คู่มือ CNC (ไทย)

คมู่ อืการใชง้ านเครอ่ื ง CNC

CNC ยอ่ มาจากคาวา่ Computer Numerical Controlหมายถึง การควบคุมการทางานของเคร่ืองจกั รดว้ ยคาส่ังเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ ระบบคอมพิวเตอร์ และ ระบบอิเลคทรอนิกส์ จะทาการประมวลผล และ สั่งการเพื่อให้เคร่ืองจกั รทางาน หรือ เกิดการเคลื่อนที่จากชุดคาส่ังต่าง ๆหรือ กระทาตามเงื่อนใขที่ถกู กาหนด Mini CNC เป็ นเคร่ืองจกั รขนาดเลก็ ที่ถูกควบคุมการทางานดว้ ยโปรแกรม CNC Controller เพ่ือควบคุมการทางานของมอเตอร์ในการขบั แกนต่าง ๆ ให้เคล่ือนที่ไดต้ ามทิศทางท่ีตอ้ งการ เครื่อง Mini CNC สามารถนาไปประยกุ ตก์ ารใช้งานได้หลากหลาย เช่น กัด ,แกะสลกั ,เจาะ, ตัดแก๊ส, ตดัพลาสมา,LASER, เคร่ือง 3D printer,Pick and Place Robot ,เครื่อง Insert Electronics Component เป็นตน้ วสั ดุที่นามาใชก้ บั Mini CNC เพ่ือสร้างชิ้นงาน เช่นไม้ , แผน่ Acrylic, พลาสติก, พลาสติกวศิ วกรรม ,ทองเหลืองและ อลูมิเนียม เป็ นตน้ ซ่ึงชิ้นงานที่ไดจ้ ะเป็ นงานในลกั ษณะ2 มิติ หรื อ 3 มิติ แล้วแต่กาหนด. ข้ึนอยู่กับขนาด และความสามารถของเคร่ือง ที่มีความหลาหหลาย

CNC ย่อมาจากคาว่า Computer Numericalหลกั การทางาน ของ CNC การผลิตชิ้นงานจะถูกควบคุมการส่ังการด้วยComputer ประกอบดว้ ย ระยะของการเคลื่อนท่ีต่างๆ หรืออุปกรณ์อื่น ๆ เช่น หวั กดั Print head ใน 3d Printer ซ่ึงจะถูกคานวณ และ สั่งการจากชุดคอมพิวเตอร์ ต้งั แต่ข้นั ตน้ จนสิ้นสุดการทางาน โดยชุดควบคุมจะไดร้ ับขอ้ มลู ข้นั ตอนการทางาน และ การสั่งการ จากโปรแกรม ท่ีเราเรียกว่า NCCode หรือ G code (Link) ที่เรารู้จกั กนั ซ่ึงตอ้ งวางแผน ทุกข้นั ตอนก่อนทุกคร้ัง และ สร้างเป็ นโปรแกรมเพือ่ ใหช้ ุดควบคุมทางานไดส้ าเร็จ สาหรับแกนหมุนจะมีต้งั แต่ 2 แกน – 12แกนสามารถทางานได้ 2 มิติ ,และ 3มิติ โดยทั่วไปจะ สร้างโปรแกรมด้วยคอมพิวเตอร์ และ นาข้อมูลผ่าน Postprocessor จึงจะได้ NC-CODE มาใชง้ าน

ตวั อยา่ ง G code สาหรับ CNC%G90G49M3 S100G0 X-13.986 Y-0.077 Z3.847G1 Z-2.015 F700G1 X-13.924 Y-0.060 Z-1.994X-13.674 Y0.009 Z-1.899X-13.611 Y0.026X-13.231 Y0.105 Z-1.729X-13.166 Y0.114X-13.611 Y0.026X-13.231 Y0.105 Z-1.729X-13.166 Y0.114

หลกั การทางานของเคร่ืองจกั รกลซีเอน็ ซี เคร่ืองซีเอน็ ซี (CNC) มีระบบควบคมุ ท่ีป้ อนข้อมลูโปรแกรมคอมพิวเตอร์ของเครื่องผา่ นแผงคีย์บอร์ด หรือแป้ นพมิ พ์ (Key Board) หรือเทปแมเ่ หลก็ (MagneticTape) เม่ือระบบควบคมุ อา่ นโปรแกรมเสร็จ กจ็ ะนาไปควบคมุ ให้เคร่ืองจกั รกลทางาน โดยอาศยั มอเตอร์ป้ อน(Feed Motor) เพ่ือให้แทน่ เลอื่ นเคลอื่ นท่ีตามคาสงั่ เช่นเคร่ืองกลงึ ซีเอน็ ซี (CNC Machine) ก็จะมีมอเตอร์ในการเคลื่อนท่ีอยู่ 2 ตวั หรือเคร่ืองกดั ซีเอน็ ซี ก็จะมีมอเตอร์ป้ อน 3 ตวั เมื่อระบบควบคมุ อา่ นโปรแกรมเสร็จ จะเปลี่ยนรหสั โปรแกรมเป็นสญั ญาณทางไฟฟ้ าเพื่อควบคมุ ให้มอเตอร์ทางาน แตเ่ นื่องจากสญั ญาณท่อี อกจากระบบควบคมุ นีม้ ีกาลงั น้อย ไมส่ ามารถไปหมนุ ขบั ให้มอเตอร์ทางานได้ดงั นนั้ จงึต้องสง่ สญั ญาณนีเ้ข้าไปในภาคขยายสญั ญาณของระบบขบั(Drive Amplified) และสง่ สญั ญาณตอ่ ไปยงั มอเตอร์ป้ อนแนวแกนตามท่ีโปรแกรมกาหนดทงั้ ความเร็วและระยะทาง การเคลอ่ื นท่ีของแทน่ เลือ่ นจะถกู โปรแกรมไว้ทงั้ หมด เพอื่ ควบคมุ เครื่องจกั รซีเอน็ ซี (CNC) และมีเคร่ืองมืออปุ กรณ์ที่ตรวจสอบตาแหนง่ ของแทน่ เลื่อนให้ระบบควบคมุ เรียกวา่ ระบบวดั ขนาด (MeasuringSystem) ซงึ่ ประกอบด้วยสเกลแนวตรง (Liner Scale)มีจานวนเทา่ กบั จานวนแนวแกนในการเคลอ่ื นท่ีของเครื่องจกั รกล

ทาหน้าท่ีสง่ สญั ญาณไฟฟ้ าท่ีสมั พนั ธ์กบั ระยะทางที่แทน่ เลอื่ นเคล่ือนท่ีกลบั ไปยงั ระบบควบคมุ ทาให้ระบบควบคมุ รู้ว่าแทน่ เลอ่ื นเคล่อื นท่ีไปเป็นระยะทางเทา่ ใด จากหลกั การควบคมุ การทางานดงั กลา่ ว ทาให้เครื่องจกั รกลซีเอน็ ซีสามารถผลิตชิน้ งานให้มีรูปร่าง และรูปทรงให้มีขนาดตามที่เราต้องการได้ เนื่องจากการสร้างและการทางานที่เหนือกวา่ เครื่องจกั รกลทวั่ ไป จงึ ทาให้เคร่ืองจกั รกลซีเอน็ ซีเป็นปัจจยัหนง่ึ ที่มีความสาคญั มากในปัจจบุ นั นี ้หากต้องการผลิตสินค้าให้ได้จานวนมากๆ และลดจานวนระยะเวลาการผลติ ของสนิ ค้า







จากผงั การทางานข้างต้นจะเห็นได้ว่า จะต้องมกี ารเรียนรู้ในส่วนต่างๆดงั นี้1. CAD (computer Aided Design) เป็ นการสร้าง ข้อมูลชนิดVector ที่มีท้ังขนาด และ ตาแหน่ง โดยส่วนใหญ่ โปรแกรมออกแบบ จาก Computer มีความสามารถสร้างข้อมูล Vectorเหล่านีไ้ ด้ ตวั อย่าง ข้อมูล Vector เช่น SVG ,DXF , DWG , HPGL ,Gerber ข้อมูลเหล่านี้ จะมี Coordinate ของ ตาแหน่งงาน ที่สามารถนาไปบอกตาแหน่งด้วย CNC ได้ แต่ยังไม่สามารถนาไปใช้ได้ เนื่องจาก ยงั ขาดคุณสมบัติทีเ่ หมาะสมสาหรับ การทางานกับ CNC เช่น ความเร็วในการเดิน ลาดับการทางานก่อน-หลัง ขนาดดอกกัดที่จะนาไปกดั ดังน้ัน จึงต้องกาหนดคุณสมบัตเิ หล่านีเ้ ข้าไปในโปรเเกรม CAM ก่อน

ตวั อยา่ ง SVG Format xmlns=\"http://www.w3.org/2000/svg\" version=\"1.1\"> width=\"150\" height=\"150\" fill=\"rgb(0, 255, 0)\" stroke-width=\"1\" stroke=\"rgb(0, 0, 0)\" />

ตวั อยา่ ง DXF Format 0 SECTION 2 HEADER 9 $ACADVER 1 AC1009 9 $INSBASE 10 0.0 20 0.0 30 0.0 9 $EXTMIN

2. CAM (Computer Aid Manufacturing) โปรแกรม Camมีหนา้ ท่ี ปรับแตง่ CAD ให้ เหมาะสมกบั งานหนา้ ท่ีหลกั ของ CAM คือ1.กาหนดความเร็ว ทิศทางการกดั งาน อตั ราป้ อน2.วธิ ีการกดั งาน ลาดบั การทางาน ชนิดดอกกดั โดย แปลความเป็ นรหัสสาหรับการควบคุมCNC ท่ีเราเรียกวา่ NC Code ส่วนมากมกั ใช้ มาตรฐานคือG code ที่กาหนดโดย ISO แต่ส่วนใหญ่แลว้ มาตรฐาน GCode มีหลากหลาย ให้เหมาะสมกบั การใชง้ าน ดงั น้นัผผู้ ลิต หรือ สร้าง CNC controller จะมีมาตรฐานเพิ่มเติมซ่ึงเรียนรู้ ไดจ้ ากเอกสารแนะนา cnc controller ของแต่ละราย.

ฟังกช์ นั มาตรฐานสาหรับงานกดั อตั โนมตั ิเบ้ืองตน้ ไดแ้ ก่ 1. กดั กลางเสน้ (Along) 2. กดั นอกเส้น (Outside) 3. กดั ในเสน้ (Inside) 4. เจาะรู (Drilling) 5. การเดินปรับผวิ หรือการขดุ (Area clearance)

3. CNC controllerมีหนา้ ท่ี แปลความ NC Code ให้เป็ นการเคลื่อนที่ในแนวแกน ต่าง ๆ ส่วนมากคุน้ เคยในแนวแกน X YZ CNC controller มีใหเ้ ลือกใชม้ ากมาย ตามความเหมาะสมปัจจุบนั มี 2 กลุม่ คือ3.1 PC BASE CNC controller ประเภทน้ี จะทาการประมวลผลNC Code และทาการส่งค่าควบคุมออกทาง PORT ท่ี เป็น I/OPORT ต่าง ๆ เช่น ISA bus PCI Bus หรือ Parallel Portตวั อยา่ งเช่น โปรแกรม EMC (Linux Cnc) , Mach3 , Kcam,Turbo cnc



3.2 Embedded Base Cnc controller ประเภทน้ีถกู พฒั นา มาให้เหมาะสมกบั การทางานของเคร่ืองจกั รเนื่องจากความสะดวกและ มี Reliability ท่ีสูงกว่า PC Base ดงั น้นั การส่งขอ้ มูลสาหรับการประมวลผล จาเป็ นตอ้ งใช้ ช่องสื่อสาร ต่างๆ เช่นRS232,USB,Ethernet สาหรับ การส่งขอ้ มูลควบคุม เช่นโปรแกรม GRBL (AVR Base) , Tiny G (Arm Base)

โปรแกรม CNC Controller จะถูกออกแบบ ฟังกช์ นั การทางานตา่ งๆไดด้ งั น้ี เคร่ือง Mini CNCทางาน โดยจะมีการทางานของโปรแกรมมี3 Mode ใหเ้ ลือกใชง้ านไดต้ ามความตอ้ งการ มีดงั น้ี AUTO MODE คือ การเรียกไฟลม์ า run ตามตอ้ งการ MANUAL MODE หรือ JOG MODE ส่ังเครื่องเดินโดยKey board หรือ Hand wheel MDI Mode (Manual Data Input Mode) เป็น MODE ที่ส่ังให้เคร่ืองเดินตามท่ีตอ้ งการ โดยกาหนดระยะการเคล่ือนท่ีของแกน X.Y และ Z เคร่ืองเดินทีละแกนตามแกนที่ป้ อนขอ้ มูลให้

จากข้างต้น จะเห็นว่าการทางานของโปรแกรมกล่าวเป็ นข้นั ตอนไดด้ งั น้ี1. INPUT เป็นการสร้างขอ้ มลู ในFormatไฟลต์ า่ งๆ2. Processing ไฟลจ์ ะอยใู่ น Format ท่ีสามารถแปลงขอ้ มูลผา่ นโปรแกรม CAM โดย CAM Software แปลงขอ้ มูลใหอ้ ยู่ในรูปของรหัส G-Code ซ่ึงใน CAM Software จะมีโปรแกรมส่วนท่ีเป็นPost Processor ทาการแปลงแบบ หรือทางเดินเป็ นรหสั G Code เป็นรหสั คาส่ังควบคุมการทางานของเคร่ืองจกั ร3. OUTPUT จาก G Code ใช้ โปรแกรม CNC Controller ส่ังใหเ้ ครื่องจกั รกลทางานตามทิศทางและตาแหน่งที่ตอ้ งการ

โปรแกรมรหสั ที่ใชใ้ นการควบคุมการทางาน ของเคร่ือง CNCการใชง้ านเคร่ืองจกั รกล CNC จะอ่านรหสั หรือ ภาษาเช่นเดียวกบัภาษาท่ีใชใ้ นการควบคุมการทางานของเคร่ืองคอมพิวเตอร์ รหสั ท่ีนิยมใชค้ ือ รหสั -จี หรือ G-code ซ่ึงเครื่องจกั รกลประเภท CNC ส่วนใหญจ่ ะใชภ้ าษาหรือรหสั -จีเป็นมาตรฐานในการควบคุมการทางานรูปแบบคาสงั่ ของ รหสั G ประกอบดว้ ยชุดคาสงั่ ในแต่ละบรรทดั ซ่ึงเรียกวา่ ชุดคาสง่ั หรือ Commandในชุดคาสง่ั น้ีจะประกอบดว้ ยคาสงั่ ยอ่ ยที่เรียกวา่ Word คาสงั่ ยอ่ ยน้ีจะข้ึนตน้ ดว้ ยตวั อกั ษร เช่นN (คาสง่ั เลขที่), G (คาสง่ั รหสั -จี, M (คาสง่ั รหสั เอม็ ), H(การชดเชยความยาวของหวั กดั ), F (อตั ราป้ อน), S (ความเร็วในการหมุนของหวั กดั ) เป็นตน้

รหสั Gรหสั G เป็ นฟังกช์ นั ท่ีใชใ้ นการเปล่ียนแปลงการทางานควบคุมเครื่องจกั รให้เปลี่ยนจากความเร็วการป้ อนปกติเป็ นความเร็วสูงหรือควบคุมการทางานจากการหมุนตามเข็มให้หมุนกลบั ทางคือทวนเขม็ และอื่น ๆรหัส G ใชเ้ พื่อควบคุมชนิดการทางานต่าง ๆ ของเครื่องจกั รสังเกตวา่ รหสั G มี 2 ชนิดกค็ ือ Modal และ Non Modalรหสั Modal G เป็นรหัสท่ีคา้ งอยใู่ นหน่วยความจาจนกระทงั่รหสั G ของกลุม่ เดียวกนั ไปสั่งยกเลิกการทางานของมนั ส่วนรหสัNon Modal G เป็นรหสั อนั เดียวกนั ท่ีใชเ้ ฉพาะบรรทดั เดียวที่มีรหสั น้ีอยู่ รหสั G จะอธิบายตามรายการที่มีอยใู่ นตาราง ซ่ึงจะใช้มากเวลาโปรแกรม

ตัวอย่าง รหัส G และความหมายรหสั ฟังกช์ นั เตรียมการทางานG00 การเคล่ือนท่ีไปยงั ตาแหน่งดว้ ยความเร็วสูงสุด ของเคร่ืองG01 การเคล่ือนในแนวตรงโดยมีอตั ราป้ อนG02 การเคล่ือนท่ีเป็นแนวโคง้ และมีการป้ อนตามเขม็ นาฬิกาG03 การเคล่ือนท่ีเป็นแนวโคง้ และมีการป้ อนทวนนาฬิกาG17 การเลือกระนาบ XY

รหสั X, Y และ Zรหสั X, Y และ Z เป็นการเคล่ือนท่ีเชิงเส้น เพื่อควบคุมเคร่ืองจกั รให้เคล่ือนท่ีในเชิงเส้น ตัวอย่างเช่น เคล่ือนไปทางขวาหรือมาทางซ้าย เวลาโปรแกรมก็เป็ นการโปรแกรมลงในค่าของแกน Xส่วนการโปรแกรมให้เคล่ือนท่ีไปดา้ นหน้าและดา้ นหลงั น้ันเป็ นการโปรแกรมในค่าของแกน Y ส่วนการเคล่ือนที่ของหวั จบั แกนข้ึนหรือลงกจ็ ะใชค้ า่ ในแนวแกน Zในการควบคุมการเคลื่อนที่ในแต่ละแกนจะมีท้งั ค่าบวกและลบข้ึนอยู่กบั ทิศทางของการเคลื่อนท่ี โดยเครื่องหมายบวกไม่ตอ้ งพิมพส์ ามารถตดั ออกได้

รหสั I, J และ Kรหสั I, J และ K เป็นรหสั ที่กาหนดการอินเตอร์โพเลชนั เมื่อX, Y และ Z กาหนดไวแ้ ลว้ ค่า I, J และ K กจ็ ะโปรแกรมลงไปตามหลงั โดยที่ค่า X, Y และ Z จะถกู ป้ อน เม่ือมีการใชค้ ่ารัศมีในการโปรแกรมรหสั Sรหสั S เป็นรหสั ท่ีใชเ้ มื่อมีการกาหนดความเร็วของหวั กดัมีหน่วยเป็นรอบ/นาที (r.p.m)ตวั อยา่ งเช่นN1 M3 S800รหสั Fรหัส F ใชใ้ นการควบคุมอตั ราป้ อน (feed) มีหน่วยเป็ นmm/minตวั อยา่ งเช่นN2 G01 X-5 Y30 Z-5 F500

รหสั Mรหสั อกั ษร M คือคาสั่งการทางานเสริมหรือคาสั่งช่วยงานโดยจะทางานควบค่กู บั รหสั คาสัง่ Gยกตวั อยา่ งเช่นN3 M3 S800ตารางแสดงรหสั บางส่วนที่มีการใชก้ นั มากรหสั ฟังกช์ นั เบต็ เตลด็M00 หยดุ โปรแกรมM01 ออปชนั เนลสตอ็ ปM02 จบโปรแกรมM03 เปิ ด spindleM05 ปิ ด spindleM06 เปลี่ยนเคร่ืองมือM07 เปิ ดน้าหล่อเยน็ (เปิ ดมาก)M08 เปิ ดน้าหล่อเยน็ (เปิ ดนอ้ ย)M09 ปิ ดน้าหลอ่ เยน็

รหสั D และ Hรหสั D และ H เป็นรหสั ท่ีใชเ้ พื่อทาการต้งั ความยาวของเครื่องมือทาให้ผูโ้ ปรแกรม ใช้เคร่ืองมือ ทุกตัวโดยคิดว่าเคร่ืองมือยาวเท่ากนั ท้งั หมด เมื่อโปรแกรมใชเ้ คร่ืองมือใหม่ กจ็ ะใชค้ ่าในระนาบของแกน Z สาหรับต้งั คา่ ความยาวของเคร่ืองมือตวั อยา่ ง อธิบายการทางานG00 : หมายถึง การเคล่ือนที่แนวเส้นตรงแบบเคลื่อนที่เร็ว( Positioning ) เป็นการเคลื่อนท่ีของหวั กดั โดยไม่มีการกดั เกิดข้ึนดอกกดั ไม่สมั ผสั กบั ชิ้นงาน การทางานจะมีการปรับค่าตาแหน่งแกน X แกนY แกน Z โดยความเร็วในการเคลื่อนท่ีจะใชค้ วามเร็วสูงสุดที่โปแกรมสามารถสั่งชุดขบั เคล่ือนได้ โดยไม่ตอ้ งใส่ค่าอตั ราป้ อน ( Feed Rate )

ตวั อยา่ งการป้ อนคาสั่ง G00N5 : G0 X0 Y0 Z0G01 : หมายถึงการเคลื่อนที่แนวเส้นตรง ( Linear Interpolation )โดย จะมีการปรับค่าตาแหน่ง แกน X แกน Y แกน Z และค่าอตั ราป้ อนเสมอตวั อยา่ งการป้ อนคาสง่ั G01N10: G01 X10 Y50 Z-2 F500G02 : หมายถึงการเคล่ือนที่แนวส่วนเสน้ โคง้ ตามเขม็ นาฬิกา( Circular Interpolation CW(clockwise) )ยกตวั อยา่ งเช่นN30 : X15 Y30 Z-2 R5

G03 : หมายถึงการเคลื่อนท่ีเป็ นเส้นโคง้ ทวนเข็มนาฬิกา(Circular Interpolation CCW (counterclockwise) รับขอ้ มูลและทางานเหมือน G02 แต่เคล่ือนที่ในทิศทางตรงกนั ขา้ มกบัG02G90 : หมายถึงการกาหนดขนาดแบบสัมบูรณ์ (AbsoluteProgramming Selected) เป็ นการเปล่ียนโหมดการทางานให้กาหนดการเคล่ือนท่ีโดยอ้างอิงจากจุดอา้ งอิงเพียงจุดเดียวตลอด สามารถเปลี่ยนโหมดกลบั ไปมาระหวา่ ง G90 และ G91ไดใ้ น 1 โปรแกรมG91 : หมายถึง การเคลื่อนท่ีแบบต่อเนื่อง (IncrementalProgramming Selected) เป็ นการเปล่ียนโหมดการทางานให้กาหนดการเคลื่อนท่ี แบบต่อเนื่ องโดยเปล่ียนจุ ดเร่ิ มต้นไปเรื่อยๆM30 : สิ้นสุดการทางาน (End of Program) ใชใ้ นการจบโปรแกรมการทางาน

เคร่ืองกดั Mini CNC ทาอะไรได้บ้าง1.กดั ป้ ายช่ือ, กดั งาน Acrylic

2.กดั งานไม้ 2D และ 3D

3. กดั งานอลมู ิเนียม,งานทองเหลือง

4. งานกดั เหลก็ สาหรับเคร่ืองกดั Mini CNC ทม่ี ีโครงสร้าง เคร่ืองที่เเขง็ เเรงเเละนอกจากน้ีแลว้ ยงั สามารถนาไปประยกุ ตใ์ ชก้ บั งานเลเซอร์พลาสมา เเละ อ่ืนๆอีกมา

สรุปข้นั ตอนการทางานของเครื่องกดั Mini CNC1.ออกแบบงานดว้ ยโปรแกรมออกแบบ (CAD) เช่น Inkscape ,Free CAD , EDA (ElectronicsDesign Age) Autocad, หรือ โปรแกรมอื่น ๆ ซ่ึงคุณสามารถเรียนรู้ เพิ่มเติมไดจ้ ากท่ีนี่2. กาหนดการกัดงาน และ ข้ันตอนการกัดงาน รวมถึงวิธีการกัดงานรูปแบบการกดั งาน ลาดบั การกดั งาน การกาหนดชนิดของดอกกดั ความเร็วท่ีเหมาะสมในการกัดงาน ด้วยโปรแกรม CAM เช่น PYCAM,Cambam, Artcam , Mastercam ,VisualMill สาหรับงานกดั3. สร้าง รหสั การกดั งาน ที่เรามกั จะเรียกกนั ว่า G Code หรือ NCCode เพ่ือนาไปใชก้ ดั งานโดย โปรแกรมตวั ควบคุมเครื่อง CNC เช่นLinuxcnc , Kcam , Mach3 , PCCNC , หรือ ตวั ควบคุมอื่นซ่ึงปัจจุบนั มีใหเ้ ลือกเป็นจานวนมาก4.ใช้ ระหสั G ท่ีไดไ้ ปใชง้ านกบั เคร่ือง CNC ต่อไป