คุณลักษณะของเครื่อง CNC Machining Center ที่ควรนำมาใช้ในการพิจารณา : ตอนที่ 1 รางเลื่อนแกน

อัปเดตล่าสุด 21 ส.ค. 2562
  • Share :
  • 2,763 Reads   

ในการพิจารณาคุณลักษณะของเครื่องจักร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่อง CNC Machining Center นั้น ชนิดของรางเลื่อน แกน X แกน Y และแกน Z และแกนแนวเคลื่อนที่ตรงของเครื่อง CNC Machining Center ที่มักถูกกล่าวเปรียบเทียบกันมาก มักเป็นเรื่องที่ว่าเป็น Linear Guide Way หรือเป็น Box Way

รูปภาพ : แสดงรางเลื่อนแบบ Linear Guide Way และ Metal Box Way
ที่มา : Catalogue Extron Brand CNC Machining Center (Ref. E-M-EN-201707 & E-L-EN-201811)


ตามจริงแล้ว ในปัจจุบันท้องตลาด ไม่ใช่แค่มีให้เลือกรางเลื่อนแตกต่างกันออกไปเท่านั้น แต่ยังมีแยกย่อยอีกว่าแกน XY เป็น Linear Guide Way แล้วแกน Z ล่ะ เป็นอะไร เป็น Box Way หรือเป็น Linear Guide Way ด้วยกันหมดทั้งสามแกน

ถ้าแกน Z เป็น Box Way ก็จะมีตุ้มถ่วงน้ำหนัก (Counter weight Balancing) หรือ ลูกสูบถ่วงน้ำหนักด้วยก๊าซด้านหลังคอลัมน์เครื่องอย่างแน่นอน มอเตอร์แกน Z อาจมีหรือไม่มีเบรคก็ได้ และมอเตอร์ขับแกน Z มักตัวไม่ใหญ่มาก เพราะมีตุ้มถ่วงคอยแบ่งภาระการยกขึ้น-ลง ของ Head Stock แต่การเคลื่อนที่ขึ้นลงจะไม่ไหลลื่นมากนัก และมีภาวะกระตุกอยู่บ้างตอนเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ ขึ้นเป็นลง ลงเป็นขึ้น หรือเวลาปรับเปลี่ยนความเร็ว

รูปภาพ : แสดงตุ้มถ่วงน้าหนัก Head Stock และถ่วงน้าหนักด้วยก๊าซ
ที่มา : https://www.google.com/search?q=counterweight+balance+for+CNC+Machining+Center และ https://www.cnccookbook.com/improve-cnc-machine-performance-z-axis-counterbalance/


แต่ถ้าทั้งสามแกน เป็น Linear Guide Way มอเตอร์แกน Z ต้องมีเบรค อาจเป็นเบรคในตัวมอเตอร์เลย และมอเตอร์แกน Z ต้องมีกำลังมากพอที่จะหิ้ว Head Stock ทั้งตัวไว้ได้ ตอนที่อยู่นิ่ง ๆ หรือเคลื่อนที่เปลี่ยนทิศทางแกน Z ขึ้นลง ถ้าเป็นเครื่องที่เรียกตัวเองว่าเป็น High Speed Cutting ได้จะต้องมีคุณสมบัติแบบหลังนี้ เป็นตัวเริ่มต้นกันเลยทีเดียว

รูปภาพ : แสดง AC Servo Motor ที่มี Break และ Rotary Encoder ในตัว
ที่มา : https://www.applied-motion.com/products/servo-motors/j0400-351-4-000


ทั้งนี้ เครื่องที่มีรางเลื่อนเป็น Box Way นั้นเป็นอย่างไรกันแน่ เป็น Metal to Metal Contact เหล็กจะสีกันหรือไม่ ตอนเคลื่อนที่สัมพัทธ์กันนั้น........ คำตอบคือ “ไม่” ระหว่างหน้าสัมผัสจะมีแผ่นวัสดุคล้ายเทป มีความลื่น ติดอยู่กับด้านหนึ่งของผิวสัมผัสที่เลื่อนสัมพัทธ์กัน เรียกว่า “Turcite B” มีการเซาะร่องน้ำมันหล่อลื่นไว้ด้วย

เมื่อหมดเรื่องของ Box Way หรือ Linear Guide Way กี่แกน แกนไหนเป็นอะไรแล้วก็มาถึงว่า ถ้าจะเอาที่เป็น Linear Guide Way แล้ว ก็จะยังมีแยกออกว่าเป็นแบบ Ball type หรือ Roller type

รูปภาพ : แสดงเทปหล่อลื่น Turcite B ของเครื่องแบบ Metal Box Way
ที่มา : https://www.diytrade.com/china/pd/20513998/turcite_B_sheet.html#normal_img

รูปภาพ : แสดงความแตกต่างของ Linear Guide Way แบบ Ball Type และ แบบ Roller Type
ที่มา : http://www.hiwin.tw/products/gw/hg.aspx , https://www.thkstore.com/products/linear-motion/linear-motion-guides.html
http://www.directindustry.com/prod/schaeffler-technologies-ag-co-kg/product-169-808215.html


โดยถ้าเลือกแบบ Roller การรับแรง รับน้ำหนักของแต่ละตัวลูกปืนก็จะเป็นแนวยาวของ Roller ซึ่งมีพื้นที่มากกว่าแบบ Ball แน่นอน ในมุมของการรองรับน้ำหนักงานและแรงสะท้อนกลับในการกัดงานย่อมดีกว่า แต่ความคล่องตัวเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงและเปลี่ยนทิศทางเคลื่อนที่ คงจะทำได้ไม่ดีเท่า Ball Type 

รูปภาพ : แสดงภาพ Linear Guide Way
ที่มา : https://www.hiwin.com/linear-guideways.html


ทั้งการเลือกเครื่องที่เป็นรางเลื่อน Box ways และ Linear Guide Way ก็จะมีข้อโต้แย้งกันอีกถึงว่าจำนวนราง พื้นที่รางมากน้อยกว่ากันอย่างไร Wagon หรือ Carriage ที่เลื่อน มีกี่อันในหนึ่งราง  อันนี้ยิ่งมากยิ่งดี แต่ก็จะมีราคาที่แพงขึ้นเป็นลำดับ

รูปภาพ : แสดงภาพ Wagon หรือ Carriage
ที่มา : https://www.google.com/search?q=linear+guideway+wagon&tbm


จริง ๆ แล้ว ข้อกำหนดเหล่านี้ไม่ได้บอกว่า เครื่องที่ใช้รางเลื่อนแกนแบบไหน จะดีกว่าเครื่องที่ใช้รางเลื่อนแบบอื่น ๆ อยู่ที่ว่างานของผู้ใช้เครื่องนั้น มีลักษณะเป็นแบบไหนต่างหาก แน่นอนว่าความเหมาะสมของเครื่องที่ใช้รางเลื่อนแตกต่างกัน ย่อมมีได้....ทั้งเหมาะ และไม่เหมาะ..... แล้วแต่ว่างานเป็นแบบไหน อย่าไปว่า ๆ เครื่องไหนดี เครื่องไหนไม่ดีเลย ไม่งั้นเครื่องดีก็ขายเอา ขายเอาจนยี่ห้ออื่น รุ่นอื่น บริษัทฯ ขายอื่น ๆ ขายกันไม่ได้ ส่วนยี่ห้อที่ถูกกล่าวหาว่าไม่ดี คงเจ๊งกันไปหมดแล้ว

รูปภาพ : แสดงโครงสร้างของเครื่องในแบบของรางเลื่อนที่แตกต่างกัน
ที่มา : Catalogue MECATRON Brand CNC Machining Center


เราอาจดูว่า เครื่อง Box ways จะแข็งแรงกว่า Linear guide way จะอ่อนแอกว่า ....แต่ถ้าดูที่ความเร็วในการเลื่อนแกน ความฝืดที่เกิดจากสัมประสิทธิแรงเสียดทานที่คงที่ ทำให้ควบคุมตำแหน่ง ซึ่งส่งผลกับโครงสร้างเครื่องความเค้น ความเครียด ที่แปรเปลี่ยนตลอดเวลา เหมือนเครื่องที่การเคลื่อนที่เกิดขึ้นบน Box ways… ความเสียดทานที่สม่ำเสมอบน Linear Guide ways.....จะตอบสนองให้ประสิทธิภาพการควบคุมที่ดีกว่า....

รูปภาพ : แสดงโครงสร้างของเครื่องในแบบของรางเลื่อนที่แตกต่างกัน
ที่มา : Catalogue MECATRON Brand CNC Machining Center

รูปภาพ : แสดงการแข่งขันกีฬาซูโม่และกีฬาฟันดาบ
ที่มา : https://mgronline.com/japan/detail/9590000071841 , https://guru.sanook.com/2907/


เหมือนคนกล้ามใหญ่ เล่นกีฬาซูโม่กับกีฬาฟันดาบ หากเอา “นักปล้ำซูโม่” มาจับดาบแล้วสู้กัน ถ้าก่อนที่นักปล้ำซูโม่จะเข้าประชิดตัวและรัดนักฟันดาบได้ เขาอาจถูกจิ้มด้วยดาบแพ้ไปก่อน หรือถ้ายังไม่ถูกจิ้มด้วยดาบจนแพ้ไป นักฟันดาบคงถูกรัดจนแพ้ไปแน่นอน

ปัจจุบัน LINEAR GUIDE WAY พัฒนาไปมากจนสามารถรองรับการเคลื่อนที่ในกระบวนการตัดเฉือนได้ในทุกรูปแบบ ทั้งยังสามารถเปลี่ยนยกชุดหรือเปลี่ยนแยกชุดได้ หากชำรุดเสียหายด้วยอุบัติเหตุหรือจากอายุการใช้งาน

แต่อย่างไรเสีย เครื่องแบบ Metal Box Way ก็ยังคงเป็นที่ต้องการของงานที่กัดหนัก ใช้ Torque สูง และต้องการความเร็วในงานกัดหนัก แต่ยินยอมเรื่องความถูกต้องของงานทางขนาด ให้มีค่ายอมรับที่ไม่เข้มงวดอยู่ดี แต่ไม่เร็วปรื๊ดเหมือน High Speed Cutting ที่เคยนิยมพูดกันในหมู่ผู้ขายเครื่องและผู้ใช้เครื่องกัน ในหลายปีก่อนนะ (เดี๋ยวนี้มีแต่เทคโนโลยี 4.0 กัน เรื่อง High Speed ชักน้อยลงแล้ว) มี High Speed Machining Application ที่ไหนใช้ Box ways และถ้าต้องการให้รับภาระน้ำหนักได้เยอะ ๆ ก็เลือกที่ขนาดรางเลื่อน และ Wagon ให้เหมาะสม ก็เท่านั้น ก็สามารถกัดงานหนัก ๆ ได้แล้วเหมือนกัน… บน LINEAR GUIDE WAYS มี IF ....THEN แต่ BOX WAYS ไม่มีนะ

ราคาเครื่องจักรจะแตกต่างกันมากน้อย อยู่ที่ส่วนของรางเลื่อน ขนาดของรางเลื่อน และยี่ห้อของรางเลื่อน …ต่างกันเป็นหลักแสน ถึงหลาย ๆ แสนกันเลยทีเดียวเชียว

ขนาดราง Wagon หรือ Carriage และ Class ของยี่ห้อ ชนิด และประเภทของ LINEAR GUIDE WAYS เป็นอะไร ? อย่างไหน ? เหมาะสมหรือเปล่า ?

รูปภาพ : แสดงส่วนประกอบของ Linear Guide Way และ Wagon หรือ Carriage
ที่มา : https://www.alibaba.com/product-detail/Best-price-Heavy-load-very-smooth_60615261179.html

 
อ่านบทความ และรับข่าวสารเพิ่มเติมได้ที่  : สมาคมอุตสาหกรรมแม่พิมพ์ไทย  www.tdia.or.th


ที่มา : สมาคมอุตสาหกรรมแม่พิมพ์ไทย