องค์ประกอบและการทำงานของเครื่อง ซีเอ็นซี เครื่อง ซีเอ็นซี เริ่มนำมาใช้นานกว่า 60 ปี แล้ว โดยมีการพัฒนาเครื่องจักรให้สามารถผลิตงานที่ ซับซ้อนยิ่งขึ้น โดยสถาบัน M.I.T.(Massachusetts Institute of Technology) ได้ทำการค้นคว้าผลิต เครื่องจักรที่ใช้ควบคุมด้วยระบบตัวเลข (NC Machine) ขึ้นในปี ค.ศ. 1948 โดยมีวัตถุประสงค์ใน ขณะนั้นเพื่อมาผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน เครื่องจักร NC ( Numerical Control) จะถูกควบคุมการทำงานด้วยรหัส ที่ประกอบด้วยตัวเลข ตัวอักษร และสัญลักษณ์อื่น ๆ ซึ่งรหัสเหล่านี้จะถูกแปลงให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า จากนั้นจึงส่งไป กระตุ้นให้อุปกรณ์ทางไฟฟ้า เช่นมอเตอร์ หรืออุปกรณ์อื่น ๆ ทำงาน ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ เครื่อง NC รุ่นแรก ๆ จะป้อนรหัสผ่านทาง Punched Card ต่อมามีการพัฒนามาเป็นการป้อนด้วย เทปกระดาษเจาะรู ต่อมาถึงยุคที่คอมพิวเตอร์เฟื่องฟู จึงนำคอมพิวเตอร์มาเป็นตัวป้อนรหัสแทน เทป กระดาษ จึงเป็นที่มาของเครื่อง CNC (Computerized Numerical Control)

หลักการของเครื่อง NC และ CNC

หลักการของเครื่อง NC และ CNC ชุดควบคุม (Control System) ในเครื่อง ซี เอ็น ซี ทุกชนิด จะต้องมีชุดควบคุมนี้ เพราะชุดนี้จะ เป็นตัวอ่านโปรแกรมที่ถูกป้อนจากแผงควบคุม หรือส่งผ่านทางคอมพิวเตอร์ด้วย ช่องRS232 จากนั้นทำการเปลี่ยนคำสั่งให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า เพื่อควบคุมกลไกต่าง ๆ ของเครื่องให้ทำงาน ตามคำสั่งแต่ละ บรรทัดของโปรแกรม

หลักการของเครื่อง NC และ CNC ระบบแกนของเครื่อง (Machine Axis) เครื่องจักรกลจะต้องประกอบด้วยแกนเคลื่อนที่เพื่อพา ชิ้นงาน หรือ เครื่องมือให้เคลื่อนที่ การเคลื่อนที่นี้จะถูกควบคุมด้วยโปรแกรม ซี เอ็น ซี แกนของ เครื่องจักรเหล่านี้ถูกกำหนดเป็นมาตรฐานด้วยตัวอักษร X, Y, และ Z

หลักการของเครื่อง NC และ CNC ระบบการขับเคลื่อนโต๊ะงาน (Feed Drivers) โต๊ะงานของเครื่อง ซี เอ็น ซี ต้องเคลื่อนที่ด้วย ความเที่ยงตรงระยะคลอนหรือหลวม (Backlash) ต้องมีน้อยที่สุดหรือไม่ให้มีเลย ดังนั้นเพลานี้จึงใช้เพลา บอลล์สกรู และบอลล์นัต เป็นตัวส่งกำลังเนื่องจากสามารถลดแรงเสียดทานได้ดีเพราะจุดสัมผัสจะเป็นลูก บอลล์ที่วิ่งไปบนร่องเกลียวที่เจียรนัยโค้งรับกับรัศมีของลูกบอลล์พอดี สามารถรับแรงได้ดีขึ้น และปรับ ระยะ Backlash จนแทบจะเรียกได้ว่าไม่มีเลยก็ได้ นอกจากนั้นยังมีชุดคลัตช์ความฝืดต่อกำลังระหว่าง มอเตอร์กับบอลล์สกรูนี้เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นได้จากการชน หรือรับแรงมากเกินไปด้วย

หลักการของเครื่อง NC และ CNC ระบบวัดขนาด (Measuring System) โต๊ะงานที่เคลื่อนที่ไปต้องให้ได้ตำแหน่งที่แน่นอน เพราะจะมีผลต่อขนาดของชิ้นงาน จึงเพิ่มระบบวัดตำแหน่งการเคลื่อนที่ของโต๊ะงาน แล้วรายงานผล กลับมาเพื่อให้เกิดความแม่นยำ ระบบที่ใช้วัดเราสามารถวัดได้ทั้งทางตรงและทางอ้อม

หลักการของเครื่อง NC และ CNC การวัดตำแหน่งทางอ้อม (Indirect Measuring) วิธีนี้จะนำจานสเกลไปติดไว้ที่ปลาย เพลา (บอลล์สกรู) เมื่อเพลาหมุนจานก็จะหมุน จากนั้นอุปกรณ์ที่ใช้ในการอ่านค่า ก็จะอ่านค่าการหมุน ไป แล้วส่งค่านี้ไปยังชุดควบคุมเพื่อคำนวณหาระยะการเคลื่อนที่อีกทีหนึ่ง

หลักการของเครื่อง NC และ CNC เพลางาน (Work Spindle) เครื่องโดยทั่วไปเราจะกำหนดให้แกน Spindle ของเครื่องเป็น แกน Z ดังรูปที่ 1.5, 1.6 และ 1.7 Spindle ของเครื่อง ซี เอ็น ซี ส่วนใหญ่จะขับด้วยมอเตอร์กระแสตรง เพื่อความสะดวกในการปรับค่าความเร็วรอบ และสามารถปรับได้โดยไม่เป็นลักษณะขั้นความเร็ว ทำให้ ผู้เขียนโปรแกรมสามารถกำหนดความเร็วรอบเท่าไรก็ได้ โดยให้อยู่ในช่วงความเร็วที่เครื่องสามารถ หมุนได้ โดยใช้อุปกรณ์วัดรอบที่เรียกว่า Techogenerater ซึ่งติดกับเพลาขับโดยจะอ่านค่าแล้วส่งผลไป ยังชุดควบคุม

หลักการของเครื่อง NC และ CNC แบบโซ่ลำเลียง ( Chain Conveyer) ลักษณะแบบนี้ส่วนใหญ่ใช้กับเครื่องกัดแนวตั้ง และต้องการจับ Tools ได้หลาย ๆ ตัว การทำงานเมื่อต้องการเปลี่ยน Tool ชุดโซ่ลำเลียงจะเลื่อนออกมา ทางขวามือ และหมุนให้ Tool ที่ต้องการใช้งาน (เรียกในโปรแกรม) มาในตำแหน่งเปลี่ยน Tool จากนั้น ชุดหัวเครื่องจะเลื่อนลงมาจับ Tool แต่ถ้าหากมี Tool ค้างอยู่ในหัวเครื่อง ชุดโซ่ลำเลียงจะหมุนไปยัง ตำแหน่งของ Tool ที่ค้างอยู่ เพื่อเก็บก่อนที่จะนำ Tool ใหม่มาใส่เข้าไป

หลักการของเครื่อง NC และ CNC แบบจานหมุน ( Rotary ) หลักการทำงานเช่นเดียวกับแบบโซ่ลำเลียง แต่ส่วนใหญ่จะจับ Tool ได้น้อยกว่า

หลักการของเครื่อง NC และ CNC แบบสายพานลำเลียง ( Belt Conveyer ) ชุดเปลี่ยนเครื่องมือแบบนี้ส่วนใหญ่ใช้กับเครื่อง ที่มีเพลากัดอยู่ในแนวนอน และจำเป็นต้องมีแขนจับเครื่องมือ ( Tool Gripper ) ขณะทำงานแขนจับจะ เลื่อนออกมาด้านหน้า จากนั้นหมุนไป 90 องศาปลายข้างหนึ่งจะจับเข้าพอดีกับ Tool ที่อยู่ในบนสายพาน ลำเลียง ส่วนอีกด้านหนึ่งจะจับ Tool ที่อยู่กับ Spindle จากนั้นเลื่อนออกมาด้านหน้าเพื่อปลด Tool ออก จากช่องแม็กกาซีน และSpindle เมื่อพ้นแล้วก็จะหมุนไป 180 องศา เพื่อสลับ Tool จากนั้นจึงถอยหลัง เพื่อสวม Tool เข้าตำแหน่ง แล้วหมุนกลับ 90 องศา จากนั้นถอยหลังเพื่อเก็บในตำแหน่งก่อนเครื่องทำงาน

หลักการของเครื่อง NC และ CNC แบบเทอร์เลท ( Turret ) แบบนี้เหมาะกับเครื่องกลึง เพราะพื้นที่จำกัด และไม่มีอุปกรณ์ มากมายนัก เนื่องจากสามารถหมุน Tool ที่ต้องการใช้งาน มาทำงานได้เลย

หลักการของเครื่อง NC และ CNC แบบขนาน ( Parallel Tools ) ชุดเปลี่ยนเครื่องมือแบบนี้เหมาะกับเครื่องกลึง ซี เอ็น ซี ที่ กลึงงานขนาดเล็ก ๆ

หลักการของเครื่อง NC และ CNC ระบบการหล่อเย็น ( Cooling System ) เครื่องจักรที่มีการตัดเฉือนจะเกิดความร้อนขึ้น เพื่อเป็น การรักษาคมตัดและการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดกับชิ้นงาน การหล่อเย็นจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง โดยเฉพาะ เครื่อง ซี เอ็น ซี เพราะงานต้องมีความเที่ยงตรง และงานบางงานต้องทำเป็นระยะเวลานาน เครื่องส่วน ใหญ่จะเป็นระบบหมุนวน คือมีถังเก็บแล้วต่อเข้ากับปั้มน้ำ ต่อสายไปฉีดยังจุดที่ต้องการหล่อเย็น

หลักการของเครื่อง NC และ CNC

หลักการทำงานของเครื่อง ซี เอ็น ซี ควบคุมการเปิด - ปิด ( ON – OFF ) อุปกรณ์ของเครื่อง ฯ เช่นการเปิด – ปิด มอเตอร์ปั้มน้ำหล่อ เย็น มอเตอร์ขับแกน Spindle การปิดเครื่องเมื่อหมดโปรแกรม เป็นต้น ควบคุมการเคลื่อนที่ (Movement) ให้ไปยังตำแหน่งที่กำหนด การเคลื่อนที่เป็นหัวใจของเครื่อง ซี เอ็น ซี ต้องมีความเที่ยงตรงอย่างสูง เพื่อคุณภาพของชิ้นงานที่ผลิตออกมา ควบคุมความเร็ว (Speed) ในการเคลื่อนที่ เพื่อคุณภาพผิวของชิ้นงาน และความรวดเร็วในการ ทำงาน

หลักการทำงานของเครื่อง ซี เอ็น ซี เครื่องจักรธรรมดาไม่ใช่ว่าจะสามารถทำเป็นเครื่อง ซี เอ็น ซี ได้ทุกเครื่อง เครื่องที่จะทำเป็น เครื่อง ซี เอ็น ซี ต้องได้รับการออกแบบมาเฉพาะ ชิ้นส่วนที่ใช้ต้องมีความเที่ยงตรงสูง เพราะระบบ ซี เอ็น ซี เป็นอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ ควบคุมตรวจสอบการเคลื่อนที่และความเร็วด้วยสัญญาณไฟฟ้าตลอดเวลา ระบบสั่งการจะสั่งให้มีการเคลื่อนที่ไป และมีระบบตรวจสอบการเคลื่อนที่ ที่เคลื่อนไปจริง จากนั้นส่ง สัญญาณกลับมาเปรียบเทียบกับค่าที่สั่งเข้าไป เมื่อยังมีความแตกต่างอยู่ ก็จะส่งสัญญาณให้ มีการ เคลื่อนที่ต่อไปอย่างต่อเนื่อง จนกว่าสัญญาณที่ป้อนเข้าไป กับสัญญาณที่ตรวจสอบกลับมามีค่าตรงกัน แสดงว่าเครื่องจักรได้ทำงานตามคำสั่งเสร็จแล้ว จึงเริ่มทำคำสั่งอื่นต่อไป

ไดอะแกรมควบคุมการทำงานของเครื่อง ซี เอ็น ซี โต๊ะงาน มอเตอร์ ชุดควบคุมความเร็ว