ผลของแรงที่วัดได้จากการตัดเฉือนสามารถแสดงผลได้ที่เครื่องพีซีคอมพิวเตอร์ ซึ่งเป็นการใช้งานร่วมกันกับ ไดนาโมมิเตอร์ ชุดแปลงสัญญาณ และซอฟต์แวร์ Dyno Ware

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีของการวัดแรงในการตัดเฉือนโลหะ เพื่อให้ทราบถึงแรงที่กระทำต่อเครื่องมือตัดไม่ว่าจะเป็นงานกลึง  งานกัด  งานเจาะ ฯลฯ  จำเป็นที่จะต้องอาศัยเครื่องมือวัดสำหรับการวิเคราะห์ผลของแรงในการตัดเฉือนที่รู้จักกันในชื่อของไดนาโมมิเตอร์  ซึ่งไดนาโมมิเตอร์ที่ใช้สำหรับวัดแรงในการตัดเฉือนจะมีอยู่ด้วยกันหลายชนิด เช่น  แบบหน้าปัด, เซลล์วัดความดันแบบไฮดรอลิก, อุปกรณ์นิวแมติก, อุปกรณ์ที่ใช้แสง, ทรานดิวเซอร์ทางไฟฟ้า และผลึกฟลิโซอิเลคทริคเซนเซอร์ เป็นต้น ซึ่งแต่ละชนิดจะให้ค่าความแม่นยำที่แตกต่างกันออกไป  บางชนิดอาจจะต้องมาเทียบหาค่าขนาดของแรงที่กระทำโดยการเทียบน้ำหนักของแรงที่กระทำกับนาฬิกาวัด (Dial Gauge) บางชนิดก็สามารถแปลงสัญญาณที่ได้รับจากไดนาโมมิเตอร์ ผ่านชุดแปลงสัญญาณ (Charge Amplifier) เพื่อส่งผ่านข้อมูลสำหรับมายังชุดประมวลผลหรือซอฟต์แวร์ ที่สามารถแสดงค่าของแรงที่วัดได้ให้อยู่ในรูปของกราฟหรือตาราง    ในที่นี้จะกล่าวถึงการวิเคราะห์ผลของแรงในการตัดเฉือนจากไดนาโมมิเตอร์วัดแรงแบบผลึกฟลิโซอิเลคทริคเซนเซอร์ ซึ่งเหมาะสำหรับงานวิจัยทางด้านการตัดเฉือนโลหะ เพราะมีความไวในการวัด(Sentivity)สูง พอที่จะสามารถอ่านค่าความละเอียดได้อย่างแม่นยำ และสามารถวัดแรงในการตัดเฉือนได้ 4 แนวแรง (Fx, Fy, Fz, Mz )  รุ่น Kistler Type  9272  ที่ใช้งานร่วมกับชุดแปลงสัญญาณ (Charge Amplifier : Kistler Type 5019) และซอฟต์แวร์ Dyno Ware  ที่สามารถแสดงผลของแรงที่วัดได้ที่เครื่องพีซีคอมพิวเตอร์  ทำให้ทราบค่าของแรงในการตัดเฉือนที่กระทำกับเครื่องมือตัดในขณะทำการตัดเฉือนที่ถูกต้องและเหมาะสม ซึ่งเหมาะสำหรับงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับวัสดุเครื่องมือตัดและการสึกหรอของเครื่องมือ (Cutting Tools) แต่ละชนิด

การใช้งานไดนาโมมิเตอร์ วัดแรงใน 4 แนวแกน (Kistler  Type 9272)

ไดนาโมมิเตอร์ Kistler  Type 9272  เป็นอุปกรณ์วัดแรงแบฟลิโซอิเลคทริคเซนเซอร์  ที่สามารถวัดแรงได้ 4 แนวแกน  นั่นคือใช้สำหรับวัดแรงในการตัดเฉือนด้วยงานกลึง  งานกัด  งานเจาะ และงานเจียระไน  ซึ่งค่าของแรงที่วัดได้จะต้องผ่านชุดแปลงสัญญาณ (Charge Amplifier : Kistler Type 5019) หลังจากนั้นจึงจะไปผ่านชุดประมวลผลที่เครื่องพีซีคอมพิวเตอร์ด้วยซอฟต์แวร์ Dyno Ware Version 2.31 (Type 2825 A1-2) ซึ่งภายในเครื่องพีซีจะต้องมีแผลงวงจรที่เป็นตัวรับสัญญาณจากชุดแปลงสัญญาณมาทำการประมวลผล   ดังรูปที่ 1 เป็นการใช้งานชุดไดนาโมมิเตอร์สำหรับงานกลึง   จากรูปจะเห็นได้ว่าชุดไดนาโมมิเตอร์จะทำการติดตั้งอยู่บนชุดป้อมมีดของเครื่องกลึง โดยที่จะต้องทำการถอดชุดป้อมมีดนั้นออกก่อน  แล้วจึงทำการติดตั้ง ไดนาโมมิเตอร์ Kistler  Type 9272  เข้าไปแทนที่  การใช้งานร่วมกันเครื่องกลึงนั้น สำหรับไดนาโมมิเตอร์รุ่นนี้จะมีข้อจำกัดอยู่บ้างก็คือ ไม่สามารถใช้ทดสอบร่วมกับเครื่องกลึงที่ควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์  ซึ่งนอกจากนี้แล้วชุดไดนาโมมิเตอร์ดังกล่าวยังสามารถใช้งานร่วมกับเครื่องเจาะ และเครื่องกัดที่ควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์ได้

รูปที่ 1 การใช้งานชุดไดนาโมมิเตอร์สำหรับงานกลึง 

รูปที่ 2 แผลงวงจรตัวรับสัญญาณจาก Charge Amplifier

การใช้งานซอฟต์แวร์สำหรับประมวลผล Dyno Ware

เมื่อได้ทำการติดตั้งชุดทดสอบไดนามิเตอร์และเครื่องมือตัดเข้ากับเครื่องกลึงที่จะทำการทดสอบ ดังรูปที่ 1 พร้อมทั้งทำการต่อสายเชื่อมโยงข้อมูลระหว่างชุดแปลงสัญญาณกับไดนาโมมิเตอร์เรียบร้อยแล้ว  ขั้นตอนต่อไปจึงเข้าสู่การกำหนดค่าตัวแปรต่างๆ สำหรับใช้ในการทดสอบเพื่อวิเคราะห์หาค่าของแรงในการตัดเฉือน ที่กระทำกับเครื่องมือตัดแต่ละชนิดได้  ซึ่งสามารถอธิบายได้ตามขั้นตอนดังนี้

ขั้นตอนที่  1   การกำหนดค่าของแรงที่ใช้ในการทดสอบ

จากรูปที่ 3  จะเห็นได้ว่าเราสามารถกำหนดค่าของแรงที่ใช้ในการทดสอบได้ ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของการกำหนดค่าตัวแปรหรือเงื่อนไขในการตัดเฉือนและวัสดุเครื่องมือตัด  สำหรับซอฟต์แวร์ที่ใช้ร่วมกับไดนาโมมิเตอร์ชุดนี้ จะสามารถกำหนดหรือตั้งค่าของแรงได้  4  แนวแรง  (Fx, Fy, Fz , Mz ) นั่นก็คือ  แรงในแนวแกน X (Feed Force) แรงในแนวแกน Y (Radial Force) แรงในแนวแกน Z (Cutting Force) และแรงบิด M (Mz)  สำหรับการทดสอบด้วยงานกลึงจะเลือกใช้ค่าของแรงเพียง 3 ค่าเท่านั้น คือ  Fx, Fy , และFz   เมื่อได้ทำการกำหนดค่าของช่วงแรงที่ใช้ในการวัดเสร็จแล้ว จึงทำการส่งพารามิเตอร์นี้ไปยังชุด Charge Amplifier โดยการกด Send Parameter  แล้วจึงทำการตอบตกลงเพื่อทำการตั้งค่าตัวแปรอื่นๆ ต่อไป

รูปที่ 3  การกำหนดค่าของแรงที่ใช้ในการทดสอบค่าช่วงเวลา

รูปที่ 4 การกำหนดเวลาที่ใช้ในการทดสอบ และการตั้งชื่อไฟล์

หลังจากผ่านขั้นตอนที่ 1 เสร็จเรียบร้อยแล้ว จึงเข้าสู่ขั้นตอนของการกำหนดช่วงเวลาของการทดสอบ ดังรูปที่ 4  สำหรับซอฟต์แวร์ Dyno Ware นี้จะกำหนดช่วงเวลาของการทดสอบเป็นวินาที  เวลาที่กำหนดให้กับการทดสอบนี้ ส่วนใหญ่แล้วจะขึ้นอยู่เงื่อนไขของการตัดเฉือน เช่น อัตราป้อนและค่าความเร็วตัด  จะต้องสัมพันธ์กันกับการกำหนดช่วงเวลาของการทดสอบ  เวลาที่กำหนดในซอฟต์แวร์ควรจะกำหนดให้มีค่ามากกว่าเวลาที่ใช้ในการทดสอบจริง เพื่อป้องกันปัญหาที่อาจจะเกิดจากการตัดเฉือนที่ยังไม่สมบูรณ์  นอกจากการกำหนดเวลาในการทดสอบแล้ว  ยังสามารถกำหนดชื่อไฟล์ที่จะทำการบันทึกและตำแหน่งที่จะทำการจัดเก็บไฟล์ เมื่อทำการทดสอบเสร็จแล้วผลที่ได้จากการทดสอบจะนำไปเก็บไว้ยังไฟล์ดังกล่าว 

ขั้นตอนที่  3   การกำหนดสภาวะเงื่อนไขในการตัดเฉือน

การกำหนดค่าสภาวะเงื่อนไขในการตัดเฉือน ประกอบด้วย ชื่อที่ใช้ในการทดสอบ  วัสดุที่ใช้ในการทดสอบ  วัสดุเครื่องมือตัด  ความเร็วตัด  อัตราป้อน  ความเร็วรอบ  และความลึกในการป้อนตัด เป็นต้น 

รูปที่ 5  การกำหนดสภาวะเงื่อนไขในการตัดเฉือน

ขั้นตอนที่  4  การกำหนดจำนวนของแรงที่จะแสดงผล  สามารถจะเพิ่มและลดจำนวนได้

รูปที่ 6 จำนวนของแรงที่จะแสดงผล

 รูปที่7 กราฟแสดงผลค่าของแรงในการตัดเฉือน

รูปที่ 8 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนด้วยงานกลึง 

เมื่อทำการกำหนดค่าต่างๆ ที่จะใช้สำหรับการตัดเฉือน พร้อมทั้งทำการจับยึดชิ้นและกำหนดค่าสภาวะเงื่อนไขในการตัดเฉือนเรียบร้อยแล้ว  ขั้นตอนต่อไปจึงเริ่มทำการตัดเฉือน โดยการกดปุ่ม GO ที่หน้าจอคอมพิวเตอร์ แล้วจึงเริ่มทำการตัดเฉือน โดยที่หน้าต่างของ Data Acquisition ดังรูปที่ 7  จะขึ้นเป็นแถบสีเขียวที่แสดงเป็นจำนวนเปอร์เซ็นต์ ตามที่ได้ตั้งค่าของเวลาที่ใช้ในการทดสอบไว้ตั้งแต่ต้น  หลังจากนั้นจะเป็นขั้นตอนของการรับค่าสัญญาณจากไดนาโมมิเตอร์ ผ่าน Charge Amplifier และประมวลผลออกมาในรูปของแรงที่ได้จากการตัดเฉือน ดังแสดงในรูปที่  8  สามารถแสดงผลกราฟของแรงแต่ละแนวแรง และกราฟที่แสดงค่าของแรงรวมกันทั้ง 3 แรง   จากกราฟของแรงที่ได้ยังสามารถเลือกแสดงผลได้ทีละค่า พร้อมทั้งหาค่าของแรงสูงสุด ต่ำสุด และค่าเฉลี่ยได้ โดยการเข้าไปปรับแก้ที่ซอฟต์แวร์ Dyno Ware ได้ตลอดเวลา เพราะว่าตัวซอฟต์แวร์เองได้ทำการบันทึกไฟล์ที่ใช้ในการทดสอบไว้แล้วตั้งแต่ตอนเริ่มต้นกำหนดค่าต่างๆ   ดังรูปที่  9  เป็นการเลือกแสดงผลค่าของแรงเพียงค่าเดียว (Fx) พร้อมทั้งแสดงค่าของแรงสูงสุด  ต่ำสุด และค่าแรงโดยเฉลี่ย  เราสามารถกำหนดช่วงของแรงที่ต้องการทราบค่า หรือทำการปรับแต่งกราฟให้มีความเหมาะสมได้    

รูปที่ 9 การเลือกแสดงผลค่าของแรงในการตัดเฉือน

ชุดทดสอบไดนาโมมิเตอร์สำหรับวัดแรงในการตัดเฉือน (Kistler  Type 9272) ที่ใช้งานร่วมกันกับชุดแปลงสัญญาณ (Charge Amplifier : Kistler Type 5019) และชุดประมวลผลด้วยซอฟต์แวร์ Dyno Ware Version 2.31 (Type 2825 A1-2)  มีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับใช้สำหรับงานวิจัย ที่เกี่ยวกับกระบวนการตัดเฉือนโลหะ  การสึกหรอของเครื่องมือตัดที่มีผลต่อแรงในการตัดเฉือน รวมไปถึงการศึกษาเกี่ยวกับวัสดุเครื่องมือตัดที่จะนำมาใช้ในการตัดเฉือนกับวัสดุแต่ละชนิด ว่ามีคุณสมบัติเหมาะสมอย่างไร  ซึ่งผลของแรงที่สามารถวัดได้มีความเที่ยงตรงค่อนข้างสูง เพราะเป็นอุปกรณ์วัดแรงแบบผลึกฟลิโซอิเลคทริคเซนเซอร์   ที่สามารถวัดแรงในการตัดเฉือนได้ถึง 4 แนวแรง  นั่นคือ สามารถนำไปใช้ในการทดสอบหาค่าของแรงในการตัดเฉือนด้วยงานกลึง  งานกัด  งานเจาะ และงานเจียรนัยได้อย่างกว้างขวาง ซึ่งสามารถครอบคลุมถึงกระบวนการตัดเฉือนที่ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตในปัจจุบันเป็นอย่างมาก  ทำให้สามารถปรับปรุงกระบวนการทำงาน  การเลือกใช้วัสดุเครื่องมือตัด  เงื่อนไขที่ใช้ในการตัดเฉือน ให้มีความเหมาะสมต่อการปฏิบัติงาน อีกทั้งยังสามารถลดต้นทุนการผลิตที่อาจจะเกิดจากกระบวนการตัดเฉือนขึ้นได้   ในฉบับต่อไปจะได้กล่าวถึงการทดสอบหาค่าของตัวแปรต่างๆ ที่มีผลกระทบต่อแรงในการตัดเฉือนทั้ง 4 ชนิด ต่อไป 

เอกสารอ้างอิง

1. Dipl. Ing.R Kail and Dipl. – Ing. W. Mahr ; Piezoelectric Measurement Instrument and their Application; Kistler Reprint 20.116e

2. George Schneider, Jr. CmfgE. Cutting Tool Application. Lawrence Technology University (1999)

3. Sandvik Coroment Company, Modern Metal Cutting – A Practicak Handbook, page 41 (1994)

5. www.kistler.com