ระบุตำแหน่งชิ้นงานด้วยสลักสองตัว — ขนาดรู พิกัด และรายละเอียดหน้างาน

การวางชิ้นงานหนึ่งลงบนอีกชิ้นหนึ่งให้กลับมาอยู่ตำแหน่งเดิมทุกครั้งที่ถอดประกอบ เช่น ฝาครอบบนเสื้อเกียร์ แผ่นจับยึดบนฐานจิ๊ก หรือแม่พิมพ์บนโต๊ะเครื่อง นิยมใช้ สลักกำหนดตำแหน่ง (Dowel pin) สองตัว บทความนี้อธิบายว่าทำไมรูกลมพอดีสองรูจึงมักประกอบไม่ได้ วิธีแก้ที่ใช้กันจริง การเลือกชั้นพิกัดของรู การกำหนดตำแหน่งรูบนแบบงาน และรายละเอียดหน้างานที่ทำให้ระบบสลักสองตัวใช้งานได้จริง ตัวอย่างตลอดบทความใช้สลัก Ø8 m6 ระยะห่างระหว่างสลัก 120 มม.

สลักกับสกรูทำหน้าที่ต่างกัน

ชิ้นงานที่วางบนอีกชิ้นหนึ่งมีอิสระในการเคลื่อนที่หกทาง คือเลื่อนสามแกนและหมุนสามแกน ระบบสลักสองตัวล็อกอิสระทั้งหกทางดังนี้

1. ผิวสัมผัส (มักเป็น datum A) ล็อกการเลื่อนตั้งฉากกับผิวและการหมุนสองแกนที่ทำให้ชิ้นงานเอียง รวมสามทาง
2. สลักตัวแรก ล็อกการเลื่อนสองแกนในระนาบของผิว
3. สลักตัวที่สอง ล็อกการหมุนรอบสลักตัวแรก ซึ่งเป็นอิสระทางสุดท้าย

สลักมีหน้าที่ กำหนดตำแหน่ง เท่านั้น ส่วน สกรูมีหน้าที่ยึด ให้ผิวสัมผัสกดกันแน่น รูสกรูจึงต้องเป็นรูหลวมที่ใหญ่พอให้ก้านสกรูไม่แตะผนังรูในทุกตำแหน่งที่สลักยอมให้ชิ้นงานเคลื่อนได้ ถ้าก้านสกรูแตะผนังรู สกรูจะแย่งหน้าที่กำหนดตำแหน่งจากสลัก และชิ้นงานจะไม่กลับมาที่เดิม

ทำไมรูกลมพอดีสองรูจึงประกอบไม่ได้

สลักตัวที่สองต้องการล็อกเพียงการหมุน แต่ถ้ารูของสลักตัวที่สองเป็นรูกลม รูนั้นจะล็อกการเลื่อนตามแนวเส้นที่ลากผ่านสลักทั้งสองด้วย ซึ่งสลักตัวแรกล็อกไว้แล้ว สภาพนี้เรียกว่า บังคับเกิน (Over-constraint) ระยะห่างระหว่างรูบนชิ้นล่างกับชิ้นบนต้องเท่ากันภายในช่องว่างของการสวม ถ้าระยะห่างต่างกันมากกว่านั้น สลักตัวที่สองจะชนผนังรู

ตรวจได้ด้วยสูตร สลักยึดตายตัว (Fixed fastener) ซึ่งใช้กับสลักที่อัดแน่นอยู่ในชิ้นหนึ่งและสวมเข้ารูของอีกชิ้น

$$H - F \ge T_1 + T_2$$

เมื่อ $H$ คือขนาดรูเล็กสุดของชิ้นบน $F$ คือขนาดสลักใหญ่สุด $T_1$ และ $T_2$ คือค่าพิกัดตำแหน่งเชิงเส้นผ่านศูนย์กลางของรูบนชิ้นล่างและชิ้นบน ช่องว่างของการสวมต้องมากกว่าผลรวมของค่าพิกัดตำแหน่ง ตัวอย่างเช่น

• รู Ø8 F7 กับสลัก Ø8 m6 $H - F = 8.013 - 8.015 = -0.002$ มม. ติดลบ ไม่มีค่าพิกัดตำแหน่งเหลือให้เลย แม้รูทั้งสองชิ้นจะอยู่ตำแหน่งตรงตามแบบทุกประการ คู่ที่รูเล็กสุดกับสลักใหญ่สุดก็ยังคับ
• รู Ø8 E7 กับสลัก Ø8 m6 $H - F = 8.025 - 8.015 = 0.010$ มม. ต้องแบ่งให้ $T_1 + T_2 \le 0.010$ เช่น ตำแหน่ง Ø0.005 ทั้งสองชิ้น ซึ่งเป็นงานระดับเครื่องเจาะคว้านจิ๊ก (Jig borer) และแลกกับช่องว่างที่ทำให้ตำแหน่งคลอนได้ถึง 0.034 มม.

ในทางปฏิบัติจึงไม่ใช้รูกลมพอดีสองรู แต่เลือกทางใดทางหนึ่งต่อไปนี้

วิธี	ข้อดี	ข้อเสีย
รูกลม + ร่องยาว	บังคับพอดี รับความคลาดเคลื่อนของระยะห่างได้มาก สลักเป็นสลักกลมมาตรฐานทั้งสองตัว	ทำร่องให้ความกว้างแม่นยำระดับ IT7 ยากกว่ารูที่คว้านด้วยรีมเมอร์
สลักกลม + สลักข้าวหลามตัด	รูเป็นรูกลมทั้งหมด ทำและตรวจง่าย	รับความคลาดเคลื่อนของระยะห่างได้น้อย ต้องหันสลักให้ถูกทิศ
รูหลวมทั้งสองรู	ง่ายที่สุด	ตำแหน่งแม่นยำน้อย ใช้กับงานที่ต้องการเพียงตำแหน่งคร่าว ๆ
เจาะคว้านพร้อมกันตอนประกอบ	ไม่ต้องกำหนดตำแหน่งรูบนแบบงาน	ชิ้นงานเปลี่ยนแทนกันไม่ได้ ต้องจับคู่ชิ้นเดิมเสมอ

วิธีที่ 1: รูกลมกับร่องยาว

ชิ้นบนมีรูกลมหนึ่งรูสำหรับสลักตัวแรก และ ร่องยาว (Slot) สำหรับสลักตัวที่สอง โดยแนวยาวของร่องต้องอยู่ ตามแนวเส้นที่ลากผ่านจุดศูนย์กลางของสลักทั้งสอง ร่องจึงปล่อยให้ระยะห่างคลาดเคลื่อนได้ ขณะที่ความกว้างร่องยังล็อกการหมุนรอบสลักตัวแรก ร่องที่วางตั้งฉากกับเส้นนั้นจะไม่ล็อกการหมุน และไม่ช่วยรับความคลาดเคลื่อนของระยะห่างด้วย

ระบบนี้บังคับพอดี (Exact constraint) ความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งรูจึงไม่ทำให้ประกอบไม่ได้อีก มีผลเพียงต่อความแม่นยำของตำแหน่งชิ้นบน ซึ่งคำนวณได้ในหัวข้อ ความแม่นยำที่ได้

• ความกว้างร่อง ใช้ชั้นพิกัดเดียวกับรูกลม เช่น 8 F7 ความกว้างร่องเป็นขนาดที่ควบคุมการหมุน
• ความยาวร่อง ต้องยาวกว่าสลักอย่างน้อย $2 \times$ ผลรวมความคลาดเคลื่อนของระยะห่างทั้งสองชิ้น ความยาวไม่ต้องแม่นยำ จึงควรเผื่อให้มาก เช่น สลัก Ø8 ใช้ร่องยาว 10 มม. พิกัดทั่วไป
• ร่องที่กว้างแม่นยำ IT7 ทำได้ด้วยการกัดด้วยดอกเอ็นมิลล์ที่เล็กกว่าร่องแล้วเดินเก็บผิวตามขอบ หรือใช้ดอกเอ็นมิลล์ขนาดพอดีสำหรับกัดร่อง แล้วตรวจด้วยเกจแผ่นหรือเกจหมุดขนาดขอบบนและขอบล่าง

วิธีที่ 2: สลักข้าวหลามตัด

สลักข้าวหลามตัด (Diamond pin หรือ Relieved pin) คือสลักที่ตัดเนื้อด้านข้างออก เหลือ ผิวสวม (Land) แคบ ๆ สองด้าน รูของชิ้นบนเป็นรูกลมทั้งสองรู แต่สลักตัวที่สองสัมผัสรูเฉพาะที่ผิวสวม ผิวสวมต้อง หันขวางแนวเส้นที่ไปยังสลักกลม เพื่อล็อกการหมุน ส่วนด้านที่ตัดออกหันตามแนวเส้น เพื่อให้สลักเลื่อนตามแนวเส้นได้

ระยะที่สลักข้าวหลามตัดเลื่อนได้ก่อนมุมผิวสวมแตะผนังรู หาได้จากเรขาคณิตในภาพ เมื่อช่องว่างเล็กเทียบกับขนาดสลัก

$$\delta \approx \frac{C \, D}{2\,b}$$

เมื่อ $\delta$ คือระยะที่เลื่อนได้แต่ละข้าง (มม.) $C$ คือช่องว่างเชิงเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กสุดระหว่างรูกับผิวสวม $D$ คือขนาดรู และ $b$ คือความกว้างผิวสวม ตัวอย่างเช่น รู Ø8 H7 กับผิวสวม Ø8 g6 มีช่องว่างเล็กสุด $C = 0.005$ มม.

ความกว้างผิวสวม $b$	ระยะเลื่อนได้ $\delta$
3 มม.	±0.007 มม.
2 มม.	±0.010 มม.
1 มม.	±0.020 มม.

ตารางนี้แสดงข้อจำกัดของสลักข้าวหลามตัด ถ้าช่องว่างของการสวมเล็ก ระยะที่เลื่อนได้ก็เล็กตาม ระยะห่างระหว่างรูของทั้งสองชิ้นจึงต้องแม่นยำมาก หรือต้องใช้ผิวสวมที่แคบจนสึกเร็ว การเพิ่มช่องว่าง $C$ ช่วยให้ $\delta$ มากขึ้นตามสัดส่วน แต่ช่องว่างที่เพิ่มขึ้นอยู่ในทิศที่ล็อกการหมุนพอดี ชิ้นงานจึงหมุนคลอนได้มากขึ้น ช่องว่างที่ซื้อระยะเลื่อน คือช่องว่างเดียวกับที่เสียความแม่นยำเชิงมุม ก่อนเลือกสลักข้าวหลามตัดสำเร็จรูป ให้ตรวจความกว้างผิวสวมและขนาดรูที่ผู้ผลิตแนะนำกับสูตรนี้

สลักข้าวหลามตัดต้องหันให้ถูกทิศตอนอัดลงรู และต้องไม่หมุนระหว่างใช้งาน สลักสำเร็จรูปจึงมักมีบ่าหรือผิวเรียบสำหรับล็อกทิศ ถ้าทำเอง ให้ทำเครื่องหมายทิศไว้บนหัวสลัก

วิธีที่ 3: รูหลวมทั้งสองรู

ถ้างานต้องการเพียงตำแหน่งคร่าว ๆ เช่น ฝาครอบที่ต้องไม่ใส่กลับด้าน ให้ขยายรูของชิ้นบนตามสูตร $H - F \ge T_1 + T_2$ เช่น ตำแหน่ง Ø0.05 ทั้งสองชิ้นกับสลัก Ø8 m6 ต้องใช้รูเล็กสุดอย่างน้อย $8.015 + 0.1 = 8.115$ มม. เช่น รู Ø8.12 +0.03/0 ชิ้นงานจะคลอนได้ตามช่องว่างนั้น จึงไม่เหมาะกับงานที่ต้องการตำแหน่งแม่นยำ

เลือกชั้นพิกัดของรู

สลักกำหนดตำแหน่งแบบเหล็กชุบแข็งตาม ISO 8734 และแบบมีรูเกลียวในสำหรับดึงออกตาม ISO 8735 ผลิตในชั้นพิกัด m6 ส่วนสลักไม่ชุบแข็งตาม ISO 2338 มีทั้ง m6 และ h8 สลัก Ø8 m6 มีขนาด 8.006 ถึง 8.015 มม. ชั้นพิกัดของรูที่ใช้คู่กันมีดังนี้ ค่าลบคือระยะอัด

รู	ขนาดรู (มม.)	ช่องว่างกับสลัก m6 (มม.)	ใช้กับ
M7	7.985 ถึง 8.000	−0.030 ถึง −0.006	ฝั่งอัดที่สลักต้องไม่หลุดเด็ดขาด
H7	8.000 ถึง 8.015	−0.015 ถึง +0.009	ฝั่งอัดที่ใช้กันมาก หรือฝั่งถอดที่ถอดนาน ๆ ครั้ง ต้องตอกเบา ๆ
F7	8.013 ถึง 8.028	−0.002 ถึง +0.022	ฝั่งถอดประกอบ เลื่อนเข้าด้วยมือได้เกือบทุกคู่
E7	8.025 ถึง 8.040	+0.010 ถึง +0.034	ฝั่งถอดบ่อย ต้องเลื่อนได้เสมอ แลกกับตำแหน่งที่คลอนมากขึ้น

• ฝั่งอัด (Press fit) H7 กับ m6 เป็นงานสวมกึ่งแน่น คู่ที่รูใหญ่สุดกับสลักเล็กสุดจะหลวม 0.009 มม. สลักอาจหลุดหรือคลอนในรู ถ้าต้องการให้แน่นทุกคู่ใช้ M7 แต่ระยะอัดสูงสุด 0.030 มม. ต้องใช้แรงอัดมาก ระวังผนังรูที่บาง และไม่ควรอัดซ้ำหลายครั้งในวัสดุอ่อน เช่น อะลูมิเนียม
• ฝั่งถอด (Slip fit) F7 เป็นค่าที่สมดุล คู่ที่คับจริงเกิดได้เฉพาะเมื่อรูเล็กสุดพบสลักใหญ่สุด ซึ่งเกิดน้อยมาก ถ้างานต้องถอดประกอบด้วยมือทุกวันหรือห้ามคับเลยใช้ E7

หาขนาดจำกัดของขนาดสลักและชั้นพิกัดอื่นได้ที่ เครื่องคำนวณงานสวม ISO 286

กำหนดตำแหน่งรูบนแบบงาน

หลักสำคัญคือ ให้รูสลักเป็น datum ของชิ้นงาน เพราะรูสลักคือสิ่งที่กำหนดตำแหน่งจริงของชิ้นงานเมื่อประกอบ ถ้ากำหนดตำแหน่งรูสลักจากขอบชิ้นงาน แล้วกำหนดตำแหน่งรูอื่นจากขอบเดียวกัน ความคลาดเคลื่อนจะบวกกันสองทอด ตัวอย่างแบบงานของระบบรูกลมกับร่องยาวเป็นดังนี้ (ดูความหมายของสัญลักษณ์ได้ที่ พื้นฐาน GD&T)

ชิ้นล่าง (ฐาน)

• รูสลัก 2× Ø8 H7 ระยะห่างพื้นฐาน 120 มม. ตำแหน่ง Ø0.02 เทียบ datum ของฐาน
• รูตั้งฉากกับผิวสัมผัสตลอดความลึกที่สลักอัดอยู่

ชิ้นบน

• ผิวสัมผัสเป็น datum A
• รูกลม Ø8 F7 ตั้งฉากกับ A เป็น datum B
• ร่องกว้าง 8 F7 ยาว 10 มม. แนวยาวของร่องชี้เข้าหารู B ระยะพื้นฐาน 120 มม. ตำแหน่งของความกว้างร่อง 0.02 (โซนกว้าง 0.02 มม. ในทิศความกว้างร่อง) เทียบ A และ B เป็น datum C
• รูและผิวอื่นทั้งหมดของชิ้นบนกำหนดตำแหน่งเทียบ A|B|C

ถ้าใช้สลักข้าวหลามตัดแทนร่อง รูที่สองของชิ้นบนเป็นรูกลม Ø8 H7 และต้องคำนวณความกว้างผิวสวมจากผลรวมความคลาดเคลื่อนของระยะห่าง ซึ่งในตัวอย่างนี้เท่ากับ ±0.03 มม. ตามหัวข้อถัดไป จากตาราง $\delta$ ด้านบน ผิวสวมต้องแคบกว่า 1 มม. จึงควรลดค่าพิกัดตำแหน่งของรูทั้งสองชิ้นลง หรือใช้ร่องยาวแทน

ความแม่นยำที่ได้

ค่าทั้งหมดด้านล่างเป็นกรณีเลวร้ายที่สุด และเป็นระยะในแนวรัศมี คือครึ่งหนึ่งของค่าพิกัดตำแหน่งและครึ่งหนึ่งของช่องว่าง

แหล่งความคลาดเคลื่อน	ที่สลักตัวแรก	ที่สลักตัวที่สอง
ตำแหน่งรูบนฐาน (Ø0.02)	0.010	0.010
สลักคลอนในรู H7 (หลวมสุด 0.009)	0.0045	0.0045
ช่องว่างรูหรือร่อง F7 กับสลัก (หลวมสุด 0.022)	0.011	0.011
ตำแหน่งร่องเทียบ B (โซนกว้าง 0.02)	–	0.010
รวม	≈ 0.026	≈ 0.036

• ระยะห่างตามแนวเส้น ต่างกันได้ถึง ±0.02 มม. จากฐาน และ ±0.01 มม. จากชิ้นบน รวม ±0.03 มม. ร่องยาว 10 มม. รับได้สบาย
• ตำแหน่งชิ้นบน เลื่อนจากตำแหน่งที่ถูกต้องได้ไม่เกินประมาณ 0.026 มม. ที่สลักตัวแรก
• มุมเอียง ไม่เกินประมาณ $(0.026 + 0.036) / 120 \approx 0.5$ มิลลิเรเดียน หรือประมาณ 0.05 มม. ที่ระยะ 100 มม. จากสลัก

ถ้าต้องการแม่นยำกว่านี้ ให้ลดช่องว่างของการสวมก่อน เพราะเป็นแหล่งที่ใหญ่ที่สุด และเพิ่มระยะห่างระหว่างสลัก ซึ่งลดมุมเอียงตามสัดส่วนโดยไม่เพิ่มต้นทุนการผลิต

รายละเอียดหน้างาน

ออกแบบ

• วางสลักให้ห่างกันมากที่สุด เช่น มุมทแยงของชิ้นงาน มุมเอียงแปรผกผันกับระยะห่าง
• กันการประกอบผิดด้าน ถ้าวางสลักสมมาตร ชิ้นงานอาจใส่กลับ 180° ได้ ให้วางสลักเยื้องจากแนวสมมาตร หรือใช้สลักสองขนาด
• อัดสลักไว้ในชิ้นเดียวเท่านั้น มักเป็นชิ้นที่ใหญ่กว่าหรือชิ้นที่ไม่ถอด อีกชิ้นเป็นฝั่งถอด ถ้าอัดทั้งสองชิ้นจะถอดออกไม่ได้โดยไม่ทำให้รูเสีย
• ความยาวสวม ฝั่งอัดประมาณ 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางสลัก ฝั่งถอดประมาณ 1 เท่า ฝั่งถอดที่สวมยาวเกินไปจะติดขัดเมื่อชิ้นงานเอียงเล็กน้อยขณะยก
• ให้สลักตัวแรกยาวกว่า สลักกลมที่ยาวกว่าเข้ารูก่อน ชิ้นงานจึงหมุนรอบสลักตัวแรกเพื่อหาสลักตัวที่สองได้ ง่ายกว่าการเล็งให้เข้าพร้อมกันสองตัว
• รูตันต้องมีทางระบายอากาศ สลักที่อัดลงรูตันจะอัดอากาศไว้ใต้สลักและถอดออกยาก ให้ใช้รูทะลุเมื่อทำได้ เพื่อตอกสลักออกจากอีกด้าน หรือใช้สลักแบบมีรูเกลียวใน (ISO 8735) ซึ่งดึงออกด้วยสกรูหรือเครื่องมือดึงสลักได้ ถ้าจำเป็นต้องใช้รูตัน ให้เจาะรูระบายอากาศเล็ก ๆ ที่ก้นรู
• ลบมุมนำ ที่ปากรูฝั่งถอด เพื่อให้สลักหาทางเข้าเองได้ ส่วนฝั่งอัดลบมุมเล็กน้อยพอไม่ให้ขอบรูครูดผิวสลัก
• ชิ้นงานอะลูมิเนียมที่ถอดประกอบบ่อย ใช้บูชชุบแข็งอัดในรูฝั่งถอด เพื่อไม่ให้รูสึกหรือขยายจากการสวมเข้าออก

ผลิตและตรวจสอบ

• รีมเมอร์คุมขนาดและผิวรู แต่ไม่แก้ตำแหน่ง รีมเมอร์เดินตามรูที่เจาะนำไว้ ถ้ารูเจาะเยื้อง รูที่คว้านได้ก็เยื้องตาม งานที่ต้องการตำแหน่ง Ø0.02 หรือดีกว่า ควรเจาะนำศูนย์ เจาะ แล้วคว้านด้วยดอกคว้าน (Boring) หรือกัดเก็บผิวด้วยดอกเอ็นมิลล์ก่อนรีม
• ความตั้งฉากของรูเทียบผิวสัมผัส มีผลเท่ากับตำแหน่ง รูที่เอียงทำให้ตำแหน่งสลักที่ปลายต่างจากที่ผิว ควรเจาะรูทั้งสองชิ้นในการจับยึดเดียวกับการปาดผิวสัมผัส
• ตรวจขนาดรูด้วยเกจหมุด ขนาดขอบล่าง (ต้องเข้า) และขอบบน (ต้องไม่เข้า) ส่วนตำแหน่งรูตรวจด้วยเครื่องวัดพิกัด (CMM) หรือเกจตรวจตำแหน่ง
• เจาะคว้านพร้อมกันตอนประกอบ สำหรับงานชิ้นเดียว ให้ยึดสองชิ้นด้วยสกรูตามตำแหน่งที่ต้องการ แล้วเจาะและรีมรูสลักทะลุทั้งสองชิ้นพร้อมกัน วิธีนี้ได้ตำแหน่งตรงกันโดยไม่ต้องคุมตำแหน่งรูบนแบบงาน แต่ชิ้นงานใช้แทนกันไม่ได้

ประกอบ

• อัดสลักด้วยเครื่องอัดหรือตัวนำ ให้สลักตั้งฉากกับผิว การตอกด้วยค้อนโดยไม่มีตัวนำทำให้สลักเอียงและผนังรูเสีย
• วางชิ้นบนลงบนสลักก่อน แล้วจึงขันสกรู สกรูต้องไม่ดึงชิ้นงานเข้าตำแหน่ง ถ้าขันสกรูแล้วชิ้นงานขยับ แสดงว่าก้านสกรูแตะผนังรู
• สลักไม่ได้มีไว้รับแรงเฉือนหลัก แรงในแนวผิวสัมผัสควรส่งผ่านแรงเสียดทานจากแรงยึดของสกรู ถ้าต้องให้สลักรับแรงเฉือนด้วย ต้องคำนวณความแข็งแรงของสลักและแรงกดที่ผนังรูแยกต่างหาก

สรุป

• สลักตัวแรกล็อกการเลื่อน สลักตัวที่สองล็อกเพียงการหมุน รูกลมพอดีสองรูจึงบังคับเกินและมักประกอบไม่ได้
• ใช้รูกลมกับร่องยาวตามแนวเส้นผ่านสลักทั้งสอง หรือใช้สลักข้าวหลามตัดที่หันผิวสวมขวางแนวเส้น ร่องยาวรับความคลาดเคลื่อนของระยะห่างได้มากกว่า
• สลัก m6 ใช้รู H7 หรือ M7 ฝั่งอัด และ F7 หรือ E7 ฝั่งถอด
• ให้รูสลักเป็น datum ของชิ้นงาน และตรวจความแม่นยำที่ได้จากผลรวมของตำแหน่งรูและช่องว่างของการสวม
• วางสลักห่างกันมากที่สุด ไม่สมมาตร อัดในชิ้นเดียว และให้สกรูทำหน้าที่ยึดเท่านั้น