การกลึงแบบ 5 แกนช่วยลดขั้นตอนการทำงานและเพิ่มความแม่นยำได้อย่างไร

Eliminating Multiple Setups with 5-axis machining

การเข้าใจ 5-axis machining process and its impact on workflow

เครื่องจักรกลซีเอ็นซีย์ห้าแกน (Five axis CNC machines) ช่วยให้เครื่องมือตัดสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตามแนวแกนทั้งห้าพร้อมกัน ซึ่งหมายความว่าสามารถเข้าถึงชิ้นงานจากแทบทุกทิศทางที่เป็นไปได้ ไม่จำเป็นต้องหยุดเครื่องระหว่างทำงานเพื่อปรับตำแหน่งด้วยตนเองอีกต่อไป สิ่งที่เคยต้องทำคือการปิดระบบเครื่อง ตั้งค่าใหม่ทั้งหมด และเผชิญกับปัญหาการจัดแนวที่อาจผิดพลาด การทำงานทั้งหมดในหนึ่งการตั้งค่าช่วยลดช่วงเวลาที่ทำให้การไหลของงานสะดุดลงประมาณ 63 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับระบบแบบสามแกน (three axis systems) ที่ใช้กันในอดีต รายงานการกลึงจากปีที่แล้วยืนยันข้อมูลนี้ โดยแสดงให้เห็นถึงการประหยัดเวลาอย่างมากสำหรับโรงงานที่ผลิตชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อน

ลดเวลาในการตั้งค่าและจำนวนขั้นตอนการทำงาน ด้วยการกำหนดตำแหน่งแบบบูรณาการ

การกัดแบบ 3 แกนดั้งเดิมนั้นมักต้องมีหลายขั้นตอนในการตั้งค่าเพื่อเข้าถึงทุกด้านของชิ้นส่วนที่ซับซ้อน เราพูดถึงจำนวนขั้นตอนตั้งแต่ 4 ถึง 6 ขั้นตอนสำหรับชิ้นส่วนที่มีรายละเอียดซับซ้อนมาก และทุกครั้งที่หยุดแล้วจัดตำแหน่งใหม่ จะเสียเวลาไปโดยเฉลี่ย 30 ถึง 45 นาทีโดยไม่ได้ทำการตัดโลหะจริง เมื่อทำชิ้นส่วนอย่างเช่นชิ้นส่วนทางการบิน เราจะเห็นว่าเสียเวลาไปถึง 165 นาทีเพียงแค่ขั้นตอนการตั้งค่าเท่านั้น ลองมาดูสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อใช้เครื่องกัดแบบ 5 แกน เครื่องรุ่นแกร่งเหล่านี้สามารถจัดการชิ้นส่วนส่วนใหญ่ได้ภายใน 1 หรือ 2 ขั้นตอนเท่านั้น ลดเวลาที่เสียไปเหลือประมาณหนึ่งชั่วโมงโดยรวม ความอัศจรรย์ใจอยู่ที่ระบบปรับตำแหน่งอัตโนมัติในตัวที่สามารถปรับมุมต่าง ๆ ได้อัตโนมัติตามที่ต้องการ สิ่งนี้ทำให้ช่างสามารถทำงานต่อเนื่องโดยไม่ต้องหยุดเพื่อปรับตั้งสำหรับส่วนโค้งหรือมุมที่ซับซ้อน ลองดูตัวอย่างจากบริษัทผู้ผลิตชิ้นส่วนการบินรายใหญ่รายหนึ่ง พวกเขาสามารถลดจำนวนขั้นตอนการตั้งค่าใบพัดจากเดิมที่ต้อง 5 ขั้นตอนเหลือเพียงแค่ 1 ขั้นตอนเท่านั้น ผลลัพธ์ที่ได้คือ การลดลงของเวลาการผลิตรวมกันถึง 37%

ระบบอัตโนมัติในเครื่องจักร CNC 5 แกนช่วยลดข้อผิดพลาดของมนุษย์ในระหว่างการเปลี่ยนผ่านอย่างไร

เมื่อพนักงานจัดตำแหน่งชิ้นส่วนด้วยตนเอง มักจะเกิดปัญหาในการจัดแนวขึ้นทุกๆ 8 การตั้งค่า ตามข้อมูลอุตสาหกรรม Machinery Efficiency Report เมื่อปีที่แล้ว เครื่องจักรแบบ 5 แกนช่วยลดปัญหาเหล่านี้ได้ เนื่องจากเครื่องจักรสามารถจัดการเส้นทางเครื่องมือและหมุนชิ้นงานโดยอัตโนมัติ ระบบสมัยใหม่ส่วนใหญ่มีคุณสมบัติตรวจจับการชนกันที่ช่วยให้ทุกส่วนเคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่นในทุกแกน เพื่อป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้น ผู้ผลิตบางรายรายงานว่าสามารถลดของเสียได้เกือบ 30% ในภาคส่วนที่ความแม่นยำมีความสำคัญมาก เช่น การผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ แม้ว่ากระบวนการอัตโนมัติจะช่วยเพิ่มความแม่นยำได้อย่างชัดเจน แต่ผู้ปฏิบัติงานยังคงต้องใช้เวลาในการเรียนรู้เพื่อจัดการเครื่องจักรหลายเครื่องพร้อมกัน แทนที่จะโฟกัสเพียงแค่การตั้งค่าเดียว

การปรับปรุงความแม่นยำของชิ้นส่วนและคุณภาพพื้นผิว

การกลึงแบบ 5 แกนเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตที่แม่นยำโดยการให้เครื่องมือทำงานต่อเนื่องกับชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน ความสามารถนี้ช่วยลดการแทรกแซงของผู้ปฏิบัติงานในขณะที่ยังคงความคลาดเคลื่อนอยู่ที่ ±0.005 มม. ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อชิ้นส่วนอุตสาหกรรมการบินและเครื่องมือแพทย์ เช่น ใบพัดเทอร์ไบน์หรือข้อต่อกระดูกแบบฝัง

ความแม่นยำและการทำซ้ำที่ดีขึ้นในรูปร่างที่ซับซ้อน

ต่างจากการกลึงแบบ 3 แกนที่ต้องปรับตำแหน่งใหม่ ระบบกลึงแบบ 5 แกนสามารถรักษามุมการตัดที่เหมาะสมที่สุดไว้ตลอดกระบวนการกัดร่อง โดยเส้นทางการกัดแบบเกลียวสามารถผลิตส่วนของใบพัดเทอร์ไบน์ได้ในคราวเดียว—ลดความแปรปรวนทางมิติลง 18% เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการทำงานหลายขั้นตอน

การบรรลุความคลาดเคลื่อนที่แน่นอนยิ่งขึ้นด้วยการควบคุมเส้นทางเครื่องมือที่ดีขึ้น

ซอฟต์แวร์ CAM ขั้นสูงช่วยปรับทิศทางของเครื่องมือเพื่อป้องกันการบิดงอ โดยเฉพาะในการกัดร่องลึก โดยการรักษามุมตั้งฉากของเครื่องมือกับพื้นผิวโค้ง ระบบ 5 แกนช่วยลดข้อผิดพลาดของคอร์ดในเส้นโค้งลง 32% พร้อมทั้งรักษารูปลักษณ์พื้นผิวให้สม่ำเสมอตลอดการผลิตแต่ละล็อต

ข้อมูลเชิงลึก: การปรับปรุงพื้นผิวสำเร็จรูปดีขึ้นถึง 40% เมื่อเทียบกับระบบ 3 แกน

ความสามารถในการรักษาแรงกดชิ้นงาน (chip load) และความเร็วในการตัด (cutting speed) ให้คงที่ตลอดการตัดมุมซับซ้อน ช่วยลดรอยเครื่องมือและลดความจำเป็นในการตกแต่งเพิ่มเติม ผู้ผลิตยานยนต์รายงานค่า Ra (ค่าความหยาบเฉลี่ย) ต่ำกว่า 0.8 μm สำหรับชิ้นส่วนกล่องเกียร์ที่ผลิตด้วยเครื่องจักร 5 แกน—ซึ่งดีขึ้น 40% เมื่อเทียบกับผลลัพธ์แบบ 3 แกนทั่วไป

การรวมกระบวนการทำงานผลิตให้เป็นหนึ่งเดียวเพื่อประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

การผสานการกลึง (Turning) และการกัด (Milling) เข้าด้วยกันในระบบ 5-Axis

ชุดเครื่องจักรแบบ 5 แกนรุ่นล่าสุดรวมเอาฟังก์ชันการกลึงและการมิลลิ่งเข้าไว้ด้วยกัน ทำให้โรงงานสามารถดำเนินการต่าง ๆ ได้หลายขั้นตอนโดยไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องจักร อีกทั้งยังลดปัญหาการจัดแนวชิ้นงานที่เคยเกิดขึ้นจากการย้ายชิ้นงานไปมาระหว่างเครื่องกลึงและเครื่องมิลลิ่งตามรายงานข้อมูลอุตสาหกรรมล่าสุดจาก Machinery Trends ในปี 2024 ระบุว่า การตั้งค่าแบบนี้ช่วยลดปัญหาการจัดแนวได้ประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ สำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนซึ่งต้องการทั้งการหมุนและแนวตัดตรง ระบบนี้สามารถจัดการทุกอย่างได้ในหนึ่งครั้งที่จับชิ้นงาน ช่วยประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย พร้อมทั้งหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่มักเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมที่ต้องจัดการชิ้นงานมากเกินไป

เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตด้วยการลดการถ่ายโอนชิ้นงานและอุปกรณ์ยึดจับ

บริษัทในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศที่ใช้ระบบ 5 แกนในการผลิต พบว่าความต้องการอุปกรณ์ยึดชิ้นงานลดลงประมาณครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับการผลิตใบพัดกังหัน ซึ่งการลดลงนี้ทำให้จำนวนขั้นตอนการตั้งค่าลดลงโดยรวม ส่งผลให้เวลาในการผลิตและต้นทุนด้านเครื่องมือลดลงตามไปด้วย เช่น บริษัทผู้ผลิตชิ้นส่วนรถยนต์รายหนึ่งสามารถลดเวลาการผลิตชิ้นส่วนแต่ละชิ้นได้ถึงประมาณ 22% เนื่องจากมีการถ่ายโอนชิ้นงานระหว่างเครื่องจักรลดลง สิ่งที่ทำให้วิธีการนี้ได้ผลดีคือ การป้องกันไม่ให้ชิ้นงานเสียหายระหว่างขั้นตอนการยึดชิ้นงานที่ต้องทำซ้ำๆ และยังสามารถรักษาความแม่นยำของตำแหน่งไว้ได้ภายใน 5 ไมครอนหรือดีกว่า สำหรับโรงงานที่ต้องทำงานในระดับความทนทานที่แน่นอนแล้ว การปรับปรุงแบบนี้สร้างความแตกต่างอย่างแท้จริงในกระบวนการดำเนินงานประจำวัน

แนวโน้ม: การนำระบบไฮบริดมาใช้ เครื่อง 5 แกน เพื่อประสิทธิภาพการผลิตที่สูง

บริษัทต่างๆ ในภาคการผลิตที่หลากหลายยิ่งขึ้นเรื่อยๆ หันมาใช้ระบบไฮบริดแบบ 5 แกนที่รวมการกลึงแบบดั้งเดิมเข้ากับความสามารถในการผลิตแบบเติมเนื้อ (additive manufacturing) เพื่อสร้างชิ้นส่วนที่ต้องการการตกแต่งขั้นสุดท้ายเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แพลตฟอร์มแบบบูรณาการเหล่านี้ช่วยลดจำนวนขั้นตอนที่จำเป็นต้องใช้ในการผลิตชิ้นส่วนหนึ่งชิ้น บางครั้งลดลงได้มากถึง 40% เมื่อเทียบกับวิธีการที่เคยเป็นมา ตัวอย่างกรณีศึกษาจากบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์แสดงให้เห็นว่าระบบเหล่านี้ยังช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้อีกด้วย โดยบริษัทดังกล่าวพบว่าค่าใช้จ่ายด้านแรงงานลดลงประมาณ 15% เมื่อเครื่องจักรสามารถเปลี่ยนเครื่องมือเองได้อัตโนมัติ และใช้การตั้งค่าโปรแกรมเดียวแทนที่จะต้องตั้งค่าหลายครั้ง แต่สิ่งที่น่าสนใจจริงๆ คือแนวโน้มที่เครื่องจักรสามารถปรับเทียบค่าตัวเองได้ การพัฒนานี้ทำให้สายการผลิตดำเนินการได้อย่างราบรื่นระหว่างการผลิตแต่ละล็อต โดยช่วงเวลาที่ต้องรอคอยลดลงประมาณ 18% ตามข้อมูลล่าสุด ผู้ผลิตต่างพบว่าการปรับปรุงเหล่านี้ไม่เพียงแค่ช่วยประหยัดต้นทุนเท่านั้น แต่ยังเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการทันต่อความต้องการของการผลิตในยุคปัจจุบันอีกด้วย

ลดระยะเวลาการรอคอยด้วยการปรับแต่งและจัดวางอุปกรณ์ประกอบให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ลดความซับซ้อนของอุปกรณ์ยึดชิ้นงานด้วยการปรับทิศทางชิ้นงานแบบไดนามิก

เมื่อพูดถึงการกลึงแบบ 5 แกน (5 axis machining) ความซับซ้อนของอุปกรณ์ยึดชิ้นงานจะลดลงอย่างมาก เนื่องจากเครื่องจักรสามารถเคลื่อนย้ายชิ้นงานได้ในขณะที่กำลังทำงานอยู่ ต่างจากเครื่องแบบ 3 แกน (3 axis systems) ทั่วไปที่ต้องใช้อุปกรณ์ยึดเฉพาะที่หลากหลายทุกครั้งที่เปลี่ยนทิศทางของชิ้นงาน ในขณะที่เครื่องจักรรุ่นใหม่เหล่านี้มีความสามารถในการเคลื่อนไหวเพิ่มเติมอีกสองแกน เมื่อเทียบกับข้อมูลวิจัยจาก AMT ในปี 2023 ระบุว่า โรงงานสามารถลดจำนวนอุปกรณ์ยึดชิ้นงานได้ประมาณ 60 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ สำหรับการผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน ตัวอย่างเช่น ใบพัดกังหัน (turbine blades) ซึ่งแต่เดิมต้องใช้การตั้งค่าเครื่องถึงสิบสองครั้งบนอุปกรณ์รุ่นเก่า แต่ในปัจจุบันผู้ผลิตสามารถทำได้เพียงหนึ่งถึงสามครั้งด้วยการใช้ปากกาจับแบบอเนกประสงค์ (universal vises) ที่สามารถปรับมุมได้หลากหลาย

ประหยัดทั้งเวลาและต้นทุนจากการลดความจำเป็นในการใช้ตัวยึดชิ้นงาน

การยึดชิ้นงานที่ง่ายขึ้นช่วยลดเวลาแรงงานและของเสียได้โดยตรง:

• ระยะเวลาการยึดชิ้นงานลดลง : เร็วขึ้น 50–70% ต่อชิ้น (รายงานประสิทธิภาพเครื่องมือ IMTS 2024)
• ค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ยึดชิ้นงาน : ประหยัดได้ $2,500–$15,000 ต่อโครงการที่ซับซ้อนหนึ่งโครงการจากการหลีกเลี่ยงการใช้จิกสำหรับงานเฉพาะทาง
  โต๊ะหมุนความแม่นยำสูงสามารถรักษาความถูกต้องตำแหน่งไว้ภายใน 5 ไมครอนในระหว่างการปรับตำแหน่งแบบไดนามิก ทำให้ขั้นตอนการวัดด้วยมือระหว่างกระบวนการทำงานหายไป

ลดเวลาการผลิตด้วยการกลึงแบบ 5 แกน เนื่องจากกระบวนการผลิตถูกรวมเข้าด้วยกัน

เมื่อบริษัทต่าง ๆ รวมกระบวนการทำงานเจาะ มิลลิ่ง และตกแต่งชิ้นงานทั้งหมดไว้ในเครื่องจักรเดียว พวกเขามักจะเห็นว่าวงจรการผลิตหดตัวลงประมาณ 30 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ อุตสาหกรรมการบินและอวกาศก็ได้รับผลลัพธ์ที่น่าประทับใจเช่นกัน ผู้ผลิตรายหนึ่งสามารถลดเวลาการรอคอยได้อย่างมากเมื่อเปลี่ยนมาใช้ระบบ 5 แกน สำหรับชิ้นส่วนที่สำคัญมากซึ่งจำเป็นต้องใช้ในการบิน สิ่งที่เคยใช้เวลานานถึงสองสัปดาห์ ตอนนี้สามารถทำได้ภายในหนึ่งสัปดาห์เศษ และยังมีการประหยัดเพิ่มเติมเมื่อพิจารณาถึงการเคลื่อนไหวของเครื่องมือในระหว่างการผลิต การทดสอบโดย Haas Automation แสดงให้เห็นว่าการปรับปรุงเส้นทางการเคลื่อนที่เหล่านี้สามารถเร่งความเร็วขึ้นได้ราว 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากเครื่องจักรใช้เวลาน้อยลงในการเคลื่อนไหวโดยไม่ได้ทำงานกับวัสดุ

ส่วน FAQ

5-Axis Machining คืออะไร?

การกลึงแบบ 5 แกนช่วยให้เครื่องมือตัดสามารถเคลื่อนที่ไปตามแนวแกนทั้งห้าพร้อมกัน ทำให้สามารถกลึงชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนจากทิศทางเกือบทุกทิศทาง

การกลึงแบบ 5 แกนช่วยลดเวลาในการตั้งค่าเครื่องได้อย่างไร

ด้วยการที่สามารถกลึงชิ้นส่วนส่วนใหญ่ได้ภายในหนึ่งหรือสองครั้งของการตั้งค่าเครื่องเพียงเท่านั้น การกลึงแบบ 5 แกนลดความจำเป็นในการปรับตำแหน่งด้วยตนเองอย่างมาก จึงช่วยลดเวลาในการตั้งค่าเครื่องและต้นทุนการผลิตโดยรวม

ทำไมการกลึงแบบ CNC 5 แกนจึงถือว่ามีความแม่นยำมากกว่า

เครื่อง CNC 5 แกนใช้ซอฟต์แวร์ CAM ขั้นสูงในการคำนวณเส้นทางของเครื่องมือและควบคุมความคลาดเคลื่อน เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำสูงและความสม่ำเสมอของคุณภาพพื้นผิวในชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน

การกลึงแบบ 5 แกนมีผลต่อระยะเวลาการผลิตอย่างไร

ด้วยการลดความซับซ้อนของอุปกรณ์จับยึดและรวมการดำเนินการหลายขั้นตอนเข้าไว้ในครั้งเดียวของการตั้งค่า การกลึงแบบ 5 แกนช่วยลดระยะเวลาการผลิตโดยรวมได้อย่างมาก