ความรู้เรื่อง ดอกกัดในงาน CNC

ดอกกัด (Milling cutter)

เป็นเครื่องมือตัดที่มักใช้ในเครื่องกัดหรือเครื่อง CNC เพื่อทำการกัด (และบางครั้งในเครื่องมือกลอื่นๆ) พวกเขาเอาวัสดุออกโดยการเคลื่อนไหวภายในเครื่อง (เช่น หัวกัดปลายมน) หรือ โดยตรงจากรูปร่างของหัวกัด (เช่น เครื่องมือแบบฟอร์ม เช่น หัวกัด Hobbing)

1. คุณสมบัติของ milling cutter

หัวกัดมีหลายรูปทรงและหลายขนาด นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกการเคลือบ รวมทั้งมุมคายและจำนวนพื้นผิวการตัด

Shape : รูปทรง : หัวกัดมาตรฐานหลายรูปทรงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมในปัจจุบัน ซึ่งมีการอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง

ปาก / ฟัน : ของดอกกัดคือร่องเกลียวลึกที่วิ่งขึ้นไปบนเครื่องตัด ในขณะที่ใบมีดคมตามขอบเรียกว่าฟัน ฟันตัดวัสดุ และเศษของวัสดุนี้ถูกดึงขึ้นขลุ่ยโดยการหมุนของใบมีด เกือบทุกครั้งจะมีฟันหนึ่งซี่ต่อปากแต่ใบมีดบางอันมีสองฟันต่อปาก[1] บ่อยครั้งที่คำว่าขลุ่ยและฟันใช้แทนกันได้ หัวกัดอาจมีตั้งแต่หนึ่งถึงหลายฟัน โดยส่วนใหญ่ 2, 3 และ 4 ซี่ โดยทั่วไป ยิ่งหัวกัดมีฟันมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งสามารถดึงวัสดุออกได้เร็วเท่านั้น ดังนั้น หัวกัดแบบ 4 ฟันสามารถขจัดวัสดุออกได้ในอัตราสองเท่าของหัวกัดแบบ 2 ฟัน

มุมเกลียว : ร่องของหัวกัดมักจะเป็นเกลียวเสมอ หากฟันตรง ฟันทั้งซี่จะกระทบกับวัสดุในคราวเดียว ทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ความแม่นยำและคุณภาพพื้นผิวลดลง การตั้งร่องฟันให้เป็นมุมช่วยให้ฟันเข้าสู่วัสดุได้ทีละน้อย ช่วยลดการสั่นสะท้าน โดยทั่วไป หัวกัดเก็บผิวละเอียดจะมีมุมคายที่สูงกว่า (เกลียวที่แน่นกว่า) เพื่อให้ผิวงานดีกว่า

การตัดตรงกลาง : หัวกัดบางรุ่นสามารถเจาะวัสดุได้โดยตรง (พุ่งลง) ในขณะที่บางรุ่นไม่สามารถทำได้ เนื่องจากฟันของใบมีดบางตัวไม่ได้ไปจนสุดถึงกึ่งกลางของใบเลื่อย อย่างไรก็ตาม หัวกัดเหล่านี้สามารถตัดลงที่มุม 45 องศาหรือมากกว่านั้นได้

การกัดหยาบหรือการเก็บผิวละเอียด : หัวกัดประเภทต่างๆ มีให้สำหรับการตัดวัสดุจำนวนมากออกไป ปล่อยให้ผิวสำเร็จไม่ดี (หยาบ) หรือขจัดวัสดุจำนวนน้อยลง แต่ยังคงสภาพผิวสำเร็จ (การเก็บผิวสำเร็จ) ไว้ได้ดี หัวกัดหยาบอาจมีฟันเลื่อยสำหรับการแยกเศษวัสดุออกเป็นชิ้นเล็กๆ ฟันเหล่านี้ทิ้งพื้นผิวที่ขรุขระไว้เบื้องหลัง หัวกัดเก็บผิวละเอียดอาจมีฟันจำนวนมาก (4 ซี่ขึ้นไป) สำหรับการนำวัสดุออกอย่างระมัดระวัง อย่างไรก็ตาม ขลุ่ยจำนวนมากทำให้มีที่ว่างเพียงเล็กน้อยสำหรับการกำจัดเศษอย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงไม่เหมาะที่จะกำจัดวัสดุจำนวนมาก

การเคลือบผิว : การเคลือบเครื่องมือที่เหมาะสมสามารถมีอิทธิพลอย่างมากต่อกระบวนการตัด โดยการเพิ่มความเร็วตัดและอายุการใช้งานของเครื่องมือ และปรับปรุงผิวสำเร็จ เพชรคริสตัลไลน์ (PCD) เป็นสารเคลือบแข็งพิเศษที่ใช้กับหัวกัดที่ต้องทนต่อการเสียดสีสูง เครื่องมือเคลือบ PCD อาจมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเครื่องมือที่ไม่เคลือบผิวถึง 100 เท่า อย่างไรก็ตาม การเคลือบไม่สามารถใช้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 องศาเซลเซียส หรือบนโลหะที่เป็นเหล็กได้ เครื่องมือสำหรับการตัดเฉือนอะลูมิเนียมบางครั้งได้รับการเคลือบ TiAlN อลูมิเนียมเป็นโลหะที่ค่อนข้างเหนียว และสามารถเชื่อมตัวเองเข้ากับฟันของเครื่องมือได้ ทำให้ดูทื่อ อย่างไรก็ตาม มีแนวโน้มว่าจะไม่ติด TiAlN ทำให้เครื่องมือนี้สามารถใช้งานได้นานขึ้นในอะลูมิเนียม

ด้าม : ด้ามคือส่วนทรงกระบอก (ไม่มีร่อง) ของเครื่องมือ ซึ่งใช้สำหรับจับและจัดตำแหน่งในด้ามเครื่องมือ ด้ามอาจกลมอย่างสมบูรณ์และยึดไว้โดยแรงเสียดทาน หรืออาจมี Weldon Flat ซึ่งสกรูชุดหรือที่เรียกว่าสกรูด้วงทำการสัมผัสเพื่อเพิ่มแรงบิดโดยที่เครื่องมือไม่ลื่นไถล เส้นผ่านศูนย์กลางอาจแตกต่างจากเส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนตัดของเครื่องมือ เพื่อให้สามารถจับยึดได้โดยตัวจับยึดเครื่องมือมาตรฐาน ความยาวของด้ามอาจมีหลายขนาดเช่นกัน โดยมีด้ามที่ค่อนข้างสั้น (ประมาณ 1.5 เท่า เส้นผ่านศูนย์กลาง) เรียกว่า "ต้นขั้ว" ยาว (เส้นผ่านศูนย์กลาง 5x) ยาวพิเศษ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 8x) และยาวพิเศษ (เส้นผ่าศูนย์กลาง 12x)

2 ชนิดของดอกกัด

2.1 End mill

http://www.carbide.mht.co.th/

2.2 Roughing end mill

2.3 Ball cutter

2.4 Slab mill

2.5 Side-and-face cutter

2.6 Involute gear cutter

2.7 Hob

2.8 Thread mill

https://www.cnccookbook.com/threadmills-and-thread-milling-speeds-feeds/

2.9 Face mill

2.10 Fly cutter

2.11 Woodruff cutter

2.12 Hollow mill

2.13 Dovetail cutter

2.14 Shell mill

2.14.1 Modular principle

2.14.2 Mounting methods

https://www.sumitool.com/en/products/cutting-tools/milling-cutters/wex.html

3 การใช้งาน milling cutter

3.1 Chip formation

แม้ว่าจะมีหัวกัดหลากหลายประเภท แต่การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการก่อตัวของเศษเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งานประเภทใดประเภทหนึ่ง ในขณะที่หัวกัดหมุน วัสดุที่จะตัดจะถูกป้อนเข้าไป และฟันแต่ละซี่ของหัวกัดจะตัดเศษวัสดุเล็กๆ ออกไป การได้มาซึ่งขนาดชิปที่ถูกต้องมีความสำคัญอย่างยิ่ง ขนาดของชิปนี้ขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายตัว

ความเร็วรอบของการกัดงาน (Spindle Speed (S))

ความเร็วในการหมุนของเครื่องมือ และวัดเป็นรอบต่อนาที (รอบต่อนาที) ค่าทั่วไปมีตั้งแต่หลายร้อยรอบต่อนาที ไปจนถึงหลายหมื่นรอบต่อนาที

เส้นผ่านศูนย์กลางของ EndMill (D)

จำนวนฟัน (z)

อัตราป้อนงานต่อฟัน (Fz)

นี่คือระยะทางที่วัสดุถูกป้อนเข้าไปในเครื่องตัดเมื่อฟันแต่ละซี่หมุน ค่านี้คือขนาดของฟันที่ลึกที่สุดที่จะทำ ค่าทั่วไปอาจเป็น 0.1 มม./ฟันตัด หรือ 1 มม./ฟันตัด

อัตราการป้อน (F)

นี่คือความเร็วที่วัสดุถูกป้อนเข้าไปในเครื่องตัด ค่าทั่วไปอยู่ระหว่าง 20 มม./นาที ถึง 5000 มม./นาที

ความลึกของการตัด

นี่คือความลึกของเครื่องมือที่อยู่ใต้พื้นผิวของวัสดุที่กำลังตัด (ไม่แสดงในแผนภาพ) นี่จะเป็นความสูงของชิปที่ผลิต โดยทั่วไป ความลึกของการตัดจะน้อยกว่าหรือเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องมือตัด

ช่างเครื่องต้องการสามค่า: S, F และ Depth เมื่อตัดสินใจว่าจะตัดวัสดุใหม่ด้วยเครื่องมือใหม่อย่างไร อย่างไรก็ตาม เขาอาจจะได้รับค่า Vc และ Fz จากผู้ผลิตเครื่องมือ S และ F สามารถคำนวณได้จาก:

Spindle Speed	Feed rate
${\displaystyle S={\frac {V_{c}}{\pi D}}\,}$	${\displaystyle F=zSF_{z}\,}$
Looking at the formula for the spindle speed, S, it can be seen that larger tools require lower spindle speeds, while small tools may be able to go at high speeds.	The formula for the feed rate, F shows that increasing S or z gives a higher feed rate. Therefore, machinists may choose a tool with the highest number of teeth that can still cope with the swarf load.

3.2 การกัดธรรมดากับการกัดไต่ (ClimbConventional milling versus climb milling)

 

หัวกัดสามารถตัดได้สองทิศทาง ซึ่งบางครั้งเรียกว่าแบบธรรมดาหรือขึ้นและลงหรือลง

การกัดแบบธรรมดา (ซ้าย): ความหนาของเศษเริ่มที่ความหนาเป็นศูนย์ และเพิ่มได้สูงสุด การตัดนั้นเบามากในตอนเริ่มต้น โดยที่เครื่องมือจะไม่ตัด แต่จะเลื่อนผ่านพื้นผิวของวัสดุ จนกว่าจะสร้างแรงดันเพียงพอ และฟันก็กัดและเริ่มตัดทันที ซึ่งจะทำให้วัสดุเปลี่ยนรูป (ที่จุด A บนแผนภาพ ด้านซ้าย) ทำให้แข็งตัว และทำให้เครื่องมือทื่อ ลักษณะการเลื่อนและการกัดทำให้พื้นผิวของวัสดุไม่ดี

งานกัดไต่เขา (ขวา): ฟันแต่ละซี่ยึดวัสดุไว้ที่จุดที่แน่นอน และความกว้างของการตัดเริ่มต้นที่สูงสุดและลดลงเป็นศูนย์ เศษถูกทิ้งอยู่ด้านหลังหัวกัด ซึ่งช่วยให้กำจัดเศษผงได้ง่ายขึ้น ฟันไม่เสียดสีกับวัสดุ ดังนั้นอายุการใช้งานของเครื่องมือจึงอาจยาวนานขึ้น อย่างไรก็ตาม การกัดไต่เขาสามารถรับน้ำหนักเครื่องจักรได้มากขึ้น ดังนั้นจึงไม่แนะนำสำหรับเครื่องกัดรุ่นเก่าหรือเครื่องจักรที่อยู่ในสภาพไม่ดี การกัดประเภทนี้ส่วนใหญ่จะใช้กับโรงสีที่มีเครื่องกำจัดฟันเฟือง

3.3 Cutter location (cutter radius compensation)

ตำแหน่งหัวกัดเป็นหัวข้อของตำแหน่งที่จะวางหัวกัดเพื่อให้ได้รูปร่างที่ต้องการ (รูปทรง) ของชิ้นงาน เนื่องจากขนาดของหัวกัดไม่เป็นศูนย์ ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดคือการชดเชยรัศมีหัวกัด (CRC) สำหรับดอกกัด โดยที่เส้นกึ่งกลางของเครื่องมือจะถูกชดเชยจากตำแหน่งเป้าหมายด้วยเวกเตอร์ที่มีระยะห่างเท่ากับรัศมีของหัวกัดและทิศทางที่ควบคุมโดยด้านซ้าย/ขวา การไต่ระดับ /ธรรมดา ความแตกต่างขึ้น/ลง ในการใช้งาน G-code ส่วนใหญ่ G40 ถึง G42 ที่ควบคุม CRC (ยกเลิก G40, G41 ซ้าย/ปีน, G42 ขวา/ธรรมดา) ค่ารัศมีสำหรับแต่ละเครื่องมือจะถูกป้อนลงในออฟเซ็ตรีจิสเตอร์โดยผู้ปฏิบัติงานหรือช่างเครื่อง CNC ซึ่งจะปรับแต่งค่าเหล่านี้ระหว่างการผลิตเพื่อให้ขนาดสำเร็จรูปอยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ ตำแหน่งหัวกัดสำหรับการกัดขอบภาพ 3 มิติในการกัด 3-, 4- หรือ 5 แกนด้วยดอกเอ็นมิลล์บอลนั้นจัดการได้อย่างง่ายดายโดยซอฟต์แวร์ CAM มากกว่าการตั้งโปรแกรมด้วยตนเอง โดยทั่วไปแล้ว เอาต์พุตเวคเตอร์ CAM จะถูกประมวลผลภายหลังเป็น G-code โดยโปรแกรมตัวประมวลผลภายหลังที่ได้รับการปรับแต่งให้เหมาะกับรูปแบบการควบคุม CNC โดยเฉพาะ ตัวควบคุม CNC รุ่นล่าสุดบางตัวยอมรับเอาต์พุตเวกเตอร์โดยตรง และทำการแปลไปยังอินพุตของเซอร์โวเองภายใน

3.4 การกำจัดเศษผง

คุณภาพที่สำคัญอีกประการหนึ่งของหัวกัดที่ต้องพิจารณาคือความสามารถในการจัดการกับเศษผงที่เกิดจากกระบวนการตัด หากไม่กำจัดเศษไม้ออกเร็วเท่ากับที่ผลิต ร่องจะอุดตันและป้องกันการตัดเครื่องมืออย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือน เครื่องมือสึกหรอ และความร้อนสูงเกินไป มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อการกำจัดเศษ ซึ่งรวมถึงความลึกและมุมของร่องฟัน ขนาดและรูปร่างของเศษ การไหลของน้ำหล่อเย็น และวัสดุโดยรอบ การคาดการณ์อาจทำได้ยาก แต่ช่างเครื่องที่ดีจะคอยระวังการสะสมของเศษผง และปรับสภาพการกัดหากสังเกตพบ

4 การเลือกใช้งาน milling cutter

การเลือกหัวกัดไม่ใช่เรื่องง่าย มีตัวแปร ความคิดเห็น และตำนานมากมายที่ต้องพิจารณา แต่โดยพื้นฐานแล้ว ช่างเครื่องกำลังพยายามเลือกเครื่องมือที่จะตัดวัสดุให้ตรงตามข้อกำหนดที่กำหนดโดยมีค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด ต้นทุนของงานคือการรวมกันของราคาของเครื่องมือ เวลาที่ใช้โดยเครื่องกัด และเวลาที่ใช้โดยช่างเครื่อง บ่อยครั้งสำหรับงานที่มีชิ้นส่วนจำนวนมากและระยะเวลาในการตัดเฉือนเป็นเวลาหลายวัน ต้นทุนของเครื่องมือจะต่ำที่สุดในสามต้นทุน

วัสดุ: หัวกัดเหล็กกล้าความเร็วสูง (HSS) เป็นหัวกัดที่มีราคาถูกที่สุดและมีอายุการใช้งานสั้นที่สุด เหล็กกล้าความเร็วสูงที่มีลูกปืนโคบอลต์โดยทั่วไปสามารถทำงานได้เร็วกว่าเหล็กกล้าความเร็วสูงทั่วไปถึง 10% เครื่องมือซีเมนต์คาร์ไบด์มีราคาแพงกว่าเหล็กกล้า แต่มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า และสามารถวิ่งได้เร็วกว่ามาก ดังนั้นพิสูจน์ว่าประหยัดกว่าในระยะยาว เครื่องมือ HSS เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานหลายประเภท ความก้าวหน้าจาก HSS ปกติเป็นโคบอลต์ HSS ไปเป็นคาร์ไบด์ถือได้ว่าดีมาก ดียิ่งขึ้น และดีที่สุด การใช้แกนหมุนความเร็วสูงอาจทำให้ไม่สามารถใช้ HSS ได้ทั้งหมด

เส้นผ่านศูนย์กลาง: เครื่องมือขนาดใหญ่สามารถขจัดวัสดุได้เร็วกว่าเครื่องมือขนาดเล็ก ดังนั้นจึงมักเลือกหัวกัดที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งพอดีกับงาน เมื่อกัดรูปร่างภายในหรือเว้ารูปร่างเว้า เส้นผ่านศูนย์กลางจะถูกจำกัดด้วยขนาดของเส้นโค้งภายใน รัศมีของใบมีดต้องน้อยกว่าหรือเท่ากับรัศมีของส่วนโค้งที่เล็กที่สุด

ขลุ่ย: ขลุ่ยจำนวนมากขึ้นช่วยให้มีอัตราการป้อนสูงขึ้น เนื่องจากมีการนำวัสดุออกต่อฟันผุน้อยลง แต่เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางแกนเพิ่มขึ้น จึงมีที่ว่างสำหรับเศษไม้น้อยลง จึงต้องเลือกเครื่องชั่ง

การเคลือบผิว: การเคลือบผิว เช่น ไททาเนียมไนไตรด์ ยังเพิ่มต้นทุนเริ่มต้น แต่ลดการสึกหรอและเพิ่มอายุการใช้งานของเครื่องมือ การเคลือบ TiAlN ช่วยลดการเกาะติดของอะลูมิเนียมกับเครื่องมือ ลดและไม่จำเป็นต้องหล่อลื่นในบางครั้ง

มุมเกลียว: มุมเกลียวสูงมักจะดีที่สุดสำหรับโลหะอ่อน และมุมเกลียวต่ำสำหรับโลหะแข็งหรือโลหะเหนียว

Ref : https://en.wikipedia.org/wiki/Milling_cutter
      : http://www.carbide.mht.co.th/

เทคนิคการลับดอกกัด แบบ ต่าง ๆ