ความแตกต่างระหว่างการกลึง 3, 4 และ 5 แกน

ทำความเข้าใจประเภทการกลึงตามแกนและขีดความสามารถหลัก

การกลึง 3, 4 และ 5 แกน – เมื่อใดควรใช้แต่ละแบบ

1. การกลึง 3 แกน: พื้นฐานของการผลิตชิ้นงานที่เรียบง่ายและคุ้มค่า

ระบบการกลึง 3 แกนทำงานโดยการเคลื่อนที่ของเครื่องมือตัดตามแนวแกนเชิงเส้นสามแกน ได้แก่ X (ซ้าย/ขวา) , Y (หน้า/หลัง) , และ Z (ขึ้น/ลง) ภายในพื้นที่สามมิติ การเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงเพียงอย่างเดียวนี้ทำให้เหมาะสำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานที่มีลักษณะเรียบง่าย แบนราบ หรือชิ้นส่วน 3 มิติที่ไม่ซับซ้อน เช่น ขาจับยึด แผ่นโลหะ หรือแม่พิมพ์พื้นฐาน

ข้อได้เปรียบหลักอยู่ที่ ประสิทธิภาพในเรื่องค่าใช้จ่าย : เครื่องจักรมีความซับซ้อนต่ำกว่า ใช้เวลาในการตั้งค่าน้อย และลดภาระในการดำเนินงาน ซึ่งทั้งหมดนี้ช่วยเพิ่มอัตรากำไรสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่เรียบง่ายในปริมาณมาก ตัวอย่างเช่น การผลิตแผ่นยึดอลูมิเนียมสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พึ่งพาเครื่องจักรแบบ 3 แกนเป็นหลัก เนื่องจากชิ้นส่วนต้องการเพียงสามกระบวนการพื้นฐาน ได้แก่ การกัดหน้า (ทำให้ผิวด้านบนเรียบ) การกัดแต่งขอบ (กำหนดรูปร่างเส้นรอบของแผ่น) และการเจาะ (เจาะรูสำหรับสกรูยึด) — ทั้งหมดนี้สามารถทำได้ง่ายดายด้วยการเคลื่อนที่ตามแนวแกนเชิงเส้น

2. การกลึงแบบ 4 แกน: การหมุนสำหรับลักษณะทรงกระบอกและโค้ง

การกลึงแบบ 4 แกน พัฒนามาจากการตั้งค่าแบบ 3 แกน โดยการเพิ่ม แกนหมุน (โดยทั่วไปคือแกน A ซึ่งหมุนรอบแกน X) แกนเพิ่มนี้ทำให้วัตถุงานสามารถหมุนได้ในขณะที่เครื่องมือเคลื่อนที่เชิงเส้น ช่วยกำจัดความจำเป็นในการจัดตำแหน่งใหม่ด้วยมือ และเปิดศักยภาพในการผลิตชิ้นส่วนที่มีลักษณะโค้งหรือห่อหุ้ม

มันเหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่มีลักษณะเป็นทรงกระบอก เช่น ร่องบนก้านวาล์ว รูเอียงตามพื้นผิวโค้ง หรือร่องบนล้อเลย์ โดยรายงานการผลิตในปี 2023 ได้เน้นย้ำถึงประโยชน์สำคัญ: โรงงานที่ใช้เครื่องจักร 4 แกนสำหรับชิ้นส่วนทรงกระบอก มี เวลาตั้งค่าลดลง 28% เมื่อเทียบกับระบบ 3 แกน (ซึ่งต้องมีการปรับตำแหน่งหลายครั้ง) การหลีกเลี่ยงการพลิกหรือยึดชิ้นงานใหม่ด้วยมือ ทำให้การกลึงแบบ 4 แกนยังช่วยเพิ่มความแม่นยำและความสม่ำเสมอ ลดข้อผิดพลาดที่เกิดจากมนุษย์

3. การกลึง 5 แกน: ความยืดหยุ่นสูงสำหรับงานที่ซับซ้อนและต้องการความแม่นยำหลายด้าน

การกลึง 5 แกน เป็นมาตรฐานทองคำสำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปทรงโค้งซับซ้อนและหลายด้าน โดยจะเพิ่ม สองแกนหมุน (โดยปกติคือแกน A ที่หมุนรอบแกน X และแกน C ที่หมุนรอบแกน Z) เข้ากับแกนเชิงเส้นสามแกน ทำให้เครื่องมือตัดสามารถเข้าถึงชิ้นงานจากมุมเกือบทุกทิศทาง

ความยืดหยุ่นนี้มีความจำเป็นอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อากาศยานและการแพทย์ ซึ่งชิ้นส่วนต้องการรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบมาก ตัวอย่างเช่น ใบพัดเทอร์ไบน์ไทเทเนียม (ที่มีพื้นผิวโค้งและช่องระบายความร้อนภายใน) เครื่องถ่ายเทข้อสะโพก (ที่ตรงกับกายวิภาคของมนุษย์) และชิ้นส่วนโครงสร้างของเครื่องบิน ต่างจากระบบ 3 หรือ 4 แกน 5 แกนสามารถผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้สำเร็จในขั้นตอนเดียว การตั้งค่าเดียว : ตัวอย่างเช่น ใบพัดเทอร์ไบน์สามารถกลึงขึ้นรูปได้ครบถ้วนโดยไม่ต้องปรับตำแหน่งใหม่ ทำให้ได้ค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบถึง ±0.005 มม. และผิวสัมผัสที่เรียบเนียนกว่า

การเปรียบเทียบการกลึง 3 แกน กับ 4 แกน: ประสิทธิภาพและขอบเขตการใช้งาน

ตารางด้านล่างเปรียบเทียบคุณสมบัติหลักของการกลึง 3 และ 4 แกน เพื่อช่วยให้เข้าใจการใช้งานที่เหมาะสมของแต่ละแบบ

คุณลักษณะ	การเจียรงาน 3 แกน	การเจียรงาน 4 แกน
การจัดเรียงแกน	X, Y, Z (เฉพาะแนวเส้นตรง)	X, Y, Z (แนวเส้นตรง) + 1 แกนหมุน (A/C)
ดีที่สุดสําหรับ	ชิ้นส่วนแบนหรือ 3 มิติง่ายๆ (ตัวยึด แผ่นโลหะ)	ชิ้นส่วนทรงกระบอกที่มีลักษณะพิเศษล้อมรอบ (ก้านวาล์ว ลูกรอก)
เวลาในการตั้งค่า	สั้น (10–30 นาที สำหรับชิ้นส่วนมาตรฐาน)	ระดับปานกลาง (20–45 นาที, การตั้งค่าครั้งเดียว)
ความหลากหลายของวัสดุ	ใช้งานได้กับโลหะ/พลาสติกส่วนใหญ่; มีข้อจำกัดตามรูปร่างของชิ้นส่วน	วัสดุชนิดเดียวกัน; ออกแบบมาเพื่อชิ้นงานที่มีลักษณะโค้ง/ทรงกระบอก
ช่วงความคลาดเคลื่อน	±0.01–0.05 มม.	±0.008–0.03 มม.

ข้อจำกัดและข้อได้เปรียบหลัก

• การกัดกร่อนแบบ 3 แกนจะมีปัญหากับชิ้นส่วนที่มีร่องเว้า รูเอียงบนพื้นผิวโค้ง หรือฟีเจอร์ที่โอบล้อมรอบชิ้นงาน—ซึ่งต้องใช้หลายขั้นตอนในการตั้งค่า ทำให้ใช้เวลานานขึ้นและเพิ่มความเสี่ยงต่อข้อผิดพลาด
• การกัดกร่อนแบบ 4 แกนสามารถแก้ปัญหานี้ได้สำหรับชิ้นส่วนทรงกระบอก: ตัวอย่างเช่น การเจาะรูที่มุม 45° บนเพลาเหล็ก จะทำได้อย่าง เร็วขึ้น 3 เท่า ด้วยเครื่อง 4 แกน (เพลารวดตัวเพื่อจัดตำแหน่งรูแต่ละรู) เทียบกับเครื่อง 3 แกน (ต้องปรับตำแหน่งด้วยมือ)
• อย่างไรก็ตาม เครื่อง 4 แกนจะไม่สามารถทำงานกับชิ้นส่วนที่ไม่ใช่ทรงกระบอกและมีหลายด้าน (เช่น ลูกบาศก์ที่มีรูเอียงบนสามด้าน) ได้—การเปลี่ยนทิศทางชิ้นงานจะทำให้เสียประสิทธิภาพไป

การกลึง 4 แกน เทียบกับ 5 แกน: การแลกเปลี่ยนระหว่างความแม่นยำกับความซับซ้อน

การกลึง 4 แกน ทำหน้าที่เป็น 'จุดกึ่งกลาง' สำหรับความซับซ้อน แต่ไม่สามารถเทียบเท่าความสามารถของระบบ 5 แกน ในการจัดการชิ้นส่วนที่มีรูปร่างไม่สมมาตรและหลายด้านได้ นี่คือการเปรียบเทียบระหว่างกัน:

1. การจัดการความซับซ้อนของชิ้นงาน

แกนหมุนคู่ของระบบ 5 แกน ทำให้เครื่องมือสามารถ 'ล้อมรอบ' ชิ้นงานได้ — ซึ่งมีความสำคัญต่อชิ้นส่วนเช่น โครงปีกเครื่องบินไฟเบอร์คาร์บอน (ที่มีขอบโค้ง รูน้ำหนักเบาภายใน และจุดยึดที่เอียงอยู่ทั้งหกด้าน) ผู้ผลิตอากาศยานชั้นนำรายหนึ่งรายงานว่า:

• เวลาการผลิตเร็วขึ้น 42% เมื่อใช้ระบบ 5 แกน เทียบกับ 4 แกน
• อัตราของชิ้นงานเสียลดลงจาก 8% เป็น 2% (การตั้งค่าเพียงครั้งเดียวช่วยกำจัดข้อผิดพลาดจากการจัดตำแหน่ง)

2. ความแม่นยำและการตกแต่งพื้นผิว

ระบบ 5 แกน ใช้ การจัดดัชนีแบบไดนามิก เพื่อรักษามุมของเครื่องมือให้ตั้งฉากกับพื้นผิวที่ตัดอยู่ตลอดเวลา ช่วยลดการสึกหรอของเครื่องมือและปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ (เช่น ข้อเข่าเทียม ที่ความเข้ากันได้ทางชีวภาพขึ้นอยู่กับความเรียบเนียน)

• 5 แกนสามารถทำได้ Ra 0.4μm พื้นผิวที่เรียบเนียน
• 4 แกนสามารถเข้าถึงได้เพียง Ra 0.8μm .

3. ต้นทุนและการเขียนโปรแกรม

5 แกนต้องการ:

• ซอฟต์แวร์ CAM ขั้นสูง (พร้อมเครื่องมือจำลอง) เพื่อหลีกเลี่ยงการชนกัน
• การลงทุนครั้งแรกที่สูงกว่า

 

• สิ่งนี้ทำให้มีประสิทธิภาพด้านต้นทุนน้อยลงสำหรับชิ้นส่วนที่เรียบง่ายหรือปริมาณน้อย แต่มีค่าอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและต้องการความแม่นยำสูง

การเลือกจำนวนแกนกลึงให้เหมาะสมกับวัสดุ รูปทรงเรขาคณิต และความต้องการของอุตสาหกรรม

1. การเลือกจำนวนแกนตามวัสดุและความแข็งของชิ้นงาน

ความแข็งของวัสดุส่งผลโดยตรงต่อการเลือกแกน เนื่อง้วัสดุที่แข็งกว่าจะสร้างความร้อนมากขึ้นและมีความเสี่ยงต่อการบิดเบี้ยวจากความร้อน:

ประเภทวัสดุ	ประเภทแกนที่แนะนำ	เหตุผล
วัสดุอ่อน (อลูมิเนียม 6061-T6, พลาสติก ABS)	แกน 3	ตัดได้ง่าย; การเคลื่อนที่แบบเชิงเส้นสามารถให้ผิวงานตามต้องการ
วัสดุแข็ง (สแตนเลสสตีล 316L, ไทเทเนียม Ti-6Al-4V)	4/5 แกน	ลดความถี่ในการตั้งค่า (4 แกน) หรือลดการสะสมความร้อน (5 แกน)

ตามที่ แนวทางการกลึงจาก ASM International ปี 2022 :

• สำหรับวัสดุที่มีความแข็งเกิน 30 HRC (เช่น เหล็กที่ผ่านการบำบัดความแข็ง) การกลึงด้วยเครื่อง 5 แกนจะช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือได้ถึง 35%เมื่อเทียบกับ 3 แกน
• ตัวอย่าง: การกลึงชิ้นงานเกียร์เหล็กกล้าที่ผ่านการอบแข็งด้วยเครื่องจักร 5 แกน โดยใช้เส้นทางเครื่องมือแบบก้นหอย (กระจายแรง/ความร้อน) ทำให้อายุการใช้งานของเม็ดมีดคาร์ไบด์ยืดยาวขึ้น 50% เมื่อเทียบกับการตัดตรงที่ใช้แรงสูงของเครื่อง 3 แกน

2. ความต้องการจำนวนแกนตามอุตสาหกรรมเฉพาะทาง

ภาคอุตสาหกรรมต่างๆ มีความต้องการที่แตกต่างกัน ซึ่งกำหนดการเลือกจำนวนแกน

อุตสาหกรรม	กรณีการใช้งานเครื่อง 3 แกน	กรณีการใช้งานเครื่อง 4 แกน	กรณีการใช้งานเครื่อง 5 แกน
ยานยนต์	ขาตั้งเครื่องยนต์ ที่ยึดเซ็นเซอร์	เพลาขับ อุปกรณ์ฉีดเชื้อเพลิง	หัวสูบสำหรับรถแข่งสมรรถนะสูง
การบินและอวกาศ	โครงยึดเชิงโครงสร้างแบบเรียบง่าย	ชิ้นส่วนทรงกระบอกพื้นฐาน	ใบพัดเทอร์ไบน์ กรอบเครื่องบิน ดาวเทียม (91% ของผู้ผลิตใบพัดเทอร์ไบน์ใช้เครื่องจักร 5 แกน ตามรายงานปี 2023)
การแพทย์	ที่จับเครื่องมือพลาสติก	ก้านเครื่องมือผ่าตัด	ข้อต่อสะโพกไทเทเนียม แท่งยึดกระดูกสันหลัง
สินค้าผู้บริโภค	เคสโทรศัพท์พลาสติก ภาชนะทำครัวอลูมิเนียม	ฝาขวด (คอเกลียว)	ตัวเรือนนาฬิกาหรู (หายาก)

การหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไปในการกลึงแบบ Axis

1. ข้อผิดพลาดในการเลือก Axis สำหรับปริมาณการผลิต

• การใช้เครื่องจักร 5 แกนเกินความจำเป็น : สำหรับชิ้นส่วนที่มีปริมาณต่ำและเรียบง่าย (เช่น ข้อต่ออลูมิเนียม 50 ชิ้น) การใช้เครื่อง 3 แกนจะมีค่าใช้จ่ายต่ำกว่าถึง 60% (อัตราค่าบริการต่อชั่วโมงของเครื่อง 5 แกน: 150–300 ดอลลาร์; เครื่อง 3 แกน: 50–100 ดอลลาร์)
• การไม่ใช้เครื่องจักร 5 แกนเมื่อจำเป็น : สำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและผลิตจำนวนมาก (เช่น ใบพัดเทอร์ไบน์ 1,000 ชิ้น) การใช้เครื่อง 4 แกนต้องใช้เวลาเตรียมงานมากกว่าเครื่อง 5 แกนถึง 3 เท่า ทำให้เพิ่มต้นทุนแรงงานและความล่าช้า
• มองข้ามรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นงาน : ชิ้นส่วนที่มีลักษณะเว้า (เช่น ร่องลึกบนตัวเรือนพลาสติก) จำเป็นต้องใช้เครื่อง 5 แกน; การใช้เครื่อง 3 แกนอาจทำให้ตำแหน่งผิดพลาด ในขณะที่เครื่อง 4 แกนไม่สามารถเข้าถึงส่วนเว้าที่ไม่ใช่ทรงกระบอกได้ การศึกษาในปี 2023 พบว่า 68% ของชิ้นส่วนเสียจากเครื่อง 3/4 แกนเกิดจากข้อผิดพลาดนี้

2. แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการเขียนโปรแกรมและการตั้งค่า

แกน 3

• ใช้รหัส G-code พื้นฐานสำหรับการเคลื่อนที่แบบเส้นตรง
• ใช้แผ่นยึดชิ้นงานแบบเปลี่ยนเร็วเพื่อลดเวลาในการตั้งค่า (10–15 นาทีต่อการเปลี่ยนชิ้นงานแต่ละชนิด)
• ควรทำการทดสอบโดยไม่มีวัสดุทุกครั้ง เพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันระหว่างเครื่องมือกับอุปกรณ์ยึดชิ้นงาน (เครื่องมือของเครื่อง 3 แกนมีขนาดใหญ่กว่าและเสี่ยงต่อการชนมากกว่า)

4 แกน

• ใช้ซอฟต์แวร์ CAM พร้อมการจำลอง 4 แกน เพื่อแสดงภาพการหมุน
• จัดศูนย์ชิ้นงานบนแกน A/C (การเบี่ยงเบนเพียง 0.1 มม. อาจก่อให้เกิดข้อผิดพลาดด้านมิติ)
• ยึดชิ้นส่วนทรงกระบอกด้วยเครื่องยึดแบบชัก (chucks/collets) เพื่อความเที่ยงตรงในการหมุนรอบศูนย์กลาง — ซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนยานยนต์รายหนึ่งลดข้อผิดพลาดได้ 40% โดยการจัดศูนย์อย่างถูกต้อง

5 แกน

• ลงทุนในซอฟต์แวร์ CAM ขั้นสูง (เช่น Mastercam, SolidWorks CAM) ที่มีระบบตรวจจับการชนกัน
• ใช้โต๊ะกลึง 5 แกน แบบทรันเนียน (trunnion table) เพื่อยึดชิ้นงาน (สามารถหมุนได้เต็มรูปแบบโดยไม่ต้องจัดตำแหน่งใหม่)
• ฝึกอบรมโปรแกรมเมอร์เกี่ยวกับการควบคุมมุมนำ (lead angle control) (ปรับมุมของเครื่องมือเพื่อเพิ่มคุณภาพผิวและการยืดอายุการใช้งานเครื่องมือ) — โรงงานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศที่ใช้วิธีนี้ สามารถบรรลุอัตราผลผลิตครั้งแรกสำเร็จถึง 95%

ขั้นตอนการเลือกประเภทเครื่องจักรกลตามจำนวนแกน

ทำตามกรอบงานนี้เพื่อเลือกประเภทแกนที่เหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรม:

1. เริ่มจากชิ้นงาน: รูปทรงเรขาคณิต ค่าความคลาดเคลื่อน และวัสดุ

• กณิตศาสตร์ : พื้นผิวเรียบ = 3 แกน; ลักษณะทรงกระบอก/พื้นผิวโค้งหุ้ม = 4 แกน; รูปทรงหลายด้าน/รูปทรงโค้งประกอบ = 5 แกน
  • ตัวอย่าง: แผ่นอลูมิเนียมแบน (3 แกน); เพลาเหล็กที่มีร่องเกลียว (4 แกน); ใบพัดเทอร์ไบน์ไทเทเนียม (5 แกน)
• ความคลาดเคลื่อน : ±0.005 มม. หรือแคบกว่า = 5 แกน; ±0.05 มม. = 3/4 แกน
• วัสดุ : วัสดุอ่อน = 3 แกน; วัสดุแข็ง = 4/5 แกน

รายงานการกลึงความแม่นยำปี 2023 พบว่า ร้านที่วิเคราะห์ชิ้นส่วนก่อนจะลดข้อผิดพลาดในการเลือกแกนได้ถึง 55%

2. สอดคล้องกับปริมาณการผลิตและเป้าหมายต้นทุน

ปริมาณการผลิต	ชิ้นส่วนเรียบง่าย	ชิ้นส่วนซับซ้อน
สูง (>1,000 หน่วย)	3 แกน (ต้นทุนต่ำ)	4/5 แกน (ตั้งค่าเร็วกว่า)
ต่ำ (1–100 หน่วย)	3 แกน (ประหยัดค่าใช้จ่าย)	5 แกน (หลีกเลี่ยงเวลาตั้งค่าที่มากเกินไป)

ตามคู่มือการกลึงอุตสาหกรรมปี 2024 การวิเคราะห์ต้นทุน-ปริมาณ (เชื่อมโยงแกนกับปริมาณ) ช่วยลดต้นทุนรวมได้ 22%

3. ประเมินทรัพยากรในโรงงาน

• ความพร้อมใช้งานของเครื่องจักร : ใช้เครื่อง 3 แกนสำหรับชิ้นส่วนเรียบง่าย หากไม่มีเครื่อง 4/5 แกน; ให้ผู้อื่นผลิตงานซับซ้อนสำหรับปริมาณน้อย
• ความเชี่ยวชาญของโปรแกรมเมอร์ : เริ่มต้นด้วยเครื่อง 4 แกนสำหรับงานที่มีความซับซ้อนปานกลาง หากทีมขาดประสบการณ์ในการใช้งานเครื่อง 5 แกน
• อุปกรณ์ยึดตรึง/เครื่องมือ : ตรวจสอบให้มั่นใจว่าสามารถเข้าถึงเครื่องมือเฉพาะทาง (เช่น โต๊ะหมุนแบบทรันเนียนสำหรับเครื่อง 5 แกน) ก่อนเลือกประเภทของแกน