หัวจับเครื่องมือบน Machining center — BT, CAT, SK, HSK, และ Dual Contact

หัวจับเครื่องมือ (Tool holder) บน Machining center ไม่ได้มีหน้าที่เพียงแค่จับยึดดอกเอ็นมิลล์หรือดอกสว่านเท่านั้น แต่เป็น สะพานเชื่อมต่อเชิงกลระหว่างแกนหมุนสปินเดิล (Spindle) กับคมตัด ที่ต้องถ่ายทอดทั้งความเร็วรอบ แรงบิด (Torque) และความแข็งเกร็งต้านแรงดัด (Bending rigidity) หากเลือกส่วนท้ายหัวจับ (Tool holder backend หรือ Spindle interface) ไม่เหมาะสม หรือใช้งานผิดประเภท ต่อให้ใช้มีดคาร์ไบด์เกรดพรีเมียม ผิวงานก็อาจเกิดลายคลื่น (Chatter) ขนาดไม่ได้พิกัดความเผื่อ หรือเกิดอุบัติเหตุหัวจับหลวมคลอนที่รอบสูงได้

บทความนี้สรุปและเปรียบเทียบมาตรฐานส่วนท้ายของหัวจับเครื่องมือที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรม ทั้งระบบเทเปอร์ 7/24 (BT, CAT, DIN 69871), ระบบประกบสองหน้า (Dual Contact), และระบบเทเปอร์กลวงความเร็วสูง HSK พร้อมหลักการเลือกใช้งานจริง ส่วนขนาดทุกเบอร์ (โตปีก ยาวเทเปอร์ ร่องลิ่มขับ และเกลียวสลักดึง) อยู่ในหน้า เทเปอร์ก้านเครื่องมือและหัวจับทูล

---

1. ระบบเทเปอร์ 7/24 (BT, CAT, SK)

ระบบก้านเทเปอร์แบบ 7/24 มีอัตราเรียว 7:24 (ประมาณ 3.5 นิ้วต่อฟุต หรือมุมเอียงครึ่งเทเปอร์ (Half taper angle) ประมาณ $8^\circ 17' 50"$) เป็นระบบที่แพร่หลายที่สุดในเครื่องกัด CNC ทั่วไป การจับยึดของระบบนี้เป็นแบบ สัมผัสเฉพาะผิวเทเปอร์ (Taper contact only) โดยมีช่องว่างระหว่างหน้าแปลนหัวจับกับปลายหน้าสปินเดิล และต้องใช้ สลักดึง (Pull stud / Retention knob) ขันติดที่ท้ายก้านหัวจับเพื่อให้ชุดจับยึด (Drawbar) ในสปินเดิลดึงล็อก

มาตรฐานหลักของก้านเทเปอร์ 7/24 มี 3 รูปแบบหลัก ซึ่งแม้จะมีอัตราเรียวของผิวเทเปอร์เท่ากัน แต่ ไม่สามารถใส่ข้ามกันได้ เนื่องจากความหนาและร่องเกี่ยวของหน้าแปลนต่างกัน:

มาตรฐาน	ต้นกำเนิด / ภูมิภาคที่นิยม	หน้าแปลน (Flange) & ร่องลิ่ม (Drive slot)	สลักดึง (Pull stud)
BT (JIS B 6339 / MAS 403)	ญี่ปุ่น / เอเชีย (รวมถึงไทย)	หน้าแปลนสมมาตร ร่องลิ่มสองฝั่งลึกเท่ากัน มีร่อง V กลางแปลนสำหรับแขนเปลี่ยนเครื่องมือ ATC	เกลียวเมตริก (เช่น M16 สำหรับ BT40) มุมหัว $45^\circ$ หรือ $60^\circ$ ตาม ISO 7388-3 (บางเครื่องใช้ $90^\circ$ ซึ่งเป็นแบบของผู้ผลิตเครื่อง)
CAT (ASME B5.50)	สหรัฐอเมริกา	ร่องลิ่มสองข้างลึก ไม่เท่ากัน เพื่อบังคับทิศทางการใส่หัวจับเครื่องมือลงสปินเดิลทางเดียว	เกลียวนิ้ว UNC (เช่น 5/8”-11 UNC สำหรับ CAT40)
SK / DIN 69871 (ISO 7388-1)	ยุโรป (Steilkegel)	หน้าแปลนหนาเท่า CAT ร่องลิ่มลึกไม่เท่ากันแบบเดียวกับ CAT มีร่องกำหนดมุมหัวจับ (Orientation notch) บากที่ขอบแปลน แต่ขนาดร่อง ATC ต่างกันเล็กน้อย	เกลียวเมตริก (เช่น M16 สำหรับ SK40) สลักดึงแบบ AD มีรูน้ำหล่อเย็นกลาง

ที่มาของชื่อ “CAT” และจุดสังเกตสำคัญ

• ชื่อ “CAT” มาจาก Caterpillar: วงการช่างเรียกก้านแบบนี้ว่า CAT V-Flange หรือ CAT40 / CAT50 ตามชื่อบริษัท Caterpillar ของสหรัฐฯ ที่เล่าต่อกันว่าเป็นผู้ผลักดันแบบนี้ ตัวมาตรฐาน ASME B5.50 เองไม่ได้ระบุชื่อบริษัท เขียนเพียงว่าผู้ใช้ Machining center รายใหญ่รายหนึ่งพัฒนาแบบก้านขึ้นมา เพื่อลดจำนวนก้านหัวจับที่ใส่ข้ามเครื่องกันไม่ได้ แล้วเสนอให้เป็นมาตรฐานกลาง ตีพิมพ์ครั้งแรกเป็น ANSI B5.50-1978
• ทำไมร่องลิ่มของ CAT และ SK ถึงลึกไม่เท่ากัน? หน้าแปลนของ CAT (ASME B5.50) และ SK (ISO 7388-1) ออกแบบให้ร่องลิ่มขับสองข้างมีความลึกต่างกัน (ข้างหนึ่งตื้น ข้างหนึ่งลึก) เพื่อบังคับให้หัวจับสวมเข้าสปินเดิลได้ ทิศทางเดียวเสมอ (Single-orientation keying) ป้องกันการใส่กลับด้าน $180^\circ$ มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับเครื่องที่ต้องการรักษาตำแหน่งการบาลานซ์ไดนามิก ทิศทางหัวคว้าน (Boring head) หรือตำแหน่งรูจ่ายน้ำหล่อเย็นให้ตรงกันทุกครั้ง ส่วน BT (ISO 7388-2) ร่องลึกเท่ากันสองฝั่ง หมุนสลับด้าน $180^\circ$ ได้
• เครื่องหมายบอกมุมบนหน้าแปลน: ก้าน SK (ISO 7388-1 Form A) มี ร่องกำหนดมุมหัวจับ (Orientation notch) เป็นรอยบากเหลี่ยมที่ขอบแปลนข้างร่องลิ่มฝั่งตื้น ห่างจากเส้นศูนย์กลางทั้งสองแกน 18.5 mm สำหรับ SK40 ส่วน CAT (ASME B5.50) มีเพียงรอยเจาะตื้น Ø9.5 mm (3/8”) ที่พื้นร่องลิ่มฝั่งตื้นไว้ให้มองเห็นทิศ (Visual orientation feature) และ BT ไม่มีทั้งสองอย่าง
• ระวังสับสนกับ SK: ช่างบางท่านอาจสับสนระหว่าง CAT กับ SK แต่จริง ๆ แล้ว SK ย่อมาจาก Steilkegel (ภาษาเยอรมันแปลว่า เทเปอร์ชัน 7/24) ซึ่งอ้างอิงตามมาตรฐานเยอรมัน DIN 69871 ของฝั่งยุโรป ไม่ใช่ CAT ของอเมริกา
• CAT กับ SK ใช้แทนกันได้แค่บางเบอร์: เทเปอร์ 7/24 เท่ากันทุกเบอร์ จึงสวมเข้าสปินเดิลได้เสมอ แต่ปีกที่แขนเปลี่ยนทูลจับต่างกันตามเบอร์ เบอร์ 40 และ 45 ปีกเท่ากันในทางปฏิบัติ เบอร์ 50 ต่างกันไม่ถึง 1 mm แต่เบอร์ 30 ปีก SK โตกว่า CAT 4 mm และเบอร์ 60 โตกว่า 15 mm ทุกเบอร์ยังต่างกันที่เกลียวสลักดึง (CAT เกลียวนิ้ว SK เกลียวเมตริก) และตำแหน่งร่อง V ราว 0.4 mm เครื่องที่ใช้ทั้งสองแบบได้ต้องเป็นเครื่องที่ผู้ผลิตยืนยันว่ารับได้ และหัวจับแต่ละแบบต้องใส่สลักของตัวเอง ดูตารางเทียบทุกเบอร์ที่หน้า เทเปอร์ก้านเครื่องมือและหัวจับทูล
• เกลียวสลักดึงต่างระบบ: CAT40 ดั้งเดิมใช้เกลียวนิ้ว 5/8”-11 UNC ส่วน BT40 ใช้เกลียวมิล M16 แม้องศาเรียว 7/24 ของก้านจะเท่ากัน แต่สลับหัวจับหรือสลับสลักดึงข้ามกันไม่ได้
• ระบบจ่ายน้ำหล่อเย็น (Form A, AD, AF): ISO 7388-1 ใช้รหัสฟอร์มระบุช่องทางเดินน้ำหล่อเย็นของก้าน SK:
  • Form A: ไม่มีรูน้ำภายใน (รับน้ำหล่อเย็นจากหัวฉีดภายนอกเท่านั้น)
  • Form AD: จ่ายน้ำหล่อเย็น ทะลุแกนกลาง (Axial Through-Spindle Coolant) น้ำจะไหลผ่านรูเจาะกลางสลักดึงทะลุลงสู่ปลายมีดกัด
  • Form AF: จ่ายน้ำหล่อเย็น ผ่านหน้าแปลน (Flange Coolant) มีรูเจาะ 2 รูที่ด้านหลังหน้าแปลน เพื่อรับน้ำหล่อเย็นจากหน้าสปินเดิล
  • ชื่อเดิมตาม DIN 69871: ใช้ Form B แทน AF และ AD/B (หรือ AD+B) สำหรับก้านที่มีทั้งรูแกนกลางและรูบนหน้าแปลน แคตตาล็อกหลายเจ้ายังใช้ชื่อนี้ ก้านแบบ AD/B มักใส่สกรูตัวหนอน (Grub screws) อุดรูหน้าแปลนมาจากโรงงาน หากเครื่องจักรเป็นระบบจ่ายน้ำผ่านหน้าแปลนก็เพียงแค่ขันสกรูตัวหนอนออก
  • ก้าน BT: ISO 7388-2 ใช้ชื่อชุดของตัวเอง คือ Form J (ไม่มีรูน้ำ), JD (รูน้ำกลาง) และ JF (รูน้ำผ่านหน้าแปลน)

สำคัญ ความปลอดภัยของสลักดึง (Pull Stud) และอันตรายจาก Taper Bulging

สลักดึง (Retention knob) ของระบบ BT, CAT, และ SK ไม่สามารถใส่แทนกันได้ ทั้งเรื่องรูปทรงหัว (BT ใช้มุม $45^\circ$ หรือ $60^\circ$ ส่วนสลักดึง SK ตาม ISO 7388-3 ฟอร์ม AD/AF มีรูปทรงหัวต่างออกไป ที่ช่างเรียกกันว่า “สลักดึง $15^\circ$”) และเกลียวยึด (เกลียวมิล M16 vs เกลียวนิ้ว 5/8”-11) นอกจากนี้ การขันสลักดึงแน่นเกินพิกัด (Over-torque) จะทำให้ยอดปลายเทเปอร์ 7/24 เบ่งบวมออก $2–5\,\mu\text{m}$ (Taper Bulging) ส่งผลให้ทูลสัมผัสเฉพาะส่วนปลาย บ่าใหญ่ลอย ผิวงานสั่นเป็นคลื่น และรูสปินเดิลสึกหรอถาวร

อ่านคู่มือมาตรฐานสลักดึง มุมหัวจับ ตารางแรงบิด และการบำรุงรักษาอย่างละเอียดได้ที่บทความ สลักดึง (Pull Stud / Retention Knob) บน Machining Center

ขนาดเบอร์เทเปอร์ยอดนิยม: No. 30, 40, และ 50

• No. 30 (BT30 / ISO 30): ขนาดกะทัดรัด น้ำหนักหัวจับเพียง 0.6–1.2 kg เปลี่ยนทูลได้เร็วมากในระดับเสี้ยววินาที (< 1 วินาที) สปินเดิลวิ่งรอบจัดได้ถึง 15,000 – 30,000+ RPM มอเตอร์ 3.7–7.5 kW นิยมใช้ในเครื่องกัดขนาดเล็กความเร็วสูง (Drill & Tap Center, FANUC Robodrill, Brother Speedio) เหมาะกับงานชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ แม่พิมพ์ขนาดเล็ก และงานเจาะต๊าปอะลูมิเนียม
• No. 40 (BT40 / CAT40 / SK40): ขนาดมาตรฐานที่ใช้งานแพร่หลายที่สุด น้ำหนักหัวจับ 1.5–3.5 kg สปินเดิลรอบปานกลางถึงสูง 8,000 – 15,000 RPM มอเตอร์ 7.5–18.5 kW เป็นแกนหลักของเครื่องกัด Machining Center ทั่วไป ให้สมดุลระหว่างความแข็งเกร็ง แรงบิด และความคล่องตัวในการกัดเหล็ก อะลูมิเนียม สแตนเลส และงานแม่พิมพ์
• No. 50 (BT50 / CAT50 / SK50): ขนาดใหญ่และหนักมาก (หัวจับหนัก 4.5–10+ kg) หน้าตัดโคนเทเปอร์กว้างถึง 69.85 mm ต้านทานแรงงัดและส่งถ่ายแรงบิดและแรงดัดได้สูง รองรับกำลังมอเตอร์สปินเดิล 18.5 – 37+ kW ที่รอบต่ำถึงปานกลาง 3,000 – 8,000 RPM นิยมในเครื่อง Horizontal Machining Center (HMC) หรืองานกัดโครงสร้างเหล็กเหนียวกินลึกหนัก และแม่พิมพ์ยานยนต์ขนาดใหญ่

ย่านรอบข้างต้นเป็นค่าที่พบในเครื่องทั่วไป ส่วน ASME B5.50 ให้ค่ารอบสูงสุดใช้งานโดยประมาณ (Nominal) ของก้าน 7/24 แบบมาตรฐานไว้ที่ 14,000 / 10,000 / 6,000 RPM สำหรับเบอร์ 30 / 40 / 50 หากเครื่องระบุรอบสูงกว่านี้ ให้ยึดค่าที่ผู้ผลิตเครื่องและผู้ผลิตหัวจับกำหนด

---

2. ปัญหาของเทเปอร์ 7/24 เมื่อใช้รอบสูง และการกำเนิด Dual Contact (BBT)

แม้ระบบเทเปอร์ 7/24 (BT / CAT / SK) จะผลิตง่ายและปลดหัวจับง่าย แต่มีจุดอ่อนสำคัญ 2 ประการ:

1. ขาดความแข็งเกร็งในแนวรัศมี (Radial Rigidity): เมื่อก้านทูลยาวหรือรับแรงกัดด้านข้างสูง หัวจับจะทำตัวเหมือนคานงัด โดยมีจุดหมุนอยู่ที่ปากสปินเดิล
2. ปรากฏการณ์สปินเดิลบวมจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Spindle Bell-mouthing): เมื่อหมุนที่รอบสูงเกิน 10,000–12,000 RPM แรงเหวี่ยงหนีศูนย์จะถ่างปากสปินเดิลให้ขยายตัวออก ในขณะที่หัวจับตันขยายตัวน้อยกว่า ประกอบกับแรงดึงของชุด Drawbar จะ ดูดหัวจับลึกเข้าไปในแกน Z ส่งผลให้:
   • ค่าออฟเซ็ตแกน Z ผิดพลาด (ชิ้นงานเป็นคลื่นหรือความลึกเพี้ยน)
   • หน้าสัมผัสเทเปอร์หลวม เกิดการสะบัดและส่ายหนีศูนย์ (Runout เพิ่มขึ้น)
   • หัวจับติดแน่นในสปินเดิลหลังหยุดหมุน (Tool sticking) เพราะสปินเดิลเย็นตัวและหดรัด

การแก้ปัญหาด้วย “Dual Contact” (BBT / Big Plus / Face & Taper Contact)

ระบบ Dual Contact (รู้จักกันแพร่หลายในชื่อ BIG-PLUS หรือรหัส BBT) ออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหานี้โดยเฉพาะ:

• ผลิตหน้าแปลนของหัวจับและปากกระบอกสปินเดิลด้วยพิกัดความเผื่อที่ละเอียดมาก เพื่อให้ ผิวเทเปอร์ (Taper) และหน้าแปลนเรียบ (Flange face) สัมผัสพร้อมกัน เมื่อถูกดึงเข้าตำแหน่ง
• ความแข็งแกร่งต้านแรงดัดเพิ่มขึ้น: หน้าแปลนที่สัมผัสกับหน้าสปินเดิลทำหน้าที่ค้ำยัน ไม่ให้หัวจับโยกหรือแกว่งตัว เพิ่มความแข็งเกร็งต้านแรงดัดได้มากกว่า 30–50%
• คุมพิกัด Z เสถียร: ต่อให้สปินเดิลขยายตัวเล็กน้อย หน้าแปลนก็ยังยึดติดกับหน้าสปินเดิล หัวจับจึงไม่ถูกดูดลึกเข้าไปในแกน Z
• ใช้งานร่วมกันได้ (Interchangeability): หัวจับ BBT40 สามารถนำไปใส่ในเครื่องสปินเดิล BT40 ธรรมดาได้ (แต่จะได้สัมผัสแค่ผิวเทเปอร์) และด้าม BT40 ธรรมดาก็ใส่ในสปินเดิล BBT40 ได้เช่นกัน

---

3. ระบบเทเปอร์กลวงความเร็วสูง HSK (DIN 69893 / ISO 12164)

ระบบ HSK (Hohl-Schaft-Kegel) พัฒนาขึ้นในประเทศเยอรมนีสำหรับงานกัดความเร็วสูง (High-Speed Machining - HSM) โดยยกเลิกแนวคิดก้านเทเปอร์ตันแบบเดิม และหันมาใช้ ก้านเทเปอร์กลวงอัตราเรียวสั้น 1:10 ร่วมกับการสัมผัส 2 หน้า (Dual Contact) ตั้งแต่ต้น

พื้นผิวสัมผัสของ HSK (อะไรสัมผัสกับสปินเดิลบ้าง?)

1. ผิวหน้าแปลน (Flange Face Contact):
   • หน้าแปลนแบนเรียบสัมผัสกับหน้าสปินเดิลเมื่อถูกดึงล็อก
   • ทำหน้าที่กำหนดระนาบความลึกแกน Z (Axial Datum) ได้แม่นยำ และค้ำยันต้านแรงดัด (Bending Moment) ไม่ให้หัวจับแกว่งตัว
2. ผิวก้านเทเปอร์กลวง (Hollow Taper Shank Contact 1:10):
   • ผิวทรงกรวยกลมกลวงอัตราเรียว 1:10 แนบกระชับกับเบ้าสปินเดิล
   • ทำหน้าที่กำหนดตำแหน่งศูนย์กลางแนวรัศมี (Radial Centering) ควบคุมค่า Runout ให้นิ่งสนิท
3. ร่องลิ่มขับ (Drive Key Slots — Form A และ C):
   • ลิ่มภายในเบ้าสปินเดิลจะขบเข้ากับร่องที่ท้ายก้านเพื่อช่วยส่งแรงบิด (ทอร์กส่วนใหญ่ส่งผ่านแรงเสียดทานจากการประกบแน่นของหน้าแปลนและก้านเทเปอร์)

หมายเหตุ พฤติกรรมผิวสัมผัสขณะหมุนรอบสูง (Centrifugal Expansion)

ก้าน HSK มีผนังบางกลวง เมื่อสปินเดิลหมุนด้วยความเร็วสูง แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะทำให้เบ้าสปินเดิลเบ่งขยายตัวออก แต่ชุดเขี้ยวหนีบ (Segment Clamping) ด้านในของก้าน HSK ก็จะถูกแรงเหวี่ยงเหวี่ยงเบ่งก้านกลวงให้ขยายตัวตามติดกับผนังเบ้าสปินเดิลแน่นยิ่งขึ้น ผิวสัมผัสทั้งหน้าแปลนและผิวก้านเทเปอร์จึงไม่หลุดจากกัน

ชนิดของ HSK ที่พบบ่อย

• HSK-A (เช่น HSK-A63, HSK-A100): มีร่องลิ่มขับ (Drive keys) และร่องจับสำหรับแขนกล ATC เหมาะกับงานกัดทั่วไปที่ต้องการทั้งแรงบิดและความแม่นยำที่รอบปานกลางถึงสูง (10,000 – 24,000 RPM)
• HSK-E (เช่น HSK-E40, HSK-E50): รูปทรงสมมาตร ไม่มีร่องลิ่มขับ ส่งแรงบิดด้วยแรงเสียดทานของผิวสัมผัสอย่างเดียว บาลานซ์ได้ง่าย เปลี่ยนอัตโนมัติด้วยร่องจับของแขน ATC ออกแบบมาสำหรับสปินเดิลรอบสูง (DIN 69893-5) รอบสูงสุดที่ใช้ได้ให้ดูจากผู้ผลิตหัวจับและเครื่อง เพราะมาตรฐานไม่ได้กำหนดไว้ ฉบับร่าง DIN 69893-5:2023 คงไว้เฉพาะขนาด E16 ส่วนขนาด E20 ถึง E160 ย้ายไปอยู่ใน ISO 12164-1 ในชื่อ Form EB
• HSK-F (ขนาด F50, F63, F80): หน้าแปลนใหญ่กว่าก้านเทเปอร์หนึ่งขนาด เช่น HSK-F63 มีหน้าแปลน Ø63 แต่ก้านเทเปอร์เท่ากับขนาด 50 (DIN 69893-6) แบบมาตรฐาน ไม่มีร่องลิ่มขับ ส่งแรงบิดด้วยแรงเสียดทานของผิวเทเปอร์ เปลี่ยนอัตโนมัติด้วยร่องจับของแขน ATC ใช้กับงานกัดและเจาะโลหะเบา ไม้ วัสดุไม้แปรรูป พลาสติก และวัสดุคอมโพสิต

---

4. ระบบเทเปอร์โพลีกอน PSC (Polygon Shank Coupling / ISO 26623)

หรือที่รู้จักกันในชื่อทางการค้าว่า Coromant Capto:

พื้นผิวสัมผัสของ Capto / PSC (อะไรสัมผัสกับสปินเดิลบ้าง?)

1. ผิวหน้าแปลน (Flange Face Contact):
   • หน้าแปลนเจียระไนละเอียดสัมผัสกับหน้าสปินเดิลรอบทิศทาง
   • ทำหน้าที่รับแรงดัดแนวแกน Z ซับแรงสะเทือน และป้องกันการยุบตัวของหัวจับขณะรับแรงตัดหนัก
2. ผิวโพลีกอน 3 เหลี่ยมขอบโค้งมน (Trilobe Polygon Taper 1:20):
   • ก้านไม่ใช่ทรงกระบอกกลม แต่เป็นหน้าตัด สามเหลี่ยมมุมมนรูปไข่โค้ง 3 ลอน (Trilobe Polygon) อัตราเรียว 1:20
   • ผิวโค้งมนทั้ง 3 ด้านสัมผัสกับเบ้าสปินเดิลรูปโพลีกอนเดียวกัน ทำหน้าที่ทั้งกำหนดศูนย์กลางและส่งถ่ายแรงบิดในผิวเดียวกัน
3. การส่งแรงบิดแบบเนื้อโลหะขบล็อกตามรูปทรง (Form-Fit Drive — ไร้ลิ่มขับ):
   • การส่งทอร์กเกิดขึ้นจากผิวสัมผัสรูปทรงสามเหลี่ยมโดยตรง ไม่ต้องมีลิ่มขับ (Keyless)
   • ไม่มีจุดรวมความเค้น (Stress concentration) เหมือนร่องลิ่ม และไม่มีระยะคลอน (Zero Backlash) แม้หมุนสลับทิศทางไปมา
   • ล็อกหัวจับกลึงได้แม่นยำในมุมคงที่ทุกๆ $120^\circ$ เหมาะอย่างยิ่งกับเครื่องกลึง CNC และ เครื่องมัลติทาสกิ้ง (Mill-Turn / Turn-Mill)

รูปทรงเรขาคณิตและการคำนวณโปรไฟล์ตามมาตรฐาน ISO 26623-1

โปรไฟล์หน้าตัดโพลีกอนของ PSC พัฒนามาจากรูปทรง P3G (DIN 32711) โดยในมาตรฐานสากล ISO 26623-1 (Figure 7) กำหนดสมการพารามิเตอร์ของเส้นโค้งหน้าตัดก้าน (Theoretical polygon curve) ไว้อย่างชัดเจน:

$$x' = \frac{D_m}{2}\cos\gamma - 2e\cos(2\gamma) + e\cos(4\gamma)$$ $$y' = \frac{D_m}{2}\sin\gamma + 2e\sin(2\gamma) + e\sin(4\gamma)$$

โดยที่:

• $D_m$ คือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางอ้างอิงที่ระนาบเกจ (Reference diameter at gauge line)
• $e$ คือค่าความเยื้องศูนย์ของลอนโพลีกอน (Eccentricity)
• $\gamma$ คือพารามิเตอร์มุมรอบจุดศูนย์กลาง ($0 \le \gamma < 2\pi$)

หมายเหตุ

คุณสมบัติพิเศษของเส้นโค้งเอปิทรอคอยด์ (Epitrochoid) ตามสมการนี้ คือเป็น เส้นโค้งที่มีความกว้างคงที่ (Curve of constant width / Orbiform) ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัดที่วัดจากยอดลอนด้านหนึ่งไปยังระนาบตรงข้ามมีค่าเท่ากับ $D_m$ เท่ากันทุกทิศทาง จึงสามารถใช้ไมโครมิเตอร์วัดนอกแบบ 2 ขา (Two-point micrometer) วัดตรวจสอบขนาด $D_m$ ได้โดยตรงเหมือนทรงกระบอกกลม

ขนาดและแรงดึงยึดมาตรฐานตาม ISO 26623-1 / ISO 26623-2

รหัสขนาด (Size)	เทียบเท่า Coromant Capto	เส้นผ่านศูนย์กลางเกจ $D_m$ (mm)	ค่าเยื้องศูนย์ $e$ (mm)	แรงดึงยึดแนะนำ $F_{sp}$ (kN)
PSC 32	C3	22.0	0.70	15 kN (1,530 kgf)
PSC 40	C4	28.0	0.90	20 kN (2,040 kgf)
PSC 50	C5	35.0	1.12	25 kN (2,550 kgf)
PSC 63	C6	44.0	1.40	30 kN (3,060 kgf)
PSC 80	C8	55.0	2.00	40 kN (4,080 kgf)
PSC 100	C10	72.0	2.80	60 kN (6,120 kgf)

กฎเกณฑ์เชิงวิศวกรรมที่สำคัญตาม ISO 26623

1. กฎแรงดึงหน้าแปลน 80% (Flange Contact Rule - Annex A.1):
   • แรงดึงตามตาราง A.1 รับประกันว่าแรงที่กดลงบน ผิวหน้าแปลน (Flange face) ไม่น้อยกว่า 80% ของแรงดึงทั้งหมด แม้ขนาดก้านและเบ้าจะคลาดเคลื่อนอยู่ในพิกัด ตาราง A.1 เป็นค่าแนะนำ งานเบา เช่น งานเก็บผิว อาจใช้แรงน้อยกว่านี้ได้ ส่วนงานหนักอาจต้องใช้แรงมากกว่านี้
   • ความแข็งเกร็งต้านแรงดัด (Bending stiffness) ส่วนใหญ่มาจากหน้าแปลนที่สัมผัสกับหน้าสปินเดิลรอบทิศทาง ไม่ได้มาจากผิวก้านเพียงอย่างเดียว
2. ความแข็งผิวชุบแข็ง (ค่าแนะนำ - Annex A.4):
   • ผิวก้านเทเปอร์โพลีกอน ร่องกลไกดึงหนีบภายใน และผิวหน้าแปลน: ความแข็งขั้นต่ำ $\ge 42\text{ HRC}$
   • ร่องจับของแขนเปลี่ยนทูลอัตโนมัติ (ATC Gripper groove): ความแข็งขั้นต่ำ $\ge 51\text{ HRC}$ เพื่อป้องกันรอยเยินจากการเปลี่ยนทูลซ้ำๆ
3. การส่งถ่ายน้ำหล่อเย็น:
   • ISO 26623-1 กำหนดให้ใช้ชุดส่งผ่านสารหล่อเย็นตรงกลาง (Medium-transfer unit) ตามมาตรฐาน ISO 22402-2 ส่วนแรงดันน้ำหล่อเย็นที่รับได้ ให้ดูค่าจากผู้ผลิตหัวจับและเครื่อง

---

เปรียบเทียบกลไกผิวสัมผัส: HSK vs Capto (PSC)

ประเด็นเปรียบเทียบ	HSK (DIN 69893)	Capto / PSC (ISO 26623)
ผิวหน้าแปลน (Flange)	หน้าแปลนเรียบ 100% แนบหน้าสปินเดิล	หน้าแปลนเรียบ 100% แนบหน้าสปินเดิล
ผิวก้าน (Shank)	ก้านกรวยกลมกลวง (Hollow Cone 1:10)	ก้านสามเหลี่ยมโค้งมน (Polygon 1:20)
กลไกส่งถ่ายแรงบิด	แรงเสียดทานผิวสัมผัส + ลิ่มขับ (Drive Key)	สวมรูปทรงขบล็อกในตัว (Form-Fit) ไร้ลิ่มขับ
พฤติกรรมรอบสูง (HSM)	เหมาะมาก (ก้านกลวงขยายตัวตามแรงเหวี่ยง)	ดีมาก (รอบปานกลางถึงสูง < 20,000 RPM)
การรับแรงตัดหลายทิศทาง	เหมาะกับงานกัดหมุนรอบทางเดียว	รับแรงได้รอบทิศทาง (กัด + กลึงเดินหน้า/ถอยหลัง)

---

5. ตารางเปรียบเทียบคุณสมบัติเชิงเทคนิค

คุณสมบัติ	ระบบเทเปอร์ 7/24 (BT / CAT / SK)	Dual Contact (BBT)	เทเปอร์กลวง HSK-A	โพลีกอน PSC (Capto)
อัตราเรียว (Taper)	7:24	7:24	1:10 (ก้านกลวงสั้น)	1:20 (โพลีกอนกลวง)
หน้าสัมผัส	ผิวเทเปอร์เท่านั้น	ผิวเทเปอร์ + หน้าแปลน	ผิวเทเปอร์ + หน้าแปลน	ผิวเทเปอร์ + หน้าแปลน
ความแข็งเกร็งต้านแรงดัด	ปานกลาง	สูง	สูงมาก	สูงมากที่สุด
ขีดจำกัดความเร็วรอบ	ปานกลาง (< 12,000 RPM)	สูง (< 18,000 RPM)	สูงมาก (20,000–40,000+ RPM)	สูง (< 20,000 RPM)
สลักดึง (Pull stud)	จำเป็นต้องมี	จำเป็นต้องมี	ไม่ต้องใช้ (หนีบข้างใน)	ไม่ต้องใช้ (หนีบข้างใน)
ความเหมาะสมกับงานกัดหนัก	ดีเยี่ยม (โดยเฉพาะ BT50)	ดีเยี่ยมมาก	ดีมาก	ดีเยี่ยมมากที่สุด
ความเหมาะสมกับเครื่อง Mill-Turn	ไม่เหมาะ	ไม่เหมาะ	พอใช้ได้ (HSK-T)	เหมาะสมที่สุด

---

6. สลักดึงของเทเปอร์ 7/24

หัวจับ BT, CAT และ SK เบอร์เดียวกันมีเทเปอร์เท่ากัน แต่สลักดึงใส่แทนกันไม่ได้ สลักต้องตรงกับชุดจับยึดของเครื่อง ไม่ใช่ตรงกับหัวจับ มาตรฐาน มุมหัวสลัก แรงบิดขัน และการตรวจสลักอยู่ในบทความสลักดึง และขนาดของสลักแต่ละแบบอยู่ในตารางขนาดสลักดึง

---

สรุปแนวทางการเลือกใช้งาน

1. งานกัดทั่วไป / งานโรงกลึงทั่วไป: สปินเดิล BT40 คือตัวเลือกที่คุ้มค่าที่สุด หาซื้อหัวจับและอุปกรณ์เสริมง่าย ราคาประหยัด
2. งานกัดความเร็วสูง / แม่พิมพ์ / อะลูมิเนียมรอบจัด: หากเลือกเครื่องใหม่ ควรพิจารณา BBT40 (Big Plus) เพื่อเสถียรภาพแกน Z หรือขยับไปที่ HSK-A63 / HSK-E40 สำหรับรอบเกิน 15,000–20,000 RPM
3. งานกัดเหล็กโครงสร้างขนาดใหญ่ / งานกินหนักมาก: สปินเดิล BT50 หรือ BBT50 ยังคงให้ความแข็งแรงและแรงบิดในการกัดลอกเนื้อโลหะที่ดีเยี่ยม
4. เครื่อง Multitasking (กลึงผสมกัด): ระบบ Capto (PSC) หรือ HSK-T คือมาตรฐานที่ตอบโจทย์ความแม่นยำของการสลับหัวกัดและหัวกลึงได้ดีที่สุด