เครื่องจักรกล cnc

CNC เป็นคำย่อมาจากคำว่า Computer Numerical Control หมายถึงการใช้คอมพิวเตอร์มาช่วยควบคุมการทำงานเครื่องจักรกลอัตโนมัติต่างๆ เช่น เครื่องกัด เครื่องกลึง เครื่องเจาะ เครื่องเจียระไน ฯลฯ โดยการสร้างรหัส ตัวเลข สัญลักษณ์ หรือเรียกว่าโปรแกรม NC ขึ้นมาควบคุมการทำงานของเครื่องจักรกล   ซึ่งสามารถทำให้ผลิตชิ้นงานได้รวดเร็วถูกต้อง และเที่ยงตรง

การตัด เฉือนชิ้นงานด้วยเครื่องจักรทั่วๆ ไปนั้น ช่างควบคุมเครื่องจะใช้มือหมุนเพื่อเลื่อนคมตัดหรือชิ้นงานให้เคลื่อนที่ไป ซึ่งเมื่อเสร็จสิ้นการทำงานแล้วจะได้ชิ้นงานที่มีรูปร่างและขนาดตามต้องการ ลักษณะเช่นนี้ช่างควบคุมเครื่องจะต้องคอยเฝ้าดูตำแหน่งของคมตัดที่ต้องมี ความสัมพันธ์กับเส้นรอบรูปบนชิ้นงานที่กำลังตัดเฉือนอยู่ตลอดเวลา และในการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของคมตัด ช่างจะต้องหมุนมือหมุนเพื่อควบคุมการทำงานของแท่นเลื่อน ช่างจะต้องคอยสังเกตุและตรวจสอบตำแหน่งของคมตัดกับชิ้นงาน เมื่อได้ตำแหน่งที่ต้องการแล้วช่างจะหยุดหมุนมือหมุน คมตัดก็จะหยุดการเคลื่อนที่ ในทางเทคนิคการทำงานเหล่านี้จะถูกเรียกว่าการควบคุม (Control)

นอกเหนือ จากการควบคุมตำแหน่งของชิ้นงานกับเครื่องมือตัดแล้ว ช่างจะต้องควบคุมอัตราการป้อนซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุชิ้นงาน, วัสดุเครื่องมือตัด และตำแหน่งของคมตัดด้วย ซึ่งในบางครั้งช่างจะต้องลดอัตราการป้อนลงเมื่อใกล้จะถึงตำแหน่งที่ต้องการ เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่ถูกต้อง นอกจากนี้จะต้องคอยปรับความเร็วรอบและตำแหน่งของการหล่อเย็นให้ถูกต้องอีก เป็นต้น

หลัก การทำงานเครื่องจักรซีเอ็นซีจะคล้ายคลึงกับเครื่องจักรทั่วไป กล่าวคือโดยพื้นฐานแล้วเครื่องจักรซีเอ็นซีก็จะทำหน้าที่ผลิตชิ้นงานเหมือน เครื่องจักรกลทั่วไป แต่ระบบควบคุมซีเอ็นซีของเครื่องจะทำงานในขั้นตอนต่างๆ แทนช่างควบคุมเครื่อง แต่อย่างไรก็ตามก่อนที่เครื่องจักรจะทำงานได้นั้น ระบบควบคุมของเครื่องจะต้องได้รับข้อมูลเสียก่อนว่าจะให้ทำงานตามขั้น ตอนอย่างไร และจะต้องบอกเป็นภาษาที่ระบบควบคุมสามารถเข้าใจนั่นคือจะต้องป้อนโปรแกรม เข้าไปในระบบควบคุมของเครื่องโดยผ่านแป้นพิมพ์ (Keyboard) หรือเทปแม่เหล็ก (Magnetic tape) ก็ได้

เมื่อระบบ ควบคุมอ่านโปรแกรมที่ป้อนเข้าไปแล้ว ระบบควบคุมจะนำไปควบคุมให้เครื่องจักรทำงาน โดยการเคลื่อนที่ของแท่นเลื่อนจะมีมอเตอร์ป้อน (Feed motor) เป็นตัวทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของแท่นเลื่อน

หลังจากที่ระบบควบคุมอ่านโปรแกรมที่ป้อนเข้าไปแล้ว ระบบควบคุมจะเปลี่ยนรหัสโปรแกรมให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าเพื่อควบคุมให้มอเตอร์ทำงาน

ระบบควบคุม ซีเอ็นซีจะมีอุปกรณ์, เครื่องมือที่สามารถบอกตำแหน่งของแท่นเลื่อนให้ระบบควบคุมรู้ได้ อุปกรณ์ชุดนี้เรียกว่า ระบบวัดขนาด (Measuring System) ซึ่งประกอบด้วยสเกลแนวตรง (Linear Scale) มีจำนวนเท่ากับจำนวนแนวแกนในการเคลื่อนที่ของเครื่องจักร มีหน้าที่ส่งสัญญาณไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับระยะทางที่แท่นเลื่อนเคลื่อนที่กลับ ไปยังระบบควบคุม ทำให้ระบบควบคุมรู้ว่าแท่นเลื่อนเคลื่อนที่เป็นระยะทางเท่าใด

ช่างควบคุม เครื่องไม่เพียงสามารถใช้โปรแกรมซีเอ็นซีสั่งให้เครื่องจักรทำงานแต่ยัง สามารถเขียนและป้อนโปรแกรมด้วยตนเอง ตลอดจนการแก้ไขโปรแกรมได้หลังจากป้อนเข้าไปในระบบควบคุมของเครื่องแล้ว ขนาดต่างๆ ของเครื่องมือตัดและอุปกรณ์จับยึดชิ้นงาน สามารถที่จะเลือกใช้และป้อนเข้าไปในระบบควบคุมได้ในขณะทำการปรับตั้ง และเป็นอิสระจากโปรแกรมซีเอ็นซีขนาดต่างๆ ของเครื่องมือจะถูกนำไปใช้โดยอัตโนมัติขณะทำงานการตัดเฉือน ช่างควบคุมเครื่องจักรจึงไม่จำเป็นต้องมีข้อมูลในการปรับตั้งเครื่องมือมาก และสามารถที่จะเลือกใช้เครื่องมือและอุปกรณ์จับยึดชิ้นงานได้ด้วยตนเอง

ระบบควบคุม ของเครื่องจักรซีเอ็นซี จะเป็นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมให้เครื่องจักรทำงานตามขั้นตอนที่ได้กำหนดไว้ การที่เครื่องจักรจะทำงานได้นั้นระบบควบคุมจะต้องได้รับการบอกล่าวถึงวิธี การทำงานเสียก่อน ข้อมูลที่ใช้จะอยู่ในรูปของโปรแกรมเอ็นซี ซึ่งช่างควบคุมเครื่อง หรือช่างเขียนโปรแกรมจะเป็นผู้เขียนโปรแกรมเข้าในไประบบควบคุมระบบควบคุมจะ อ่านโปรแกรมเอ็นซีและเปลี่ยนข้อมูลให้เป็นสัญญาณควบคุมสำหรับเครื่องจักรการ สร้างโปรแกรมเอ็นซีจะมีรูปแบบที่ถูกกำหนดโดยบริษัทผู้ผลิตระบบควบคุมภายใต้ แนวทางที่เป็นมาตรฐาน

ในโปรแกรม เอ็นซีขั้นตอนการตัดเลือกสำหรับผลิตชิ้นงานด้วยเครื่องจักรซีเอ็นซีจะถูก เขียนขึ้นในรูปแบบที่ระบบควบคุมสามารถเข้าใจได้ ช่างที่เขียนโปรแกรมจะต้องทราบถึงขั้นตอนการตัดเฉือนทั้งหมดซึ่งในขั้นตอน ต่าง ๆ จะถูกกำหนดไว้อย่างถูกต้องพร้อมด้วยเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น อัตราป้อน ความเร็วรอบของเพลางาน เป็นต้น ช่างจะนำข้อมูลต่าง ๆ เหล่านี้ไปเขียนเป็นโปรแกรมเอ็นซี หลังจากที่โปรแกรมป้อนเข้าไปในระบบควบคุมแล้วสามารถนำโปรแกรมนั้นมาทำงานซ้ำ ได้หลายครั้งตามที่ต้องการ

ถ้าขั้นตอน บางขั้นตอนจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงไป และแตกต่างจากที่กำหนดไว้ในโปรแกรมเอ็นซี จำเป็นจะต้องมีการปรับปรุงบางจุดให้เหมาะสม การเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ สามารถที่จะทำได้โดยช่างควบคุมเครื่องโดยตรง

การโปรแกรม NC โดยมนุษย์ 

เมื่อผู้ เขียนโปรแกรมรู้แบบของชิ้นงานและข้อมูลของเครื่องจักรแล้ว ในขั้นแรกก็ต้องจัดลำดับขั้นตอนในการทำงานก่อน ขั้นต่อมาคือการจัดเตรียมข้อมูลโดยเลือกลำดับของเครื่องมือตามขั้นตอนการทำ งาน ผู้เขียนโปรแกรมจะต้องกำหนดความเร็วตัด และความเร็วป้อน ค่าเหล่านี้อาจได้จากการเปิดตารางหรือจากการคำนวณ นอกจากนั้นยังต้องคำนึงถึงการเปิด-ปิดน้ำหล่อเย็น แกละการชดเชยขนาดของเครื่องมือ หลังจากทราบข้อมูลทั้งหมดแล้วจึงเริ่มเขียนโปรแกรม สิ่งสำคัญที่ควรคำนึง คือ ผู้เขียนโปรแกรมต้องกำหนดวางศูนย์ของชิ้นงานในตำแหน่งที่เหมาะสม

การเขียนโปรแกรมเอ็นซี (NC) ด้วยการใช้โปรแกรมช่วยผลิตชิ้นงาน

ภาษาที่ใช้ ในการสร้างโปรแกรมเอ็นซีนั้นทำหน้าที่ให้ข้อมูลของชิ้นงาน และการเคลื่อนที่ระหว่างเครื่องมือและชิ้นงาน ซึ่งข้อมูลเหล่านี้สามารถใช้สร้างชิ้นงานตามแบบที่ต้องการได้ ลักษณะการใช้งานของภาษาที่ใช้ในการสร้างโปรแกรมเอ็นซี แบ่งเป็น 2 ลักษณะใหญ่ ๆ คือ 

1. ตามลักษณะของเครื่อง 

2. ตามลักษณะของปัญหา ลักษณะภาษาที่ใช้ตามลักษณะปัญหานี้ ในระยะแรกที่เริ่มพัฒนา คือ ภาษา APT เป็นการคำนวณข้อมูลทางเรขาคณิตเท่านั้น ยังไม่มีข้อมูลทางเทคนิค แต่ในปัจจุบันมีระบบคอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิตออกมากมาย ซึ่งสามารถทำได้ทั้งระบบ 2 มิติ, 2 1/2 มิติ และ 3มิติ

ในการใช้ คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิตเพื่อสร้างโปรแกรมเอ็นซีนั้น ควรคำนึงถึงค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ที่จะเลือกใช้ โดยเฉพาะโรงงานอุตสาหกรรมที่มีขนาดเล็ก มีการผลิตชิ้นงานจำนวนไม่มาก เพราะจะส่งผลกระทบถึงราคาต้นทุนในการผลิตสินค้า ซึ่งผู้ผลิตจำเป็นต้องเลือกวิธีการสร้างโปรแกรมให้เหมาะสม กล่าวคือ ถ้าลักษณะของชิ้นงานไม่มีความสลับซับซ้อน เป็นรูปทรงง่าย ๆ ก็ไม่สมควรที่จะใช้คอมพิวเตอร์ที่มีระบบการจัดการที่มีขนาดใหญ่มาช่วยในการ สร้างโปรแกรม เพราะราคาและค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ดังกล่าวในปัจจุบันยังมีราคาที่ค่อนข้าง สูง

ลักษณะการสร้างโปรแกรมเอ็นซี

การสร้างโปรแกรมเอ็นซีสำหรับสั่งงานเครื่องจักรที่ใช้การควบคุมด้วยระบบเชิงตัวเลข สามารถสรุปได้ตามลักษณะของการสร้างโปรแกรมได้ดังนี้

    1. การสร้างโปรแกรมโดยตรง โดยการป้อนข้อมูลที่เป็นรหัสที่เครื่องจักรสามารถเข้าใจได้ที่แป้นพิมพ์ของ ชุดควบคุมของเครื่องจักร รวมทั้งข้อมูลของเครื่องมือตัดที่ใช้ในขบวนการผลิตชิ้นงานด้วย

    2. การสร้างโปรแกรมโดยทางอ้อมด้วยซอฟแวร์ประเภท CNC-Editor ที่ทำงานบนเครื่องคอมพิวเตอร์ โปรแกรมที่ได้ส่งไปยังชุดควบคุมของเครื่องจักรโดยการใช้เทปกระดาษเจาะรู (Punched tape) เทปแม่เหล็ก (Magnatic tape) แผ่นดิสเก็ตต์(diskettes) หรือโดยการใช้สายส่งที่สามารถส่งข้อมูลจากคอมพิวเตอร์เข้าชุดควบคุมของ เครื่องจักรโดยตรง

    3.การสร้างโปรแกรมทางอ้อมโดยใช้ CAM ซอฟแวร์ มีลักษณะคล้ายการเขียนโปรแกรมทางคอมพิวเตอร์ ในแต่ละภาษาจะมีความสามารถในการสร้างโปรแกรมสำหรับสั่งงานเครื่องจักรที่ควบ คุมด้วยระบบเชิงตัวเลขต่างกันออกไป การสร้างโปรแกรมเอ็นซีจะเริ่มโดยการเขียนคำสั่งการทำงานในลักษณะของ Text File ของเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ภาษาต่าง ๆ นั้นจะสามารถทำงานได้ หลังจากนั้นจะทำการแปล Text File ที่เขียนไว้เป็นคำสั่งภาษาซีเอ็นซี ในบางภาษาหลังจากทำการแปลเป็นคำสั่งภาษาซีเอ็นซีแล้วจะสามารถจำลองการทำงาน ทางจอภาพได้ และสามารถส่งโปรแกรมเอ็นซีไปยังชุดควบุคมของเครื่องจักรได้

    4. การสร้างโปรแกรมทางอ้อมโดยใช้แคมซอฟแวร์ (Stand alone CAM Software) บนเครื่องคอมพิวเตอร์ระดับต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับความสามารถและขนาดของโปรแกรมที่เลือกใช้ การสร้างโปรแกรมจะเริ่มโดยการสร้างรูปทางเดินของคมตัดเสียก่อนหรือด้วยการ กำหนดตำแหน่งต่าง ๆ ที่ต้องการ จากนั้นจะทำการแปลข้อมูลเชิงเส้นไปเป็นโปรแกรมเอ็นซีหรือทำเป็นกระดาษเจาะรู เพื่อใช้ในการส่งถ่ายข้อมูลไปยังชุดควบคุม

    5.การสร้างโปรแกรมทางอ้อมด้วยซอฟแวร์ CAD/CAM เป็นระบบการสร้างโปรแกรมสำหรับชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน ซึ่งความสามารถในการสร้างรูปทรงของชิ้นงานและสามารถกำหนดขนาดในระบบ CAD และส่งข้อมูลของรูปทรงชิ้นงานไปยังระบบ CAM เพื่อแปลข้อมูลรูปทรงชิ้นงานเป็นโปรแกรมเอ็นซี ซึ่งระบบ CAD/CAM สามารถแยกจากกันเป็นอิสระในการทำงาน ซึ่งซอฟแวร์ระบบ CAD หรือระบบ CAM ที่มาจากผู้พัฒนาโปรแกรมบริษัทเดียวกันหรือต่างบริษัทกันก็จะสามารถรับส่ง ข้อมูลซึ่งกันและกันได้ เพราะมีการกำหนดเป็นมาตราฐานเดียวกัน หรือซอฟแวร์ CAD/CAM อาจจะอยู่รวมเป็นระบบซอฟแวร์รวม

- อินเตอร์เฟสสำหรับช่างควบคุมเครื่อง ซึ่งจะประกอบด้วยแผงควบคุม (Control Panel) และข้อต่อ (Connections) ต่าง ๆ สำหรับ เครื่องอ่านกระดาษ (Punched Tape Reader) เครื่องเจาะเทปกระดาษ (Punched Tape Perforator) หน่วยเทปแม่เหล็ก (Magnatic Tape Unit) หน่วยดิสเก็ต (Diskette Unit) และเครื่องพิมพ์ (Printer)

- ชุดอินเตอร์เฟสสำหรับเครื่องจักรกล องค์ประกอบหลักของชุดอินเตอร์เฟสนี้จะประกอบด้วย อินเตอร์เฟสการควบคุม (Axis Control) และหน่วยจ่ายกำลัง (Power Supply)

การรับ โปรแกรมเอ็นซีเข้าไปในชุดควบคุมของเครื่องจักรเต็มหน่วยความจำของชุดควบคุม แล้วจะต้องลบข้อมูลของโปรแกรมนั้นออก มิฉะนั้นจะไม่สามารถป้อนข้อมูลโปรแกรมเอ็นซีใหม่เข้าไปได้ หรือหน่วยความจำของชุดควบคุมที่สามารถเก็บบันทึกโปรแกรมได้เพียงโปรแกรม เดียว เมื่อต้องการใช้โปรแกรมทำงานใหม่ก็จะต้องลบโปรแกรมที่มีความยาวมาก ๆ ดังนั้นจึงมีอุปกรณ์เก็บข้อมูลและส่งถ่ายข้อมูล ซึ่งสามารถเก็บและส่งโปรแกรมเอ็นซีเข้าชุดควบคุมของเครื่องจักรได้ อุปกรณ์เหล่านี้มีอยู่ด้วยกันหลายแบบ เช่น เทปกระดาษ (Punched Tape ) เทปแม่เหล็ก (Magntic Tape Cassettes) แผ่นดิสก์เก็ต (Diskettes) เป็นต้น(ซึ่งปัจจุบันสามารถต่อสายรับข้อมูลโดยตรงจากคอมพิวเตอร์ได้ ทางพอร์ต อนุกรม,serial port) ซึ่งโปรแกรมเอ็นซีที่เก็บบันทึกข้อมูลไว้ในอุปกรณ์เหล่านี้ สามารถที่จะพิมพ์ออกมาเพื่อตรวจสอบหรือแก้ไขข้อมูลเพิ่มเติมได้

การจัดเก็บข้อมูลในชุดควบคุมเครื่องจักร

การจัดเก็บโปรแกรมเอ็นซี จากหน่วยความจำของ ชุดควบคุมสามารถกระทำหลายวิธี

1. ในเครื่องจักรกลเอ็นซีที่มีระบบไฟหล่อเลี้ยงจากแบตเตอร์รี่จ่ายให้แก่หน่วย ความจำ (accumulator) โปรแกรมเอ็นซีที่ป้อนเข้าไปจะอยู่ในหน่วยความจำ ของชุดควบคุมของเครื่องจักรกล จะสามารถเก็บให้คงอยู่ในหน่วยความจำของเครื่องได้แม้ว่าเครื่องจักรกลจะปิด อยู่ไม่ได้ใช้งาน

2. ในกรณีที่มีโปรแกรมเอ็นซีอยู่ในหน่วยความจำของเครื่องจักรแต่เมื่อตัดไฟไม่ ให้เครื่องจักรทำงานแล้วโปรแกรมที่อยู่ในหน่วยความจำจะถูกลบออกไปหมดในกรณี เช่นนี้สามารถทำการจัดเก็บโปรแกรมเพื่อการนำมาใช้งานได้อีกโดยการบันทึก ข้อมูลของโปรแกรมเอ็นซีด้วยการใช้การส่งถ่ายโปรแกรมทางสายส่งมาเพื่อทำการ เจาะแถบเทปกระดาษด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ไม่ได้เป็นส่วนประกอบของเครื่อง จักรเอ็นซี

การรับข้อมูลจากหน่วยบันทึกข้อมูลภายนอกเครื่องจักร

การส่งโปรแกรมเอ็นซีจากหน่วยบันทึกข้อมูลภายนอกไปยังชุดควบคุมของ เครื่องซีเอ็นซี สามารถกระทำได้ดังนี้

1. การส่งโปรแกรมเอ็นซีให้ชุดควบคุมของเครื่องจักร โดยอาศัยอุปกรณ์อ่าน และแปลสัญญาณโปรแกรมจากเทปกระดาษ การส่งโปรแกรมจะทำโดยใช้สายส่งเป็นตัวผ่านโปรแกรมไปยังชุดควบคุมแล้วเขียนลง ในหน่วยความจำของชุดควบคุม

2. การให้ชุดควบคุมของเครื่องจักรกลอ่านโปรแกรมจากหน่วยบันทึกข้อมูลของเครื่อง คอมพิวเตอร์ที่ต่อผ่านสายส่งที่อยู่กับชุดควบคุม โดยอ่านข้อมูลจากแผ่นดิสส์เก็ต เพื่อทำการรับโปรแกรมเอ็นซีที่ส่งมาเพื่อทำการเขียนลงในหน่วยความจำของชุด ควบคุม

3. ในกรณีที่โปรแกรมเอ็นซีมีขนาดใหญ่กว่าหน่วยความจำ ของชุดควบคุมของเครื่องจักร การรับโปรแกรมจะต้องใช้วิธีการส่งในระบบ on -line กับเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ต่อกับหน่วยความจำของเครื่องจักรโดยตรง ที่เรียกว่า DNC

จากที่ กล่าวมาแล้ว เป็นเพียงหลักการเบื้องต้นของ เครื่องจักร CNC เท่านั้น คราวต่อไปจะได้กล่าว ถึงเทคโนโลยีของเครื่องจักร CNC ที่สูงขึ้นไปจนถึงระดับ Highspeed Machinig Center

Related Articels