กำหนด Tolerance และ Dimension ทำอย่างไร

ในการออกแบบทางด้านวิศวกรรม เพื่อนๆ หลายคนก็คงจะเคยเห็น drawing กันมาบ้างแล้วใช่ไหมครับ มีส่วนประกอบมากมาย ไม่ว่าจะเป็น ขนาด (dimension) ค่าความคลาดเคลื่อน (tolerance) สัญลักษณ์พิเศษต่าง ๆ เช่น ความหยาบผิว ระยะเยื้องศูนย์ เป็นต้น ในบทความนี้ เราจะพาไปรู้จักกันในส่วนของ การกำหนด tolerance และ การกำหนด dimension ตามมาตราฐาน JIS (Japanese Industrial Standards) กันครับว่ามีความสำคัญอย่างไร

Dimension (寸法) คือ อะไร

Dimension (寸法) คือ ขนาดของชิ้นงาน ซึ่งแบ่งได้ออกเป็น 2 ส่วน นั้นก็คือ

• ①ตัวเลข ใช้สำหรับบอกขนาด ความกว้าง, ความยาว, ความสูง, ความลึก รวมไปถึงมุม
• ②หน่วย (unit) ใช้สำหรับบอกหน่วยที่ใช้วัดในการเขียนแบบ เพื่อให้ผู้ผลิตและผู้ออกแบบเข้าใจไปในทิศทางเดียวกัน เช่น มิลลิเมตร (mm.) เมตร (m.) องศา (゜)　เป็นต้น

Tolerance (公差) คืออะไร

Tolerance (公差) มีความสำคัญมากในการออกแบบ เพราะในการกระบวนการผลิตชิ้นงานนั้น มีปัจจัยหลายอย่างที่มาเกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น กระบวนการในการผลิต, เครื่องจักรที่ใช้งาน, ความชำนาญของผู้ใช้งานเครื่องจักร และอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งมีผลทำให้ขนาด (dimension) ที่ได้ไม่คงที่ ดังนั้นเราจึงกำหนดค่าความคลาดเคลื่อน หรือ ค่าเบี่ยงเบนที่รับได้ จากที่เราต้องการขึ้นมา ซึ่งนั้นก็คือค่า Tolerance นั้นเอง โดยค่าความคลาดเคลื่อนนี้ถูกกำหนดขึ้นมาเป็นข้อตกลงในการตรวจสอบชิ้นงานว่าอยู่ในขอบเขต (limit) ที่รับได้หรือไม่

ตัวอย่าง การกำหนด tolerance ในรูปแบบ limit

มีด้วยกัน 2 รูปแบบ ดังนี้　

จากภาพตัวอย่างการบอกขนาดทั้ง 2 รูปแบบ สามารถสรุปได้ดังนี้

□　Upper limit of size　คือ ขนาดชิ้นงานใหญ่ที่สุดที่ยอมรับได้ จากตัวอย่างคือ 20.5 mm.

□　Lower limit of size　คือ ขนาดชิ้นงานเล็กที่สุดที่ยอมรับได้ จากตัวอย่างคือ19.5 mm.

ดังนั้น ถ้าชิ้นงานจริงมีขนาดอยู่ระหว่าง 20.5 ถึง 19.5 mm. เป็นชิ้นงานที่ยอมรับได้

การหาค่า tolerance สำหรับ drawing ที่กำหนดในรูปแบบของ limit สามารถทำได้ดังนี้

วิธีการหาค่า tolerance สำหรับ drawing ที่กำหนดในรูปแบบของ limit

การหาค่าความคลาดเคลื่อนสำหรับ drawing ที่กำหนดในรูปแบบของ limit สามารถทำได้ดังนี้

tolerance = upper limit (20.5) – lower limit (19.5) = 1 mm.

ตัวอย่างการกำหนด tolerance ในรูปแบบของค่า ±

เป็นวิธีการกำหนดพิกัดความเผื่ออีกรูปแบบหนึ่ง ซึ่งนิยมใช้กันมากในการออกแบบ โดยจะใช้เครื่องหมาย “±” แทนการกำหนดค่าของ upper limit และ lower limit

การกำหนด tolerance ในรูปแบบของค่า ± มีกี่รูปแบบ

การกำหนด tolerance นั้นถือเป็นส่วนสำคัญส่วนหนึ่งในการประกอบชิ้นงาน เช่น การประกอบชิ้นงานแบบ สวมเผื่อ (clearance fit), การประกอบชิ้นงานแบบ สวมพอดี (transition fit) และ การประกอบชิ้นงานแบบ สวมอัด (interference fit) โดยในบทความนี้ เราจะแนะนำรูปแบบการกำหนด tolerance ให้เพื่อน ๆ ทราบกันก่อนที่จพนำไปใช้งาน ซึ่งมีด้วยกัน 2 รูปแบบดังนี้

1. กำหนดแบบ 2 ฝั่ง (bilateral tolerances)
   1. กำหนดค่าแบบ 2 ฝั่ง เท่ากัน (equal bilateral tolerance)
   2. กำหนดค่าแบบ 2 ฝั่ง ไม่เท่ากัน (unequal bilateral tolerance)　
2. กำหนดแบบ 1 ฝั่ง (unilateral tolerances)
   1. กำหนดค่า ทางด้านบวก (positive side unilateral tolerance)
   2. กำหนดค่า ทางด้านลบ (negative unilateral tolerance)

การกำหนด tolerance แบบ 2 ฝั่ง (bilateral tolerance)

เป็นการกำหนดค่าความเผื่อทั้งค่าฝั่งสูง (positive side) และ ค่าฝั่งต่ำ (negative side) ตามตัวอย่างดังนี้

กำหนดค่าแบบ 2 ฝั่ง เท่ากัน (equal bilateral tolerance)	รูปแบบการบอกขนาด
	20 ± 0.5

กำหนดแบบ 2 ฝั่ง ไม่เท่ากัน (unequal bilateral tolerance)	รูปแบบการบอกขนาด

การกำหนด tolerance แบบ 1 ฝั่ง (unilateral tolerance)

เป็นการกำหนดค่าความเผื่อเพียงฝั่งใดฝั่งนึงของค่าความคลาดเคลื่อน ตัวอย่างเช่น

กำหนดค่า ทางด้านบวก (positive side unilateral tolerance)	รูปแบบการบอกขนาด

กำหนด 1 ฝั่ง ทางทางด้านลบ (negative unilateral tolerance)	รูปแบบการบอกขนาด

ข้อควรระวังในการเลือกใช้ค่า tolerance บน drawing

1. อ้างอิงจากตาราง tolerance ที่ระบุอยู่มุมด้านบนของ drawing ซึ่งจะระบุไว้มุมใดด้านหนึ่ง ทั้งนี้ตำแหน่งขึ้นอยู่กับ drawing template ของแต่ละบริษัท
2. ต้องไม่ลืมที่จะคำนึงถึงคุณสมบัติของวัสดุมีผลกับค่า tolerance
3. อ้างอิงจาก drawing ที่มีลักษณะการใช้งานที่ใกล้เคียงกัน
4. สื่อสารกับผู้ผลิตในเรื่องของการผลิต ว่าสามารถทำได้ตาม tolerance ที่กำหนดไว้หรือไม่
5. surface treatment ในบางครั้งผู้ออกแบบอาจจะลืมคำนึงถึงขนาดที่เปลี่ยนแปลงไป หลังทำ surface treatment เช่น ขนาดที่เปลี่ยนไปหลังทำการ coating เพื่อเป็นการลดปัญหานี้ ทางผู้ออกแบบขอแนะให้ไม่ลืมที่จะกำหนดค่า final tolerance หลังจากผ่านกระบวนปรับปรุงคุณภาพชิ้นงาน 　

จบไปแล้วนะครับ สำหรับความรู้พื้นฐานในการกำหนดค่า dimension และ tolerance บทความนี้ถือเป็นพื้นฐานสำคัญในการอ่านแบบวิศวกรรม ในบทความถัดไปเรามาดูตัวอย่างการใช้งานค่า tolerance ว่าสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในงานอะไรได้บ้าง พร้อมตัวอย่างการอ่านค่าจากตาราง เพื่อนำค่า tolerance ไปใช้งาน พบกันใหม่กับบทความที่น่าสนใจในสัปดาห์หน้า สวัสดีครับ

คำศัพท์ที่น่าสนใจ