ความเร็วตัดและอัตราป้อน — ค่าเริ่มต้นมาจากไหน และปรับอย่างไรหน้าเครื่อง

โปรแกรม CNC ทุกโปรแกรมต้องมีค่า S และ F แต่ตัวเลขสองค่านี้ไม่ได้มาจากการเขียนโปรแกรม มาจากความรู้เรื่องการตัดโลหะ บทความนี้อธิบายว่าค่าเริ่มต้นมาจากไหน และปรับอย่างไรเมื่อผลหน้าเครื่องไม่เป็นไปตามที่คาด ส่วนวิธีแปลงค่าเหล่านี้เป็น S และ F ในโปรแกรมอยู่ในบทที่ 18 ของบทเรียนการเขียนโปรแกรม CNC และเครื่องคำนวณความเร็วรอบและอัตราป้อน

ค่าการตัดงานสามค่า

ค่า	หน่วย	คืออะไร	มีผลมากที่สุดต่อ
ความเร็วตัด (Cutting speed)	ม./นาที	ความเร็วที่คมตัดเคลื่อนผ่านเนื้องาน	อุณหภูมิที่คมตัด และอายุของเครื่องมือ
อัตราป้อน (Feed)	มม./รอบ หรือ มม./คม	ระยะที่เครื่องมือเคลื่อนไปต่อหนึ่งรอบหรือหนึ่งคม	ความหนาของเศษ แรงตัด และความเรียบผิว
ความลึกตัด (Depth of cut)	มม.	ความลึกและความกว้างที่คมตัดกินเข้าเนื้องาน	กำลังที่ใช้ และปริมาณเนื้อที่ตัดออก

ทั้งสามค่าคูณกันได้ อัตราการตัดเนื้อ คือปริมาตรที่ตัดออกต่อนาที ถ้าต้องการให้งานเสร็จเร็วขึ้นต้องเพิ่มค่าใดค่าหนึ่ง แต่แต่ละค่ามีราคาที่ต้องจ่ายต่างกัน

• เพิ่มความเร็วตัด คมตัดร้อนขึ้นมาก อายุของเครื่องมือลดลงเร็วที่สุด ความเร็วตัดที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยทำให้อายุของคมตัดสั้นลงมาก
• เพิ่มอัตราป้อน แรงตัดเพิ่มขึ้น ผิวหยาบขึ้น แต่อายุของเครื่องมือลดลงน้อยกว่าการเพิ่มความเร็วตัด
• เพิ่มความลึกตัด ใช้กำลังของเครื่องมากขึ้น แต่มีผลต่ออายุของคมตัดน้อยที่สุด

ลำดับของงานหยาบจึงเป็น ความลึกตัดมากที่สุดเท่าที่เครื่อง เครื่องมือ และการจับยึดรับได้ก่อน แล้วอัตราป้อนมากที่สุดเท่าที่คมตัดรับได้ แล้วจึงเลือกความเร็วตัดที่ให้อายุของเครื่องมือที่ยอมรับได้ ส่วนงานละเอียดกลับกัน ความลึกตัดน้อยและอัตราป้อนต่ำเพื่อผิวและขนาด แล้วใช้ความเร็วตัดสูงขึ้นได้

พลศาสตร์ที่เกิดขึ้นบริเวณคมตัด (Shear Zones & Tool Wear)

ทำไมตัวแปรแต่ละตัวจึงส่งผลต่อคมตัดต่างกัน อธิบายได้จากกลไกการเปลี่ยนรูปของเนื้อโลหะ:

• บริเวณเฉือนปฐมภูมิ (Primary Shear Zone): เนื้อโลหะถูกกดอัดและเฉือนขาดด้วยแรงตัดหลัก เกิดเป็นเศษตัด ความเค้นเฉือนที่จุดนี้เปลี่ยนรูปพลังงานกลเป็นความร้อนส่วนใหญ่ของการตัดเฉือน
• บริเวณเฉือนทุติยภูมิ (Secondary Shear Zone): ผิวด้านใต้ของเศษตัดที่ร้อนจัดจะไถลผ่านผิวหน้าคายเศษ (Rake Face) ของมีดภายใต้ความดันสูง หากความเร็วตัดสูงเกินไป ความร้อนและการแพร่ทางเคมี (Diffusion) จะทำให้เกิดการสึกหรอเป็นหลุมลึก (Crater Wear) บนหน้ามีด
• การสึกหรอที่ผิวหลบ (Flank Wear: $VB$): เกิดจากการเสียดสีระหว่างผิวหลบของมีดกับผิวงานที่เพิ่งตัดเสร็จ อัตราการสึกหรอนี้ถูกเร่งด้วยความเร็วตัด $V_c$ ตามสมการของเทย์เลอร์ ($V_c \times T^n = C$)
• การเกิดขอบพอกติด (Built-Up Edge: BUE): เมื่อความเร็วตัดต่ำเกินไป อุณหภูมิบริเวณจุดตัดจะไม่สูงพอที่จะทำให้เนื้อโลหะอ่อนตัวลง แรงกดดันและแรงเสียดทานจะทำให้เนื้อเศษเชื่อมติดแน่นกับปลายคมมีด (Pressure welding) เมื่อก้อนเนื้อพอกนี้โตขึ้นและหลุดลอกออก จะดึงเอาเศษคาร์ไบด์ติดไปด้วย ทำให้คมมีดบิ่นและผิวงานฉีกขาดหยาบ การเพิ่มความเร็วตัดให้พ้นช่วงวิกฤตของ BUE จึงช่วยให้ผิวงานเรียบเงาขึ้น

ค่าเริ่มต้นมาจากไหน

แหล่งที่เชื่อถือได้ที่สุดคือ ผู้ผลิตเครื่องมือ เพราะค่าที่เหมาะสมขึ้นกับเกรดของคาร์ไบด์ ผิวเคลือบ และรูปทรงของคมตัด ซึ่งต่างกันในแต่ละยี่ห้อและแต่ละรุ่น

• กล่องเม็ดมีด มีฉลากบอกช่วงความเร็วตัด อัตราป้อน และความลึกตัดที่แนะนำ แยกตามกลุ่มวัสดุ รายละเอียดของรหัสเม็ดมีดอยู่ในบทความเม็ดมีดกลึง
• แค็ตตาล็อกหรือเว็บไซต์ของผู้ผลิต ให้ตารางค่าของดอกเอ็นมิลล์ ดอกสว่าน และดอกต๊าปแต่ละรุ่น มักแยกตามวัสดุ เส้นผ่านศูนย์กลาง และความลึกหรือความกว้างที่กัด
• บันทึกของโรงงาน ค่าที่เคยใช้ได้ดีกับวัสดุ เครื่องมือ และเครื่องเดียวกัน มีค่ากว่าตารางใดๆ ควรจดไว้ทุกครั้งที่ปรับค่าจนได้ผลดี

ผู้ผลิตจัดวัสดุชิ้นงานเป็นหกกลุ่มตามมาตรฐาน ISO และใช้ตัวอักษรกับสีเดียวกันทุกยี่ห้อ

กลุ่ม	สี	วัสดุ
P	น้ำเงิน	เหล็กกล้า
M	เหลือง	เหล็กกล้าไร้สนิม
K	แดง	เหล็กหล่อ
N	เขียว	โลหะนอกกลุ่มเหล็ก เช่น อะลูมิเนียม ทองเหลือง
S	น้ำตาล	โลหะผสมทนความร้อน และไทเทเนียม
H	เทา	เหล็กชุบแข็ง

ช่วงค่าเริ่มต้นโดยประมาณ

ถ้ายังไม่มีแค็ตตาล็อกอยู่ในมือ ช่วงค่าเริ่มต้นโดยประมาณของวัสดุชิ้นงานแต่ละกลุ่มและวัสดุเครื่องมือแต่ละชนิดอยู่ในตารางความเร็วตัดและอัตราป้อน ตัวเลขในตารางทั่วไปให้เพียง ลำดับขนาดของตัวเลข ใช้ตรวจว่าค่าที่คำนวณหรือค่าในโปรแกรมที่ได้รับมาอยู่ในช่วงที่สมเหตุสมผลหรือไม่ ไม่ใช่ค่าที่แนะนำสำหรับเครื่องมือใดโดยเฉพาะ ให้เริ่มจากค่าต่ำของช่วง แล้วปรับตามหัวข้อถัดไป

อัตราป้อนมีหลักจำง่ายสำหรับตรวจลำดับขนาด ดอกเอ็นมิลล์ใช้ 0.5% ถึง 1% ของเส้นผ่านศูนย์กลางต่อคม เช่น Ø12 ใช้ 0.06 ถึง 0.12 มม./คม ดอกสว่านใช้ 1% ถึง 2% ของเส้นผ่านศูนย์กลางต่อรอบ เช่น Ø8.5 ใช้ 0.09 ถึง 0.17 มม./รอบ ส่วนการต๊าปเกลียว อัตราป้อนเท่ากับระยะพิตช์ต่อรอบเสมอ ปรับได้เฉพาะความเร็วรอบ

กลุ่ม S และ H ต้องระวังกว่ากลุ่มอื่น เพราะค่าที่ผิดทำให้เครื่องมือเสียเร็วมาก และวัสดุมีราคาแพง

• ไทเทเนียมและโลหะผสมนิกเกิล นำความร้อนไม่ดี ความร้อนจึงสะสมที่คมตัดแทนที่จะออกไปกับเศษ ความเร็วตัดที่สูงเกินเพียงเล็กน้อยทำให้คมตัดสึกเร็ว ใช้เม็ดมีดคาร์ไบด์เคลือบ PVD หรือไม่เคลือบที่มีคมตัดคม อัตราป้อนประมาณ 0.1 ถึง 0.2 มม./รอบ และใช้น้ำหล่อเย็นมาก ช่วงความเร็วตัดของกลุ่มนี้กว้างตั้งแต่งานหยาบถึงงานละเอียด งานหยาบและเครื่องที่ไม่มั่นคงใช้ส่วนล่างของช่วง โลหะผสมนิกเกิลกลึงด้วยเม็ดมีดเซรามิกได้เร็วกว่าคาร์ไบด์หลายเท่า แต่ต้องใช้เครื่องที่มั่นคง โลหะผสมนิกเกิลยังแข็งตัวขึ้นเมื่อถูกตัด อย่าให้คมตัดเสียดสีอยู่กับที่ ป้อนต่อเนื่องและตัดลึกพอให้คมตัดอยู่ใต้ผิวที่แข็งตัวจากการตัดครั้งก่อน
• เหล็กกล้าชุบแข็ง กลึงด้วยเม็ดมีด CBN เป็นงานเก็บผิวที่ตัดตื้น ความลึกตัดโดยทั่วไปไม่เกิน 0.2 มม. และอัตราป้อน 0.05 ถึง 0.2 มม./รอบ ช่วงความเร็วตัดที่ใช้ได้ขึ้นกับเกรดของ CBN และขึ้นกับว่าตัดต่อเนื่องหรือไม่ บางเกรดสำหรับงานตัดต่อเนื่องใช้ได้ถึงประมาณ 250 ม./นาที ส่วนงานตัดไม่ต่อเนื่องต้องลดลง ให้ใช้ค่าในแค็ตตาล็อกของเกรดที่ใช้

ค่าในสองกลุ่มนี้กว้างกว่ากลุ่มอื่นมาก และต่างกันมากระหว่างเกรด ให้ถือเป็นเพียงลำดับขนาดของตัวเลข และเริ่มจากค่าต่ำของช่วงเสมอ

อะไรทำให้ต้องเปลี่ยนค่า

ค่าในแค็ตตาล็อกได้จากการทดสอบในสภาพที่ดี คือเครื่องแข็งแรง เครื่องมือยื่นสั้น และจับชิ้นงานมั่นคง สภาพหน้างานจริงมักด้อยกว่านั้น

• เครื่องมือยื่นยาว ดอกเอ็นมิลล์หรือด้ามคว้านที่ยื่นเกินสามถึงสี่เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางจะโก่งและสั่น ต้องลดความลึกตัดและความเร็วตัดลง
• ชิ้นงานบางหรือจับได้น้อย ลดความลึกตัดและอัตราป้อนเพื่อลดแรงตัด
• ผิวดิบที่แข็ง เช่น ผิวงานหล่อ ผิวตัดด้วยแก๊ส หรือผิวที่มีสเกล ลดความเร็วตัดในเที่ยวแรก และให้ความลึกตัดมากพอที่คมตัดจะลงไปอยู่ใต้ผิวแข็ง
• การตัดไม่ต่อเนื่อง เช่น กลึงผ่านร่องลิ่มหรือรูขวาง คมตัดถูกกระแทกทุกรอบ ลดความเร็วตัดและเลือกเกรดที่เหนียวขึ้น
• ไม่มีน้ำหล่อเย็น หรือน้ำหล่อเย็นเข้าไม่ถึง เช่น รูลึก ลดความเร็วตัด และใช้การเจาะถอนเศษตามบทที่ 15 ของบทเรียน
• กัดกินด้านข้างน้อย เมื่อดอกเอ็นมิลล์กินด้านข้างน้อยกว่าครึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลาง เศษจะบางกว่าอัตราป้อนต่อคมที่ตั้งไว้ จึงเพิ่มอัตราป้อนได้ ผู้ผลิตมักให้ตารางตัวคูณสำหรับกรณีนี้
• เส้นผ่านศูนย์กลางที่ตัดจริงเล็กกว่าขนาดเครื่องมือ เช่น ดอกเอ็นมิลล์ปลายกลมที่กัดตื้น หรือการปาดหน้าบนเครื่องกลึงเมื่อเข้าใกล้ศูนย์กลาง ความเร็วตัดจริงจะต่ำกว่าที่คำนวณจากขนาดเต็ม ดูบทความผิวปาดหน้าใกล้ศูนย์กลาง
• รอบสูงสุดและกำลังของเครื่อง เครื่องมือเล็กมักต้องการรอบสูงกว่าที่เครื่องหมุนได้ ให้ใช้รอบสูงสุดแล้วคำนวณอัตราป้อนจากรอบนั้น

ปรับจากสิ่งที่เห็นหน้าเครื่อง

เริ่มชิ้นแรกด้วยค่าต่ำของช่วง แล้วดูสามอย่าง คือ เศษ เสียง และคมตัด ปรับทีละค่า ครั้งละประมาณ 10% ถึง 20% แล้วดูผลก่อนปรับค่าต่อไป

สิ่งที่เห็น	สาเหตุที่เป็นไปได้	ปรับ
คมตัดสึกเร็วที่ผิวหลบ เศษเปลี่ยนสีเข้มมาก	ความเร็วตัดสูงเกินไป	ลดความเร็วตัด
เนื้อวัสดุพอกติดคมตัด ผิวเป็นขุย	ความเร็วตัดต่ำเกินไป	เพิ่มความเร็วตัด หรือใช้คมที่คมขึ้นและน้ำหล่อเย็น
คมตัดบิ่นหรือแตก	อัตราป้อนหรือความลึกตัดมากเกินไป หรือการตัดไม่ต่อเนื่อง	ลดอัตราป้อน หรือเลือกเกรดที่เหนียวขึ้น
เศษยาวพันชิ้นงาน	อัตราป้อนต่ำเกินไปสำหรับร่องหักเศษ	เพิ่มอัตราป้อน ดูเศษตัดที่ดีกับเศษตัดที่ไม่ดี
ผิวเป็นคลื่น มีเสียงหวีด	การสั่น (Chatter)	ลดความเร็วตัด ลดความลึกหรือความกว้างที่กัด ลดระยะยื่นของเครื่องมือ
ผิวหยาบเป็นรอยป้อนชัด	อัตราป้อนสูงเกินไปสำหรับรัศมีปลายมีด	ลดอัตราป้อน หรือใช้รัศมีปลายมีดใหญ่ขึ้น
ดอกเอ็นมิลล์เสียดสี ผิวมัน ร้อน	อัตราป้อนต่อคมต่ำเกินไป คมตัดถูแทนที่จะตัด	เพิ่มอัตราป้อน อย่าลดลงอีก
ดอกสว่านหักในรูลึก	เศษอัดในร่องคายเศษ	ลดความลึกต่อครั้งของการถอนเศษ และตรวจน้ำหล่อเย็น

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดของผู้เริ่มต้นคือ ลดอัตราป้อนเมื่อไม่แน่ใจ อัตราป้อนที่ต่ำเกินไปทำให้คมตัดเสียดสีผิวแทนที่จะตัด เกิดความร้อน ผิวแข็งขึ้นในวัสดุบางชนิด และคมตัดสึกเร็วกว่าเดิม ถ้าต้องการเริ่มอย่างระวัง ให้ลดความลึกตัดและความเร็วตัด แต่คงอัตราป้อนต่อคมไว้ในช่วงที่ผู้ผลิตแนะนำ

ปรับที่เครื่องแล้วแก้กลับเข้าโปรแกรม

ปุ่มหมุน Feedrate override และ Spindle override บนแผงควบคุมมีไว้สำหรับทดลองชิ้นแรก ไม่ใช่สำหรับใช้งานประจำ

• เมื่อได้ค่าที่ดีแล้ว คำนวณค่า S และ F ใหม่แล้วแก้ในโปรแกรม เช่น ถ้าใช้ F1200 ที่ 80% ได้ผลดี ให้แก้เป็น F960 แล้วตั้งปุ่มหมุนกลับที่ 100%
• แก้ S เมื่อใดต้องแก้ F ตามสัดส่วน ในโหมดอัตราป้อนต่อนาที เพื่อคงอัตราป้อนต่อคมไว้ ส่วนในโหมดอัตราป้อนต่อรอบของเครื่องกลึง F ไม่ต้องแก้
• การทำเกลียวไม่ใช้ค่า override ทั้งการต๊าปและการกลึงเกลียว จึงต้องแก้ที่โปรแกรมเท่านั้น
• จดค่าที่ใช้ได้ดี พร้อมวัสดุ เครื่องมือ ระยะยื่น และเครื่องที่ใช้ เป็นบันทึกของโรงงานสำหรับงานถัดไป

สรุป

• ค่าการตัดงานมีสามค่า ความเร็วตัด มีผลต่ออายุของเครื่องมือมากที่สุด อัตราป้อน มีผลต่อแรงตัดและผิว ความลึกตัด มีผลต่อกำลังที่ใช้
• งานหยาบเลือกความลึกตัดก่อน แล้วอัตราป้อน แล้วความเร็วตัด
• ค่าเริ่มต้นมาจาก ผู้ผลิตเครื่องมือ และบันทึกของโรงงาน ตารางทั่วไปใช้ตรวจลำดับขนาดของตัวเลขเท่านั้น
• เริ่มจากค่าต่ำของช่วง ปรับทีละค่า และดูเศษ เสียง กับคมตัด อย่าลดอัตราป้อนจนคมตัดเสียดสี
• เมื่อได้ค่าที่ดีจากปุ่มหมุนแล้ว แก้กลับเข้าโปรแกรมและจดบันทึกไว้