เฟืองถูกกลึงอย่างไร? อธิบายประเภทเกียร์และกระบวนการผลิต

กระบวนการกลึงเฟือง

เฟืองจะผ่านกระบวนการหลายขั้นตอนระหว่างการกลึง โดยทั่วไป ชิ้นงานจะถูกตัดด้วยเครื่องมือกล จากนั้นจึงตัดด้วยเฟือง อีกหนึ่งลักษณะเด่นของเฟืองคือเฟืองจะถูกนําไปอบความร้อน

กระบวนการกลึงเฟืองหลัก

1. การขึ้นรูปวัสดุ: รูปทรงหยาบจะถูกแกะสลักโดยใช้เครื่องกลึงหรือกระบวนการกัด
2. การตัดเฟือง: ฟันถูกขึ้นรูปด้วยเครื่องมือกลพิเศษ (เครื่องตัดเฟืองหรือเครื่องมัลติทาสก์)
3. การอบชุบความร้อน: ใช้ความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของเฟือง
4. การเก็บรายละเอียด: ความแม่นยําของเฟืองดีขึ้นผ่านการเจียรและลับคม

วิธีการกลึงเฟือง (เฟืองตัด) และเครื่องมือกลที่ใช้

ต่อไปเราจะแนะนําประเภทของเครื่องจักรที่ใช้ในการกลึงเฟือง เทคนิคการกลึงเฟืองสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทหลักตามที่ระบุด้านล่าง มาดูลักษณะและเครื่องมือกลที่เกี่ยวข้องกันสําหรับแต่ละแบบกัน

• วิธีการสร้างเฟือง
• วิธีการจัดรูปแบบเฟือง
• การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง (Gear Skiving)

วิธีการสร้างเฟือง

วิธีการสร้างรูปฟันเฟือง (Gear Generation Method) เป็นวิธีการตัดเฉือนที่ใช้เครื่องมือตัดสัมผัสกับชิ้นงานเพื่อสร้างฟันเฟือง ในวิธีนี้ ชิ้นงานจะถูกตัดเฉือนอย่างต่อเนื่องทีละน้อยจนเกิดเป็นรูปทรงของเฟือง จึงช่วยให้สามารถผลิตเฟืองที่มีความแม่นยำสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เครื่องมือกลทั่วไปที่ใช้ในกระบวนการผลิตเฟือง

เครื่องฮอบเฟืองระบบ NC (NC hobbing machine):

เครื่องมือที่เรียกว่า hob ซึ่งมีฟันและร่องตามขอบด้านนอก จะถูกหมุนเพื่อกลึงฟันของชิ้นงานทั้งหมดพร้อมกัน

เครื่องตัดเฟืองดอกจอก NC (NC Bevel Gear Cutting Machine):

เป็นเครื่องจักรสำหรับตัดเฉือนเฟืองดอกจอก (Bevel Gear) การตัดจะดำเนินการโดยหมุนเครื่องมือตัดรูปทรงจานและชิ้นงานให้สัมพันธ์กันอย่างพร้อมเพรียง

เครื่องกัดเฟืองแบบเชปปิ้ง NC (NC Gear Shaping Machine):

หรือเรียกอีกอย่างว่า “เครื่องเชปเปอร์เฟือง (Gear Shaper)” เป็นเครื่องจักรที่ตัดเฉือนชิ้นงานโดยให้เครื่องมือตัดเคลื่อนที่ขึ้นและลงในแนวดิ่ง

เครื่องเจียระไนเฟือง NC (NC Gear Grinding Machine):

ชิ้นงานจะถูกตัดเฉือนด้วยการหมุนล้อเจียระไนด้วยความเร็วสูง สำหรับวิธีการสร้างรูปฟันเฟือง (Gear Generation Method) จะใช้ล้อเจียระไนที่มีหน้ากว้างในการเจียระไนฟันเฟืองทั่วทั้งชิ้นงาน

เครื่องจักรที่ใช้โดยทั่วไปคือ เครื่องฮอบเฟือง (Hobbing Machine) เครื่องฮอบเฟืองใช้เครื่องมือตัดที่เรียกว่า ฮอบ (Hob) ซึ่งมีลักษณะเป็นฟันเกลียว ระหว่างการตัด ฮอบและเฟืองที่ต้องการตัดเฉือนจะหมุนสัมพันธ์กันอย่างพร้อมเพรียง ขณะเดียวกันฮอบจะถูกป้อนลงจากด้านบน เพื่อค่อย ๆ ตัดขึ้นรูปฟันเฟือง

วิธีการสร้างรูปฟันเฟือง (Gear Generation Method) สามารถตัดเฉือนฟันเฟืองหลายซี่ได้พร้อมกันภายในการตั้งชิ้นงานเพียงครั้งเดียว จึงให้ประสิทธิภาพการผลิตสูง และช่วยให้ความแม่นยำของฟันเฟืองมีความสม่ำเสมอมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจำเป็นต้องใช้เครื่องจักรและเครื่องมือตัดเฉพาะทาง เช่น เครื่องฮอบเฟือง (Hobbing Machine) และหัวตัดฮอบ (Hob Cutter) จึงมีแนวโน้มว่าต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นจะค่อนข้างสูง

วิธีการจัดรูปแบบเฟือง

วิธีการขึ้นรูปฟันเฟือง (Gear Formation Method) เป็นเทคนิคการตัดเฉือนที่ตัดฟันเฟืองทีละซี่ โดยใช้เครื่องมือตัดที่มีรูปทรงสอดคล้องกับรูปทรงของฟันเฟือง วิธีนี้ใช้เครื่องมือต่าง ๆ เช่น หัวกัด (Milling Cutter) และโบรช (Broach) เพื่อตัดเฉือนร่องฟันเฟืองแต่ละร่อง ในขณะที่วิธีการสร้างรูปฟันเฟือง (Gear Generation Method) ส่วนใหญ่ต้องใช้เครื่องจักรเฉพาะทาง วิธีการขึ้นรูปฟันเฟืองสามารถตัดเฉือนได้ด้วยเครื่องจักรอเนกประสงค์ เช่น เครื่องกลึงและแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ (Machining Center)

เครื่องมือกลทั่วไปที่ใช้ในวิธีการสร้างเฟือง

เครื่องกัด NC:

สามารถกลึงรูปทรงเฟืองได้หลากหลาย เหมาะอย่างยิ่งสําหรับการผลิตล็อตเล็กและแบบต้นแบบ

เครื่อง NC broaching:

เครื่องมือกลที่สามารถกลึงฟันเฟืองได้ในรอบเดียว โดยใช้โบรชที่ติดตั้งใบมีดหยาบและใบมีดสําหรับตกแต่ง

เครื่องขึ้นรูปแนวตั้ง NC:

ทําการจัดร่องโดยการเลื่อนเครื่องมือในแนวตั้งกับชิ้นงานที่ติดตั้งบนโต๊ะแนวนอน

เครื่องกลึง NC:

ใช้หลักสําหรับเฟืองทรงกระบอกและเฟืองเตรียมการ (การขึ้นรูปวัสดุ)

เครื่องเจียร NC:

มักใช้สําหรับการตกแต่งหลังการอบความร้อน ในวิธีการสร้างเฟือง จะใช้ล้อเจียรบางสําหรับเจียรฟันเฟือง

ศูนย์เครื่องจักรกล:

เครื่องจักรกลที่รวมฟังก์ชัน ATC ไว้ในเครื่องมิลลิ่ง NC ช่วยให้สามารถกลึงหยาบไปจนถึงการเคลือบเฟืองบนเครื่องจักรเดียว

จุดเด่นประการหนึ่งของวิธีการขึ้นรูปฟันเฟือง (Gear Formation Method) คือ สามารถตัดเฉือนได้ด้วยเครื่องจักรที่มีความอเนกประสงค์ค่อนข้างสูง เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องจักรเฉพาะทางสำหรับการตัดเฟือง วิธีนี้จึงเหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณน้อย และการผลิตเฟืองชนิดพิเศษ
นอกจากนี้ ยังใช้ในการผลิตเฟืองขนาดใหญ่ เฟืองใน (Internal Gear) และเฟืองประเภทอื่น ๆ ที่ตัดเฉือนได้ยากด้วยวิธีการสร้างรูปฟันเฟือง (Gear Generation Method)

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวิธีการขึ้นรูปฟันเฟือง (Gear Formation Method) จะตัดเฉือนฟันเฟืองทีละซี่ จึงใช้เวลามากกว่าวิธีการสร้างรูปฟันเฟือง (Gear Generation Method) และอาจไม่เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก

การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง (Gear Skiving)

การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง (Gear Skiving) เป็นวิธีการตัดเฉือนเฟืองที่ค่อนข้างใหม่ ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มวิธีการสร้างรูปฟันเฟือง (Gear Generation Method)

"สกิฟ" ในการสกิฟหมายถึง "ลอกออกบาง ๆ" และกระบวนการนี้มีลักษณะโดยการขูดวัสดุออกจากร่องเฟืองระหว่างการกลึง

เครื่องจักรทั่วไปที่ใช้สำหรับการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง

แมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ (Machining Center):

เมื่อติดตั้งหัวตัดสำหรับการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง จะช่วยให้สามารถผลิตเฟืองได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เทิร์นนิ่งเซ็นเตอร์ (Turning Center):

ในขณะที่แมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ (Machining Center) มีพื้นฐานมาจากเครื่องกัด เทิร์นนิ่งเซ็นเตอร์มีพื้นฐานมาจากเครื่องกลึง

ศูนย์เครื่องจักรกล 5 แกน:

เหมาะสำหรับการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งสำหรับเฟืองชนิดพิเศษ เช่น เฟืองที่มีรูปทรงซับซ้อนหรือเฟืองดอกจอก (Bevel Gear) สามารถรองรับความต้องการด้านการตัดเฉือนเฟืองได้อย่างหลากหลาย

การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งสามารถผลิตเฟืองที่ตัดเฉือนได้ยากด้วยวิธีการทั่วไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น เฟืองใน (Internal Gear) และเฟืองโมดูลขนาดเล็ก (Small-Module Gear) นอกจากนี้ เครื่องจักรมัลติทาสกิ้ง (Multi-tasking Machine) ยังสามารถรวมกระบวนการกลึงและการกัดไว้ในเครื่องเดียว ทำให้สามารถดำเนินการตัดเฉือนได้หลายกระบวนการด้วยเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว

คุณสมบัติของการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง (Skiving)

ในการสกิฟ การกลึงทําโดยการซิงโครไนซ์การหมุนของแกนเครื่องมือกับการหมุนของชิ้นงาน ถือเป็นเทคโนโลยีที่ล้ําสมัย มีข้อได้เปรียบมากมายเหนือกว่าวิธีการกลึงเฟืองแบบดั้งเดิม ลองมาดูรายละเอียดลักษณะเฉพาะของการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งกัน

ฟันเฟืองภายในและภายนอกสามารถกลึงได้ในกระบวนการเดียว

เครื่องจักรมัลติทาสกิ้ง (Multi-tasking Machine) มาพร้อมกับระบบเปลี่ยนเครื่องมืออัตโนมัติ (Automatic Tool Changer: ATC) จึงสามารถตัดเฉือนฟันเฟืองทั้งด้านในและด้านนอกได้อย่างต่อเนื่อง โดยไม่จำเป็นต้องถอดหรือตั้งตำแหน่งชิ้นงานใหม่ โดยทั่วไป ฟันเฟืองด้านนอกจะตัดเฉือนด้วยวิธีฮอบบิ้ง (Hobbing) ส่วนฟันเฟืองด้านในจะใช้วิธีเชฟวิ่งเฟือง (Gear Shaving) ขณะที่เครื่องจักรมัลติทาสกิ้งสามารถรวมกระบวนการเหล่านี้ให้ดำเนินการได้ภายในเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว วิธีนี้ช่วยลดเวลาในการตัดเฉือน และลดความเสี่ยงในการเกิดความคลาดเคลื่อนของตำแหน่ง ซึ่งอาจเกิดจากการถอดและตั้งชิ้นงานใหม่ระหว่างกระบวนการ

การกลึงหยาบและการตกแต่งสามารถทําได้ด้วยเครื่องจักรเดียว

เมื่อใช้การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งบนเครื่องจักรมัลติทาสกิ้ง (Multi-tasking Machine) จะสามารถรวมกระบวนการทั้งหมด ตั้งแต่การตัดเฉือนหยาบไปจนถึงการเก็บผิวสำเร็จ ให้ดำเนินการได้ภายในเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว จุดเด่นอีกประการหนึ่งของการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง คือ สามารถลดการเกิดรูปทรงฟันเฟืองที่ไม่สมบูรณ์ได้ เนื่องจากเครื่องมือตัดและชิ้นงานสามารถวางให้อยู่ใกล้กันมากกว่าวิธีฮอบบิ้ง (Hobbing) จึงช่วยให้สามารถผลิตเฟืองที่มีน้ำหนักเบาและมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นได้

นอกจากนี้ การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งยังแตกต่างจากเครื่องกัดเฟืองแบบเชปปิ้ง (Gear Shaper) ซึ่งจำเป็นต้องมีร่องหลบเครื่องมือ เนื่องจากเครื่องมือตัดเคลื่อนที่แบบชักกลับไปกลับมา ในทางตรงกันข้าม การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งจะวางเครื่องมือตัดในลักษณะเอียง จึงไม่จำเป็นต้องทำร่องหลบเครื่องมือดังกล่าว

การนําไปสู่ประสิทธิภาพการผลิตที่ดีขึ้นและลดต้นทุน

การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งช่วยรวมกระบวนการตัดเฉือนเฟืองที่เดิมต้องใช้เครื่องจักรเฉพาะทางหลายเครื่อง ให้สามารถดำเนินการได้ภายในเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุนได้อย่างมาก
การนำการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งมาใช้ยังช่วยให้ได้รับประโยชน์ในหลายด้าน เช่น ลดเวลาในการผลิตต่อชิ้น (Cycle Time) และลดเวลาในการขนย้ายชิ้นงานระหว่างกระบวนการ การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งมีข้อได้เปรียบอย่างมาก โดยเฉพาะสำหรับการผลิตในปริมาณน้อยถึงปานกลาง และการตัดเฉือนเฟืองที่มีรูปทรงซับซ้อน

อายุการใช้งานเครื่องมือสั้นลง

ในทางกลับกัน การตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่งมีข้อเสียคืออายุการใช้งานของเครื่องมือตัดค่อนข้างสั้น เนื่องจากกระบวนการตัดเฉือนดำเนินการโดยให้แกนของเครื่องมือตัดและชิ้นงานตัดกันเป็นมุม ทำให้มุมคายที่มีผลจริง (Effective Rake Angle) ของเครื่องมือตัดมีค่าเป็นลบในระหว่างการตัด ส่งผลให้เครื่องมือตัดรับภาระมากขึ้น และมีอายุการใช้งานสั้นกว่าวิธีการตัดเฉือนแบบทั่วไป นอกจากนี้ การสึกหรอของเครื่องมือตัดยังส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำในการตัดเฉือนเฟือง ดังนั้น ในกระบวนการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง การเลือกเครื่องมือตัดที่เหมาะสมและการบริหารช่วงเวลาในการเปลี่ยนเครื่องมือจึงเป็นสิ่งสำคัญ

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องจักรเฉพาะทางและทั่วไปสําหรับการกลึงเฟือง

สุดท้าย มาทบทวนลักษณะของเครื่องจักรเฉพาะทางและเครื่องจักรทั่วไปกัน

เครื่องจักรเฉพาะทางและเครื่องจักรอเนกประสงค์ต่างก็มีข้อดีและข้อจำกัดที่แตกต่างกัน ดังนั้น การเลือกวิธีการตัดเฉือนและเครื่องจักรให้เหมาะสม โดยพิจารณาจากวัสดุของชิ้นงาน รูปทรงของเฟือง และกำลังการผลิตที่ต้องการ จึงเป็นสิ่งสำคัญ

นอกจากนี้ ดังจะเห็นได้จากเทคโนโลยีการตัดเฟืองแบบสกีฟวิ่ง เทคโนโลยีด้านการตัดเฉือนเฟืองได้พัฒนาไปอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ดังนั้น การพิจารณาการลงทุนด้านเครื่องจักรและอุปกรณ์ให้เหมาะสมกับความต้องการของลูกค้าและสภาวะของตลาดจึงเป็นสิ่งสำคัญเช่นกัน