บทเรียนที่ 2 กลไกเครื่องจักรกล ( mechanical of machinery) (ตอนที่3)

ซักหน่อยก่อนอาบน้ำไปทำงาน วันนี้เป็นกลไกที่ 3 กันนะครับดูว่าวันนี้จะเป็นกลไกอะไร

   กลไกที่ 3 Auto Centering 

หลักการทำงาน: ใช้ Air Cylinder 1 ตัว ต่อเข้ากับ Link ที่สามารถหมุนได้ 90 โดยด้านที่ติดกระบอกลมเป็นตัวขับ เมื่อกระบอกลมเคลื่อนที่ Gripper ที่ติดด้านตรงข้ามกับ Link จะหุบเข้ามาพร้อมกัน ทำให้ได้ Center กัน

หลักการออกแบบ:ขนาดของ Link ที่หมุนจะเท่ากับระยะที่ centering งาน ถ้าหากเราออกแบบไม่ดีเมื่อ Gripper หุบเข้าสุดจะไม่สัมผัสงานทำให้ Centering งานไม่ได้ ดังนั้นจะต้องระวังในข้อนี้ ส่วนตัว support ชุด Slide ให้ใช้เป็น LM Guide เพราะรับแรงและเคลื่อนที่ได้ดีกว่า เพราะกลไกแบบนี้มีโอกาศที่จะขัดตัวได้สูงมาก

การประยุกต์ใช้งาน: ใช้ในระบบ Conveyor สำหรับ Centering งานหรือใช้กับการ Centering ชิ้นงานให้ตรงก่อนที่จะเข้า process ต่อไปก็ได้เช่น Process Pack ของหยิบของเป็นต้น สุดแล้วแต่จินตนาการของนักออกแบบแต่ละคนเลยครับ

Credit picture.Misumi

บทเรียนที่ 2 กลไกเครื่องจักรกล ( mechanical of machinery) (ตอนที่ 2)

 กลไกจับงานและหมุนงาน (Rotating Gripper Unit)

การประยุกต์ใช้งาน : กลไกนี้มักใช้กับระบบ Pick And Paste ในระบบ Conveyor ซึ่งจะทำการหยิบงานจาก Conveyor นึงไปยังอีก Conveyor นึง หรือเราจะประยุกต์นำกลไกแบบนี้ไปติดที่แขน Robot Arm ก็ได้เหมือนกัน เพื่อใช้ในการหยิบและหมุนงาน

การออกแบบ: กลไกนี้มีอุปกรณ์ที่สำคัญดังนี้

1.Air Gripper โดยการใช้งานเราต้องดู Catalog ว่าสามารถยกงานได้หนักเท่าใด โดยกระบอกแบบนี้เราจะคำนวนโดยใช้สมการ P=F/A ไม่ได้ นักออกแบบมือใหม่มักพลาดกันมากทำให้ต้องเสียเงินและเสียเวลาเพราะซื้อมาก็ใช้งานไม่ได้ ในการคำนวนเลือกใช้งานกระบอกพิเศษแบบนี้ต้องใช้ประสบการณ์และการคำนวนเฉพาะ ส่วนใหญ่จะดูที่กราฟระหว่างความดันที่ใช้งานกับระยะที่ Gripper ยืนหยิบงาน (R) 

2.Air Rotary กระบอกลมแบบนี้ภายในจะมี Rack +Pinion ทำหน้าที่ในการหมุนตำแหน่งชิ้นงาน โดยการเลือกใช้งานต้องดูว่าเราต้องหมุนงานไปกี่องศา เช่น 90 หรือ 180 โดยเราจะต้องเลือกให้เหมาะสม กระบอกลมแบบนี้ เราจะต้องคำนวนค่า Torque ของานที่เราจะหมุน โดยดู Spec ใน Catalog ซึ่งจะบอกรายละเอียดว่า กระบอก Bore Size เท่านี้ได้ค่า Torque เท่าใด

3.Air Slide Table ( สีเหลืองๆ) กระบอกแบบนี้จะเป็นการรวมกันระหว่างกระบอกสูบกับ LM Guide เพื่อให้สามารถรับแรงและ Moment ได้ดี ใช้ในการ Slide ขึ้นลงให้กับกลไกนี้

4.โครงสรา้งหลัก จากตัวอย่างจะใช้เหล็กกล่องขนาดประมาณ 75x75 ในการเลือกใช้งานต้องเลือกให้แข็งแรงมั่นคงเพราะในจังหวะที่กระบอกหมุนจะมีแรงเหวี่ยงทำให้โครงสรา้งสั่นเกิดแรงในลักษณะยกตัวขึ้น ดังนั้นควรออกแบบให้แข็งแรงเข้าไว้

   นี้เป็นแนวคิดและข้อแนะนำในการออกแบบเพื่อใช้เป็นแนวทางและข้อควรระวังในการนำไปประยุกต์ใช้งานสุดแล้วแต่จินตนาการของนักออกแบบแต่ละคนนะครับ รายละเอียดการคำนวนเชิงลึกสามารถศึกษาได้จากวิชา Pneumatic ,Static & Dynamic ,Mechanic of Material  นะครับ 

Credit Picture : Misumi    

บทเรียนที่ 2 กลไกเครื่องจักรกล ( mechanical of machinery) ตอนที่ 1

       วันนี้เราจะมาพูดถึงกลไกที่ใช้ในเครื่องจักรกันนะครับ การออกแบบนั้นเราไม่จำเป็นต้องคิดใหม่หมด เราสามารถท่ีจะนำ idea หลายๆ idea มาประกอบกันเพื่อสร้างนวตกรรมใหม่ๆได้  เพื่อลดเวลา และความซับซ้อนลงนะครับ  ใช้หลักการ Triz นะครับ เราก็จะได้นวตกรรมหรือเครื่องจักรหน้าตาและกลไกทำงานใหม่ๆ

กลไกที่ 1 Transfer With Automation Tension Mechanism

เรามาดูกันว่ากลไกนี้มีส่วนประกอบและหลักการทำงาน รวมทั้งออกแบบอย่างไรกันนะครับ

ส่วนประกอบหลัก

1.Air Cylinder With Guide Rod 1 pcs ใช้สำหรับดึงให้โซ่ตึงตลอดเวลานะครับ ในการออกแบบนั้นเราต้องคำนวนแรงต้านที่กระบอกต้องทำด้วยเสมอ ไม่เช่นนั้นกระบอกจะดึงปรับความตึงไม่ได้ สูตรในการเลือกกระบอกคือ P=F/A 

2.Motor 1 pcs สำหรับ Drive Conveyor โดย Motor จะเป็น Servo หรือ Induction ก็ได้ ขอเพียงแค่มีแรงมากพอที่จะเอาชนะโหลดบน Conveyor ได้ก็พอ ในการคิด คิดง่ายๆแบบนี้นะครับ ให้เราดูว่าใน 1 เมตร เรามีน้ำหนักวางกี่ N (9.81 xN หน่วยจะเป็น Kgf) ทีนี้ก็ไปเปิด catalog ของ Motor เพื่อทำการเลือก โดยในการเลือกค่าที่เราต้องพิจารณา คือ 1 ค่า Torque  ขับโหลด 2.ความเร็วรอบ 3.Torque Inertial  ทั้งหมดนี้เราจะได้มอเตอร์มาเป็น HP ( แรงม้า) โดยเมื่อเราคำนวนเราก็เผื่อค่า SF ไว้ซัก 1.2 นะครับ 

3.Chain  2 เส้น +Sprocket 7 pcs จำไว้เสมอว่า Module โซ่และ Sprocket ต้องเบอร์เดียวกัน เพราะถ้าไม่เบอร์เดียวกันซื้อมาจะใส่ไม่ได้ ( เจ็บมาเยอะ 😂) การคำนวนต้องพิจารณาถึงการรับแรงรวมทั้งเลือกให้สัมพันธ์กับ Motor ด้วย ปรกติผู้เขียนไม่ได้คำนวน  ใช้ตาราง+กราฟในการเลือก เพราะชิ้นส่วนราคาไม่แพงหาง่าย และใช้จนชินจนไม่ต้องคำนวนอย่างละเอียด 

4.โครงสรา้งหลัก ใช้เป็นเหล็กกล่องหรือเหล็กฉาก ถ้าเป็นเหล็กกล่องจะดูสวยกว่าเหล็กฉาก อันนี้แล้วแต่งบนะครับ

5.Guide ประคองงาน ใน Conveyor ชิ้นงานต้องเคลื่อนที่อาจหล่นได้ เราต้องทำ Guide กันชิ้นงานหล่นด้วยนะครับ จะใช้เหล็กพับก็ง่ายดีแต่ขัดให้ผิวมันๆหน่อยนะครับและชุบ Hard Chorm เพื่อลด Friction 

        กลไกนี้ใช้สำหรับลำเลียงวัสดุ และมีระบบการตรึงโซ่แบบ Auto ในตัวด้วยช่วยให้ระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดนะครับ 

        ขอขอบพระคุณ รูปภาพจาก Misumi นะครับ

       

        

เพจ facebook :Easy design 

youtube:https://www.youtube.com/watch?v=XRP18FH_qcE&t=72s

บทเรียนที่ 1 เริ่มต้นสู่การเป็นนักออกแบบมืออาชีพ (Machine Design)

 

      อาชีพวิศวกรออกแบบเครื่องจักรกลนั้น เป็นอาชีพที่ต้องใช้ทักษะความรู้และความอดทนเป็นอย่างมากเพราะ วิศวกรออกแบบนั้นถือได้ว่าเป็นผู้สร้างที่สามารถนำเหล็กหรือนำวัสดุต่างๆมาประกอบกันให้เกิดการเคลื่อนที่ เคลื่อนไหวตามวัตถุประสงค์ที่ผู้ออกแบบได้กำหนดไว้ ซึ่งคุณลักษณะพื้นฐานของนักออกแบบที่ดีนัั้น จะต้องเป็นผู้ที่ความรู้ในเรื่องดังต่อนี้เป็นอย่างดี
      1.Process การผลิตชิ้นส่วน (ข้อนี้สำคัญมาก ควรรู้ทั้งทฤษฏีและปฎิบัติ)

         โดยนักออกแบบที่ดีจะต้องมีความรู้พื้นฐานในเรื่องของกระบวนการผลิตไม่ว่าจะเป็น กลึง ไส ปาด เจาะ งานเชื่อม Wire Cut  EDM  งานหล่อขึ้นรูป งานพับ  ความยากง่ายในการผลิต ซึ่งจากการทำงานในสายอาชีพนี้มากว่า 10 ปีนั้น พบว่า นักออกแบบมือใหม่นั้นส่วนใหญ่จะละเลยในส่วนนี้ไป เวลาให้ออกแบบจะเขียน 3D Model ใน Computer โดยการเขียนไม่คำนึงถึง Process ในการผลิตว่าสามารถสร้างได้ในโลกของความเป็นจริงหรือไม่ ซึ่งในการเขียน Model ที่ดีมีเทคนิคง่ายๆคือ เขียนตาม Process การผลิต เสมือนเรานำก้อนเหล็กที่อยู่ใน Computer มาทำการ กลึง ปาด กัด เจาะ เพื่อให้ได้ชิ้นงานตามที่เราต้องการ  ยกตัวอย่าง การเจาะรูร้อยผ่าน Screw ซึ่งไม่ได้คุมค่าหรือต้องการ Position ผู้ที่ไม่รู้ Process จะใส่ค่า H7 มา ซึ่งในทางปฏิบัติทำได้ยากและเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มโดยใช่เหตุเป็นต้น

 VDO ตัวอย่างของกระบวนการผลิตชิ้นส่วนนะครับลองค่อยๆศึกษาทำความเข้าใจ

 

   2.กลศาสตร์วิศวกรรม (Static &Dynamics)
         ในการออกแบบเครื่องจักรนั้นเราจะต้องออกแบบคำนวนให้ชิ้นส่วนมีความแข็งแรงทนทาน สามารถทำงานได้ตามวัตถุประสงค์ ซึ่งวิชา กลศาสตร์ นั้น เป็นวิชาพื้นฐานที่สำคัญมาก (อะแห้มไหนใครบอกเรียนไปก็ไม่ได้ใช้😅 หากน้องๆคนไหนผ่านมาเจอบทความนี้ พี่ขอให้น้องตั้งใจเรียนวิชานี้ให้มากๆ โดยในการเรียนไม่จำเป็นต้องรู้หมด แต่ควรรู้ให้ลึกในเรื่องที่จะใช้งาน ซึ่งสิ่งที่ต้องรู้และเน้นนั้น คือเรื่องของการเขียน FBD การแตกแรง การเขียนเวกเตอร์ การคำนวน Moment ถามว่านำไปใช้อะไร คำตอบคือใช้แทบทุกอย่างที่มีแรงมากระทำกับวัตถุ หรือในวิชา Dynamic เป็นการคำนวนความสัมพันธ์เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ ในทางปฎิบัติจริงๆพี่ใช้ Solidwork ช่วยในการออกแบบ แต่ก็ต้องคำนวนมือเป็นด้วยเพราะ Program เป็นแค่เครื่องมือ เราป้อนอะไรไปมันก็ทำตามนั้น ซึ่งถ้าเราป้อนค่าผิดหรือไม่มีความรู้ program ก็จะทำงานให้เราผิดพลาด ดังนั้นต้องตั้งใจเรียนให้มาก ลองดู VDO ด้านล่างเป็นเครื่องจักรการผลิตของญี่ปุ่น น้องๆลองจินตนาการดูว่าจะใช้วิชา กลศาสตร์คำนวนสว่นไหนได้บ้าง จะช่วยกระตุ้นให้อยากเรียนมากขึ้น )

     

 3.Pneumatic
     วิชานี้ก็สำคัญไม่แพ้กัน เพราะเป็นแหล่งต้นกำลังที่โรงงานส่วนใหญ่ใช้กันเพราะสะอาดและราคาถูกกว่าระบบ Hydraulic ในการออกแบบวงจรนั้นไม่ซับซ้อนมากเหมือนสมัยก่อนเพราะ ใช้ PLC มาใช้ในการควบคุม Solenoid Valve ให้ทำงานตาม Sequence โดยที่เราไม่ต้องต่อระบบอะไรให้ยุ่งยากเลย แต่สิ่งที่เป็นหัวใจของระบบ Pneumatic คือ ต้องคำนวนเลือกอุปกรณ์ให้ได้ โดยสมการพื้นฐานที่ผู้เขียนใช้ทำมาหากิน 10 กว่าปีมีด้วยกัน 2 สมการคือ 1.P=F/A  2.Q=VA  เพียงเท่านี้ก็เพียงพอต่อการเลือกอุปกรณ์ต่างๆในระบบ Pneumatic ได้แล้ว ( ไม่ยากเลย แต่กว่าจะเข้าใจ ก็เจ็บมาเยอะ 😀 )

4.Hydraulic
    Hydraulic มักใช้กับเครื่อง Press เพราะสรา้งกำลังได้สูง โดยข้อดีของ Hydraulic ที่ได้เปรียบระบบ Pneumatic คือ ระบบ Hydraulic มีความแม่นยำและให้กำลังงานมากกว่าระบบ Pneumatic โดยระบบ Pneumatic ใช้ลมซึ่งยุบตัวได้จึงไม่เหมาะกับงานที่ต้องการ Precision มากๆ

5.Mechanic of material

     วิชานี้ก็สำคัญนะครับ โดยวัสดุที่ใช้งานกับเครื่องจักรนั้นได้แก่ SS400, S45C, SCM435 ,Aluminium ,Plastic วิศวกรรม เช่น POM ,MC Nylon เป็นต้น โดยในการใช้งานเราจะต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับประเภทของงานนั้นๆ สมการพื้นฐานที่ใช้ในการออกแบบได้แก่ ความเค้น ความเครียด ความเค้นเฉือน โมเมนต์ดัด การโก่งงอของเสา คาน เป็นต้น  ( ใช้ Finite Element ช่วยคำนวนได้ )

6.Computer Aide Design (CAD)

    นี่เป็นเครื่องมือทำมาหากินและใช้ในการสมัครงานด้านวิศวกรรม บริษัทสว่นใหญ่จะใส่ Skill ส่วนนี้ไว้ในใบสมัครด้วย ซึ่งถ้าเรามีความรู้ในส่วนนี้จะทำให้ได้เปรียบคู่แข่งเป็นอย่างมาก โดย Software ออกแบบที่นิยมใช้ได้แก่ Solidwork ,Catia,UG NX,AutoCad เป็นต้น ซึ่งผู้เขียนถนัดและใช้ Solidwork ในการออกแบบ ซึ่งในส่วนของ Program ใช้งานไม่ยาก แต่ที่ยากคือ Concept เครื่องที่จะออกแบบ ถ้าเราคิด Concept ไม่ได้ เราก็ไม่มีอะไรให้เขียนใน Program ซึ่งนักออกแบบขั้นเทพที่ผู้เขียนเคยพบเจอมา สามารถสรา้งเครื่องหลักล้านโดยการ Sketch ลงในกระดาษและแตก Detail ลงแบบสั่งผลิตโดยไม่จับเมาส์เลย ซึ่งผู้เขียนอึ้งมากว่าทำได้อย่างไร จนเมื่อออกแบบมานานๆจึงค้นพบสัจธรรมว่า เมื่อใดที่เรามองเห็นเครื่องจักรที่เรากำลังจะทำในหัวได้หมดนั้น ไม่ว่าจะ program อะไรเราก็ใช้งานได้ หรือจะเขียนมือแบบรุ่นพี่ก็ได้ แค่ program cad ช่วยอำนวยความสะดวกเฉยๆ  นักออกแบบมือใหม่ๆนั้นเมื่อได้โจทย์มาให้ออกแบบ สิ่งแรกที่จะทำกันคือ เขียน Model ก่อนเลย ซึ่งเป็นวิธีที่ผิด ( แรกๆผู้เขียนก็ทำ หมุน model จนตาลาย ก็มันคิดไม่ออกนี่ 😀) วิธีที่ถูกต้องคือ Sketch มือ ทำความเข้าใจ Concept ถึงค่อยลงมือเขียน Model

     

7.Engineering Drawing

    สำคัญมากๆ และยากมากๆสำหรับคนที่มองภาพไม่ออก สมัยเรียนมหาลัย เนื่องจากผู้เขียนเรียนสาย มัธยมมา เมื่อเจอวิชานี้ถึงกับไปไม่เป็นเนื่องจากมองภาพฉายไม่ออก ไม่เข้าใจ  แม้จะพยายามแล้วก็ตาม ถึงขนาดเพื่อนบอกให้ดื่มเหล้ากรึ่มๆเดี๋ยวจินตนาการมาเอง ผลสุดท้ายมึนตึบหนักกว่าเก่าอีก 😂 จากการทำงานมาหลายปี ตอนนี้ข้าพเจ้ามองย้อนกลับไปและถามตัวเองว่าจริงๆมันไม่ยากเลยทำไมวันนั้นทำไม่ได้ พยายามหาคำตอบมานานจนในที่สุดก็รู้ว่า เราเรียนผิดวิธี เราพยายามสอนให้คนมองจาก 2D เป็น 3D มันยากสำหรับคนที่ไม่คุ้นเคย ( คนญี่่ปุ่นส่วนใหญ่เขียน 3D ไม่เป็น เขียนเป็นแต่ 2D ) ในการสอนที่ดีคือให้มอง 3D ก่อนและค่อยฉายภาพ และนำ 2D มาเขียนเป็น 3D ย้อนกลับอีกครั้ง เพื่อให้สมองเชื่อมโยงคุ้นเคยระหว่างการแปลง 2D เป็น 3D ในสมอง ซึ่ง Solidwork สามารถช่วยในเรื่องนี้ได้อย่างง่ายดาย ( น้องๆที่รู้ตัวว่าไม่ไหว อย่าเพิ่งท้อ และอย่าดื่มเหล้ามันไม่ช่วยอะไรเลย พี่เคยลองแล้ว😂 ทางที่ดีคือ การเห็นภาพ 3D ให้มากๆก่อน เช่น Bearing ,Shaft ,Pulley ,Screw ,Nut ,O-Ring เป็นต้น และดูว่าเมื่อเขียนเป็น 2D เขียนอย่างไร การฉายภาพเขาทำอย่างไร )

     สุดท้ายนี้ ผู้เขียนหวังเป็นอย่างยิ่งว่า จะมอบแนวทางศึกษาให้แก่ผู้ที่รักและสนใจในงานออกแบบเครื่องจักร หากบทความนี้ขาดตกบกพร่องประการใด ผู้เขียนก็ขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วยนะครับ จะพยายามปรับปรุงเนื้อหาและข้อความให้ดีๆยิ่งขึ้นไป เพื่อทำตามความตั้งใจของผู้เขียนที่จะ "สร้างประเทศไทยให้ยิ่งใหญ่ ด้วยการสรา้งนักประดิษฐ์ เหมือนที่เยอรมันและญี่ปุ่นทำ " ด้วยแนวทางของผู้เขียนที่จะติดอาวุธทางปัญญาให้แก่ พี่น้องคนไทย โดย Knowledge ต่างๆที่ข้าพเจ้าสั่งสมมาก็มาจากความรู้ของวิศวกรชาว ญี่ปุ่น ซึ่งผู้เขียนทำงานรับใช้สรา้งความเจริญให้แก่ต่างชาติมานานถึงเวลาแล้วที่จะสรา้งนักประดิษฐ์รุ่นใหม่ มาช่วยกันพัฒนาชาติบ้านเมืองของเราเอง 

        ขอขอบคุณ รูปภาพจาก Google  และ VDO จาก Youtube ด้วยนะครับ ไว้เวลาว่างๆ เดี๋ยวผู้เขียน จะมาลงรายละเอียดความรู้ในแต่ละส่วนให้นะครับ 

แถมๆรายการนี้ดีมากๆ ได้ Idea การออกแบบเยอะเลย

    

      ครั้งหน้าผู้เขียนจะสอนการออกแบบกลไกพื้นฐานโดยใช้ Part Misumi นะครับ พร้อมคำอธิบาย รับลองได้ใช้แน่นอนมีประมาณ เกือบๆ 100 กลไก 

                  ขอบคุณทุกท่านที่เข้ามาอ่านและช่วยกันแชร์นะครับ ผู้เขียนจะพยายามหาเวลามาเขียนนะครับ น่าจะได้ว่าง วันอาทิตย์ วันเดียว รออ่านกันนะครับ