ทำความรู้จักกับเครื่อง CNC ขนาดเล็ก

CNC ย่อมาจากคำว่า Computer Numerical Control หมายถึง การควบคุมการทำงานของเครื่องจักรด้วยคำสั่งเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ ระบบคอมพิวเตอร์ และระบบอิเลคทรอนิกส์ จะทำการประมวลผล และสั่งการ ให้เครื่องจักรทำงาน หรือ เกิดการเคลื่อนที่จากชุดคำสั่งต่างๆ

Mini CNC เป็นเครื่องจักรขนาดเล็ก ที่ถูกควบคุมการทำงานด้วยโปรแกรม CNC Controller เพื่อควบคุมการทำงานของมอเตอร์ในการขับแกนต่างๆ ให้เคลื่อนที่ได้ตามทิศทางที่ต้องการ

Mini CNC สามารถนำไปประยุกต์การใช้งานได้หลากหลาย เช่น กัด, แกะสลัก, เจาะ, ตัดแก๊ส, ตัดพลาสมา, เลเซอร์, 3D Printer, Pick and Place Robot, เครื่อง Insert Electronics Component เป็นต้นวัสดุที่นำมาใช้กับ Mini CNC เพื่อสร้างชิ้นงาน เช่น ไม้, อคริลิค, พลาสติก, พลาสติกวิศวกรรม, ทองเหลือง และอลูมิเนียม เป็นต้น ซึ่งชิ้นงานที่ได้จะเป็นงานในลักษณะ 2 มิติ หรือ 3 มิติ แล้วแต่กำหนด

สำหรับท่านที่สนใจรายละเอียด หรือ จัดหา minicnc ใว้ใช้งาน สามรถติดตาได้ตามช่องทางนี้

official website : https://www.panmaneecnc.com

Youtube Chanel : https://www.youtube.com/panmaneecnc

หลักการทำงานของ CNC

การผลิตชิ้นงานจะถูกควบคุมการสั่งการด้วยคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วย ระยะของการเคลื่อนที่ต่างๆ หรืออุปกรณ์อื่นๆ เช่น หัว Print head ใน 3D Printer ซึ่งจะถูกคำนวณ และสั่งการจากชุดคอมพิวเตอร์ ตั้งแต่ขั้นต้นจนสิ้นสุดการทำงาน โดยชุดควบคุมจะได้รับข้อมูลขั้นตอนการทำงาน และการสั่งการ จากโปรแกรม ที่เราเรียกว่า NC Code หรือ G Code ที่เรารู้จักกัน ซึ่งต้องวางแผน ทุกขั้นตอนก่อนทุกครั้ง และ สร้างเป็นโปรแกรม เพื่อให้ชุดควบคุมทำงานได้สำเร็จ สำหรับแกนหมุนจะมีตั้งแต่ 2 – 12 แกน สามารถทำงานได้ 2 มิติ และ 3 มิติ โดยทั่วไปจะสร้างโปรแกรมด้วยคอมพิวเตอร์ และนำข้อมูลผ่าน Post Processor จึงจะได้ NC Code มาใช้งาน

ตัวอย่าง G code สำหรับ CNC

CNC Controller มีหน้าที่ตีความ NC code ให้เป็นสัญญาณ ไฟฟ้าเพื่อควบคุมการหมุนของมอเตอร์ ที่มี ทั้งตำแหน่ง (Clock) ทิศทาง (Direction) และ ความเร็วของในแต่ละแกน

แผนภาพแสดงขั้นตอนการทำงานด้วยเครื่อง Mini CNC

จากผังการทำงานข้างต้น จะเห็นได้ว่า จะต้องมีการเรียนรู้ในส่วนต่างๆ ดังนี้

1. CAD (computer Aided Design) เป็นการสร้างข้อมูลชนิดVector ที่มีทั้งขนาด และตำแหน่ง โดยส่วนใหญ่โปรแกรมออกแบบจาก Computer มีความสามารถสร้างข้อมูล Vector เหล่านี้ได้ ตัวอย่าง ข้อมูล Vector เช่น SVG, DXF, DWG, HPGL, Gerber ข้อมูลเหล่านี้จะมี Coordinate ของตำแหน่งงานที่สามารถนำไปบอกตำแหน่งด้วย CNC ได้ แต่ยังไม่สามารถนำไปใช้ได้ เนื่องจากยังขาดคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับการทำงานกับ CNC เช่น ความเร็วในการเดิน ลำดับการทำงาน ก่อน-หลัง ขนาดดอกกัดที่จะนำไปกัด ดังนั้นจึงต้องกำหนดคุณสมบัติเหล่านี้เข้าไปในโปรเเกรม CAM ก่อน

ตัวอย่าง SVG Format

1.2 3D CAD เป็นการสร้างข้อมูลชนิด 3D ซึ่งมีหลาย Format ที่มีทั้งขนาด โปรแกรมออกแบบจากคอมพิวเตอร์ มีความสามารถสร้างข้อมูล 3D สามารถดูได้ตามนี้

2. CAM (Computer Aid Manufacturing) โปรแกรม CAM มีหน้าที่ปรับแต่ง CAD ให้เหมาะสมกับงาน

หน้าที่หลักของ CAM คือ กำหนดความเร็ว ทิศทางการกัดงาน อัตราป้อน วิธีการกัดงาน ลำดับการทำงาน ชนิดดอกกัด โดยแปลความเป็นรหัส ที่เราเรียกว่า NC Code ส่วนมากมักใช้มาตรฐานคือ G Code ที่กำหนดโดย ISO แต่ส่วนใหญ่แล้ว มาตรฐาน G Code มีหลากหลาย ให้เหมาะสมกับการใช้งาน ดังนั้นผู้ผลิต หรือสร้าง CNC controller จะมีมาตรฐานเพิ่มเติม ซึ่งเรียนรู้ได้จากเอกสารแนะนำ CNC Controller ของแต่ละราย

ฟังก์ชันมาตรฐานสำหรับงานกัดอัตโนมัติเบื้องต้นได้แก่

กัดกลางเส้น (Along)
กัดนอกเส้น (Outside)
กัดในเส้น (Inside)
เจาะรู (Drilling)
การเดินปรับผิว (Area clearance)

3. CNC Controller มีหน้าที่แปลความ NC Code ให้เป็นการเคลื่อนที่ในแนวแกนต่างๆ ส่วนมากคุ้นเคยในแนวแกน X Y Z CNC Controller มีให้เลือกใช้มากมาย ตามความเหมาะสมปัจจุบันมี 2 กลุ่ม คือ

3.1 PC BASE CNC ประเภทนี้ จะทำการประมวลผล NC Code และทำการส่งค่าควบคุมออกทาง PORT ที่ เป็น I/O PORT ต่างๆ เช่น ISA bus PCI Bus หรือ Parallel Port ตัวอย่างเช่น โปรแกรม EMC (Linux CNC), Mach3, Kcam, Turbo cnc

3.2 Embedded Base CNC ประเภทนี้ถูกพัฒนา มาให้เหมาะสมกับการทำงานของเครื่องจักรเนื่องจากความสะดวก และมี Reliability ที่สูงกว่า PC Base ดังนั้นการส่งข้อมูล สำหรับการประมวลผล จำเป็นต้องใช้ช่องสื่อสารต่างๆ เช่น RS232, USB, Ethernet สำหรับการส่งข้อมูลควบคุม เช่น โปรแกรม GRBL (AVR Base), Tiny G (Arm Base)

โปรแกรม CNC Controller จะถูกออกแบบ ฟังก์ชันการทำงานต่างๆได้ดังนี้

เครื่อง Mini CNC ทำงาน โดยจะมีการทำงานของโปรแกรมมี 3 Mode ให้เลือกใช้งานได้ตามความต้องการ มีดังนี้

Auto Mode คือ การเรียกไฟล์มา run ตามต้องการ
Manual Mode หรือ Jog Mode สั่งเครื่องเดินโดย Keyboard หรือ Hand wheel
MDI Mode (Manual Data Input Mode) ที่สั่งให้เครื่องเดินตามที่ต้องการ โดยกำหนดระยะการเคลื่อนที่ของแกน X, Y และ Z เครื่องเดินทีละแกนตามโปรแกรมที่ป้อนข้อมูลให้

จากข้างต้น จะเห็นว่าการทำงานของโปรแกรมกล่าวเป็นขั้นตอนได้ดังนี้

Input เป็นการสร้างข้อมูลในFormatไฟล์ต่างๆ
Processing ไฟล์จะอยู่ใน Format ที่สามารถแปลงข้อมูล ผ่านโปรแกรม CAM โดย CAM Software แปลงข้อมูลให้อยู่ในรูปของรหัส G Code ซึ่งใน CAM Software จะมีโปรแกรมส่วนที่เป็น Post Processor ทำการแปลงแบบ หรือ ทางเดินเป็นรหัส G Code เป็นรหัสคำสั่งควบคุมการทำงานของเครื่องจักร
Output จาก G Code ใช้ โปรแกรม CNC Controller สั่งให้เครื่องจักรกลทำงานตามทิศทางและตำแหน่งที่ต้องการ

โปรแกรมรหัสที่ใช้ในการควบคุมการทำงานของเครื่อง CNC

การใช้งานเครื่องจักรกล CNC จะอ่านรหัส หรือ ภาษาเช่นเดียวกับภาษาที่ใช้ในการควบคุมการทำงานของเครื่องคอมพิวเตอร์ รหัสที่นิยมใช้คือ รหัส-จี หรือ G Code ซึ่งเครื่องจักรกลประเภท CNC ส่วนใหญ่จะใช้ภาษา หรือ รหัส-จีเป็น มาตรฐานในการควบคุมการทำงาน

รูปแบบคำสั่งของ รหัส G ประกอบด้วยชุดคำสั่งในแต่ละบรรทัด ซึ่งเรียกว่าชุดคำสั่ง หรือ Command ในชุดคำสั่งนี้จะประกอบด้วยคำสั่งย่อยที่เรียกว่า Word คำสั่งย่อยนี้จะขึ้นต้นด้วยตัวอักษร เช่น

N (ลำดับคำสั่ง), G (คำสั่งรหัส-จี), M (คำสั่งรหัส-เอ็ม), H (การชดเชยความยาวของหัวกัด), F (ความเร็วในการเดิน), S (ความเร็วในการหมุนของหัวกัด) เป็นต้น

รหัส G

รหัส G เป็นฟังก์ชันที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงการทำงานควบคุมเครื่องจักรให้เปลี่ยนจากความเร็วการป้อนปกติเป็นความเร็วสูง หรือควบคุมการทำงานจากการหมุนตามเข็มให้หมุนกลับทางคือทวนเข็มและอื่นๆ

ใช้เพื่อควบคุมชนิดการทำงานต่างๆ ของเครื่องจักร สังเกตว่ารหัส G มี 2 ชนิดก็คือ Modal และ Non Modal

รหัส Modal G เป็นรหัสที่ค้างอยู่ในหน่วยความจำจนกระทั่งรหัส G ของกลุ่มเดียวกันไปสั่งยกเลิกการทำงานของมัน
รหัส Non Modal G เป็นรหัสอันเดียวกันที่ใช้เฉพาะบรรทัดเดียวที่มีรหัสนี้อยู่ รหัส G จะอธิบายตามรายการที่มีอยู่ในตาราง ซึ่งจะใช้มากเวลาโปรแกรม

รหัส G และความหมาย

รหัส	ฟังก์ชันเตรียมการทำงาน
G00	การเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งด้วยความเร็วสูงสุดของเครื่อง
G01	การเคลื่อนในแนวตรงโดยมีอัตราป้อน
G02	การเคลื่อนที่เป็นแนวโค้งและมีการป้อนตามเข็มนาฬิกา
G03	การเคลื่อนที่เป็นแนวโค้งและมีการป้อนทวนนาฬิกา
G017	การเลือกระนาบ XY
G18	การเลือกระนาบ ZX
G19	การเลือกระนาบ YZ
G76-79	ไม่มีการกำหนดไว้
G80	ยกเลิกการทำไซเกิล
G81	เจาะไซเกิล
G82	เจาะไซเกิลมีดเวลล์ (เจาะลงแล้วมีการค้างตามเวลาที่กำหนด)
G83	เจาะไซเกิลรูลึก
G84	การต๊าปเกลียวแบบไซเกิล
G86	การคว้านรูแบบไซเกิล (Feed down, Spindle stop) ป้อนเจาะลง, หัวจับหยุด
G89	การคว้านรู: ป้อนเข้า, ค้าง, ป้อนออก (Feed in, Dwell, Feed out)
G90	การให้ตำแหน่งในแบบสัมบูรณ์
G91	การให้ตำแหน่งแบบอินครีเมนทอล หรือเเบบต่อเนื่อง
G92	การตั้งค่ารีจีสเตอร์ หรือตั้งค่าซีโร่ชิฟต์

รหัส X, Y และ Z

รหัส X, Y และ Z เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้น เพื่อควบคุมเครื่องจักรให้เคลื่อนที่ในเชิงเส้น เช่น เคลื่อนไปทางขวาหรือมาทางซ้าย เวลาโปรแกรมก็เป็นการโปรแกรมลงในค่าของแกน X ส่วนการโปรแกรมให้เคลื่อนที่ไปด้านหน้าและด้านหลังนั้นเป็นการโปรแกรมในค่าของแกน Y ส่วนการเคลื่อนที่ของหัวจับแกนขึ้นหรือลงก็จะใช้ค่าในแนวแกน Z

ในการควบคุมการเคลื่อนที่ในแต่ละแกนจะมีทั้งค่าบวกและลบ ขึ้นอยู่กับทิศทางของการเคลื่อนที่ โดยเครื่องหมายบวกไม่ต้องพิมพ์สามารถตัดออกได้

รหัส I, J และ K

รหัส I, J และ K เป็นรหัสที่กำหนดการอินเตอร์โพเลชันเมื่อ X, Y และ Z กำหนดไว้แล้วค่า I, J และ K ก็จะโปรแกรมลงไปตามหลัง โดยที่ค่า X, Y และ Z จะถูกป้อน เมื่อมีการใช้ค่ารัศมีในการโปรแกรม

รหัส S

รหัส S เป็นรหัสที่ใช้เมื่อมีการกำหนดความเร็วของหัวกัด มีหน่วยเป็นรอบ/นาที (r.p.m)

ตัวอย่าง : N1 M3 S800

รหัส F

รหัส F ใช้ในการควบคุมอัตราป้อน (Feed) มีหน่วยเป็น mm/min

ตัวอย่าง : N2 G01 X-5 Y30 Z-5 F500

รหัส M

รหัสอักษร M คือคำสั่งการทำงานเสริมหรือคำสั่งช่วยงานโดยจะทำงานควบคู่กับรหัสคำสั่ง G

ตัวอย่างเช่น : N3 M3 S800

รหัส	ฟังก์ชันเบ็ตเตล็ด
M00	หยุดโปรแกรม
M01	ออปชันเนลสต็อป
M02	จบโปรแกรม
M03	เปิด Spindle
M05	ปิด Spindle
M06	เปลี่ยนเครื่องมือ
M07	เปิดน้ำหล่อเย็น (เปิดมาก)
M08	เปิดน้ำหล่อเย็น (เปิดน้อย)
M09	ปิดน้ำหล่อเย็น

รหัส D และ H

รหัส D และ H เป็นรหัสที่ใช้เพื่อทำการตั้งความยาวของเครื่องมือ ทำให้ผู้โปรแกรมใช้เครื่องมือทุกตัวโดยคิดว่าเครื่องมือยาวเท่ากันทั้งหมด เมื่อโปรแกรมใช้เครื่องมือใหม่ ก็จะใช้ค่าในระนาบของแกน Z สำหรับตั้งค่าความยาวของเครื่องมือ

ตัวอย่าง อธิบายการทำงาน

G00 หมายถึง การเคลื่อนที่แนวเส้นตรงแบบเคลื่อนที่เร็ว (Positioning) เป็นการเคลื่อนที่ของหัวกัดโดยไม่มีการกัดเกิดขึ้น ดอกกัด ไม่สัมผัสกับชิ้นงาน การทำงานจะมีการปรับค่าตำแหน่งแกน X, Y และ Z โดยความเร็วในการเคลื่อนที่จะใช้ความเร็วสูงสุดที่โปแกรมสามารถสั่งชุดขับเคลื่อนได้ โดยไม่ต้องใส่ค่าอัตราป้อน (Feed Rate)

ตัวอย่างการป้อนคำสั่ง : N5 G0 X0 Y0 Z0

G01 หมายถึง การเคลื่อนที่แนวเส้นตรง (Linear Interpolation) โดยจะมีการปรับค่าตำแหน่ง แกน X, Y, Z และค่าอัตราป้อนเสมอ

ตัวอย่างการป้อนคำสั่ง : N10 G01 X10 Y50 Z-2 F500

G02 หมายถึง การเคลื่อนที่แนวส่วนเส้นโค้งตามเข็มนาฬิกา (Circular Interpolation CW (Clockwise))

ตัวอย่างการป้อนคำสั่ง : N30 X15 Y30 Z-2 R5

G03 หมายถึง การเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งทวนเข็มนาฬิกา (Circular Interpolation CCW (Counterclockwise)) รับข้อมูล และทำงานเหมือน G02 แต่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับ G02

G90 หมายถึง การกำหนดขนาดแบบสัมบูรณ์ (Absolute Programming Selected) เป็นการเปลี่ยนโหมดการทำงานให้กำหนดการเคลื่อนที่โดยอ้างอิงจากจุดอ้างอิงเพียงจุดเดียวตลอด สามารถเปลี่ยนโหมดกลับไปมาระหว่าง G90 และ G91 ได้ใน 1 โปรแกรม

G91 หมายถึง การเคลื่อนที่แบบต่อเนื่อง (Incremental Programming Selected) เป็นการเปลี่ยนโหมดการทำงานให้กำหนดการเคลื่อนที่แบบต่อเนื่องโดยเปลี่ยนจุดเริ่มต้นไปเรื่อยๆ

M30 สิ้นสุดการทำงาน (End of Program) ใช้ในการจบโปรแกรมการทำงาน

เครื่องกัด Mini CNC ทำอะไรได้บ้าง

กัดป้ายชื่อ, กัดงานอะคริลิค

2.กัดงานไม้ 2D และ 3D

3. กัดงานอลูมิเนียม, งานทองเหลือง

4. งานกัดเหล็กสำหรับเครื่องกัด Mini CNC ที่มีโครงสร้างเครื่องที่เเข็งเเรง

เเละนอกจากนี้แล้ว ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับงานเลเซอร์ พลาสมา เเละอื่นๆอีกมาก

สรุปขั้นตอนการทำงานของเครื่องกัด Mini CNC

ออกแบบงานด้วยโปรแกรมออกแบบ (CAD) เช่น Inkscape, FreeCAD, EDA (Electronics Design Age) AutoCAD หรือโปรแกรมอื่นๆ ซึ่งคุณสามารถเรียนรู้ เพิ่มเติมได้จากที่นี่
กำหนดการกัดงาน และ ขั้นตอนการกัดงาน รวมถึงวิธีการกัดงาน รูปแบบการกัดงาน ลำดับการกัดงาน การกำหนดชนิดของดอกกัด ความเร็วที่เหมาะสมในการกัดงาน ด้วยโปรแกรม CAM เช่น PYCAM, Cambam, ArtCAM, MasterCAM, VisualMill สำหรับงานกัด
สร้างรหัสการกัดงาน ที่เรามักจะเรียกกันว่า G Code หรือ NC Code เพื่อนำไปใช้กัดงานโดย โปรแกรมตัวควบคุมเครื่อง CNC เช่น Linuxcnc , Kcam, Mach3, PCCNC หรือตัวควบคุมอื่น ซึ่งปัจจุบันมีให้เลือกเป็นจำนวนมาก
ใช้รหัส G ที่ได้ไปใช้งานกับเครื่อง CNC ต่อไป

official website : htttps://www.panmaneecnc.com