การกัด/กลึงแบบ 5 แกนพร้อมกัน (Simultaneous 5-Axis Machining) คืออะไร? ภาพรวมและข้อดีของการกัด/กลึงแบบ 5 แกนพร้อมกัน อธิบายแบบเข้าใจง่าย

Simultaneous 5-Axis Machining คืออะไร?

การตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน (Simultaneous 5-axis machining) คือเทคโนโลยีที่ แกนหมุนเครื่องมือ (spindle) และ/หรือ ชุดมีด/ป้อมมีด (turret) เคลื่อนที่ตามแกน X, Y, Z ไปพร้อม ๆ กับการควบคุม แกนหมุน (rotation axis) และ แกนเอียง (tilt axis) แบบ “พร้อมกัน” การทำงานของทั้ง 5 แกนในเวลาเดียวกันช่วยให้สามารถกัด/ตัดชิ้นงานที่มีรูปทรงซับซ้อนได้ ซึ่ง เครื่องแบบ 3 แกนทั่วไปทำได้ยากหรือทำไม่ได้ Simultaneous 5-Axis Machining คืออะไร? (รูปภาพ)

ภาพตัวอย่างด้านบนแสดงแกนการทำงานของ เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ 5 แกน โดยจะเห็นว่า นอกจาก 3 แกน ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของแกนหมุนเครื่องมือแล้ว โต๊ะจับยึดชิ้นงาน (table) ยังสามารถ หมุน (rotate) และ เอียง (tilt) ได้ด้วย การตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกันหมายถึง การตัดชิ้นงานในขณะที่ แต่ละแกนเคลื่อนที่พร้อมกันตลอดกระบวนการ ทั้งนี้ แกนหมุนและแกนเอียงไม่ได้จำเป็นต้องเป็นการเคลื่อนที่ของโต๊ะเสมอไป เพราะยังมีเครื่อง 5 แกนบางประเภทที่ แกนหมุนเครื่องมือเป็นฝ่ายหมุนและเอียงเอง (รายละเอียดของเครื่องประเภทนี้จะกล่าวถึงในส่วนถัดไป)

การตัดเฉือนแบบ 5 แนวแกนพร้อมกัน (Simultaneous 5-Axis Machining) VS การตัดเฉือนแบบ 3 แกน และการตัดเฉือนแบบ 5 แกนแบบอินเด็กซ์ (Indexing 5-Axis Machining)

ตามชื่อที่เรียก การตัดเฉือนแบบ 3 แกนคือการตัดเฉือนที่อาศัยการเคลื่อนที่ตามแกนทั้งสาม ได้แก่ แกนตั้ง แกนนอน และแกนความสูง โดยการเคลื่อนที่ว่าจะเป็นฝั่งโต๊ะงานหรือฝั่งเครื่องมือจะขึ้นอยู่กับชนิดของเครื่องมือกล แต่โดยทั่วไปแล้ว ชิ้นงานส่วนใหญ่สามารถตัดเฉือนได้ด้วยการตัดเฉือนแบบ 3 แกน อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณีจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์จับยึด (จิ๊ก) และเครื่องมือพิเศษเพื่อปรับมุมเอียงสำหรับชิ้นงานที่มีความซับซ้อน ในทางตรงกันข้าม การตัดเฉือนแบบ 5 แกนช่วยให้สามารถเข้าทำงานกับพื้นผิวที่เอียงได้ในมุมที่เหมาะสม และสามารถทำงานส่วนที่เป็นอันเดอร์คัตได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนตำแหน่งหรือจับยึดชิ้นงานใหม่

วิธีการตัดเฉือนอีกรูปแบบหนึ่งเรียกว่า การตัดเฉือนแบบ 5 แกนชนิดอินเด็กซิ่ง (Indexing 5-axis machining) ซึ่งแตกต่างจากการตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน (Simultaneous 5-axis machining) ตรงที่ ในวิธีนี้จะมีการกำหนดให้แกนใดแกนหนึ่งหยุดอยู่กับที่ก่อนเริ่มการตัดเฉือน โดยแกนหมุนและ/หรือแกนเอียงอย่างน้อยหนึ่งแกนจะถูกล็อกไว้ จากนั้นจึงทำการตัดเฉือนโดยให้แกนที่เหลืออีก 3 หรือ 4 แกนเคลื่อนที่พร้อมกัน เนื่องจากข้อมูลการตัดเฉือนสามารถจัดทำได้ง่ายกว่า และการปรับตั้งเงื่อนไขการตัดเฉือนทำได้สะดวกกว่าการตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน ทำให้การตัดเฉือนแบบ 5 แกนชนิดอินเด็กซิ่งถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลายในภาคการผลิต

ข้อดีของการตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน (Simultaneous 5-Axis Machining)

ด้วยการผสานระหว่าง ความแม่นยำ และ ความยืดหยุ่น การตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกันจึงมอบประโยชน์ให้กับบริษัทได้มากมาย ต่อไปนี้คือคุณสมบัติและข้อดีหลัก ๆ ของเทคโนโลยีนี้

ความยืดหยุ่นในการตัดเฉือนสูง

หนึ่งในข้อดีที่โดดเด่นที่สุดของการตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน คือ ความยืดหยุ่นในการทำงาน นอกจากจะสามารถตัดเฉือน หลายด้านของชิ้นงานได้ในการจับยึดครั้งเดียว (single setup) แล้ว ยังเหมาะกับการตัดเฉือน พื้นผิวโค้งแบบสามมิติ เช่น ใบพัด (propeller) และพัดลม (fan) อีกด้วย ด้วยความสามารถในการผลิตชิ้นงานที่มีรูปทรงและขนาดหลากหลาย เครื่องจักรที่รองรับการตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกันจึงเหมาะอย่างยิ่งกับการผลิตแบบ หลายรุ่น ปริมาณน้อย (high-mix, small-lot production)

เพิ่มประสิทธิภาพการผลิต

การตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกันยังช่วย เพิ่มผลิตภาพ ได้อย่างชัดเจน เมื่อสร้างโปรแกรมการตัดเฉือนแล้ว เครื่องมือจะทำงานได้แบบอัตโนมัติ เนื่องจากเครื่องมือสามารถทำงานได้ หลายกระบวนการภายในงานเดียว จึงไม่จำเป็นต้อง จัดตำแหน่ง/จับยึดชิ้นงานใหม่ในทุกขั้นตอน ซึ่งช่วยลดความผิดพลาดจากการตั้งงาน ทำให้ได้การผลิตที่ คุณภาพสูงและมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ การตัดเฉือนในลักษณะ เอียงมุม ยังช่วยให้ทำงานได้ในช่วง ความเร็วรอบขอบ (peripheral speed) ที่เหมาะสมที่สุด ส่งผลให้สามารถ เพิ่มเงื่อนไขการตัด และ ลดเวลาไซเคิล (cycle time) ได้

ลดการสึกหรอของเครื่องมือ

ในการตัดเฉือนแบบ 5 แกน สามารถปรับ มุมสัมผัสระหว่างเครื่องมือกับชิ้นงาน ได้อย่างเหมาะสมด้วยคอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่น งานที่ในการตัดเฉือนแบบ 3 แกนต้องใช้เครื่องมือ “ตั้งฉาก” กับชิ้นงาน การใช้ 5 แกนจะทำให้สามารถ ป้อนเครื่องมือแบบเฉียงได้ ซึ่งช่วยหลีกเลี่ยง จุดศูนย์ของความเร็วรอบขอบ (zero point for peripheral speed) และทำให้ เครื่องมือสึกหรอน้อยลง ยิ่งไปกว่านั้น การควบคุม 5 แกนพร้อมกันยังช่วยลดความจำเป็นในการ ยื่นดอก/ทูลออกมามากเกินไป (tool protrusion) ส่งผลให้ คุณภาพผิวงานดีขึ้น ด้วย

ข้อเสียของการตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน

แม้ว่าการตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกันจะมีข้อดีมากมาย แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน สำหรับผู้ที่กำลังพิจารณานำ เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ 5 แกน มาใช้งาน ควรทำความเข้าใจทั้งข้อดีและข้อจำกัดให้ครบถ้วน

ต้นทุนในการนำมาใช้งานสูง

อุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดของการนำเครื่อง 5 แกนพร้อมกันมาใช้คือ ต้นทุนการลงทุน เครื่องตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกันมีราคาสูงกว่าเครื่องแบบ 3 แกน ทำให้ เงินลงทุนเริ่มต้น สูงตามไปด้วย บางบริษัทที่ไม่เคยใช้เครื่อง 5 แกนมาก่อนอาจลังเลที่จะลงทุน เพราะไม่มั่นใจว่าเมื่อใช้งานจริงแล้วจะ คุ้มทุน (cost-effective) หรือไม่

ไม่เหมาะกับงานหยาบหรือการตัดหนัก

เครื่อง 5 แกนเหมาะเป็นพิเศษกับงานที่ต้องการความละเอียด และงานตัดเฉือนความแม่นยำสูง ในทางกลับกัน ไม่เหมาะ กับงานอย่างเช่น การกัดหยาบ (roughing) ที่ต้องกินลึกมาก งานตัดหนักที่ใช้เครื่องมือขนาดใหญ่ (heavy-duty cutting) ดังนั้น หากโรงงานเน้นงานลักษณะนี้เป็นหลัก อาจต้องพิจารณาใช้ เครื่อง 3 แกน หรือเครื่องชนิดอื่นที่เหมาะสมกว่า

ขนาดชิ้นงานที่รองรับจำกัด

ด้วยโครงสร้างของเครื่อง 5 แกนที่ค่อนข้างซับซ้อน โต๊ะจับงานมักมีขนาดเล็กกว่า เครื่อง 3 แกน ซึ่งอาจจำกัดการตัดเฉือนชิ้นงานหรือวัสดุที่มีขนาดใหญ่ ดังนั้นควรพิจารณาเลือกเครื่องจักรให้เหมาะกับ ขนาดและประเภทของผลิตภัณฑ์ ที่ต้องการผลิตเป็นสำคัญ

ตัวอย่างชิ้นงานสำหรับการตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน

ลองดูวิดีโอด้านล่าง เพื่อเห็นตัวอย่างว่า “การตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน” สามารถผลิตชิ้นงานอะไรได้จริงบ้าง

M200Xd1-5AX 5-AXIS Machining (Youtube)

S500Xd1-5AX Impeller high speed machining (5-Axis machining) (Youtube)

M200Xd1-5AX 5-AXIS MACHINING Corner rest machining (Youtube)

U500Xd1- 5AX Dovetail groove　5-Axis Machining (Youtube)

ประเภทของเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ 5 แกนพร้อมกัน และประเด็นสำคัญในการเลือกเครื่องมือกล

การนำเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์แบบ 5 แกนพร้อมกัน (simultaneous 5-axis machining center) มาใช้ จะช่วยเพิ่มขอบเขตของผลิตภัณฑ์ที่สามารถผลิตได้อย่างมาก แต่คำถามคือควรเลือกเครื่อง 5 แกนแบบไหน? ส่วนนี้จะอธิบาย ประเภทหลัก ๆ ของเครื่อง 5 แกนพร้อมกัน และ จุดที่ควรระวัง เมื่อพิจารณานำมาใช้งาน

โดยทั่วไป เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ 5 แกนพร้อมกันสามารถแบ่งได้กว้าง ๆ เป็น 3 ประเภทดังนี้ ซึ่งแต่ละแบบมีลักษณะเด่นต่างกัน ควรเลือกให้เหมาะกับงานของบริษัท

เมื่อพิจารณานำเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์แบบ 5 แกนพร้อมกัน (Simultaneous 5-axis machining center) มาใช้งาน ขั้นตอนแรกคือการกำหนดภาพให้ชัดเจนว่าจะผลิตชิ้นงานประเภทใด จากนั้นจึงเลือกผู้ผลิตและรุ่นของเครื่อง โดยเปรียบเทียบประเภทและคุณสมบัติของเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์แบบ 5 แกนของแต่ละผู้ผลิต หากนี่เป็นการใช้งานเครื่อง 5 แกนเป็นครั้งแรก นอกเหนือจากความง่ายในการใช้งานของเครื่องมือกลและความสามารถในการเขียนโปรแกรมแล้ว ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าผู้ผลิตมีระบบสนับสนุนและบริการหลังการขายที่ครบถ้วน ผู้ผลิตเครื่องมือกลบางรายมีโชว์รูม ซึ่งช่วยให้สามารถเข้าเยี่ยมชมเพื่อเห็นภาพการใช้งานจริงได้ง่ายขึ้น อีกทั้งผู้ผลิตยังสามารถให้ข้อมูลรายละเอียดของเครื่อง 5 แกนได้โดยตรง รวมถึงคำแนะนำในการเลือกรุ่นที่เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้านอีกด้วย

หลีกเลี่ยงไม่ได้ว่าราคาเป็นอุปสรรคสำคัญในการนำเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์แบบ 5 แกนมาใช้งาน เนื่องจากเป็นการลงทุนที่มีมูลค่าอย่างน้อยหลายล้านเยน จึงควรวางแผนด้านการเงินอย่างรอบคอบ นอกจากนี้ ยังมีเงินอุดหนุนและโครงการสนับสนุนต่าง ๆ สำหรับการลงทุนในเครื่องมือกลใหม่ ควรใช้ประโยชน์จากความช่วยเหลือที่มีอยู่จากทั้งหน่วยงานภาครัฐและองค์กรปกครองส่วนท้องถิ่นให้เต็มที่

สรุป: การตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกันที่ช่วยขยายความเป็นไปได้ในการผลิต

เสน่ห์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ การตัดเฉือนแบบ 5 แกนพร้อมกัน (Simultaneous 5-axis machining) คือความสามารถในการตัดเฉือนชิ้นส่วนที่มีรูปทรงซับซ้อนได้ แม้ใช้จำนวนครั้งในการตั้งงานน้อยลง การทำงานแบบอัตโนมัติช่วยให้คาดหวังได้ว่าจะ ลดเวลาในการตัดเฉือน และการลดจำนวนครั้งในการเปลี่ยนการจับยึดชิ้นงานก็ช่วยให้ ความแม่นยำดีขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยลดภาระแรงงานของคนได้มาก ซึ่งจะนำไปสู่ ระบบอัตโนมัติในโรงงาน (factory automation) และ การลดการใช้กำลังคน

ยิ่งไปกว่านั้น ด้วยความสามารถในการผลิตชิ้นงานที่เครื่อง 3 แกนทำไม่ได้ การนำเครื่องตัดเฉือน 5 แกนมาใช้จะช่วยขยายศักยภาพทางธุรกิจได้อย่างมาก หากใช้ประโยชน์จากข้อดีเหล่านี้ได้เต็มที่ คุณจะสามารถผลิตสินค้าได้อย่างคุณภาพสูง มีประสิทธิภาพ และเพิ่มความสามารถในการแข่งขันในตลาดได้มากยิ่งขึ้น