บทความ (Article)

CNC ย่อมาจาก Computer Numerical Control หมายถึง การควบคุมการทำงานด้วยคอมพิวเตอร์ เมื่อระบบ CNC ถูกนำมาใช้ในเครื่องจักรเราก็จะเรียกกันว่า เครื่อง CNC โดยระบบ CNC จะควบคุมการทำงานต่างๆ ของในเครื่องจักรอัตโนมัติภายใต้คำสั่งภาษาเครื่องที่เราสร้างขึ้นมา.

ความเป็นมาของเครื่อง CNC
เครื่อง CNC เริ่มมีการพัฒนามาตั้งแต่ปี ค.ศ.1960 โดยประมาณ โดยพัฒนามาจากระบบ NC (Numerical Control) หรือการควบคุมด้วยระบบตัวเลขซึ่งจะเป็นลักษณะกึ่งอัตโนมัติ คือ การเคลื่อนที่ในแกนต่างๆ จะเคลื่อนที่ไปตามระยะที่เราได้ป้อนไปในแต่ละครั้ง. หลังจากนั้นก็มีการพัฒนาชุดคำสั่งต่างๆ ขึ้นมาเป็นโปรแกรม ทำให้ให้การทำงานสะดวกขึ้นมากเพราะว่าเราไม่ต้องมาป้อนคำสั่งทุกๆ ครั้ง เพื่อสั่งให้เครื่องจักรเคลื่อนที่ แต่ชุดคำสั่งนี้จะทำงานตามคำสั่งตั้งแต่ต้นจนจบตามที่เราต้องการ โดยปัจจุบันชุดคำสั่งดังกล่าวจะมีการพัฒนาไปมาก นอกจากจะควบคุมการเคลื่อนไหวขอเครื่อง CNC แล้ว ยังมีหน้าที่ควบคุมฟังก์ชั่นการทำงานต่างๆ ของเครื่อง CNC ได้ด้วย. ซึ่งชุดคำสั่งนี้เราเรียกกันว่า “G Code” และ “M Code”.

เหตุผลที่ต้องใช้เครื่อง CNC
เนื่องจากเครื่อง CNC มีราคาค่อนข้างสูง ดังนั้น ในการเลือกและตัดสินลงทุนเกี่ยวกับเครื่อง CNC ต้องมีการพิจารณาอย่างละเอียดและรอบคอบ. เหตุผลหลักๆ ที่ต้องเลือกใช้เครื่อง CNC มีดังนี้

1.ลดกระบวนการผลิตให้สั้นลง : จากความสามารถของเครื่อง CNC ที่มีลักษณะยืดหยุ่น (flexible) ทำให้สามารถทำงานได้หลากหลายรูปแบบ โดยเฉพาะเครื่องกลึง CNC และเครื่อง CNC Milling สามารถที่จะช่วยลดและตัดกระบวนการบางอย่างออกไปได้ ทำให้มีกระบวนการทำงานที่สั้นลง ผลิตงานได้เร็วขึ้น ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต เช่น เครื่องกลึง CNC สามารถที่จะทำได้ทั้งกระบวนการกลึงปอก, ปาดหน้า, ตัด, เจาะรู, Tap เกลียว, คว้านรู, กลึงเกลียว เป็นต้น. ส่วนเครื่อง CNC Milling ก็สามารถทำได้ทั้งเดินกัดชิ้นงาน, เจาะรู, เซาระร่อง, Tap เกลียว เป็นต้น ซึ่งถามว่ากระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น เครื่อง กลึง และเครื่อง Milling แบบ manual สามารถทำได้มั๊ย? ก็ตอบได้เลยว่า “ทำได้” และถามต่อว่าทำได้สมบูรณ์มั๊ย? ก็ตอบได้เลยเช่นเดียวกันว่า “ไม่” ยกตัวอย่าง การเดินเป็นเส้นโค้งในเครื่องกลึงแบบ manual ถ้าเป็นแนวโค้งที่ต้องการความละเอียดแบบแน่นอน อาจจะต้องใช้เครื่องกลึงแบบ copy lathe หรือไม่ก็อาจจะต้องมีอุปกรณ์เสริมเพิ่มเติม ซึ่งยุ่งยากมาก แต่ในเครื่องกลึง CNC สามารถที่สร้างโปรแกรมขึ้นมาเป็นแนวทางเดินได้เลยทำให้ลดกระบวนการได้มาก. อีกตัวอย่างเป็นกรณีของเครื่อง Milling แบบ manual ในการขึ้นรูปเฟือง ต้องใช้อุปกรณ์เสริมเข้าช่วย เช่น หัวแบ่ง ถ้าเป็นเครื่อง Milling CNC ก็เช่น เดียวกันสามารถออกแบบเฟืองให้อยู่ในรูปของ CAD ไฟล์แล้วใช้โปรแกรม CAM แปลงให้เป็นโปรแกรมในการกัดเฟืองซึ่งง่ายกว่ามาก.

2.ลดเวลาในการผลิต : ความแตกต่างอย่างหนึ่งระหว่างการทำงานด้วยเครื่องแบบ manual กับเครื่อง CNC คือ Cycle Time หรือรอบเวลาทีใช้ในการทำงานแต่ละชิ้น. การทำงานด้วยเครื่อง manual นั้นเวลาในการทำงานแต่ละรอบก็จะแตกต่างกัน รวมถึงกระบวนการ ขั้นตอนย่อย วิธีการทำงานอาจแตกต่างได้ เนื่องด้วยเหตุผลหลักคือ ควบคุมการทำงานด้วยคน เช่น เมื่อคนทำงานจนเมื่อยล้า ประสิทธิภาพในการทำงานก็จะลดลง กระบวนการทางความคิด กระบวนการจำ ก็อาจบกพร่องตามไปด้วย. ส่วนเครื่อง CNC นั้นทำงานด้วยโปแกรม ดังนั้นการทำงานในแต่ละรอบ cycle time นั้นก็จะเหมือนกันทั้งเวลาในการผลิตและกระบวนการทำงาน โดยเฉพาะถ้าเป็นงานผลิตด้วยจำนวนมากหรือ mass production ก็จะให้ประสิทธิภาพและอัตราผลผลิตที่ดีกว่าการทำงานด้วยเครื่อง manual หลายเท่าตัว และดีกว่าในแง่ของคุณภาพด้วยเช่นกัน

3.ลดค่าใช้จ่ายในด้านแรงงาน : ในการผลิตงานด้วยเครื่อง CNC ไม่จำเป็นต้องใช้พนักงานควบคุมเครื่อง 1 คนต่อหนึ่งเครื่องเหมือนเครื่องแบบ manual เพราะว่าเครื่องจักรทำงานแบบอัตโนมัติ. การที่จะกำหนดว่า 1 คนสามารถที่จะควบคุมได้เครื่อง CNC ได้กี่เครื่องนั้นปัจจัยหลักๆ ก็จะขึ้นอยู่กับ cycle time ในการทำงานแต่ละชิ้น ยิ่งสามารถควบคุมได้หลายเครื่องเท่าไหร่ ก็จะสามารถลดต้นทุนในด้านแรงงานลงมากเท่านั้น

4.ลดพื้นที่ในการวางเครื่องจักรน้อยลง : เนื่องจากเครื่องCNC สามารถทำงานได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพกว่าเครื่องจักรมากหลายเท่าตัว ถ้าใช้เครื่อง manual ในการผลิตก็อาจไม่ทันส่งงานให้กับลูกค้า (คิดเฉพาะในแง่ของเวลาการผลิตก่อนนะ) ลองคิดเล่นๆ ว่าเครื่อง CNC 1 เครื่องใช้พื้นที่ก็พอๆ กันกับ เครื่อง manual 1 เครื่อง ถ้าเครื่อง CNC ทำงานได้เร็วกว่าเครื่อง manual 10 เท่าก็ต้องใช้พื้นที่ในการวางเครื่องจักร 10 เท่าด้วยเช่นกันถึงจะได้รับอัตราผลผลิตที่เท่ากัน.

5.ลดความผิดพลาดในการทำงาน : ความผิดพลาดในการทำงานอย่างหนึ่งที่เราจะปฏิเสธไม่ได้คือเกิดจากคน หรือ human error เนื่องจากเครื่อง CNC ทำงานในระบบอัตโนมัติ เมื่อมีการ setup งานชิ้นแรกผ่านแล้ว งานทุกๆ ตัวที่ผลิตจากเครื่องจักรเดียวกัน โปรแกรมเดียวกัน เงื่อนไขในการผลิตที่เหมือนกัน ชิ้นงานก็แทบจะเหมือนกัน 100% ไม่ว่าจะเป็นการผลิตที่ต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงก็แทบจะไม่มีผลเนื่องจากเครื่อง CNC ถูกออกแบบระบบมาให้สามารถทำงานต่อเนื่องได้หลายชั่วโมงหรือจะเป็นสัปดาห์ก็สามารถทำได้สบาย ต่างจากการทำงานด้วยเครื่อง manual ที่ต้องอาศัยทักษะ(skill) ของผู้ปฏิบัติงานเป็นหลักรวมถึงความเหนื่อยล้าจากการทำงานซึ่งจะเป็นตัวแปรหนึ่งที่จะทำให้ชิ้นงานที่ผลิตออกมาแต่ละครั้งอาจจะไม่เหมือนกันก็ได้

6.ความแม่นยำของชิ้นงาน : ในด้านคุณภาพนอกจากเครื่อง CNC สามารถลดความผิดพลาดในการทำงานแล้ว ความแม่นยำ (accuracy) ของชิ้นงานก็เป็นเหตุผลหลักในการเลือกใช้เครื่อง CNC แทนเครื่อง manual. ผมกล้าบอกได้เลยว่าไม่มีทางเลยที่เครื่อง manual จะสามารถทำงานที่ความละเอียดสูงขนาดน้อยกว่า 0.05 mm. ได้ ถึงจะทำได้ก็อาจจะเพียงไม่กี่ % หรือไม่ก็อาจเกิดจากโชคก็ว่าได้. ทำไมผมถึงมั่นใจขนาดนั้นน่ะเหรอ? เพราะเราก็เห็นๆ กันอยู่ว่าปัจจัยที่จะส่งผลกระทบต่อความแม่นยำของชิ้นงานระหว่างเครื่อง manual ต่างจากเครื่อง CNC มาก เช่น โครงสร้างของเครื่องจักร, ระบบการเคลื่อนไหวและเคลื่อนที่ของแกนต่างๆ , cutting tool, เงื่อนไขในการตัด, การควบคุมการทำงาน เป็นต้น.
เครื่อง CNC ที่มีประสิทธิภาพสูงหากถูก setup ด้วยเงื่อนไขที่เหมาะสมสามารถทำงานได้ที่ความแม่นยำน้อยกว่า 0.02 mm.

7.สามารถวางแผนในการผลิตได้แม่นยำ : เนื่องจากเครื่อง CNC งานด้วยโปรแกรม ดังนั้นเวลาที่ผลิตออกมาแต่ละชิ้นจึงเท่ากัน ซึ่งจะส่งผลดีอย่างมากต่อการวางแผนการผลิต สามารถคำนวณความสามารถในการผลิตได้แม่นยำ เช่น ชิ้นงาน 1 ชิ้น มี 10 กระบวนการ ใช้ Cycle Time ในแต่ละกระบวนการ 5.0 นาที ดังนั้นใน 1 วัน ถ้าไม่คิดเวลาในการทำงานอื่นๆ เช่น เวลาในการตรวจสอบชิ้นงาน, เวลาเผื่อต่างๆ ใน 1 วัน เครื่อง CNC 1 เครื่องก็จะสามารถผลิตชิ้นงานได้ดั
นี้
Cycle Time X เวลาที่มีทั้งหมดใน 1 วัน
= (24 ชั่วโมง X 60 นาที) / 5.0 นาที
= 288 ชิ้นวัน

จากตัวอย่างในความความเป็นจริงปริมาณการผลิต (output) อาจะจะลดน้อยจากที่คำนวณได้เนื่องจากจะมีเวลาอื่นๆ เข้ามาเกี่ยวข้อง เช่น Setup Time(เวลาในการปรับตั้งชิ้นงาน), Inspection Time(เวลาในการตรวจสอบคุณภาพชิ้นงาน), Loss Time(เวลาสูญเสียต่างๆ), Tool Changing Time(เวลาในการเปลี่ยนเครื่องมือตัด) รวมถึง Allowance Time (เวลาเผื่อต่างๆ เช่น เผื่อจากความเมื่อยล้าของพนักงาน, เผื่อไปเข้าห้องน้ำ ทำกิจส่วนตัว) ซึ่งเวลาพวกนี้เป็นงานของทุกคนๆ ไม่ใช่แค่งานของหน่วยงานวางแผนการผลิต ตัวพนักงานเองก็ต้องพยายามควบคุมการทำงานให้อยู่ภายใต้แผนผลิต ช่วยลดเวลาสูญเสียต่างๆ ด้วย, ส่วนของผู้เขียนโปรแกรมสำหรับเครื่อง CNC ก็เช่นกัน ควรเขียนให้สั้นที่สุดแต่ต้องให้อยู่ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมด้วย, ซึ่งหน่วยงานทั้งหมดต้องส่งข้อมูลที่แม่นยำให้กับหน่วยงานวางแผนการผลิตด้วย เพื่อเป็นข้อมูลในการคำนวณแผนการผลิตและแนวทางในการปรับปรุงต่อไป

8.ความหลากหลายของชิ้นงาน : เครื่อง CNC สามารถทำงานที่มีความซับซ้อนได้ดีเนื่องจากการเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่างๆ ควบคุมการทำงานด้วยโปรแกรม ยิ่งในปัจจุบันแล้วมีการนำ Software ประเภท CAM (Computer Aided Manufacturing) มาช่วยในการสร้างโปรแกรมเครื่อง CNC ด้วยแล้วก็ไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไปในการผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างหลากหลาย ซับซ้อน. ต่างๆ จากเครื่องจักรแบบ Manual ที่เห็นชัดเจนที่สุดก็คงจะเป็นการเดินเป็นโค้งถ้าเป็นเครื่องจักรแบบ Manual การเดินตัดชิ้นงานในแนวรัศมีโค้งให้ได้ขนาดตามที่กำหนดเป็นเรื่องยากมากเพราะต้องอาศัยการป้อนชิ้นงานด้วยมือหมุนในสองแกนที่มีความสัมพันธ์กัน ส่วนเครื่อง CNC ไม่ว่าจะเดินตรงหรือโค้งก็ง่ายเพราะเดินอัตโนมัติตามโปรแกรม.