เครื่องตัดพลาสม่า CNC ใช้สำหรับอะไร?

เครื่องตัดพลาสม่า CNC คืออะไร?

การตัดพลาสม่าซีเอ็นซีเป็นกระบวนการที่ตัดผ่านวัสดุที่มีตัวนำไฟฟ้าโดยใช้พลาสม่าร้อนที่เร่งความเร็ว วัสดุทั่วไปที่ตัดด้วยคบเพลิงพลาสม่าได้แก่ เหล็ก อลูมิเนียม ทองเหลือง และทองแดง แม้ว่าอาจตัดโลหะที่มีตัวนำไฟฟ้าชนิดอื่นได้เช่นกัน เครื่องตัดพลาสม่าซีเอ็นซีมักใช้ในร้านประกอบชิ้นส่วน อู่ซ่อมและบูรณะรถยนต์ งานก่อสร้างอุตสาหกรรม และงานกู้ซากและงานตัดเศษวัสดุ เนื่องจากการตัดด้วยความเร็วสูงและแม่นยำร่วมกับต้นทุนที่ต่ำ เครื่องตัดพลาสม่าซีเอ็นซีจึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายตั้งแต่การใช้งาน CNC ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ไปจนถึงร้านงานอดิเรกขนาดเล็ก

กระบวนการตัดพลาสม่า CNC ขั้นพื้นฐานเกี่ยวข้องกับการสร้างช่องไฟฟ้าของก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนทางไฟฟ้าที่ร้อนจัด เช่น พลาสม่าจากเครื่องตัดพลาสม่า CNC เอง ผ่านชิ้นงานที่จะตัด ทำให้เกิดวงจรไฟฟ้าที่สมบูรณ์กลับไปยังเครื่องตัดพลาสม่า CNC ผ่านแคลมป์กราวด์ ซึ่งทำได้โดยก๊าซอัด (ออกซิเจน อากาศ เฉื่อย และอื่นๆ ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ถูกตัด) ซึ่งถูกพ่นผ่านหัวฉีดที่โฟกัสด้วยความเร็วสูงไปยังชิ้นงาน จากนั้นจะเกิดอาร์กไฟฟ้าภายในก๊าซ ระหว่างอิเล็กโทรดที่อยู่ใกล้หรือรวมเข้ากับหัวฉีดก๊าซและชิ้นงานเอง อาร์กไฟฟ้าจะทำให้ก๊าซบางส่วนแตกตัวเป็นไอออน จึงสร้างช่องพลาสม่าที่นำไฟฟ้าได้ เมื่อกระแสไฟฟ้าจากคบเพลิงของเครื่องตัดเดินทางผ่านพลาสม่า กระแสไฟฟ้าจะส่งความร้อนเพียงพอที่จะหลอมละลายผ่านชิ้นงาน ในเวลาเดียวกัน พลาสม่าความเร็วสูงและก๊าซอัดจำนวนมากจะพ่นโลหะหลอมเหลวที่ร้อนออกไป จึงแยกออกจากกันหรือตัดผ่านชิ้นงาน

ตั้งแต่ เครื่องตัดพลาสม่าซีเอ็นซี ผลิต "กรวย" ที่ร้อนมากและเฉพาะจุดเพื่อใช้ในการตัด โดยมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการตัดแผ่นโลหะที่มีรูปร่างโค้งหรือมุม

เครื่องตัดพลาสม่า CNC แบบอนาล็อก ซึ่งโดยทั่วไปต้องใช้กำลังไฟฟ้ามากกว่า 2 กิโลวัตต์ จะใช้หม้อแปลงความถี่หลักขนาดใหญ่ เครื่องตัดพลาสม่าอินเวอร์เตอร์จะแปลงแหล่งจ่ายไฟหลักให้เป็น DC ซึ่งป้อนเข้าในอินเวอร์เตอร์ทรานซิสเตอร์ความถี่สูงระหว่าง 10 kHz ถึงประมาณ 200 kHz ความถี่การสลับที่สูงขึ้นทำให้หม้อแปลงมีขนาดเล็กลง ส่งผลให้ขนาดโดยรวมลดลงและค่า W8 ลดลง

ทรานซิสเตอร์ที่ใช้ในตอนแรกคือ MOSFET แต่ปัจจุบันมีการใช้ IGBT มากขึ้นเรื่อยๆ หากทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งทำงานก่อนเวลาอันควรด้วย MOSFET แบบขนาน อินเวอร์เตอร์หนึ่งในสี่ตัวอาจขัดข้องแบบต่อเนื่อง IGBT ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่คิดค้นขึ้นในภายหลังไม่ได้รับผลกระทบจากโหมดขัดข้องนี้มากนัก โดยทั่วไป IGBT มักพบในเครื่องจักรที่มีกระแสไฟสูง ซึ่งไม่สามารถต่อทรานซิสเตอร์ MOSFET แบบขนานได้เพียงพอ

โทโพโลยีสวิตช์โหมดเรียกว่าตัวแปลงแบบออฟไลน์แบบทรานซิสเตอร์คู่ แม้ว่าจะมีน้ำหนักเบากว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า แต่เครื่องตัดพลาสม่าอินเวอร์เตอร์บางรุ่น โดยเฉพาะรุ่นที่ไม่มีการแก้ไขค่ากำลังไฟฟ้า ไม่สามารถทำงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ (นั่นหมายความว่าผู้ผลิตหน่วยอินเวอร์เตอร์ห้ามไม่ให้ทำเช่นนั้น แต่จะใช้ได้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพาขนาดเล็กและน้ำหนักเบาเท่านั้น) อย่างไรก็ตาม รุ่นใหม่กว่ามีวงจรภายในที่ช่วยให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพาขนาดเล็กที่ไม่มีการแก้ไขค่ากำลังไฟฟ้าสามารถทำงานบนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเบาได้

ผู้ผลิตเครื่องตัดพลาสม่า CNC บางรายสร้างโต๊ะตัด CNC และบางรายก็สร้างเครื่องตัดไว้ในโต๊ะ โต๊ะ CNC ช่วยให้คอมพิวเตอร์สามารถควบคุมหัวคบเพลิงได้ ทำให้ตัดได้สะอาดและคมชัด อุปกรณ์พลาสม่า CNC สมัยใหม่สามารถตัดวัสดุหนาได้หลายแกน ทำให้สามารถเชื่อมตะเข็บที่ซับซ้อนได้ ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยวิธีอื่น สำหรับวัสดุที่บางกว่า การตัดพลาสม่า CNC กำลังถูกแทนที่ด้วยการตัดด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง เนื่องมาจากความสามารถในการเจาะรูที่เหนือกว่าของเครื่องตัดเลเซอร์เป็นหลัก

การใช้งานเฉพาะด้านของเครื่องตัดพลาสม่า CNC มีอยู่ในอุตสาหกรรม HVAC ซอฟต์แวร์จะประมวลผลข้อมูลเกี่ยวกับท่อนำอากาศและสร้างรูปแบบแบนๆ เพื่อตัดบนโต๊ะตัดด้วยคบเพลิงพลาสม่า เทคโนโลยีนี้ช่วยเพิ่มผลผลิตในอุตสาหกรรมได้อย่างมากนับตั้งแต่มีการแนะนำในช่วงต้นทศวรรษ 1980

เครื่องตัดพลาสม่า CNC ใช้สำหรับอะไร?

เครื่องตัดพลาสม่าเป็นเครื่องมือที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการตัดโลหะเพื่อการใช้งานหลากหลายประเภท เครื่องตัดพลาสม่าแบบมือถือเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการตัดแผ่นโลหะ แผ่นเหล็ก สายรัด สลักเกลียว ท่อ ฯลฯ ได้อย่างรวดเร็ว หัวตัดพลาสม่าแบบมือถือยังเป็นเครื่องมือเซาะร่องที่ยอดเยี่ยมสำหรับการเซาะร่องรอยเชื่อมหรือการกำจัดรอยเชื่อมที่ชำรุด เครื่องตัดพลาสม่าแบบมือถือมักใช้สำหรับการตัดรูปทรงเล็กๆ จากแผ่นโลหะ แต่ไม่สามารถให้ความแม่นยำในการตัดหรือคุณภาพขอบที่เพียงพอสำหรับการผลิตโลหะหลายประเภท นั่นเป็นเหตุผลที่เครื่องตัดพลาสม่า CNC จึงมีความสำคัญ

เครื่องตัดพลาสม่า CNC คือเครื่องจักรที่บรรจุหัวตัดพลาสม่า และสามารถเคลื่อนที่หัวตัดนั้นไปตามเส้นทางที่กำหนดโดยคอมพิวเตอร์ คำว่า "CNC" หมายถึง "ระบบควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์" ซึ่งหมายความว่าคอมพิวเตอร์ถูกใช้เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของเครื่องจักรโดยใช้รหัสตัวเลขในโปรแกรม

เครื่องตัดพลาสม่า CNC ยังใช้ในโรงงานหลายแห่งเพื่อสร้างงานโลหะตกแต่ง เช่น ป้ายโฆษณาและที่พักอาศัย งานศิลปะบนผนัง ป้ายที่อยู่ และงานศิลปะในสวนกลางแจ้ง

เครื่องตัดพลาสม่า CNC เทียบกับเครื่องตัดพลาสม่าแบบมือถือ

เครื่องตัดพลาสม่า CNC มักใช้ระบบพลาสม่าประเภทที่แตกต่างจากการตัดด้วยมือ โดยระบบพลาสม่าได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการตัดด้วย "เครื่องจักร" แทนที่จะเป็นการตัดด้วยมือ เครื่องตัดพลาสม่า CNC ใช้คบเพลิงแบบลำกล้องตรงซึ่งสามารถพกพาโดยเครื่องจักรได้ และมีอินเทอร์เฟซบางประเภทที่ควบคุมโดยอัตโนมัติด้วย CNC มีเครื่องจักรระดับเริ่มต้นบางเครื่องที่พกพาคบเพลิงที่ออกแบบมาสำหรับการตัดด้วยมือได้ เช่น เครื่องจักร PlasmaCAM แต่เครื่องจักรที่ออกแบบมาเพื่อการผลิตหรือประดิษฐ์อย่างจริงจังจะใช้คบเพลิงแบบเครื่องจักรและระบบพลาสม่า

ชิ้นส่วนเครื่องตัดพลาสม่า CNC

CNC ยังเป็นตัวควบคุมจริงระดับรองที่ออกแบบมาสำหรับเครื่องมือกลโดยมีแผงอินเทอร์เฟซที่เป็นกรรมสิทธิ์และคอนโซลการจัดการที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ เช่น ตัวควบคุม Fanuc, Allen-Bradley หรือ Seimens หรืออาจง่ายเหมือนกับคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กที่ใช้ Windows เป็นหลักซึ่งรันโปรแกรมแพ็คเกจพิเศษและทำงานกับไดรฟ์เครื่องจักรผ่านพอร์ต LAN เครื่องจักรระดับเริ่มต้นหลายเครื่อง เครื่อง HVAC และแม้แต่เครื่องจักรที่รวมความแม่นยำบางเครื่องใช้คอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กหรือพีซีเป็นตัวควบคุม

ในการตัดส่วนประกอบจากแผ่นนั้น การเคลื่อนไหวของคบเพลิงจะถูกควบคุมโดย CNC โปรแกรมพื้นที่ ซึ่งบางครั้งเป็นเพียงไฟล์คอมพิวเตอร์ที่มี "รหัส M" และ "รหัส G" โดยจะอธิบายรูปร่างของครึ่งหนึ่งและหนึ่งครั้งเพื่อแสดงการเปิดและปิดคบเพลิง โปรแกรมครึ่งหนึ่งบางครั้งจะสร้างขึ้นโดยกลุ่มของแพ็คเกจที่เรียกว่า "โพสต์โปรเซสเซอร์" ซึ่งจะนำคณิตศาสตร์บริสุทธิ์ของพื้นที่จากไฟล์ CAD และแปลเป็นรหัส M และรหัส G ที่ CNC สามารถเรียกดูได้

เครื่องตัดพลาสม่า CNC ยังต้องใช้ระบบขับเคลื่อนที่ประกอบด้วยเครื่องขยายสัญญาณขับเคลื่อน มอเตอร์ ตัวเข้ารหัส และสายเคเบิล โดยจะมีมอเตอร์อย่างน้อย 2 ตัว หนึ่งตัวสำหรับแกนพิกัดและอีกตัวสำหรับแกนพิกัด มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขับเคลื่อนสำหรับมอเตอร์แต่ละตัว ซึ่งรับสัญญาณพลังงานต่ำจาก CNC แล้วแปลงให้เป็นสัญญาณพลังงานสูงขึ้นเพื่อควบคุมมอเตอร์ แต่ละแกนมีกลไกป้อนกลับ ซึ่งบางครั้งเรียกว่าตัวเข้ารหัส ที่สร้างสัญญาณดิจิทัลเพื่อระบุว่าแกนถูกยึดไว้อย่างไร สายเคเบิลนำพลังงานจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไปยังมอเตอร์ และส่งสัญญาณตำแหน่งจากตัวเข้ารหัสกลับไปยัง CNC

เครื่อง CNC อ่านโปรแกรมครึ่งชิ้นแล้วส่งสัญญาณไปยังระบบขับเคลื่อนของเครื่องจักร ซึ่งจะเคลื่อนหัวตัดไปในทิศทางที่ต้องการด้วยความเร็วที่ตั้งโปรแกรมไว้ เครื่อง CNC อ่านค่าป้อนกลับจากตัวเข้ารหัสและทำการแก้ไขสัญญาณขับเคลื่อนตามความจำเป็นเพื่อให้หัวตัดเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่ตั้งโปรแกรมไว้ หลักการทางฟิสิกส์ทั้งหมดภายในเครื่อง CNC และระบบขับเคลื่อนทำงานและสื่อสารกันอย่างรวดเร็วมาก โดยปกติแล้วจะมีการวัดและเปลี่ยนแปลงข้อมูลตำแหน่งทุกๆ ไม่กี่มิลลิวินาที ซึ่งทำให้การเคลื่อนที่ของเครื่องจักรราบรื่นและแม่นยำเพียงพอที่จะทำให้ชิ้นส่วนที่ตัดด้วยพลาสมามีคุณภาพขอบที่เรียบตรง สม่ำเสมอ และมีขนาดครึ่งชิ้นที่แม่นยำ

ระบบพลาสม่า CNC อาจมีลักษณะบางอย่างของ "ระบบ I/O" ซึ่งเป็นระบบไฟฟ้าที่จัดการอินพุตและเอาต์พุต อย่างไรก็ตาม CNC มักจะเปิดใช้งานพลาสม่าในเวลาที่เหมาะสม โดยเปิดเอาต์พุตที่ปิดรีเลย์ ตัวอย่างเช่น CNC ใช้อินพุตเพื่อจับเมื่ออาร์คพลาสม่าเริ่มต้น และพร้อมที่จะเคลื่อนที่ อินพุตและเอาต์พุตพื้นฐานที่จำเป็นที่สุดเหล่านี้ แต่เห็นได้ชัดว่ายังมีอีกมาก

ระบบย่อยและตัวเลือกทางเลือกอื่นๆ มักจะเพิ่มเติมเข้ามา เช่น ระบบจัดการแรงดันไฟฟ้าส่วนโค้ง H8 ระบบเอียงพลาสม่า ระบบจัดการพลาสม่าแบบบูรณาการ และอื่นๆ อย่างไรก็ตาม หลักพื้นฐานของเครื่องตัดพลาสม่า CNC ที่อธิบายไว้ข้างต้นนั้นจะเหมือนกันในเครื่องจักรดังกล่าวทั้งหมดหรือบางส่วน ตั้งแต่เครื่องจักรที่ดีที่สุดไปจนถึงเครื่องจักรที่ซับซ้อนที่สุด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการพัฒนาเพิ่มมากขึ้น โดยโต๊ะตัดของเครื่องจักรโดยทั่วไปจะเป็นแนวนอน แต่ในปัจจุบันมีเครื่องตัดพลาสม่า CNC แบบแนวตั้งให้เลือกใช้ ซึ่งช่วยลดพื้นที่ มีความยืดหยุ่นมากขึ้น ปลอดภัยสูงสุด และทำงานได้เร็วขึ้น

เครื่องตัดพลาสม่า CNC ใช้ทำอะไร