊ะ ชั้นเก็บของ ชิ้นส่วนของเครื่องมือหรือเครื่องจักร เป็นต้น
– ทำงานด้านการเจาะ โดยได้ชิ้นงานเป็นแผ่นฝาที่มีรูสำหรับใส่สกรู แผ่นตะแกรง หรือแผงระแนงรูระบายความร้อน เป็นต้น
หลักการทำงานของเครื่อง CNC
ในที่นี้ จะขอกล่าวถึงส่วนที่มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง ประกอบด้วย 2 ส่วนการทำงานหลัก คือ (1) ระบบขับเคลื่อน และ (2) ระบบหัวกัด
1. ระบบขับเคลื่อน
ระบบขับเคลื่อนโดยทั่วไปจะประกอบด้วยแกนขับเคลื่อนอย่างน้อย 3 แกน ดังนี้
– แกน X (X Axis) ควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวกัดในแนวซ้าย-ขวา
– แกน Y (Y Axis)ควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวกัดในแนวหน้า-หลัง
– แกน Z (Z Axis)ควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวกัดในแนวสูง-ต่ำ โดยหัวกัดจะติดตั้งอยู่ที่แกน Z นี้
1.1 ตัวขับเคลื่อนสำหรับเครื่อง CNC จะเป็นส่วนสำคัญที่ผลักดันให้แกนต่างๆ เคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งที่ต้องการ ด้วยความเร็ว และความแม่นยำตามที่ผู้ใช้งานกำหนด ตัวขับเคลื่อนนั้นมีหลายประเภท ตัวอย่างเช่น
– ระบบ Feed Screw ประกอบด้วยนัทและเพลาเกลียว โดยเมื่อมอเตอร์ทำงานและทำให้เพลาเกลียวหมุน จะทำให้นัทเคลื่อนที่ไปมาได้ ระบบนี้มีข้อได้เปรียบที่สามารถผลิตได้ง่าย ราคาถูก แต่มีความแม่นยำต่ำและอัตราการสึกหรอสูง ต้องมีการปรับเปลี่ยนซ่อมแซมบ่อย เมื่อเทียบกับระบบ Ball Screw
– ระบบ Ball Screw (เกลียวลูกปืน) ต่างจาก Feed Screw ตรงที่ ภายในนัทจะมีลูกปืนเป็นจำนวนมากที่สามารถเคลื่อนที่ไปตามเกลียวเมื่อเพลาเกลียวหมุน และเพลาเกลียวจะมีลักษณะเป็นเกลียวกลม เพื่อสอดรับกับรูปร่างของลูกปืน ระบบขับเคลื่อนด้วย Ball Screw นี้มีราคาสูง มีความแม่นยำสูง และคงทนถาวรว่าระบบ Feed Screw นอกจากนี้ Ball Screw บางประเภทมีการออกแบบให้มีส่วนป้องกันสิ่งสกปรกต่างๆ ไม่ให้สามารถเข้าไปสะสมภายในส่วนลูกปืนและเพลาเกลียวได้อีกด้วย
– ระบบ Rack และ Pinnion ประกอบด้วยเฟืองสะพาน (Rack) และเฟืองขบ (Pinnion) โดยเฟืองสะพานจะมีลักษณะหยักตลอดแนวยาวของแกนขับเคลื่อนเพื่อรองรับการเคลื่อนที่ของเฟืองขบ เมื่อมอเตอร์หมุน จะทำให้เฟืองขบจะหมุนไปตามรอบของมอเตอร์และเคลื่อนที่ไปมาได้ตามแกนนั้นๆ ระบบนี้เป็นระบบที่มีความแม่นยำ (แต่แม่นยำน้อยกว่า Ball Screw) เหมาะสำหรับเครื่องขนาดใหญ่เนื่องจากส่วนขับเคลื่อนมีขนาดใหญ่ และสามารถนำมาใช้กับแกนเคลื่อนที่ที่มีความยาวมากได้
1.2 ตัวยึดเกาะการขับคลื่อน (Linear Guide) จะเป็นส่วนที่เมื่อมีคำสั่งขับเคลื่อนแกนแล้ว แกนจะทำการขับเคลื่อนโดยยึดเกาะไปตามชิ้นส่วนนี้ ซึ่งมีหลายประเภท ตัวอย่างเช่น
– ระบบล้อเลื่อน ประกอบด้วยล้อที่จะหมุนและประคองการเคลื่อนตัวไปตามร่องรางที่กำหนด ระบบนี้สร้างได้ง่าย ไม่ซับซ้อน และมีราคาถูก ความคลาดเคลื่อนสูงมาก
– รางเพลากลม ประกอบด้วยรางที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอกตามความยาวของแกนขับเคลื่อนนั้นๆ และ สไลด์บล๊อก (Slide Block) จะมีลูกปืนเลื่อนอยู่ด้านในตามการขยับเพื่อให้สามารถลื่นไหลไปตามพื้นผิวของรางทรงกระบอกนั้น รางเพลากลมมีราคาไม่สูง มีข้อเสียคือสามารถบิดตัวได้ตามพื้นผิวของรางที่โค้งมนซึ่งอาจเสูญเสียความแม่นยำ
– รางเหลี่ยม ประกอบด้วยรางที่มีลักษณะคล้ายสี่เหลี่ยมโดยที่ด้านข้างของรางเหลี่ยมจะมีการออกแบบให้มีร่องเล็กๆ ตลอดตามแนวยาว เพื่อให้สอดรับการรูปร่างของสไลด์บล๊อก (Slide Block) และรองรับการเคลื่อนที่ของลูกปืนที่อยู่ใน Slide Block ให้สามารถยึดเกาะได้อย่างแม่นยำสูงภายในร่องของรางเหลี่ยม และลดการบิดตัวของสไลด์บล๊อกขณะเคลื่อนที่ได้เป็นอย่างดี
2. ระบบหัวกัด หรือ หัวทำงาน
ระบบหัวกัด หรือ หัวทำงานมีหลากหลายประเภท ตัวอย่างเช่น
– ประเภทจับดอกแกะสลัก (CNC Router) จะเป็นหัวกัดมอร์เตอร์ที่จับดอกกัดให้หมุนด้วยความเร็วสูง (Spindle) ซึ่งมีความหลากหลายตามผู้ผลิตต่างๆ มีการออกแบบใช้งานตามผู้ผลิต, หรืออาจนำหัวกัดประเภท Trimmer และ Router ที่ใช้กับงานไม้มาติดตั้ง เป็นต้น
– ประเภทเครื่องตัดพลาสม่า (CNC Plasma) ซึ่งก็สามารถนำเครื่องตัดมาพลาสม่า สำหรับตัดเหล็ก และ งานโลหะ มาติดตั้งให้ทำการตัดเป็นรูปร่างโดยอัตโนมัติกับเครื่อง CNC ได้
– ประเภทวอเตอร์เจ็ท (CNC Water Jet) ที่ใช้การขับเคลื่อนน้ำ (หรือร่วมกับวัตถุอื่นๆ มาผสมกับน้ำ) ที่มีกำลังสูงมาก เพื่อตัดวัสดุต่างๆ
