CNC System

แกนของเครื่องจักร CNC

เครื่องจักร CNC โดยทั่วไปจะมีการการเคลื่อนที่อยู่ 2 แนว คือ การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง (Linear Axes) และการเคลื่อนที่ในแนวหมุนรอบแกน (Rotary Axes)

1. การคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง (Linear Axes)

การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงจะมีอยู่ 2 แกน คือ แกน X และแกน Z สำหรับเครื่องกลึง CNC ทั่วๆ ไป และ 3 แกน คือ แกน X แกน Y และแกน Z สำหรับเครื่องกัด CNC. ซึ่งในแต่ละแกนก็จะแบ่งออกเป็น 2 ทิศทาง คือ ทิศทางในแนวบวก(+) และ ทิศทางในแนวลบ (-)
การกำหนดแกนและทิศทางของเครื่องจักร CNC จะอาศัยกฎมือขวา ดังรูปต่อไปนี้

รูปแสดงกฎมือขวาในการอ้างอิงแกนและทิศทางของเครื่องจักร CNC

แกนของเครื่องกัด CNC เพลาตั้ง (Vertical CNC Milling Machine)

แกนและทิศทางของเครื่องกัด CNC ชนิดเพลาตั้ง กำหนดได้ดังนี้

แกนและทิศทางของเครื่องกัด CNC ชนิดเพลาตั้ง

ให้สังเกตว่าไม่ว่าจะเป็นเครื่องกัดหรือเครื่องกลึงแกน Z จะอยู่แนวเดียวกับทิศทางของเพลาหลักเสมอ จากรูปแกนและทิศทางของเครื่องกัด CNC ชนิดเพลาตั้ง จะเห็นว่าแกน Z เมื่อเคลื่อนออกจากแท่นวางชิ้นงานขึ้นด้านบนจะมีทิศทางเป็น (+Z) และเมื่อเคลื่อนที่ลงด้านล่างก็จะมีทิศทางเป็น (-Z), แกน Y เมื่อเคลืิ่อนที่เข้าหาตัวเครื่องกัดก็จะมีทิศทางเป็น (+Y) และเคลื่อนที่ออกมาหาผู้ปฏิบัติงานก็จะเป็น (-Y) และแกน X เมื่อเคลื่อนที่ไปทางด้านขวาก็จะเป็น (+X) และเคลื่อนที่ไปทางด้านซ้ายก็จะเป็น (-X) ซึ่งเป็นไปตามกฎมือขวา.
*จากรูปไม่ได้แสดงทิศทางในแนวแกนลบ (-) โดยแกนลบจะเป็นทิศทางในทางตรงกันข้ามกับแกนบวกของแต่ละในแนวแกน

แกนของเครื่องกัด CNC ชนิดเพลานอน (Horizontal CNC Milling Machine)

แกนและทิศทางของเครื่องกัด CNC ชนิดเพลานอน กำหนดได้ดังนี้

แกนและทิศทางของเครื่องกัด CNC ชนิดเพลาแนว

สำหรับเครื่องกัดชนิดเพลานอนก็ยังคงใช้การอ้างอิงตามกฎมือขวาเช่นเดียวกัน อาจจะงงนิดนึงนะครับ ลองทำตามโดยทำมือขวาตามรูปดู แล้วให้แกน (+Z) ชี้ไปด้านในของเครื่องแกน (+X) ก็จะไปอยู่ด้านซ้าย ส่วนแกน (+Y) ก็จะขึ้นไปอยู่ด้านบนตามรูป

แกนของเครื่องกลึง CNC  (Axes of CNC Lathe Machine)

แกนและทิศทางของเครื่องกลึง CNC ก็หลักการของกฏมือขวาเช่นเดียวกัน โดยให้สังเกตแกน (-Z) จะเคลื่อนที่เข้าหาเพลาหลักของเครื่องกลึง CNC . สำหรับรูปที่แสดงจะเป็นเครื่องกลึง CNC แบบสองแกน คือจะมีแค่แกน X และแกน Z เท่านั้น

แกนและทิศทางของเครื่องกลึง CNC

2. การเคลื่อนที่หมุนรอบแกน (Rotary Axes)

การเคลื่อนที่ในแนวหมุนรอบแกนจะระบุโดยใช้อักษร A, B และ C โดยที่ A แทนการหมุนรอบแกน X, B แทนการหมุนรอบแกน Y และ C แทนการหมุนรอบแกน Z ส่วนการกำหนดทิศทางจะเป็นบวกเมื่อมีการหมุนทวนเข็มนาฬิกา

การกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่หมุนในแนวรอบแกน

3. การเคลื่อนที่แนวเส้นตรง+แนวหมุนรอบแกน (Linear Axes+Rotary Axes)

เครื่องจักร CNC บางชนิดจะมีการเคลื่อนที่ผสมผสานทั้งในแนวเส้นตรงและแนวหมุนรอบแกน ดังรูปด้านล่าง เป็นเครื่องจักร Machining Center ชนิดเพลานอน 4 แกน ซึ่งประกอบไปด้วยการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง 3 แกน คือ แกน X แกน Y และแกน Z, ส่วนการ B เป็นการเคลื่อนที่ในแนวหมุนรอบแกน Y

เครื่องจักร CNC Machining Center ชนิดเพลานอน 4 แกน

เครื่องจักร CNC ชนิด Machining Center ชนิดเพลาตั้ง  5แกน ก็จะมีแกนในแนวหมุนรอบแกนเพิ่มมา 2 แกน คือ แกน C และแกน B

ต่อไปนี้เป็นเครื่องจักร CNC ชนิดต่างๆ ซึ่งจะมีแกนที่แตกต่างกันออกไปตามลักษณะของเครื่องจักร

เครื่องจักร CNC Machining Center ชนิดเพลาตั้ง 5 แกน

เครื่องจักร CNC Machining Center Universal ชนิด 5 แกน

เครื่องจักร CNC Machining Center Universal ชนิด 5 แกน

เครื่องจักร CNC Machining Center ชนิดเพลานอน 5 แกน

เครื่องจักร CNC Machining Center ชนิดเพลานอน 5 แกน

ระบบโคออดิเนต (Coordinate Systems)

ในการเขียนโปรแกรมเพื่อระบุพิกัดตำแหน่งในการเคลื่อนที่ของเครื่องจักร CNC นั้นเป็นต้องอาศัยระบบโคออดิเนต (Coordinate) เพื่อใช้ในการอ้างอิงตำแหน่ง

คำว่าโคออดิเนต (Coordinate) หมายถึง การกำหนดตำแหน่งบนจุดระนาบโดยอาศัยแกนอ้างอิงเป็นหลักดังรูปด้านล่าง

รูปอธิบายระบบ Coordinate

จากรูปในส่วนของแกนเป็นเพียงตัวอย่างเท่านั้นเนื่องจากเครื่อง CNC จริงๆ มีระบบแกนที่หลากหลายกันออกไป. ตำแหน่งที่ (1), (2), (3) และ (4) มีการอ้างอิงตำแหน่งจากตำแหน่ง X=0, Y=0 ก็คือจุดตัดตรงกลาง ไปในแนวแกน X และแกน Y ด้วยพิกัดที่แตกต่างกันออกไปทั้งในด้านบวก(+) และด้านลบ(-) โดยสรุปได้ดังนี้

ตำแหน่ง (1) X=-7.0, Y=+4.0

ตำแหน่ง (2) X=+5.0, Y=+6.0 

ตำแหน่ง (3) X=-9.0, Y=-8.0

ตำแหน่ง (4) X=+8.0, Y=-7.0

และถ้าเป็นเครื่องจักรชนิด 3 แกน คือ X, Y และ Z ก็เช่น เดียวกันจุด Origin ก็จะอยู่ที่จุดตัดของทั้ง 3 แกน คือ X=0, Y=0 และ Z=0 ส่วนเครื่องที่มีแกนมากกว่านั้น เช่น 4 แกน 5 แกน จะต่างกันตรงที่ว่าแกนที่เพิ่มขึ้นมาเป็นแกนอะไร และมีความสัมพันธ์กับแกนไหน อย่างไร ซึ่งจะยังไม่นำเข้ามาเกียวในหัวข้อนี้ เดี๋ยวจะสับสนเสียก่อน.

ระบบตำแหน่งของโปรแกรม CNC (CNC Positioning System)

ในการเขียนโปรแกรม CNC ต้องอาศัยระบบโคออดิเนตในการกำหนดตำแหน่งในการเคลื่อนที่ของเครื่องมือตัด, การเปลี่ยนเครื่องมือตัด, การเคลื่อนที่ของแท่นงาน, การกำหนดตำแหน่งบนอุปกรณ์จับยึดเป็นต้น
ระบบตำแหน่งระบบ CNC แบ่งออกไปเป็น 2 ระบบ คือ

1.การกำหนดตำแหน่งแบบสัมบูรณ์ (Absolute Positioning)

การกำหนดตำแหน่งแบบสัมบูรณ์นี้จะอาศัยการอ้างอิงเพียงจุดเดียวทุกครั้ง ซึ่งจุดอ้างอิงจุดนี้จะเป็นจุดศูนย์ของระบบโคออดิเนต การระบุขนาดของตำแหน่งให้วัดในแนวขนานกับแนวแกนและเริ่มต้นจากจุดอ้างอิงเสมอ ดังรูป

ตัวอย่างการกำหนดตำแหน่งแบบสัมบูรณ์

จากตัวอย่างการกำหนดตำแหน่งแบบสัมบูรณ์ กำหนดตำแหน่งโคออดิเนตของจุด P1, P2, P3 และ P4 ได้ดังนี้

P1X2.0Y2.0
P2X3.0Y4.0
P3X5.0Y5.0
P4X7.0Y6.0

2.การกำหนดตำแหน่งแบบต่อเนื่อง (Incremental Positioning)

การกำหนดตำแหน่งแบบต่อเนื่องนี้จะเปลี่ยนจุดอ้างอิงไปเรื่อยๆ ตามตำแหน่ง ณ ปัจจุบัน การวัดขนาดก็จะวัดจากจุดที่อ้างอิงในแต่ละครั้งโดยวัดขนานกับแนวแกน ดังรูป

ตัวอย่างการกำหนดตำแหน่งแบบต่อเนื่อง

จากตัวอย่างการกำหนดตำแหน่งแบบสัมบูรณ์ กำหนดตำแหน่งโคออดิเนตของจุด P1, P2, P3 และ P4 ได้ดังนี้

P1X2.0Y2.0
P2X1.0Y2.0
P3X2.0Y1.0
P4X2.0Y1.0

จะสังเกตได้ว่าตำแหน่งในการอ้างอิงจะเปลี่ยนไปทุกครั้ง P1 เปลี่ยนไปที่ P2, P2 เปลี่ยนไปที่ P3 และ P3 เปลี่ยนไปที่ P4
จริงแล้วระบบกำหนดตำแหน่งของ CNC ก็ไม่มีอะไรยาก เพียงแต่การนำไปใช้งานจริงต้องเลือกใช้ให้เหมาะสม สะดวก ก็พอครับ.

โคออร์ดิเนตอ้างอิง (Reference Coordinate)

โคออร์ดิเนตอ้างอิง เป็นจุดหรือตำแหน่งอ้างอิงต่างๆ เพื่อให้เครื่องจักรและโปรแกรมสามารถอ้างอิงตำแหน่งนั้นๆ ในการทำงาน ประกอบไปด้วย

1.จุดอ้างอิงของเครื่องจักร (Machine Reference Point : M)

จุดอ้างอิงหรือจุดศูนย์ของเครื่องจักร (Machine Zero Pint) เป็นจุดที่เป็นตำแหน่งเริ่มของระบบโคออร์ดิเนตของเครื่องจักร CNC ใช้อ้างอิงในการจับยึดชิ้นงาน. ตำแหน่งอ้างอิงของเครื่องจักรนี้ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ โดยจะถูกกำหนดมาจากบริษัทที่ผลิตเครื่องจักร

2.จุดอ้างอิงของการเลื่อนกลับ (Reference Return Point : R)

3.จุดอ้างอิงของโปรแกรม (Program Reference Point : P)
4.จุดอ้างอิงของชิ้นงาน (Work Reference Point : W)