ความเร็วตัดและอัตราป้อน (Speeds and Feeds)

การเลือกความเร็วตัด ($V_c$) และอัตราป้อน ($f$) ที่เหมาะสม ช่วยให้เครื่องมือตัดมีอายุการใช้งานยาวนานคุ้มค่า ผิวชิ้นงานเรียบ และควบคุมขนาดได้ตามแบบ ค่าในหน้านี้เป็นค่าเริ่มต้นแนะนำ (Starting parameters) สำหรับการตัดเฉือนทั่วไปที่มีการหล่อเย็นปกติ โดยสามารถปรับเพิ่มขึ้นได้เมื่อโครงสร้างเครื่องจักรและการจับยึดมีความแข็งแรงสูง หรือปรับลดลงเมื่อมีระยะยื่นมีดยาว (Tool Overhang)

คำนวณรอบและอัตราป้อนแบบละเอียดได้ที่ เครื่องคำนวณความเร็วรอบและอัตราป้อน และอ่านวิธีดูรูปร่างกับสีของเศษเพื่อปรับค่าตัดได้ที่ บทความเศษตัดที่ดีกับเศษตัดที่ไม่ดี

สูตรคำนวณพื้นฐาน

ตัวแปร	ความหมาย	หน่วย	สูตรคำนวณ
$V_c$	ความเร็วตัด (Cutting Speed)	ม./นาที (m/min)	$V_c = \dfrac{\pi \times D \times n}{1000}$
$n$	ความเร็วรอบสปินเดิล (Spindle Speed)	รอบ/นาที (RPM)	$n = \dfrac{1000 \times V_c}{\pi \times D}$
$D$	เส้นผ่านศูนย์กลางชิ้นงาน (กลึง) หรือเครื่องมือตัด (กัด/เจาะ)	มม. (mm)	—
$f_n$	อัตราป้อนต่อรอบ (Feed per rev - งานกลึงและงานเจาะ)	มม./รอบ (mm/rev)	—
$f_z$	อัตราป้อนต่อฟัน (Feed per tooth - งานกัด)	มม./ฟัน (mm/tooth)	—
$z$	จำนวนฟันตัดของดอกกัด (Number of teeth)	ฟัน	—
$V_f$	ความเร็วป้อนตัด หรืออัตราป้อนต่อนาที (Feed Rate: $F$)	มม./นาที (mm/min)	งานกลึง: $V_f = n \times f_n$ งานกัด: $V_f = n \times z \times f_z$

ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วตัดกับอายุเครื่องมือ (Taylor’s Tool Life)

ความเร็วตัด $V_c$ มีผลต่ออุณหภูมิที่คมตัดและอายุการใช้งานของเครื่องมือมากที่สุด ซึ่งอธิบายได้ด้วยสมการอายุเครื่องมือตัดของเทย์เลอร์:

$$V_c \times T^n = C$$

โดยที่ $T$ คืออายุการใช้งานของคมตัด (นาที), $n$ คือเลขชี้กำลังของวัสดุเครื่องมือ (ประมาณ 0.25 ถึง 0.35 สำหรับคาร์ไบด์) และ $C$ คือค่าคงที่

• ผลของความเร็วตัด: เนื่องจาก $n$ มีค่าน้อย การเปลี่ยนแปลงความเร็วตัดเพียงเล็กน้อยจึงส่งผลให้อายุการใช้งาน $T$ เปลี่ยนแปลงอย่างมาก การเพิ่มความเร็วตัดขึ้น 20% อาจทำให้อายุการใช้งานของมีดคาร์ไบด์ลดลงได้มากกว่าครึ่ง
• การพาความร้อนออกด้วยเศษตัด: ในการตัดเฉือนตามปกติ ความร้อนจากการตัดเฉือนส่วนใหญ่จะถูกพาออกไปกับเศษตัด หากใช้อัตราป้อนต่ำเกินไป ปริมาตรของเศษตัดจะไม่เพียงพอที่จะพาความร้อนออกไป ความร้อนจึงสะสมอยู่ที่คมตัดและชิ้นงาน ทำให้คมตัดสึกหรอเร็วขึ้น การเพิ่มอัตราการขจัดเนื้อโลหะ (Metal Removal Rate: MRR) จึงควรเริ่มจากการเพิ่มความลึกตัดและอัตราป้อนก่อนการเพิ่มความเร็วตัด

---

1. กลุ่มวัสดุ ISO และความเร็วตัดเริ่มต้น ($V_c$)

กลุ่มวัสดุตามมาตรฐาน ISO 513 แบ่งเป็น 6 กลุ่มหลัก โดยแต่ละกลุ่มมีพฤติกรรมการตัดเฉือนและแรงต้านต่างกัน:

กลุ่ม ISO	สีสัญลักษณ์	ตัวอย่างวัสดุที่พบบ่อย	ความแข็งปกติ
P (เหล็กกล้า)	น้ำเงิน	SS400, S45C, S50C, SCM440	140–260 HB
M (สเตนเลส)	เหลือง	SUS304, SUS316, SUS430	160–230 HB
K (เหล็กหล่อ)	แดง	FC250, FCD450, FCD600	160–250 HB
N (โลหะนอกกลุ่มเหล็ก)	เขียว	อลูมิเนียม A6061, A7075, ทองเหลือง C3604	60–150 HB
S (โลหะผสมพิเศษ/ไททาเนียม)	ส้ม	Inconel 718, Ti-6Al-4V	300–400 HB
H (เหล็กชุบแข็ง)	เทา	SKD11 ชุบแข็ง, ตลับลูกปืน SUJ2	45–60 HRC

ความเร็วตัดเริ่มต้นตามวัสดุเครื่องมือ

ตารางนี้ให้ลำดับขนาดของตัวเลข ไม่ใช่ค่าที่แนะนำสำหรับเครื่องมือใดโดยเฉพาะ ให้เริ่มจากค่าต่ำของช่วง ค่าของเซอร์เมต เซรามิก CBN และ PCD และค่าของกลุ่ม S และ H มาจากค่าเริ่มต้นสำหรับงานกลึงในแค็ตตาล็อกของผู้ผลิตเม็ดมีดสองราย HSS คือเหล็กรอบสูง (High speed steel) ช่อง — หมายถึงวัสดุเครื่องมือนั้นไม่นิยมใช้กับวัสดุชิ้นงานนั้น

วัสดุชิ้นงาน	คาร์ไบด์	เซอร์เมต	เซรามิก	CBN	PCD	HSS
เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและปานกลาง	150 – 300	300 – 450	—	—	—	20 – 35
เหล็กกล้าผสม	100 – 200	280 – 330	—	—	—	15 – 25
เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก	100 – 180	ประมาณ 260	—	—	—	10 – 20
เหล็กหล่อเทา	120 – 220	—	300 – 800	500 – 1000	—	15 – 30
อะลูมิเนียมผสม	300 – 600	—	—	—	500 – 2000	60 – 120
ทองเหลือง	200 – 400	—	—	—	900 – 1100	40 – 80
ไทเทเนียมผสม เช่น Ti-6Al-4V (กลุ่ม S)	40 – 100	—	—	—	—	ไม่แนะนำ
โลหะผสมนิกเกิลทนความร้อน เช่น Inconel 718 (กลุ่ม S)	25 – 70	—	100 – 400	—	—	ไม่แนะนำ
เหล็กกล้าชุบแข็ง 46 – 65 HRC (กลุ่ม H)	40 – 100 เฉพาะเกรดสำหรับเหล็กชุบแข็ง	—	50 – 200	80 – 200	—	ใช้ไม่ได้

• เซอร์เมต ใช้เก็บผิวที่ตัดตื้นและตัดต่อเนื่องเท่านั้น ค่าในตารางเป็นค่าของงานเก็บผิว ความเร็วตัดสูงกว่าคาร์ไบด์และได้ผิวงานเงา แต่เปราะ ไม่ทนการตัดไม่ต่อเนื่อง
• เซรามิก ต้องการเครื่องที่มั่นคงและกำลังพอ ช่วงในตารางกว้างเพราะรวมหลายชนิด ชนิดซิลิคอนไนไตรด์ใช้กับเหล็กหล่อได้ทั้งแบบเปียกและแห้ง ชนิดเสริมเส้นใยและชนิดไซอะลอนใช้กับโลหะผสมนิกเกิล ส่วนกับเหล็กกล้าชุบแข็งใช้ชนิดผสมหรือชนิดเคลือบ
• CBN ใช้กับวัสดุที่แข็งมาก คือเหล็กกล้าชุบแข็งและเหล็กหล่อ ไม่ใช้กับเหล็กกล้าอ่อน เพราะสึกเร็วกว่าคาร์ไบด์และราคาแพงกว่ามาก เหล็กกล้าที่แข็งกว่าประมาณ 45 HRC กลึงด้วย CBN เป็นหลัก คาร์ไบด์ใช้ได้เฉพาะเกรดเคลือบที่ผู้ผลิตทำมาสำหรับเหล็กชุบแข็งโดยเฉพาะ ที่ความเร็วตัดต่ำกว่า CBN และอัตราป้อนต่ำ ประมาณ 0.02 ถึง 0.1 มม./รอบ เกรดคาร์ไบด์ทั่วไปสำหรับเหล็กกล้าสึกเร็วมากบนเหล็กชุบแข็ง
• PCD คือเพชรสังเคราะห์ ใช้กับอะลูมิเนียมและวัสดุนอกกลุ่มเหล็ก ห้ามใช้กับเหล็ก เพราะคาร์บอนในเพชรทำปฏิกิริยากับเหล็กที่อุณหภูมิตัด ความเร็วตัดส่วนบนของช่วงต้องใช้เครื่องที่หมุนได้เร็วพอ

---

2. อัตราป้อนและระยะกินลึกสำหรับงานกลึง (Turning)

ชนิดการกลึง	สภาพการตัด	มีดคาร์ไบด์ $f_n$ (มม./รอบ)	ระยะกินลึก $a_p$ (มม.)	หมายเหตุ
กลึงปอกหยาบ (Roughing)	มีผิวเกล็ดแข็ง/ผิวหล่อ	0.25 – 0.45	1.5 – 4.0	เลือกรัศมีปลายมีด $r_\epsilon \ge 0.8$ มม. เพื่อความแข็งแรง
กลึงกึ่งละเอียด (Semi-finish)	ผิวผ่านการปอกมาแล้ว	0.15 – 0.25	0.8 – 2.0	ปรับ $V_c$ เพิ่มขึ้น 15–20% จากตอนกลึงหยาบ
กลึงผิวละเอียด (Finishing)	คุมขนาดและผิวเรียบ	0.06 – 0.14	0.2 – 0.6	สัมพันธ์กับค่า $Ra$: ยิ่ง $r_\epsilon$ ใหญ่ ผิวยิ่งเรียบ
กลึงเซาะร่อง (Grooving)	ร่องกว้าง 2–4 มม.	0.04 – 0.12	ตามความลึก (กินเต็มหน้ามีด)	ลดความเร็วตัดลง 30% เทียบกับตอนกลึงปอก
กลึงตัดขาด (Parting off)	ตัดชิ้นงานจนถึงแกนหมุน	0.04 – 0.10	ตัดขาด (กินเต็มหน้ามีด)	ใกล้จุดศูนย์กลางให้ใช้คำสั่งจำกัดรอบสูงสุด G50

---

3. อัตราป้อนต่อฟันสำหรับงานกัด (Milling: $f_z$)

สำหรับดอกกัดโซลิดคาร์ไบด์ (Solid Carbide End Mill) กัดข้างที่ระยะกินลึกด้านข้าง $a_e \approx 0.5D$ และระยะกินลึกตามแนวแกน $a_p \le 1.0D$:

ขนาดดอกกัด $D$ (มม.)	เหล็กโครงสร้าง/คาร์บอน (P)	สเตนเลส (M)	เหล็กหล่อ (K)	อลูมิเนียม (N)
Ø 3	0.010 – 0.018	0.008 – 0.014	0.012 – 0.022	0.020 – 0.040
Ø 6	0.025 – 0.045	0.020 – 0.035	0.030 – 0.050	0.050 – 0.090
Ø 8	0.035 – 0.060	0.025 – 0.045	0.040 – 0.070	0.070 – 0.120
Ø 10	0.045 – 0.075	0.035 – 0.055	0.050 – 0.085	0.090 – 0.150
Ø 12	0.055 – 0.090	0.040 – 0.065	0.060 – 0.100	0.110 – 0.180
Ø 16	0.070 – 0.110	0.050 – 0.080	0.075 – 0.120	0.140 – 0.220
หัวกัดปาดหน้า Face Mill	0.120 – 0.250	0.080 – 0.180	0.120 – 0.250	0.150 – 0.350

เหตุที่อัตราป้อนต่อฟัน $f_z$ เพิ่มขึ้นตามขนาดดอกกัด $D$ เพราะดอกกัดขนาดใหญ่มีแกนที่หนากว่า แข็งเกร็งกว่า และมีร่องคายเศษลึกกว่า จึงรับแรงตัดและคายเศษที่หนาขึ้นได้โดยไม่แอ่นตัวหรือหัก ต่างจากดอกเล็ก (เช่น Ø3) ที่มีแกนบางและเปราะจึงต้องป้อนต่อฟันน้อยกว่ามาก

ปรากฏการณ์เศษบางตัวในงานกัดข้าง (Radial Chip Thinning Effect)

เมื่อระยะกินลึกด้านข้าง ($a_e$) มีค่าน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางดอกกัด ($a_e < 0.5D$) เช่น งานกัดความเร็วสูง (Trochoidal หรือ Dynamic milling ที่ใช้ $a_e = 0.05D$ ถึง $0.15D$) คมตัดจะเริ่มเฉือนเข้าและหลุดออกจากเนื้องานในมุมที่แคบลง ความหนาจริงของเศษจึงบางกว่าค่าอัตราป้อนต่อฟัน $f_z$ ที่สั่งในโปรแกรม

ความหนาเฉลี่ยของเศษ ($h_m$) คำนวณได้จาก:

$$h_m \approx f_z \sqrt{\frac{a_e}{D}}$$

• ผลกระทบเมื่อไม่ชดเชยค่า: ถ้าสั่งค่า $f_z$ เท่าเดิมเมื่อกินด้านข้างบาง ความหนาของเศษจะลดลงจนต่ำกว่ารัศมีมนของคมตัด คมมีดจะไม่สามารถเฉือนตัดเนื้อโลหะได้ตามปกติ แต่จะเกิดการเสียดสีและกดอัดบนผิวงาน ทำให้เกิดความร้อนสะสมที่ปลายคมตัดและผิวงานแข็งตัวขึ้น
• การปรับชดเชยอัตราป้อน: เพื่อรักษาความหนาเฉลี่ยของเศษ ($h_m$) ให้ได้ตามค่าแนะนำของผู้ผลิต ต้องปรับเพิ่มอัตราป้อนต่อฟันในโปรแกรม ($f_z'$) ตามสัดส่วน:

$$f_z' = \frac{h_m}{\sqrt{a_e / D}}$$

ตัวอย่างเช่น ดอกกัด Ø10 มม. กัดข้างที่ $a_e = 1.0$ มม. ($a_e / D = 0.1$) หากต้องการความหนาเศษเฉลี่ย $0.05$ มม. ต้องตั้งค่าอัตราป้อนในโปรแกรมเป็น $f_z' = 0.05 / \sqrt{0.1} \approx 0.158$ มม./ฟัน

---

4. อัตราป้อนสำหรับงานเจาะ (Drilling: $f$)

อัตราป้อนสำหรับงานเจาะคิดเป็น มม./รอบ ($f_n$) ขึ้นอยู่กับขนาดและความแข็งแกร่งของดอกสว่าน:

ขนาดดอกสว่าน $D$ (มม.)	ดอกสว่านไฮสปีด HSS (มม./รอบ)	ดอกสว่านโซลิดคาร์ไบด์ (มม./รอบ)
Ø 1.0 – Ø 3.0	0.02 – 0.05	0.04 – 0.08
Ø 3.1 – Ø 6.0	0.05 – 0.10	0.08 – 0.15
Ø 6.1 – Ø 10.0	0.10 – 0.18	0.14 – 0.25
Ø 10.1 – Ø 16.0	0.16 – 0.26	0.22 – 0.35
Ø 16.1 – Ø 25.0	0.24 – 0.35	0.30 – 0.45

---

5. การจำแนกเกรดมีดตาม ISO 513 (Classification of Cutting Materials)

ตามมาตรฐาน ISO 513:2012 การแบ่งเกรดย่อยจะใช้ ตัวเลขต่อท้ายตัวอักษรกลุ่ม (เช่น P01 ถึง P50, M01 ถึง M40, K01 ถึง K40 และใช้เกรดกึ่งกลางอย่าง P05 หรือ P15 ได้) ซึ่งระบุความสมดุลระหว่าง ความทนทานต่อการสึกหรอ (Wear Resistance) กับ ความเหนียวทนแรงกระแทก (Toughness):

• ตัวเลขน้อย (เช่น P01, P10, K05): เนื้อคาร์ไบด์มีปริมาณโคบอลต์ (Cobalt binder) น้อย เม็ดทังสเตนคาร์ไบด์ละเอียดมาก แข็งจัด ทนความร้อนสูง เหมาะกับการ กลึงละเอียด (Finishing) ความเร็วรอบสูง ในสภาพการตัดนิ่งต่อเนื่อง แต่เปราะ แตกหักง่ายหากกระแทก
• ตัวเลขมาก (เช่น P35, P40, M30, K30): มีปริมาณโคบอลต์สูงขึ้น เนื้อเหนียว รับแรงกระแทกได้ยอดเยี่ยม เหมาะกับ งานกลึงหยาบ (Roughing) กัดตัดกระแทก (Interrupted cut) ผิวงานหล่อหรือมีรอยต่อ แต่ต้องใช้ความเร็วตัด $V_c$ ต่ำลง

สัญลักษณ์ชนิดวัสดุคมตัดตาม ISO 513

• HW (Uncoated Carbide): ทังสเตนคาร์ไบด์ไม่เคลือบผิว คมตัดคมเฉียบ เหมาะกับอลูมิเนียม (N) และโลหะนอกกลุ่มเหล็ก
• HC (Coated Carbide): คาร์ไบด์เคลือบผิวด้วยกรรมวิธี CVD หรือ PVD (เช่น TiAlN, AlTiN, TiCN) ทนความร้อนและต้านการสึกหรอ ใช้มากที่สุดในปัจจุบัน
• HT (Cermet): เซอร์เมท (คาร์ไบด์ผสมเซรามิกที่มีไททาเนียมคาร์บอนไนไตรด์เป็นหลัก) ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ผิวงานเงาวาวสูง
• CA / CM / CN (Ceramics): เซรามิกออกไซด์ ($Al_2O_3$), เซรามิกผสม (Mixed) และซิลิคอนไนไตรด์ ($Si_3N_4$) สำหรับกลึงเหล็กหล่อและเหล็กชุบแข็งความเร็วสูง
• BN (PCBN - Polycrystalline Cubic Boron Nitride): โบรอนไนไตรด์ แข็งเป็นอันดับสองรองจากเพชร สำหรับกลึงกัดเหล็กชุบแข็ง HRC 45–65 (Hard Turning)
• DP (PCD - Polycrystalline Diamond): เพชรสังเคราะห์ แข็งที่สุด สำหรับกัดกลึงอะลูมิเนียมซิลิคอนสูง คาร์บอนไฟเบอร์ และคอมโพสิต (ห้ามใช้กับโลหะกลุ่มเหล็ก เพราะคาร์บอนในเพชรจะทำปฏิกิริยาเคมีและเกิดการสึกหรออย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูง)

---

6. การคำนวณกำลังและแรงตัดเฉือน (Cutting Power & Force)

ก่อนปรับเพิ่มอัตราป้อนหรือความเร็วตัด ควรตรวจสอบว่ามอเตอร์ขับสปินเดิลของเครื่องจักรมีกำลังขับเพียงพอหรือไม่:

1. กำลังขับสำหรับงานกลึง (Turning Power)

$$P_c = \frac{V_c \times a_p \times f_n \times k_c}{60,000 \times \eta}$$

โดยที่:

• $P_c$ = กำลังตัดเฉือนที่ต้องการสุทธิ (กิโลวัตต์: kW)
• $V_c$ = ความเร็วตัด (ม./นาที)
• $a_p$ = ระยะกินลึก (มม.)
• $f_n$ = อัตราป้อนต่อรอบ (มม./รอบ)
• $\eta$ = ประสิทธิภาพระบบส่งกำลังของเครื่องจักร (ปกติประมาณ 0.75 – 0.85)
• $k_c$ = ค่าแรงต้านการตัดเฉือนจำเพาะของวัสดุ (Specific Cutting Force: $N/mm^2$ หรือ MPa):
  • เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ (SS400, S20C): $k_c \approx 1,500 – 1,800$ MPa
  • เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง/ผสม (S45C, SCM440): $k_c \approx 1,900 – 2,300$ MPa
  • สเตนเลสออสเทไนต์ (SUS304, SUS316): $k_c \approx 2,100 – 2,600$ MPa
  • เหล็กหล่อเทา (FC250): $k_c \approx 1,000 – 1,300$ MPa
  • อะลูมิเนียมอัลลอยด์ (A6061): $k_c \approx 500 – 800$ MPa

2. กำลังขับสำหรับงานกัด (Milling Power)

คำนวณจากอัตราการขจัดเนื้อโลหะ (Metal Removal Rate: $Q = \dfrac{a_p \times a_e \times V_f}{1,000}$ ซม.³/นาที):

$$P_c = \frac{a_p \times a_e \times V_f \times k_c}{60,000,000 \times \eta}$$

โดยที่ $a_e$ คือความกว้างการกัดด้านข้าง (มม.) และ $V_f$ คือความเร็วป้อนโต๊ะงาน ($n \times z \times f_z$ มม./นาที)

---

7. การปรับลดค่าตามสภาพการทำงาน (Correction Factors)

เมื่อสภาพการตัดเฉือนไม่นิ่งหรือไม่แข็งแรงพอ ให้คูณตัวคูณลดค่ากับความเร็วตัดและอัตราป้อนดังนี้:

1. ระยะยื่นมีดยาว (Tool Overhang $L/D$):
   • $L/D \le 3$: ใช้ค่า 100% ปกติ
   • $L/D = 4 – 5$: ลด $V_c$ ลงเหลือ 75%, ลด $f$ ลงเหลือ 80%
   • $L/D \ge 6$: เกิดการสั่นสะท้าน (Chatter) ได้ง่าย ให้ลด $V_c$ เหลือ 50–60% และลดระยะกินลึกตามแนวรัศมี
2. การกัดร่องตัน (Slotting / Full Width $a_e = D$):
   • ลดความเร็วตัด $V_c$ ลง 20%
   • ลดอัตราป้อนต่อฟัน $f_z$ ลง 20–30% เพื่อเปิดช่องให้เศษคายออกจากร่องได้ทัน
3. การตัดเฉือนแบบขาดตอน (Interrupted Cut):
   • ชิ้นงานมีรูเจาะ ร่องลิ่ม หรือผิวหกเหลี่ยม ให้ลด $V_c$ ลง 20–30% และเลือกเกรดมีดคาร์ไบด์ที่มีความเหนียวสูง (Toughness grade) แทนเกรดต้านทานการสึกหรอสูง