เครื่องมือที่ใช้กับเครื่องกลึง CNC

​ งานกลึงด้วยระบบควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) เป็นเสาหลักของการผลิตยุคใหม่ กระบวนการนี้ซึ่งเครื่องมือตัดจะตัดเนื้อวัสดุออกจากชิ้นงานที่หมุนเพื่อสร้างรูปทรงกระบอก มีความสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมที่มีข้อกำหนดสูง เช่น อวกาศ ยานยนต์ และการแพทย์ ศักยภาพของเครื่อง CNC จะเกิดขึ้นจริงได้ก็ต่อเมื่อเลือกและใช้ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างถูกต้อง นั่นคือ เครื่องมือตัด.

เครื่องมือตัดเป็นตัวเชื่อมระหว่างเครื่องกับชิ้นงาน เป็นจุดที่คำสั่งดิจิทัลกลายเป็นความจริงทางกายภาพ การเลือกวัสดุ รูปทรง และระบบจับยึดของเครื่องมืออย่างมีข้อมูลส่งผลโดยตรงต่อตัวชี้วัดประสิทธิภาพทั้งหมด:

• ความแม่นยำด้านขนาด

• คุณภาพผิวสำเร็จ

• ระยะเวลาของรอบการผลิต

• ความคุ้มค่าและความสามารถในการแข่งขันของงาน

ประเภทของเครื่องมือสำหรับเครื่องกลึง CNC

เพื่อทำความเข้าใจเครื่องมือที่มีอยู่หลากหลาย จำเป็นต้องจัดประเภทตามหน้าที่ โครงสร้าง และทิศทางการตัด

การจัดประเภทตามงานตัดเฉือน

การจัดประเภทนี้แบ่งเครื่องมือตามงานเฉพาะที่ออกแบบมา งานหลัก ได้แก่:

• มีดกลึงปอกผิว (กลึงทรงกระบอก) ใช้ลดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของชิ้นงาน

• มีดปาดหน้า: ใช้ตัดเฉือนหน้าตัดของชิ้นงาน

• มีดคว้าน: ใช้ขยายหรือตกแต่งเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน

• มีดกลึงร่อง: ใช้สร้างช่องหรือร่องที่มีความกว้างเฉพาะ

• มีดตัดขาด: ใช้ตัดชิ้นงานสำเร็จออกจากวัตถุดิบ

• มีดกลึงเกลียว: ใช้สร้างเกลียวในหรือเกลียวนอก

• มีดลบมุม (แชมเฟอร์): ใช้สร้างขอบเอียง

• มีดกลึงขึ้นรูป: มีโปรไฟล์เฉพาะเพื่อสร้างรูปทรงซับซ้อนในการกลึงเที่ยวเดียว

การจัดประเภทตามโครงสร้าง

โครงสร้างทางกายภาพของเครื่องมือเป็นตัวกำหนดความแข็งแกร่ง ต้นทุน และความเป็นโมดูลาร์

• แบบชิ้นเดียว (โมโนบล็อก): เครื่องมือทั้งชิ้นทำจากวัสดุชิ้นเดียว (เช่น HSS หรือคาร์ไบด์ตัน) มีความแข็งแกร่งยอดเยี่ยม แต่เมื่อคมตัดสึก ต้องเปลี่ยนหรือลับเครื่องมือทั้งชิ้น

• แบบเชื่อมติด (บัดกรี): ประกอบด้วยปลายวัสดุแข็ง (เช่น คาร์ไบด์) ที่เชื่อมติดกับด้ามเหล็กกล้าราคาประหยัดกว่า เป็นโซลูชันที่นิยมก่อนเครื่องมือแบบเปลี่ยนเม็ดมีดจะแพร่หลาย

• แบบยึดด้วยแคลมป์ (ด้ามจับเม็ดมีดหรือแบบเปลี่ยนได้): เป็นระบบหลักในงานตัดเฉือน CNC ยุคใหม่ ประกอบด้วยด้ามมีดที่ใช้ซ้ำได้ซึ่งจับยึดเม็ดมีดตัด (อินเสิร์ท) ที่เปลี่ยนได้ เมื่อคมตัดสึก ก็หมุนเม็ดมีดหรือเปลี่ยนใหม่ได้อย่างรวดเร็วและประหยัด

การจัดประเภทตามทิศทางการป้อน

“ทิศทางมือ” ของเครื่องมือเป็นตัวกำหนดทิศทางที่ตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• มีดขวา (Right-Hand): เป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุด ออกแบบมาเพื่อตัดเฉือนโดยป้อนจากยันศูนย์ท้าย (ขวา) ไปยังหัวเครื่อง (ซ้าย)

• มีดซ้าย (Left-Hand): ออกแบบมาสำหรับงานทิศทางตรงข้าม ตัดจากหัวเครื่องไปยังยันศูนย์ท้าย

• มีดกลาง (Neutral): ไม่มีทิศทางการตัดที่จำเพาะ และตัดเฉือนได้ทั้งสองทิศทาง จึงมีประโยชน์สำหรับงานกลึงโปรไฟล์และกลึงตามรูปร่าง

วัสดุที่ใช้มากที่สุดในเครื่องมือตัด CNC

ประสิทธิภาพของเครื่องมือผูกพันโดยตรงกับคุณสมบัติของวัสดุคมตัด วัสดุที่เหมาะสมต้องมีการผสมผสานที่ลงตัวระหว่าง ความแข็ง (ความต้านทานการสึกหรอ) และ ความเหนียว (ความต้านทานการแตกหัก)

• เหล็กกล้ารอบสูง (HSS): เป็นเหล็กกล้าผสมที่ซับซ้อน มีความเหนียวเหนือกว่าวัสดุอื่น จึงทนแรงกระแทกและการตัดแบบไม่ต่อเนื่องได้ ใช้ในงานความเร็วต่ำ บนเครื่องที่แข็งแกร่งน้อยกว่า และกับวัสดุอ่อน เช่น อะลูมิเนียมหรือเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ

• โลหะแข็ง (ซีเมนเต็ดคาร์ไบด์): เป็นวัสดุที่อเนกประสงค์และใช้มากที่สุดในงานกลึง CNC ประกอบด้วยอนุภาคแข็งของทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) ยึดอยู่ในเมทริกซ์โคบอลต์ (Co) มีความแข็งที่อุณหภูมิสูงและความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม ทำให้ใช้ความเร็วตัดได้สูงกว่า HSS มาก

• เซอร์เมตและเซรามิก: เซอร์เมตต้านทานการสึกหรอได้ดีกว่าคาร์ไบด์และให้ผิวสำเร็จที่ยอดเยี่ยม จึงนิยมใช้กับงานกลึงละเอียดความเร็วสูง เซรามิกแข็งกว่าและทนความร้อนได้ดีกว่า จึงใช้ความเร็วตัดได้สูงมาก แต่เปราะมาก ใช้ในการตัดเฉือนเหล็กหล่อเทาและเหล็กกล้าชุบแข็ง

• วัสดุแข็งพิเศษ (CBN และ PCD):

• คิวบิกโบรอนไนไตรด์ (CBN): เป็นวัสดุที่แข็งเป็นอันดับสองที่รู้จัก และเป็นตัวเลือกสำหรับ “การกลึงแข็ง” (การตัดเฉือนเหล็กกล้าที่มีความแข็งเกิน 45 HRC) เหล็กหล่อ และซูเปอร์อัลลอย

• เพชรโพลีคริสตัลไลน์ (PCD): เป็นวัสดุเครื่องมือที่แข็งที่สุดที่มีอยู่ ต้านทานการสึกหรอได้อย่างไม่มีใครเทียบ ไม่เหมาะกับการตัดเฉือนเหล็กกล้าเพราะทำปฏิกิริยาเคมีกับเหล็ก ใช้กับวัสดุที่ไม่ใช่เหล็ก (อะลูมิเนียม ทองแดง) และวัสดุที่มีฤทธิ์ขัดสีสูง (คอมโพสิต พลาสติกเสริมแรง)

• การเคลือบผิว (PVD และ CVD): เป็นชั้นเซรามิกบางมากที่เคลือบบนวัสดุฐาน (โดยทั่วไปคือคาร์ไบด์) เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติผิวโดยไม่ลดความเหนียวของแกนกลาง

• CVD (การตกสะสมไอเชิงเคมี): ให้ชั้นเคลือบหนา เหมาะกับงานกลึงหยาบความเร็วสูงในเหล็กกล้าและเหล็กหล่อ

• PVD (การตกสะสมไอเชิงกายภาพ): ให้ชั้นเคลือบที่บางและเรียบกว่า นิยมใช้กับงานกลึงละเอียดและการตัดเฉือนวัสดุที่มักติดคมตัด เช่น สแตนเลสและซูเปอร์อัลลอย

วิธีเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมกับแต่ละงาน

การเลือกเครื่องมือที่ดีที่สุดควรทำตามขั้นตอนที่เป็นเหตุเป็นผลและเป็นระบบ เพื่อให้พิจารณาตัวแปรสำคัญครบถ้วน

1. การวิเคราะห์ชิ้นงานและวัสดุ: จุดเริ่มต้นคือชิ้นงานเสมอ ต้องระบุวัสดุ (เหล็กกล้า สแตนเลส เหล็กหล่อ ฯลฯ) เพื่อเลือกเกรด (วัสดุและการเคลือบ) ของเม็ดมีด รวมถึงวิเคราะห์รูปทรง พิกัดความเผื่อ และข้อกำหนดผิวสำเร็จ

2. การกำหนดงาน: ต้องกำหนดประเภทการตัดเฉือน (กลึงปอกผิว กลึงร่อง ฯลฯ) และแยกให้ชัดเจนระหว่าง งานกลึงหยาบ (เน้นการตัดเนื้อวัสดุ) และ งานกลึงละเอียด (เน้นความแม่นยำและคุณภาพผิว)

3. การเลือกรูปทรงเม็ดมีด:

• มุมปลาย: มุมใหญ่ (เช่น 80°) ให้คมตัดที่แข็งแรง เหมาะกับงานกลึงหยาบ ส่วนมุมเล็ก (เช่น 35°) เข้าถึงโปรไฟล์ที่ซับซ้อนได้ดีกว่า

• ขนาดเม็ดมีด: ต้องสัมพันธ์กับความลึกตัดเพื่อรับประกันเสถียรภาพ

• รัศมีปลาย (RE): รัศมีใหญ่ทำให้ป้อนได้มากขึ้นและคมตัดแข็งแรงขึ้น แต่อาจทำให้เกิดการสั่น รัศมีเล็กลดการสั่นและให้ผิวสำเร็จดีขึ้น แต่จำกัดอัตราป้อน

4. การเลือกเกรดและตัวหักเศษ: เลือกเกรดคาร์ไบด์และการเคลือบตามวัสดุและงาน (CVD สำหรับงานกลึงหยาบเหล็กกล้า PVD สำหรับสแตนเลสและงานกลึงละเอียด) และเลือกตัวหักเศษที่สอดคล้องกับช่วงอัตราป้อนและความลึกตัด เพื่อให้ควบคุมเศษได้อย่างเหมาะสม

5. การเลือกด้ามมีด: ต้องเลือกด้ามมีดที่ให้ความแข็งแกร่งสูงสุด (ระยะยื่นสั้นที่สุดเท่าที่ทำได้) และเข้าถึงพื้นที่ตัดเฉือนได้โดยไม่เสี่ยงต่อการชน

เคล็ดลับการใช้เครื่องมือเครื่องกลึง CNC อย่างถูกต้อง

การใช้งานและบำรุงรักษาที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญเพื่อยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือและเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ

การวินิจฉัยและการจัดการการสึกหรอของเครื่องมือ

การสึกหรอเป็นกระบวนการที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับการตัดเฉือน การติดตามการสึกหรอเป็นกุญแจสำคัญในการป้องกันความเสียหายร้ายแรง ประเภทการสึกหรอที่พบบ่อยและวิธีแก้ไข ได้แก่:

• การสึกที่ผิวหลบ (Flank wear): เกิดจากความเร็วตัดสูงเกินไปเป็นหลัก วิธีแก้คือลดความเร็วหรือเลือกเกรดที่ต้านทานการสึกหรอได้ดีกว่า

• การสึกเป็นหลุม (Crater wear): เกิดหลุมบนหน้าคายเศษของเครื่องมือ จากอุณหภูมิสูง วิธีแก้คือใช้การเคลือบที่หนากว่า (แบบ CVD) หรือลดความเร็ว

• คมตัดพอก (BUE): เนื้อวัสดุชิ้นงานเชื่อมติดกับคมตัด พบบ่อยที่ความเร็วต่ำ วิธีแก้คือเพิ่มความเร็วตัดหรือใช้การเคลือบที่เรียบกว่า (แบบ PVD)

• คมบิ่น/แตกร่อน: รอยแตกเล็ก ๆ บนคมตัด มักเกิดจากความเหนียวไม่พอหรือการสั่น แก้ไขได้ด้วยการเลือกเกรดที่เหนียวกว่าหรือลดอัตราป้อน

การใช้สารหล่อเย็น

ของเหลวตัดหรือสารหล่อเย็นมีหลายหน้าที่ ได้แก่ ลดอุณหภูมิ หล่อลื่น ป้องกันการกัดกร่อน และช่วยระบายเศษ

• การหล่อเย็นแบบฉีดท่วม: เป็นวิธีดั้งเดิม ใช้สารหล่อเย็นปริมาณมากที่แรงดันต่ำ

• การหล่อเย็นแรงดันสูง (HPC): ฉีดสารหล่อเย็นแรงดันสูงตรงไปที่คมตัด มีประสิทธิภาพสูงมากในการหักและระบายเศษ ทำให้เพิ่มพารามิเตอร์การตัดได้อย่างมาก

การบำรุงรักษาเครื่องเชิงป้องกัน

เครื่องที่บำรุงรักษาไม่ดีอาจทำให้เกิดการสั่นหรือความคลาดเคลื่อนที่ทำให้เครื่องมือสึกหรอก่อนเวลา โปรแกรมบำรุงรักษา เป็นประจำที่ครอบคลุมการทำความสะอาด การตรวจสอบสารหล่อลื่น การตรวจแนวและการสอบเทียบแกน เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้เครื่องมีความมั่นคงและแม่นยำ และเครื่องมือทำงานได้อย่างถูกต้อง