ประมาณรอบเวลาจากโปรแกรม NC ให้แม่น — ทำไมความยาวหารอัตราป้อนจึงได้เวลาสั้นเกินไป และวิธีสอบเทียบกับเครื่องจริง

การเสนอราคา การวางแผนการผลิต และการเลือกว่าจะทำงานบนเครื่องใด ล้วนเริ่มจาก รอบเวลา (Cycle time) คือเวลาตั้งแต่กด Cycle start จนโปรแกรมจบหนึ่งรอบ วิธีที่ใช้กันบ่อยที่สุดคือรวมความยาวของการเดินตัดแล้วหารด้วยอัตราป้อน F ซึ่งเร็วและง่าย แต่ ได้เวลาสั้นกว่าเวลาจริงเสมอ บางโปรแกรมสั้นกว่าเพียงเล็กน้อย บางโปรแกรมสั้นกว่าหลายสิบเปอร์เซ็นต์ บทความนี้อธิบายว่าเวลาหายไปที่ใด ข้อมูลเครื่องที่ต้องใช้ วิธีประมาณด้วย Backplot ที่รวมการเร่งและลดความเร็วของแกน และวิธีที่ทำให้ตัวเลขแม่นจริง คือ สอบเทียบกับรอบเวลาที่วัดจากเครื่อง ตัวอย่างตลอดบทความใช้โปรแกรม O5001 ซึ่งเป็นงานกัดบน Machining center ที่ใช้เครื่องมือ 8 ตัว

ทำไมความยาวหาร F จึงได้เวลาสั้นเกินไป

การหารความยาวด้วย F ถือว่าเครื่องเดินที่ความเร็ว F เต็มที่ตั้งแต่ต้นจนจบทุกบรรทัด และไม่มีอะไรเกิดขึ้นระหว่างบรรทัด เครื่องจริงไม่ได้เป็นเช่นนั้น

เวลาที่หายไป	สาเหตุ
การเร่งและลดความเร็ว	ทุกการเคลื่อนที่เริ่มจากความเร็วต่ำและต้องชะลอก่อนหยุด บรรทัดเดินสั้นจึงไม่เคยถึงความเร็ว F
มุมและส่วนโค้งรัศมีเล็ก	ชุดควบคุมต้องลดความเร็วเพื่อให้แนวการเดินอยู่บนเส้นทางที่กำหนด ตามที่อธิบายในบทที่ 24
บรรทัดเดินสั้นจำนวนมากจาก CAM	ชุดควบคุมประมวลผลได้จำนวนบรรทัดต่อวินาทีจำกัด และช้าลงอีกมากเมื่อส่งโปรแกรมทาง RS-232
การเคลื่อนที่เร็ว	ไม่ได้เกิดขึ้นทันที แต่ละแกนมีความเร็วเคลื่อนที่เร็วและอัตราเร่งของตัวเอง
การเปลี่ยนเครื่องมือ	ถอยแกน Z หยุดสปินเดิล เปลี่ยนเครื่องมือ เริ่มหมุนใหม่ แล้วเข้าหาชิ้นงาน ใช้เวลาหลายวินาทีต่อครั้ง
สปินเดิลเริ่มหมุนและเปลี่ยนรอบ	M03 M05 และการเปลี่ยนรอบสูงเครื่องต้องรอให้สปินเดิลถึงรอบก่อน
รหัส M ที่ต้องรอผล	น้ำหล่อเย็น การจับและปล่อยชิ้นงาน การเปลี่ยนพาเลต การวัดด้วยโพรบ
หยุดรอและเจาะเป็นช่วง	G04 และการถอยของ G83 G73
G96 บนเครื่องกลึง	อัตราป้อนเป็นมม./รอบ เวลาจึงขึ้นกับความเร็วรอบที่เปลี่ยนตามเส้นผ่านศูนย์กลาง และถูกจำกัดด้วย G50 S
การกลึงเกลียว	เดินตามความเร็วรอบของสปินเดิล ไม่ใช่ตาม F

โปรแกรมกัดหยาบที่มีการเดินตัดยาวๆ และเครื่องมือไม่กี่ตัว จะคลาดเคลื่อนจากเวลาจริงไม่มาก แต่โปรแกรมเก็บผิวจาก CAM ที่มีบรรทัดเดินสั้นหลายพันบรรทัด หรือโปรแกรมที่เปลี่ยนเครื่องมือบ่อย อาจคลาดเคลื่อนได้หลายสิบเปอร์เซ็นต์ รายละเอียดของกรณีหลังอยู่ในบทความโปรแกรมจาก CAM เดินช้ากว่าที่ประเมิน

รอบเวลาประกอบด้วยอะไร

รอบเวลาแยกได้เป็นสี่ส่วน

รอบเวลา = เวลาตัด + เวลาเคลื่อนที่เร็ว + เวลาเปลี่ยนเครื่องมือ + เวลาหยุดรอ

• เวลาตัด คือการเดินตัด G01 G02 G03 และคำสั่งสำเร็จรูป รวมการเร่งและลดความเร็ว
• เวลาเคลื่อนที่เร็ว คือ G00 ทั้งหมด รวมการเข้าหาและถอยออกจากชิ้นงาน
• เวลาเปลี่ยนเครื่องมือ ให้นับเป็น เวลาจากคมถึงคม (Chip-to-chip time) คือตั้งแต่เครื่องมือตัวก่อนหยุดตัด จนเครื่องมือตัวใหม่เริ่มตัด ซึ่งรวมการถอยแกน Z การเบรกหยุดสปินเดิลและจัดมุมล็อกแกน (Spindle orientation: M19) การปลดและล็อกพูลสตั๊ด การเร่งรอบสปินเดิลใหม่ และการเดินเร็วกลับลงมาที่ผิวงาน เวลาจริงจึงอยู่ที่ 5 ถึง 10 วินาที ไม่ใช่เวลาสลับเครื่องมือของแขนกล ATC ล้วนๆ (Tool-to-tool time) ที่แค็ตตาล็อกโฆษณาไว้เพียง 1–2 วินาที
• เวลาหยุดรอ คือ G04 และรหัส M ที่ต้องรอผล เช่น การฉีดน้ำหล่อเย็น หรือการรอสัญญาณความดันไฮดรอลิกยืนยันการจับยึด

เวลาต่อชิ้นที่ใช้เสนอราคายังต้องบวกเวลาที่ไม่อยู่ในโปรแกรมอีก ซึ่งอธิบายในหัวข้อท้ายบทความ

ข้อมูลเครื่องที่ต้องใช้

ข้อมูล	หาได้จาก	หมายเหตุ
ความเร็วเคลื่อนที่เร็วของแต่ละแกน	สเปกของเครื่อง เป็นม./นาที	แกน Z มักช้ากว่าแกน X Y
อัตราเร่งของแต่ละแกน	สเปกของเครื่อง บางรายระบุเป็น G (1 G = 9.81 ม./วินาที²)	ถ้าไม่มี ให้เริ่มจากค่าประมาณแล้วปรับตอนสอบเทียบ เครื่องกัดทั่วไปมักอยู่ในช่วงประมาณ 1 ถึง 5 ม./วินาที²
เวลาเปลี่ยนเครื่องมือจากคมถึงคม	จับเวลาที่เครื่องจริง	ใช้นาฬิกาจับเวลา จับตั้งแต่เครื่องมือตัวก่อนออกจากชิ้นงาน จนเครื่องมือตัวใหม่เริ่มตัด เฉลี่ยจากหลายครั้ง

ข้อมูลชุดนี้เป็นของเครื่องแต่ละเครื่อง เครื่องสองเครื่องที่เดินโปรแกรมเดียวกันอาจใช้เวลาต่างกันมาก เพราะอัตราเร่งและความเร็วในการเปลี่ยนเครื่องมือต่างกัน จึงควรเก็บไว้เป็นชุดประจำเครื่อง

ประมาณด้วย Backplot

เครื่องมือ Backplot และแปลงโปรแกรม NC เป็น DXF อ่านโปรแกรมแล้วคำนวณ เวลาโดยประมาณ ทั้งโปรแกรมและแยกตามเครื่องมือ

1. วางโปรแกรมลงในช่องโปรแกรม แล้วตรวจเส้นทางที่วาดให้ตรงกับที่ตั้งใจ
2. ใส่ข้อมูลเครื่องในช่อง เคลื่อนที่เร็ว (ม./นาที) และ อัตราเร่ง (ม./วินาที²) ของแต่ละแกน และ เปลี่ยนเครื่องมือ (วินาที) ตามตารางข้างต้น
3. อ่าน เวลาโดยประมาณ และเวลาของเครื่องมือแต่ละตัวในตารางเครื่องมือ
4. อ่านหมายเหตุใต้ผล เช่น การเดินตัดที่ไม่มีค่า F หรือช่วงที่ความเร็วรอบตาม G96 ถูกจำกัดด้วย G50 S

เมื่อใส่อัตราเร่ง เครื่องมือจะคำนวณการเร่งและลดความเร็วของแต่ละการเคลื่อนที่ ลดความเร็วที่มุมตามมุมเลี้ยว และวางแผนความเร็วไปข้างหน้าและย้อนกลับตลอดช่วงการเดินตัดต่อเนื่อง การคำนวณไปข้างหน้าหาว่าเร่งจากจุดเริ่มได้เร็วที่สุดเท่าใด ส่วนการคำนวณย้อนกลับเริ่มจากจุดที่ต้องช้าลง เช่น มุม ส่วนโค้งเล็ก หรือจุดหยุด แล้วไล่ย้อนหาว่าบรรทัดก่อนหน้าเร็วได้ไม่เกินเท่าใดจึงยังชะลอทัน เพราะเครื่องต้องเริ่มชะลอก่อนถึงจุดนั้น เช่น ที่ F2000 (ประมาณ 33 มม./วินาที) และอัตราลดความเร็ว 500 มม./วินาที² ต้องใช้ระยะชะลอราว 1.1 มม. ถ้าระยะเคลื่อนที่ต่อบรรทัดเป็น 0.1 มม. เครื่องต้องเริ่มชะลอล่วงหน้าราว 11 บรรทัด ความเร็วที่ใช้ในแต่ละจุดคือค่าที่ต่ำกว่าของผลทั้งสอง บรรทัดเดินสั้นและส่วนโค้งรัศมีเล็กจึงช้าลงเองเหมือนเครื่องจริง ถ้าใส่อัตราเร่งเป็น 0 ทุกแกน ผลที่ได้จะเท่ากับการหารความยาวด้วย F บวกเวลาเคลื่อนที่เร็วและเปลี่ยนเครื่องมือ ซึ่งใช้เป็นค่าต่ำสุดได้

สิ่งที่เครื่องมือนี้ไม่ได้คำนวณคือ เวลาที่ชุดควบคุมใช้ประมวลผลแต่ละบรรทัด และ การรอรหัส M เพราะขึ้นกับรุ่นและพารามิเตอร์ของชุดควบคุม ซึ่งผู้ใช้ส่วนใหญ่ไม่รู้ค่า เวลาสองส่วนนี้จะถูกรวมไว้ในตัวคูณจากการสอบเทียบในหัวข้อถัดไป ถ้าโปรแกรมมีการเดินตัดเส้นตรงสั้นมากจำนวนมาก เครื่องมือจะแสดงหมายเหตุเตือนว่าเวลาจริงอาจนานกว่าที่ประมาณไว้มาก ซึ่งมักเป็นโปรแกรมเก็บผิวจาก CAM

สอบเทียบกับเครื่องจริง

ตัวเลขจากการคำนวณจะแม่นจริงเมื่อเทียบกับเวลาที่วัดได้จากเครื่องอย่างน้อยหนึ่งครั้ง ขั้นตอนมีดังนี้

1. วัดรอบเวลาจริง จากชิ้นงานที่เดินต่อเนื่องโดยไม่หยุด ไม่ใช่ชิ้นแรกที่เดินทีละบรรทัด ตามที่กล่าวในขั้นปล่อยงานผลิตของบทที่ 21 อ่านค่า CYCLE TIME บนหน้าจอแสดงตำแหน่ง ซึ่งชุดควบคุมจับเวลาให้เองทุกรอบ
2. ตรวจว่าปุ่มปรับความเร็วอยู่ที่ 100% ทั้ง Rapid override และ Feedrate override ถ้าไม่ใช่ เวลาที่วัดได้ใช้สอบเทียบไม่ได้
3. ปรับข้อมูลเครื่องก่อน ถ้าเวลาของเครื่องมือบางตัวคลาดเคลื่อนมากผิดปกติ ให้ดูว่าเกิดจากข้อมูลใด เช่น เวลาเปลี่ยนเครื่องมือที่สั้นเกินไปจะทำให้ทุกเครื่องมือคลาดเคลื่อนเท่าๆ กัน ส่วนอัตราเร่งที่สูงเกินไปจะทำให้เครื่องมือที่มีบรรทัดเดินสั้นมากคลาดเคลื่อนมากกว่าตัวอื่น
4. หาตัวคูณจากส่วนที่เหลือ หารเวลาจริงด้วยเวลาที่ประมาณได้ แล้วใช้ตัวคูณนี้กับโปรแกรมถัดไปบนเครื่องเดียวกัน

ตัวอย่าง

โปรแกรม O5001 บนเครื่องกัดแนวตั้งเครื่องหนึ่ง ซึ่งจับเวลาเปลี่ยนเครื่องมือจากคมถึงคมได้เฉลี่ย 6 วินาที

วิธี	เวลา
ความยาวหาร F บวกเคลื่อนที่เร็วและเปลี่ยนเครื่องมือ (อัตราเร่ง 0)	6:40
Backplot รวมอัตราเร่ง 2.5 ม./วินาที²	7:50
CYCLE TIME ที่วัดได้จากเครื่อง ปุ่มปรับความเร็ว 100%	8:35

ตัวคูณของเครื่องนี้คือ 8:35 / 7:50 = 515 / 470 วินาที ≈ 1.10 เมื่อโปรแกรมถัดไป O5002 ประมาณได้ 12:10 (730 วินาที) รอบเวลาที่ควรใช้วางแผนคือ 730 × 1.10 ≈ 803 วินาที หรือประมาณ 13:20 สังเกตว่าใน O5001 การหารความยาวด้วย F อย่างเดียวได้ 6:40 ซึ่งสั้นกว่าเวลาจริงถึงประมาณ 22%

ตัวคูณนี้ใช้ได้ดีกับโปรแกรมที่มีลักษณะใกล้เคียงกัน โปรแกรมกัดหยาบที่เดินตัดยาวกับโปรแกรมเก็บผิวจาก CAM ที่มีบรรทัดเดินสั้นหลายพันบรรทัด ควรมีตัวคูณแยกกัน เพราะสัดส่วนของเวลาที่เครื่องมือไม่ได้คำนวณต่างกันมาก เมื่อสอบเทียบไว้หลายโปรแกรม ตัวคูณของเครื่องเดียวกันจะนิ่ง และการประมาณจะคลาดเคลื่อนจากเวลาจริงเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์

เวลาที่ไม่อยู่ในโปรแกรม

รอบเวลาเป็นเพียงส่วนหนึ่งของ เวลาต่อชิ้น ที่ใช้เสนอราคาและวางแผน งานหลายงานใช้เวลานอกโปรแกรมมากกว่าเวลาในโปรแกรมเสียอีก

• ยกชิ้นงานเข้าและออก รวมการทำความสะอาดปากกาจับหรือฟิกซ์เจอร์ และการเป่าเศษ
• วัดชิ้นงาน ทั้งการวัดระหว่างผลิตทุกชิ้นหรือทุกรอบที่กำหนด และการตรวจชิ้นแรก
• งานหลังตัดเฉือน เช่น ลบคม ที่ทำโดยผู้ปฏิบัติงานคนเดียวกัน
• เปลี่ยนเครื่องมือที่สึก หารเวลาเปลี่ยนและตั้งค่าด้วยจำนวนชิ้นต่ออายุเครื่องมือ
• ตั้งเครื่อง หารเวลาตั้งเครื่องด้วยจำนวนชิ้นของงานนั้น เวลาตั้งเครื่องเกือบเท่าเดิมไม่ว่าจะผลิตกี่ชิ้น เพราะต้องโหลดโปรแกรม ติดตั้งฟิกซ์เจอร์ วัดเครื่องมือ หาจุดศูนย์ชิ้นงาน และตรวจชิ้นแรกเหมือนกัน งานล็อตเล็กจึงมีเวลาส่วนนี้ต่อชิ้นสูงมาก เช่น ตั้งเครื่อง 2 ชั่วโมง ถ้าผลิต 10 ชิ้นจะตกชิ้นละ 12 นาที ถ้าผลิต 1,000 ชิ้นจะเหลือชิ้นละ 7.2 วินาที เวลาตั้งเครื่องของงานล็อตเล็กจึงอาจมากกว่ารอบเวลาเสียอีก

ในตัวอย่าง ถ้ายกชิ้นงานเข้าออก 1:30 และวัดชิ้นงาน 0:45 ทุกชิ้น เวลาต่อชิ้นของ O5002 คือ 13:20 + 1:30 + 0:45 = 15:35 ยังไม่นับเวลาตั้งเครื่อง ยกเว้นงานที่ผู้ปฏิบัติงานยกชิ้นงานและวัดขณะที่เครื่องตัดอีกชิ้นหนึ่งอยู่ เช่น งานสองปากกาหรือเครื่องที่มีพาเลตสองชุด เวลาส่วนนั้นจะซ้อนกับรอบเวลาและไม่ต้องบวกเพิ่ม

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

อาการ	สาเหตุที่เป็นไปได้	วิธีแก้
เวลาจริงนานกว่าที่ประมาณทุกโปรแกรมในสัดส่วนใกล้เคียงกัน	ยังไม่ได้สอบเทียบ หรืออัตราเร่งที่ใส่สูงกว่าเครื่องจริง	หาตัวคูณประจำเครื่องจากโปรแกรมที่วัดเวลาได้
โปรแกรมที่เปลี่ยนเครื่องมือบ่อยคลาดเคลื่อนมากกว่าโปรแกรมอื่น	ใช้เวลาสลับเครื่องมือของ ATC แทนเวลาจากคมถึงคม	จับเวลาจากคมถึงคมที่เครื่องจริงแล้วใส่ใหม่
โปรแกรมเก็บผิวจาก CAM คลาดเคลื่อนมากกว่าโปรแกรมอื่นมาก	บรรทัดเดินสั้นจำนวนมาก ชุดควบคุมประมวลผลไม่ทัน	ใช้ตัวคูณแยกสำหรับโปรแกรมประเภทนี้ และดูวิธีลดเวลาในโปรแกรมจาก CAM เดินช้ากว่าที่ประเมิน
เวลาที่วัดได้แต่ละครั้งไม่เท่ากัน	ปุ่มปรับความเร็วไม่อยู่ที่ 100% หรือวัดจากชิ้นที่เดินทีละบรรทัด	วัดจากชิ้นที่เดินต่อเนื่อง ปุ่มปรับความเร็ว 100%
งานกลึงคลาดเคลื่อนมากในช่วงปาดหน้า	ความเร็วรอบตาม G96 ถูกจำกัดด้วย G50 S แต่ใส่ค่าในการประมาณไม่ตรงกับโปรแกรม	ตรวจว่าโปรแกรมมี G50 S และอ่านหมายเหตุของเครื่องมือประมาณเวลา
เวลาต่อชิ้นจริงนานกว่าที่เสนอราคาไว้มาก แม้รอบเวลาจะตรง	ไม่ได้นับเวลาที่ไม่อยู่ในโปรแกรม	บวกเวลายกชิ้นงาน วัดชิ้นงาน ลบคม และเวลาตั้งเครื่องต่อชิ้น

สรุป

• การหารความยาวด้วย F ได้เวลาสั้นกว่าเวลาจริงเสมอ เพราะไม่นับการเร่งและลดความเร็ว การชะลอที่มุม บรรทัดเดินสั้น การเปลี่ยนเครื่องมือ และการรอรหัส M ใช้ได้เพียงเป็นค่าต่ำสุด
• ข้อมูลเครื่องที่ต้องใช้คือความเร็วเคลื่อนที่เร็วและอัตราเร่งของแต่ละแกน และ เวลาเปลี่ยนเครื่องมือจากคมถึงคม ที่จับเวลาจากเครื่องจริง
• Backplot คำนวณเวลาโดยรวมการเร่งและลดความเร็ว แยกตามเครื่องมือ และเตือนเมื่อโปรแกรมมีการเดินตัดสั้นมากจำนวนมาก
• สอบเทียบกับ CYCLE TIME ของเครื่องจริง ที่ปุ่มปรับความเร็ว 100% แล้วใช้ตัวคูณประจำเครื่องกับโปรแกรมถัดไป แยกตัวคูณตามประเภทของโปรแกรม
• เวลาต่อชิ้นต้องบวกเวลาที่ไม่อยู่ในโปรแกรม คือการยกชิ้นงาน การวัด งานหลังตัดเฉือน และเวลาตั้งเครื่องต่อชิ้น