5 Axis Machining Center สำหรับงานแม่พิมพ์ และ ชิ้นส่วนยานยนต์

ในยุคที่อุตสาหกรรมการผลิตต้องการความแม่นยำสูง ความรวดเร็วในการผลิต และ ความสามารถในการสร้างชิ้นงานที่มีรูปทรงซับซ้อน เทคโนโลยีเครื่องจักร CNC ได้กลายเป็นหัวใจสำคัญของโรงงานอุตสาหกรรมทั่วโลก โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมแม่พิมพ์ และ อุตสาหกรรมยานยนต์ที่ต้องการมาตรฐานการผลิตระดับสูง โดยหนึ่งในเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมอย่างต่อเนื่องคือ 5 Axis Machining Center หรือ เครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ 5 แกน ซึ่งสามารถกัด ตัด เจาะ และ ขึ้นรูปชิ้นงานได้หลายมุมพร้อมกันภายในกระบวนการเดียว จึงช่วยลดขั้นตอนการจับยึดชิ้นงาน ลดความคลาดเคลื่อน และ เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นบทความนี้จะพาคุณไปทำความรู้จักกับ 5 Axis Machining Center หลักการทำงาน ข้อดี การประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมแม่พิมพ์ และ ชิ้นส่วนยานยนต์ รวมถึงแนวทางในการเลือกเครื่องจักรให้เหมาะกับการผลิต 

บทบาทสำคัญของ 5-Axis Machining ในงานอุตสาหกรรมแม่พิมพ์

อุตสาหกรรมแม่พิมพ์เป็นอุตสาหกรรมที่ต้องการความแม่นยำสูง และ ผิวหน้างานที่เนียนละเอียดเป็นพิเศษ ไม่ว่าจะเป็นแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก , แม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูปโลหะ หรือ แม่พิมพ์หล่อโลหะ ที่เครื่อง 5 แกนได้เข้ามาเปลี่ยนเกมการผลิตในด้านต่าง ๆ ดังนี้

1.การลดความยาวของทูลและการเพิ่มความแข็งเกร็ง

ในระบบเครื่อง 3 แกน เมื่อต้องกัดชิ้นงานที่เป็นหลุมลึก เช่น แม่พิมพ์กล่องคอนโซลหน้ารถยนต์ วิศวกรจำเป็นต้องใช้มีดกัดที่มีด้ามยาวมาก เพื่อไม่ให้หัวสปินเดิลชนกับขอบแม่พิมพ์ ผลเสียของการใช้ทูลด้ามยาวคือ การโก่งตัวของทูล และ การสั่นสะเทือน ซึ่งทำให้ผิวงานเป็นรอยคลื่น และ หัวมีดกัดหัก หรือสึกหรออย่างรวดเร็ว แต่เมื่อเปลี่ยนมาใช้เครื่อง 5 แกน โต๊ะงาน หรือ หัวสปินเดิลสามารถเอียงทำมุมได้ ทำให้เราสามารถเลือกใช้ ทูลที่มีด้ามสั้น และ หนา เข้าไปกัดในหลุมลึกได้อย่างสบาย ๆ โดยการเอียงหลบมุมชน

2.การรักษาความเร็วตัดให้คงที่ด้วยการเลี่ยงจุดศูนย์กลางของ Ball Nose End Mill

ในการกัดเก็บผิวละเอียดของแม่พิมพ์โค้งมน วิศวกรนิยมใช้มีดกัดปลายบอล (Ball Nose End Mill) หากใช้เครื่อง 3 แกน ปลายมีดกัดจะตั้งฉากกับผิวงานเสมอ ซึ่งจุดศูนย์กลางต่ำสุดของมีดปลายบอล (Center Tip) จะมีความเร็วตัดเท่ากับ 0 เมตรต่อนาที เนื่องจากรัศมีการหมุน ณ จุดนั้นเป็นศูนย์กลางที่ปลายมีดตัดเฉือนงานด้วยความเร็วศูนย์ จะเป็นการ "ขูด และ กดทับ" เนื้อวัสดุแทนการตัดเฉือนจริง ส่งผลให้ผิวงานบริเวณนั้นหยาบ แข็งกระด้าง และ ทูลสึกหรอไว

3.การลดการเปลี่ยนสถานีงาน

แม่พิมพ์หนึ่งชุดประกอบด้วยมุม และ ระนาบที่หลากหลาย หากใช้เครื่อง 3 แกน ช่างต้องทำการปลดชิ้นงานออกจากฟิกซ์เจอร์ พลิกชิ้นงานเพื่อเซ็ตอัพพิกัดใหม่ หลายต่อหลายครั้ง ทุก ๆ ครั้งที่มีการยกงานออก และ จับยึดใหม่ จะเกิดความคลาดเคลื่อนสะสมเสมอ การใช้เครื่อง 5 แกนจะช่วยให้สามารถกัดงานได้รอบทิศทาง (5 ด้าน) ในการจับยึดเพียงครั้งเดียว จึงมั่นใจได้ในความแม่นยำของพิกัดตำแหน่ง ระหว่างหลุม และ แกนต่าง ๆ ของแม่พิมพ์

การประยุกต์ใช้ 5-Axis Machining ในงานชิ้นส่วนยานยนต์

หากงานแม่พิมพ์ คือตัวแทนของความประณีต และ ความแม่นยำ งานชิ้นส่วนยานยนต์ก็คือตัวแทนของ "ความเร็วในการผลิต ปริมาณที่มาก และ ความคุ้มทุน" ซึ่งชิ้นส่วนยานยนต์สมัยใหม่หันมาพึ่งพาเทคโนโลยี 5 แกนมากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากเหตุผลดังต่อไปนี้

1.ชิ้นส่วนประเภท Manifolds, Engine Blocks & Cylinder Heads

ฝาสูบ และ ท่อร่วมไอดี-ไอเสีย เป็นชิ้นส่วนที่มีรู และ ช่องทางไหลของของเหลวเอียงทำมุมแปลก ๆ ไขว้กันไปมาเพื่อรีดสมรรถนะของเครื่องยนต์ การใช้เครื่องสกัด 5 แกนแบบ Simultaneous จะช่วยให้หัวกัดสามารถวิ่งคดเคี้ยวเข้าไปกัดแต่งผิวภายในพอร์ตได้อย่างต่อเนื่องลื่นไหล ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการไหลเวียนของอากาศในห้องเผาไหม้ ซึ่งเครื่อง 3 แกนไม่สามารถทำได้เลย

2.ชิ้นส่วนอลูมิเนียมน้ำหนักเบา และ โครงสร้างซับซ้อน

ในยุคของยานยนต์ไฟฟ้า (EV) ชิ้นส่วนต่าง ๆ ถูกออกแบบให้ใช้วัสดุอลูมิเนียมฉีดขึ้นรูป ขนาดใหญ่เพื่อลดน้ำหนักตัวรถ เช่น เคสมอเตอร์ไฟฟ้า หรือ กรอบใส่แพ็คแบตเตอรี่ ซึ่งชิ้นส่วนเหล่านี้ต้องการการปาดผิว เจาะรู และ ต๊าปเกลียวในหลายระนาบรอบตัว การนำเข้าเครื่อง 5 แกนช่วยให้สามารถจบงานได้ในขั้นตอนเดียว ป้องกันปัญหาชิ้นงานบิดเสียรูปจากการจับยึดซ้ำ ๆ

3.ชิ้นส่วนกลุ่มใบพัดเทอร์โบชาร์จเจอร์

ใบพัดเทอร์โบนั้นมีลักษณะเป็นใบซ้อนที่มีความบิดโค้ง และ ซ้อนทับกันอย่างหนาแน่น ช่องว่างระหว่างใบพัดมีขนาดเล็กมาก ทูลจะต้องเอียงหลบ และ บิดตัวอย่างแม่นยำตลอดเวลาในโหมด 5-Axis Continuous เพื่อสร้างรูปทรงอากาศพลศาสตร์ที่สมบูรณ์แบบ ชิ้นส่วนประเภทนี้ถือเป็นงานปราบเซียนที่เป็นหน้าตาหลักของเครื่อง 5 แกนอย่างแท้จริง

ความแตกต่างระหว่าง 5-Axis Simultaneous กับ 3+2 Axis Machining

อีกหนึ่งประเด็นที่มักสร้างความสับสนคือ ความแตกต่างในแง่ของซอฟต์แวร์ และ การควบคุมการเคลื่อนที่ระหว่างระบบ 5 แกนแท้ (Simultaneous) กับระบบ 5 แกนเทียม (3+2 Axes)

1.3+2 Axis Machining (Positional 5-Axis)

ในโหมดการทำงานแบบ 3+2 แกน เครื่องจักรจะใช้แกนหมุน 2 แกน (เช่น A และ C) ในการ "เอียง และหมุนชิ้นงานให้อยู่ในมุมที่ต้องการก่อน จากนั้นแกนหมุนจะถูกล็อคให้อยู่นิ่งกับที่ด้วยระบบเบรก" แล้วเครื่องจักรจะใช้เฉพาะแกนเชิงเส้น 3 แกน (X, Y, Z) ในการตัดเฉือนเนื้อวัสดุออกจริง

• เปรียบเปรย : เหมือนการจัดท่าทางของหุ่นโชว์เสื้อผ้าให้หันไปในทิศทางที่ต้องการ แล้วช่างจึงเดินเข้าไปเย็บผ้าด้วยวิธีปกติ
• ข้อดี : ควบคุมง่าย เขียนโค้ด CAM ไม่ซับซ้อน ตัวเครื่องจักรมีความแข็งเกร็งสูงมากเพราะแกนหมุนถูกล็อคแน่น

2.5-Axis Simultaneous Machining (5 แกนพร้อมกัน)

ในโหมดนี้ แกนเคลื่อนที่ทั้ง 5 แกน (X, Y, Z, A, C) จะ "เคลื่อนที่ และ หมุนไปพร้อม ๆ กันในเวลาเดียวกันอย่างต่อเนื่อง" ตลอดแนวทางเดินของทูล (Toolpath) ชุดควบคุม CNC จะต้องคำนวณตำแหน่งพิกัดและ มุมเอียงของทูลอย่างละเอียดทุก ๆ มิลลิวินาที เพื่อให้ปลายมีดกัดสัมผัสกับผิวงานในองศาที่ถูกต้องตลอดเวลา

• เปรียบเปรย : เหมือนนักเต้นลีลาศที่ทั้งก้าวขา และ หมุนตัวไปพร้อมกันตามจังหวะเพลงอย่างลื่นไหล
• ข้อดี : จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับพื้นผิวที่มีความโค้งเว้าซับซ้อนสูง ซึ่งทูลแบบ 3 แกนไม่สามารถเข้าถึงได้ ช่วยลดความยาวของทูลลงได้ ทำให้ผิวงานเรียบเนียนระดับกระจก

จะเห็นว่า 5 Axis Machining Center คือเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงที่มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมแม่พิมพ์ และ ชิ้นส่วนยานยนต์ ด้วยความสามารถในการเคลื่อนที่ 5 แกนพร้อมกัน ทำให้สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปทรงซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ ลดจำนวนการจับยึดชิ้นงาน ลดเวลาการผลิต และ เพิ่มคุณภาพของผิวงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นหากสนใจเครื่อง 5 Axis Machining เราขอแนะนำ J Tech Machinery คือ ผู้นำเข้า และตัวแทนจำหน่ายเครื่องจักรกลที่ครบครัน และ ทันสมัยที่สุดในประเทศไทย เราเชี่ยวชาญในเครื่องจักรกลหลากหลายประเภท เช่น เครื่องกัด CNC Milling Machine (CNC Machine), เครื่อง 5 Axis Machining , เครื่อง 3D Scanner, เครื่องไวร์คัท,CNC Swiss Type และ Hexagon CMM ที่ตอบโจทย์สำหรับหลากหลายอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรมรถยนต์, อากาศยาน, อุปกรณ์การแพทย์, จักรกลการเกษตร, การก่อสร้าง, พลังงาน, เครื่องใช้ไฟฟ้า, บรรจุภัณฑ์ และ แม่พิมพ์ชนิดต่างๆ นั้นเอง