เทคโนโลยี CNC

แนวคิดในการพัฒนาเครื่องตัดให้เป็นซีเอ็นซี CNC
ในปัจจุบันการตัดโลหะแบบแผ่นมีอยู่ด้วยกันหลายวิธีเช่น การตัดโลหะด้วยเลื่อย(Saw cutting), การตัดด้วยเครื่องเลเซอร์ (Laser cutting), การตัดด้วยแก๊ส(Gas cutting), และการตัดด้วยเครื่องตัดพลาสม่า(Plasma cutting) ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้ววิธีการตัดโลหะจะมีกระบวนการและวิธีการตัดแบบง่ายๆ คือ ร่างแบบ(Layout) ลงบนแผ่นโลหะนั้นๆ แล้วจึงทำการตัดตามแบบที่ได้ร่างไว้ หรืออาจจะมีอุปกรณ์ช่วยในการตัดบ้างตามความจำเป็น จึงทำให้มีผู้คิดค้นการออกแบบและพัฒนาเครื่องตัดพลาสม่าซีเอ็นซี(Plasma cnc machine cutting) โดยเครื่องตัดพลาสม่าซีเอ็นซี (Plasma cnc) นี้ควบคุมการทำงานโดยเครื่องคอมพิวเตอร์ สามารถตัดชิ้นงานโลหะได้หลากหลายรูปแบบ หรืองานตัดที่มีความยุ่งยากซับซ้อน หรือต้องตัดชิ้นงานซ้ำๆ เป็นจำนวนมาก

การตัดโลหะเป็นกระบวนการหนึ่งที่มีบทบาทสำคัญในวงการอุตสาหกรรม ไม่เฉพาะแต่งาน อุตสาหกรรมหนักเท่านั้น งานอุตสาหกรรมขนาดย่อม หรืองานภายในครอบครัวก็มีความจำเป็นมากเช่นกัน การตัดโลหะที่มีประสิทธิภาพยังช่วยให้งานอื่นๆ เช่น การออกแบบ ทั้งที่เป็นชิ้นส่วนของเครื่องจักร เครื่องมือ และโครงสร้างรูปแบบต่างๆ มีอิสระในการออกแบบมากยิ่งขึ้น เพราะไม่ต้องคำนึงถึงขอบเขตของรอยตัดต่างๆ ต่อไป นอกจากนั้นยังช่วยให้งานซ่อมแซม ดัดแปลงหรืองานอดิเรกอื่นๆ สำเร็จลงได้อย่างมีประสิทธิภาพและรวดเร็วยิ่งขึ้น ซึ่งปัจจุบันการตัดโลหะด้วยอาร์คพลาสมาเป็นที่นิยมมากขึ้นเนื่องจากมีความสะดวกรวดเร็วและงานออกมาเรียบร้อย ดังนั้นในบทความนี้จะขอกล่าวถึงทฤษฎีพลาสมาและหลักการพื้นฐานของเครื่องตัดพลาสมา ซึ่งทฤษฎีของพลาสมานั้นจะกล่าวถึงว่าพลาสมาคืออะไร เกิดขึ้นได้อย่างไรและมีส่วนประกอบใดบ้างที่ทำให้เกิดอาร์คพลาสมา ส่วนหลักการพื้นฐานของเครื่องตัดพลาสมาจะอธิบายถึงส่วนประกอบต่างๆ และหลักการทำงานของเครื่องตัดพลาสมา และส่วนสุดท้ายจะกล่าวถึงข้อได้เปรียบในการใช้งานเครื่องตัดพลาสมาในการตัดโลหะ โดยจะกล่าวต่อไป ดังนี้แนวคิดในการพัฒนาเครื่องตัดให้เป็นซีเอ็นซี CNC ในปัจจุบันการตัดโลหะแบบแผ่นมีอยู่ด้วยกันหลายวิธีเช่น การตัดโลหะด้วยเลื่อย(Saw cutting), การตัดด้วยเครื่องเลเซอร์ (Laser cutting), การตัดด้วยแก๊ส(Gas cutting), และการตัดด้วยเครื่องตัดพลาสม่า(Plasma cutting) ซึ่งโดยส่วนใหญ่แล้ววิธีการตัดโลหะจะมีกระบวนการและวิธีการตัดแบบง่ายๆ คือ ร่างแบบ(Layout) ลงบนแผ่นโลหะนั้นๆ แล้วจึงทำการตัดตามแบบที่ได้ร่างไว้ หรืออาจจะมีอุปกรณ์ช่วยในการตัดบ้างตามความจำเป็น จึงทำให้มีผู้คิดค้นการออกแบบและพัฒนาเครื่องตัดพลาสม่าซีเอ็นซี(Plasma cnc machine cutting) โดยเครื่องตัดพลาสม่าซีเอ็นซี (Plasma cnc) นี้ควบคุมการทำงานโดยเครื่องคอมพิวเตอร์ สามารถตัดชิ้นงานโลหะได้หลากหลายรูปแบบ หรืองานตัดที่มีความยุ่งยากซับซ้อน หรือต้องตัดชิ้นงานซ้ำๆ เป็นจำนวนมาก

หลักการและเทคโนโลยี CNC

ในปัจจุบันวงการอุตสาหกรรมต่างๆ ได้มีการพัฒนาและขยายตัวอย่างรวดเร็วมีการนำเข้าเครื่องจักรกล และอุปการณ์ที่ทันสมัยจากต่างประเทศ เพื่อช่วยเพิ่มการผลิตให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ซึ่งก็เป็นไปตามการขยายตัวทางเศรษฐกิจของประเทศ ที่มีอัตราการขยายตัวที่สูงมาก ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้นมามีทั้งจำหน่ายภายในประเทศ และส่งออกไปต่างประเทศทำให้ผลิตภัณฑ์ต้องได้ตามมาตรฐานที่ที่กำหนดไว้ เช่น มาตรฐานสากล ISO (International Standardization Organization) หรือ ตามมาตรฐานของเยอรมัน DIN (Deutsche Industries Norm) แต่ในความเป็นจริงเรายังขาดบุคลากรที่มีความรู้ความสามารถ ที่จะรองรับเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่นำมาใช้ในระบบการผลิต การพัฒนาทางด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้พัฒนาไปอย่างมาก การผลิตไมโครชิพสามารถผลิตให้มีขนาดเล็กลง แต่ประสิทธิภาพในการทำงานสูงขึ้น การนำไมโครชิพไปใช้งานที่สำคัญอย่างหนึ่งได้แก่ การใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องคอมพิวเตอร์ เช่น ใช้เป็นหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) เป็นหน่วยความจำ (RAM & ROM) ยุคแรกที่มีการนำคอมพิวเตอร์จะเน้นหนักไปทางด้านการจัดเก็บและบันทึกข้อมูล และการคำนวณขั้นพื้นฐาน ในระยะหลังได้มีการพัฒนาขีดความสามารถในการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ให้ดีขึ้น มีความเร็วในการประมวลผลสูงขึ้น เช่น การออกแบบชิ้นส่วนและสร้างโปรแกรมสำหรับผลิตชิ้นงาน ในภายหลังได้มีการเขียนโปรแกรมสำหรับช่วยในการผลิตชิ้นงานด้วยเครื่องจักรที่ควบคุมด้วยระบบเชิงตัวเลขขึ้นมา

เครื่องจักรที่ใช้ระบบการควบคุมแบบเชิงตัวเลขนี้เรียกกันทั่วๆ ไปว่า "เครื่องจักรซีเอ็นซี" (CNC Machine)

เครื่องจักร CNC เป็นเครื่องจักรที่ทำงานอย่างอัตโนมัติ สามารถผลิตชิ้นงานที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาด หรือรูปทรงบ่อยๆ ได้ดี เพราะสามารถแก้ไขข้อมูลต่างๆ โดยตรงที่โปรแกรม ดังนั้นจึงเหมาะกับการผลิตชิ้นงานต้นแบบ (Prototype) หรือผลิตชิ้นงานในระบบสายงานการผลิตที่มีกำลังการผลิตปานกลาง ซึ่งเหมาะสมกับอุตสาหกรรมขนาดกลาง

การรับส่งข้อมูลสำหรับการทำงานของเครื่องจักร สามารถผ่านตัวกลางส่งสัญญาณต่างๆ เช่น แถบกระดาษเจาะรู (Paper Punched Tape) เทปแม่เหล็ก (Magnetic Tape) และแผ่น Micro Floppy Disk หรือจะป้อนข้อมูลโดยตรงที่แป้นพิมพ์ของแผงควบคุม (Key Board) ก็ได้ แต่ก่อนที่จะส่งข้อมูลเพื่อให้เครื่องจักรทำงาน จำเป็นต้องมีการสร้างโปรแกรมการทำงานตามลำดับมาก่อน แล้วทำการตรวจสอบข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นพร้อมกับแก้ไขให้ถูกต้อง ทำให้ลดความผิดพลาดที่เกิดขึ้นกับเครื่องจักรลง
เครื่องจักร CNC แต่ละเครื่องนั้นผลิตมาจากหลายบริษัท ซึ่งก็ใช้เทคโนโลยีที่บริษัทตนเป็นคนค้นคิดขึ้นมา ทำให้มีลักษณะการสั่งงานเป็นแบบเฉพาะนอกเหนือไปจากคำสั่งมาตราฐานทั่วไป

ความแตกต่างระหว่างเครื่องจักรกลทั่วไปกับเครื่องจักรกลซีเอ็นซี

เครื่องจักรทั่วไป แท่นเลื่อน ที่ทำหน้าที่นำชิ้นงานหรือเครื่องมือตัดให้เคลื่อนที่ไปตามรางเลื่อน โดยการหมุนมือหมุน (Hand Wheel) หรือโดยการใช้กลไกป้อนอัตโนมัติ เช่น ลูกเบี้ยวในเครื่องกลึงอัตโนมัติ ซึ่งในขณะเดียวกันนั้นช่างควบคุมเครื่องจะต้องทำหน้าที่อื่นๆ ที่จำเป็นต้องใช้ในการตัดเฉือนชิ้นงานด้วย เช่นเปิดและปิดสวิทย์ควบคุมการหมุนของเพลาหัวเครื่อง, เปิดและปิดสวิทย์สารหล่อเย็น เป็นต้น ช่างควบคุมต้องใช้วิจารณญานและการตัดสินใจร่วมกัน การทำงานจะมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นได้ทุกเวลา ไม่ว่าจะเป็นสาเหตุที่มาจากตัวบุคคล หรือสาเหตุที่เกิดจากเครื่องจักรการผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างเดียวกันจำนวนมากๆ จะเกิดค่าพิกัดของชิ้นงานที่แตกต่างกันออกไปแต่ถ้าหากใช้เครื่องจักรซีเอ็นซีการผลิตชิ้นงานจำนวนมาก จะลดเวลาของการผลิตชิ้นงานและรูปทรงที่ได้จะเหมือนกันโดยตลอด การทำงานต่างๆ จะถูกกำหนดไว้ และยังสามารถนำโปรแกรมนั้นมาใช้ใหม่ได้อีกเมื่อมีการผลิตชิ้นต่อๆ ไปได้อีก

เครื่องจักรซีเอ็นซี การเคลื่อนที่ต่างๆ ที่จำเป็นในการผลิตชิ้นงานจะทำงานโดยอัตโนมัติด้วยตัวของเครื่องจักรเองโดยอาศัยข้อมูลจากชุดควบคุม เครื่องจักรจะทำงานตามข้อมูลตัวเลข (Numerical Information) ที่ป้อนให้กับชุดควบคุมของเครื่องจักร CNC ในรูปแบบของรหัส (Code) ที่ชุดควบคุมสามารถเข้าใจได้

ในระบบการขับเคลื่อน จะต้องมีการออกแบบให้รับกับการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่ควบคุมระบบเชิงตัวเลข เช่น ระบบเฟืองทด เพลาหมุน พร้อมแบริ่งที่มีความเที่ยงตรงสูง ระบบการหล่อลื่น พร้อมกับการระบายความร้อน เป็นต้น นอกจากนั้นยังมีระบบการจับยึดเครื่องมือที่กำหนดไว้เป็นมาตรฐาน ซึ่งจะแตกต่างจากการจับยึดเครื่องมือของเครื่องจักรทั่วไป

ความแตกต่างในการใช้เครื่องจักรซีเอ็นซี เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องจักรที่ใช้ทั่วไปก็คือ การตัดสินใจในการกำหนดขั้นตอนการทำงานต่างๆ จะกระทำเพียงครั้งเดียวกล่าวคือจะกระทำในขั้นตอนของการวางแผน และสร้างโปรแกรมสำหรับควบคุมเครื่องจักรเท่านั้น หลังจากนั้นโปรแกรมจะถูกนำไปใช้ในการทำงานของเครื่องจักร สำหรับผลิตชิ้นงานที่ต้องการ โดยสามารถทำการผลิตซ้ำๆ กันกี่ครั้งก็ได้ตามต้องการนอกเหนือจากโปรแกรมการทำงาน ซึ่งเปรียบเสมือนการวางแผนการทำงานที่ได้จัดเตรียมขั้นตอนการทำงานทุกขั้นตอน เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นได้ การผลิตชิ้นงานด้วยเครื่องจักรซีเอ็นซียังช่วยลดเวลาในการทำงานอื่นๆ ที่จำเป็นด้วย เช่น ลดเวลาการตรวจสอบขนาดของชิ้นงาน ลดเวลาในการปรับความเร็วรอบของ Spindle เป็นต้น