Máy CNC dành cho người mới: Tất cả những gì bạn cần biết

Máy CNC là gì và tại sao bạn nên sử dụng máy CNC trong ngành cơ khí? (H1)

Giới thiệu về máy CNC

CNC là gì?

CNC là cụm từ viết tắt của Computer Numerical Control, thuật ngữ này thường được sử dụng trong kỹ thuật gia công cơ khí. Công nghệ CNC sẽ sử dụng các loại máy CNC vận hành tự động với độ chính xác rất cao được lập trình sẵn bằng hệ thống máy tính để cho ra đời các sản phẩm có độ tinh xảo cao

Máy CNC là gì?

Máy CNC là loại máy công cụ được điều khiển bằng máy tính do đó có độ chính xác rất cao, các lệnh điều khiển công cụ được lập trình từ trước và được thực hiện bởi các động cơ hoặc các thiết bị khác để cắt, khoan, phay, tiện hoặc gia công các vật liệu như gỗ, composite, kim loại, nhựa, gốm và nhiều loại vật liệu khác

Máy CNC mini là gì?

Các máy CNC thường có kích thước rất lớn và dùng trong môi trường công nghiệp. Tuy nhiên, với nhu cầu sử dụng ngày càng đa dạng, các dòng máy CNC có thiết kế nhỏ gọn hơn ra đời hay còn gọi là máy CNC mini (máy CNC để bàn)

Loại máy mini này có khả năng cắt chậm hơn, kém chính xác hơn nhưng lại có khả năng xử lý khá tốt các loại vật liệu mềm như nhựa hoặc các tấm xốp, phù hợp để gia công các mẫu có kích thước từ nhẹ đến trung bình.

Máy CNC mini phổ biến thường là các dòng máy cắt laser và máy phay

Gia công CNC là gì?

Như đã tìm hiểu định nghĩa về CNC ở trên ta có thể đúc kết lại, gia công CNC là quy trình sản xuất sử dụng máy công cụ và điều khiển được vi tính hóa dùng để loại bỏ các lớp vật liệu khỏi phôi và tạo hình tùy chỉnh theo file thiết kế có sẵn

Gia công CNC phù hợp với nhiều loại vật liệu bao gồm kim loại, gỗ, thủy tinh, nhựa, bọt, vật liệu tổng hợp… Gia công CNC xuất hiện trong rất nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp nặng, công nghiệp gia công quy mô lớn, gia công bộ phận cho viễn thông, gia công chính xác cao trong ngành hàng không vụ trụ, tóm lại là các ngành chặt chẽ về dung sai hơn các ngành công nghiệp khác

Các ứng dụng của máy CNC cơ khí

• Kim loại (ví dụ:  nhôm , đồng thau, thép không gỉ, thép hợp kim, v.v.)
• Nhựa (ví dụ:  PEEK , PTFE, nylon, v.v.)
• Gỗ
• Bọt
• Vật liệu tổng hợp

Cấu tạo của máy CNC

Thiết bị đầu vào: Đây là những thiết bị được sử dụng để nhập chương trình vào máy CNC. Có ba thiết bị đầu vào phổ biến thường được sử dụng và đó là đầu đọc, thẻ nhớ và máy tính thông qua cổng giao tiếp RS-232-C.

Bộ điều khiển máy (MCU): bộ phận này được xem là trái tim của máy CNC. MCU thực hiện tất cả các hoạt động điều khiển máy CNC, một số chức năng có thể kể đến như

• Đọc các hướng dẫn đã được mã hóa
• Giải mã các hướng dẫn được mã hóa
• Thực hiện nội suy (tuyến tính, tròn và xoắn ốc) để tạo các lệnh chuyển động trục.
• Cung cấp các lệnh chuyển động trục cho các mạch khuếch đại để điều khiển các cơ cấu trục.
• Nhận tín hiệu phản hồi về vị trí và tốc độ cho từng trục truyền động.
• Nó thực hiện các chức năng điều khiển phụ trợ như bật/tắt chất làm mát hoặc trục chính và thay dao.

Máy công cụ: Máy công cụ CNC luôn có bàn trượt và trục xoay để điều khiển vị trí và tốc độ. Bàn máy được điều khiển theo hướng trục X và Y và trục chính được điều khiển theo hướng trục Z.

Hệ thống truyền động: Hệ thống truyền động của máy CNC bao gồm các mạch khuếch đại, động cơ truyền động và vít me bi. MCU cung cấp các tín hiệu như vị trí và tốc độ của từng trục cho các mạch khuếch đại. Các tín hiệu điều khiển được gia để kích hoạt các động cơ truyền động. Các động cơ truyền động được kích hoạt sẽ xoay vít dẫn bi để định vị bàn máy.

Hệ thống phản hồi: Hệ thống này bao gồm các đầu dò hoạt động như các cảm biến. Nó còn được gọi là hệ thống đo lường. Bộ phận này bao gồm các bộ chuyển đổi vị trí và tốc độ giúp kiểm tra liên tục vị trí và tốc độ của dụng cụ cắt bất cứ lúc nào suốt quá trình vận hành. MCU nhận tín hiệu từ các bộ chuyển đổi này và so sánh sự khác biệt giữa tín hiệu tham chiếu và tín hiệu phản hồi để tạo tín hiệu điều khiển giúp điều chỉnh các lỗi về vị trí và tốc độ.

Bộ hiển thị: Một màn hình được sử dụng để hiển thị các chương trình, lệnh và các dữ liệu hữu ích khác của máy CNC.

Phân loại máy CNC

Phân loại dựa theo công dụng

Máy khoan CNC

Khoan CNC là quá trình sử dụng mũi khoan để tạo ra các lỗ hình trụ trên phôi. Tùy vào thiết kế của mũi khoan sẽ cho phép loại bỏ vật liệu nhiều ít khác nhau, bạn nên lưu ý vấn đề này để có thể chọn loại mũi khoan phù hợp với ứng dụng của mình. Một số loại mũi khoan CNC phổ biến như

• Mũi khoan mồi - Spotting Drill (để tạo lỗ nông hoặc lỗ mồi) 
• Mũi khoan mổ - Peck Drill (để giảm lượng phoi trên phôi) 
• Mũi khoan vít (để tạo lỗ không có lỗ mồi)
• Mũi doa mâm cặp (để mở rộng lỗ được tạo ra trước đó)

Thông thường, quy trình khoan CNC cũng sử dụng máy khoan hỗ trợ CNC  , được thiết kế đặc biệt để thực hiện thao tác khoan. Tuy nhiên, thao tác này cũng có thể được thực hiện bằng  máy tiện, tarô hoặc  máy phay linh động tùy vào cách sử dụng của người dùng

Máy phay CNC

Máy phay CNC sử dụng các công cụ cắt đa điểm, chuyển định quay để loại bỏ vật liệu định hình phôi. Dụng cụ phay được định hướng theo chiều ngang hoặc chiều dọc và bao gồm dao phay ngón,  dao phay xoắn ốc và  dao phay vát cạnh .

Quy trình phay CNC sử dụng các máy phay công cụ tích hợp điều khiển qua vi tính, cho phép bạn có thể định hướng phay theo chiều ngang hoặc chiều dọc. Các máy phay cơ bản có khả năng chuyển động ba trục, với các mẫu cao cấp hơn có thể nâng cấp các trục bổ sung. Các loại máy phay có sẵn bao gồm máy phay tay, máy phay trơn, máy phay vạn năng

Máy tiện CNC

Phương pháp tiện sử dụng các công cụ cắt một điểm để loại bỏ vật liệu khỏi phôi đang quay. Cấu tạo của máy tiện CNC có thể thay đổi và dụng cụ tiện cũng sẽ thay đổi tùy theo ứng dụng cụ thể như tạo hình các chi tiết dạng tròn, gia công mặt trục hoặc côn chẳng hạn như trục, vòng chặn, bánh xe, lỗ, ren. 

Các công cụ tiện có thể chia ra thành nhiều loại cho các quy trình như gia công thô, cắt xén, chia khuôn, tạo rãnh, chà gai nhám, đánh bóng
Quá trình tiện CNC cũng sử dụng máy tiện có hệ thống điều khiển lập trình thông qua máy tính. Các loại máy tiện có sẵn bao gồm máy tiện tháp pháo ,  máy tiện động cơ và máy tiện chuyên dùng.

Máy mài CNC

Máy mài CNC là thiết bị hầu như không thể thiếu trong rất nhiều dây chuyền sản xuất công nghiệp ngày nay. Công dụng chính của máy mài CNC là mài mặt phẳng của phôi vật liệu đến một độ phẳng mong muốn, độ phẳng của bề mặt đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc lắp rắp các chi tiết, giúp toàn bộ hệ thống hoạt động ít xảy ra lỗi hơn

Máy mài phẳng CNC sử dụng một bánh mài lớn kết hợp với bột mài, dầu mài giúp nâng cao khả năng loại bỏ vật liệu. Ưu điểm của máy mài CNC là nó cho phép bạn xử lý tốt các loại vật liệu có độ cứng rất cao như kim loại, hợp kim đến các vật liệu như ceramic, vật liệu quang… 
Với bộ điều khiển CNC, máy mài còn hoạt động chính xác hơn giúp tiết kiệm thời gian công việc

Máy đột dập CNC

Là loại máy mà bạn có thể dễ dàng thấy được tại các nhà máy hoặc xưởng gia công cơ khí dùng để xử lý các tấm inox hoặc tấm tole… Với các dòng máy đột dập CNC bạn có thể dễ dàng gia công hàng loạt với độ chính xác cao từ đó nâng cao sản lượng sản xuất
Máy đột dập CNC sử dụng nhiều loại dao khác nhau, điều này giúp giảm thiểu độ rung lắc và tạo các đường dập sắc nét, tinh tế và tính thẩm mỹ cao.

Máy cắt Laser CNC

Là một trong những dòng máy CNC phổ biến nhất mà bạn có thể dễ dàng bắt gặp hiện nay, thiết bị này sử dụng tia laser để làm nóng chảy bề mặt vật liệu cần gia công như kim loại, phi kim, hợp kim… Dưới độ nóng của tia laser bề mặt của vật liệu sẽ bị nóng chảy ra theo đường cắt để tạo ra các sản phẩm theo đúng mẫu mã, thiết kế yêu cầu

Không chỉ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để gia công các tấm kim loại lớn, máy cắt laser CNC còn có ở dạng mini được sử dụng trong các cửa hàng gia công nhỏ lẻ rất tiện lợi

Máy cắt Plasma CNC

Cắt Plasma sử dụng tia plasma được tạo từ các chất khí như oxy, ni tơ, khí nén… để cắt các kim loại có khả năng dẫn điện. Máy cắt plasma có công suất lớn và cho phép bạn cắt các tấm hoặc khối kim loại có độ dày lớn

Máy cắt Plasma thường phù hợp với môi trường làm việc công nghiệp, sản xuất với quy mô lớn. Ứng dụng chủ yếu của thiết bị này là cắt các kim loại như đồng, nhôm, inox. sắt, thép…

Máy gia công EDM CNC

Máy gia công EDM hay còn gọi là máy xung điện EDM là một thiết bị mà bạn có thể bắt gặp rất nhiều trong việc gia công các chi tiết cơ khí hoàn thiện bề mặt phôi, chế tạo và phục hồi các khuôn dập, khuôn bằng hợp kim cứng

Với độ chính xác tối ưu của hệ thống CNC và khả năng gia công mạnh mẽ của mình, dòng máy này là không thể thiếu đối với các nhà máy, xưởng gia công bề mặt vì phù hợp cho cả những vật liệt từ cứng nhất cho đến các vật liệu dễ bị biến dạng nhất

Ngoài ra, còn rất nhiều loại máy CNC khác mà Lidinco có thể gợi ý cho bạn như máy doa CNC, máy bào CNC, máy chuốt CNC, máy cưa… Nói chung với sự tiến bộ ngày càng cao của khoa học hầu như mọi loại máy gia công cơ khí đều có thể lắp đặt thêm máy tính để vận hành thiết bị với độ chính xác cao hơn

Phân loại theo phương thức gia công

• Máy CNC 2 trục (gia công 2D): là các thiết bị chỉ có khả năng gia công trên mặt phẳng X - Y, không thể tác động với các kích thước chiều cao. Một số khả năng gia công của máy CNC 2 trục như là tạo các đường cắt thẳng, đường nghiên, hình cung…
• Máy CNC 3 trục (gia công 3D): đây là phương pháp CNC được sử dụng khá phổ biến và rất dễ gặp trong gia công khuôn mẫu, gia công chi tiết có độ lồi lõm, nhấp nhô, cong… 
• Máy CNC 4 trục (gia công 4D): là quá trình gia công ngoài các trục cơ bản thì có thêm trục xoay, gia công trụ tròn. Máy CNC 4 trục dùng để ám chỉ các thiết bị có thể vận hành cả 4 trục đồng thời, còn nếu máy 3 trục gắn thêm 1 trục xoay thì vẫn chưa thể gọi là máy CNC 4 trục
• Máy CNC 5 trục (gia công 5D): là dòng máy CNC mà 5 trục gia công của thiết bị có thể di chuyển đồng thời. Còn nếu sử dụng các thiết bị gắn thêm trục và không thể hoạt động cùng lúc thì không gọi là máy CNC 5 trục

Ưu điểm và nhược điểm của máy CNC

Ưu điểm của máy CNC

• Các ưu điểm của máy CNC so với máy công cụ truyền thống
• Khả năng làm việc liên tục với độ chính xác cao vừa giúp tăng năng suất và vừa tăng hiệu quả làm việc
• Giảm chi phí nhân công và nguyên liệu
• Đảm bảo độ chính xác và nhất quán trên từng sản phẩm
• Dễ dàng lập trình và điều khiển kích thước gia công chính xác
• Tăng khả năng sáng tạo và đa dạng hóa sản phẩm, các chi tiết khó không thể làm thủ công trước đây

Các nhược điểm và hạn chế của máy CNC

• Yêu cầu các thiết bị chuyên dụng để định vị và xử lý
• Yêu cầu người vận hành các thiết bị phải có kiến thức về thiết bị
• Phúc tạp hơn trong khâu vận hành đòi hỏi kỹ thuật phải có kiến thức và trình độ cao hơn các dòng máy thủ công
• Kích thước máy thường lớn đòi hỏi khu vực làm việc rộng rãi
• Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác trong quá trình làm việc
• Sinh ra một lượng lớn nhiệt độ trong quá trình vận hành có thể gây ảnh hưởng đến môi trường làm việc xung quanh
• Chi phí đầu tư lớn cho cả máy công cụ, bộ điều khiển và phần mềm
• Phoi thải ra từ quá trình gia công cần phải xử lý để tránh tác động xấu đến môi trường
• Lãng phí chi phí vật tư phôi vì không thể tái sử dụng

Hướng dẫn sử dụng, vận hành máy CNC

Thiết kế mô hình CAD

Để bắt đầu một quy trình gia công CNC, bạn cần thiết kế file CAD 2D hoặc vectơ 2D hoặc sử dụng dịch vụ từ các công ty CAD/CAM. Phần mềm thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) cho phép bạn thiết kế, tạo ra các mô hình từ bảng vẽ hoặc thông số kỹ thuật như kích thước, hình dạng để bước đầu sản xuất các bộ phận hoặc chi tiết sản phẩm

Giúp bạn thiết kế các bộ phận gia công CNC bị hạn chế bởi khả năng (hoặc không có khả năng) của máy công cụ. Ví dụ như bạn có thể thiết kế các hình dạng đặc biệt chứ không chỉ bó gọn ở các hình trụ như gia công với các dòng máy thời xưa

Sau khi hoàn thành thiết kế CAD, nhà thiết kế sẽ xuất nó sang định dạng tệp tương thích với CNC, chẳng hạn như STEP hoặc IGES.

Bảng dung sai gia công CNC

Mặc dù máy CNC có độ chính xác khi gia công rất cao nhưng tùy vào những bộ phận được sản xuất khác nhau bạn vẫn có các sai số trong quá trình gia công, thường là vào khoảng + hoặc - 0,005 in (0,127 mm), có nghĩa sai số này sẽ gần gấp đôi chiều rộng của một sợi tóc người. 

Để đặt hiệu quả công việc tốt nhất, người thiết kế cần nắm điều này và chỉ định các khu vực cần có độ sai số thấp nhất có thể thường là nơi tiếp xúc với các bộ phận khác. Mặc dù có các dung sai tiêu chuẩn cho các cấp độ gia công khác nhau (như trong bảng bên dưới), nhưng đó không phải quy chuẩn cho tất cả vì vẫn có một trường hợp đặc biệt

(HÌNH ẢNH)

Chuyển đổi tệp CAD

Tệp thiết kế CAD được đọc thông qua phần mềm máy tính CAM (computer-aided manufacturing), phần mềm này sẽ trích xuất hình dạng bộ phận từ bản thiết kế CAD, tạo mã lập trình kỹ thuật số và điều khiển máy CNC thao tác các đầu công cụ để tạo ra bộ phận được thiết kế
Thông thường, máy CNC sử dụng các ngôn ngữ lập trình phổ biến như G-code và M-code. 

• G-Code: để đọc và kiểm soát thời gian, địa điểm, cách thức máy công cụ di chuyển. Ví dụ: khi nào bật hoặc tắt, tốc độ di chuyển nhanh hay chậm, công cụ đi đến vị trí nào, vị trí cụ thể của từng công cụ trên phôi ra sao…. 
• M-Code: được sử dụng để điều khiển các chức năng phụ trợ của máy, chẳng hạn như tự động tháo và thay thế vỏ máy khi bắt đầu, khi kết thúc hoặc các chức năng phụ trợ khác

Sau khi người vận hành tạo các file và đoạn mã, chương trình CNC gần như đã được tạo. Người vận hành sẽ tải nó vào máy CNC để đi đến các bước thiết lập tiếp theo

Thiết lập máy

Trước khi người vận hành chạy chương trình CNC, cần phải đi đến các bước thiết lập cơ bản để máy có thể sẵn sàng hoạt động. Những công việc chuẩn bị bao gồm gắn phôi trực tiếp vào máy, lên trục chính của máy , kẹp phôi cần gia công vào bộ gá thích hợp, gắn các dụng cụ cần thiết như mũi khoan, dao phay… vào các bộ phận thích hợp của máy.

Khi máy đã được thiết lập hoàn chỉnh, người vận hành có thể chạy chương trình CNC.

Thực hiện thao tác gia công

Khởi chạy chương trình và file thiết kế để máy CNC vận hành, chương trình gửi các lệnh đến máy và chỉ định các hành động, hướng di chuyển của công cụ tới máy tính tích hợp của máy CNC, máy tính này sẽ vận hành và điều khiển máy công cụ. 

Việc bắt đầu chương trình sẽ báo hiệu máy CNC bắt đầu vào quy trình gia công và chương trình sẽ hướng dẫn máy trong suốt quá trình khi nó thực hiện các hoạt động máy cần thiết để tạo ra một bộ phận hoặc sản phẩm theo thiết kế ban đầu

Quy trình gia công CNC có thể được thực hiện trực tiếp tại xưởng sản xuất hoặc nhà máy nếu công ty có thể đầu tư mua thiết bị hoặc cũng có thể giảm bớt chi phí bằng việc thuê các dịch vụ gia công CNC chuyên dụng đã có sẵn thiết bị và nhân lực có chuyên môn

Phần mềm vẽ cắt CNC

CAD (Computer-aided design): là phần mềm thiết kế được sử dụng để phác thảo và tạo ra các bản vẽ bề mặt và bộ phận rắn 2D hoặc 3D, cũng như các tài liệu kỹ thuật và thông số kỹ thuật cần thiết liên quan đến bộ phận đó. Các thiết kế và mô hình được tạo trong chương trình CAD thường được chương trình CAM sử dụng để tạo chương trình vận hành cho các máy CNC để tiến hành sản xuất. Phần mềm CAD cũng có thể được sử dụng để xác định các thuộc tính bộ phận tối ưu, đánh giá và xác minh thiết kế bộ phận, mô phỏng sản phẩm không có nguyên mẫu để bán các tài liệu thiết kế này cho nhà sản xuất và cửa hàng gia công.

CAM (Computer-aided manufacturing): là các chương trình được sử dụng để trích xuất thông tin kỹ thuật từ mô hình CAD và tạo chương trình máy cần thiết để chạy máy CNC để điều khiển thao tác dụng cụ sản xuất ra sản phẩm được thiết kế. Phần mềm CAM cho phép máy CNC chạy mà không cần sự trợ giúp của người vận hành và có thể giúp tự động hóa việc đánh giá thành phẩm.

CAE (Computer-aided engineering): là các chương trình được các kỹ sư sử dụng trong các giai đoạn tiền xử lý, phân tích và hậu xử lý của quy trình phát triển. Phần mềm CAE được sử dụng làm công cụ hỗ trợ trong ứng dụng phân tích kỹ thuật chẳng hạn như thiết kế, mô phỏng, lập kế hoạch, sản xuất, chẩn đoán và sửa chữa, để giúp đánh giá và sửa đổi thiết kế sản phẩm. Các loại phần mềm CAE có sẵn bao gồm phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA), động lực học chất lỏng tính toán (CFD) và động lực học đa vật thể (MDB).

Một số ứng dụng phần mềm đã kết hợp tất cả các khía cạnh của phần mềm CAD, CAM và CAE. Chương trình tích hợp này, thường được gọi là phần mềm CAD/CAM/CAE, cho phép một chương trình phần mềm duy nhất quản lý toàn bộ quy trình chế tạo từ thiết kế, phân tích đến sản xuất.

Hướng dẫn chọn mua máy CNC

Chọn đúng loại máy bạn cần: máy CNC là một tên chung được sử dụng cho rất nhiều loại máy khác nhau do đó cần phải chọn đúng loại thiết bị cho nhu cầu sử dụng của bạn, nếu bàn cần gia công các chi tiết hình trụ thì chọn máy tiện CNC, nếu cần gia công bề mặt thì chọn máy mài CNC, nếu cần tạo hình thì chọn máy phay CNC… 

Chọn máy có số trục làm việc phù hợp: như đã giới thiệu các dòng máy CNC có số trục làm việc khác nhau, tùy vào ứng dụng thiết kế của bạn là 2D hay 3D, bạn có thể chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu của công ty ở hiện tại và tương lai

Hành trình máy và kích thước bàn làm việc: hãy chọn thiết bị có kích thước bàn làm việc và hành trình lớn hơn so với chi tiết cần gia công hoặc bạn có thể cân nhắc chọn thiết bị có vùng làm việc lớn phù hợp các nhu cầu phát triển sản phẩm theo định hướng của doanh nghiệp trong tương lai, vì thiết bị này có giá thành cao, kích thước lớn và khó để vận chuyển, thay đổi

Độ chính xác của máy CNC: là một trong những yếu tố quan trọng hàng đầu ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và cũng như chi phí đầu tư của bạn. Tại sao lại nói đây là yếu tố quan trọng hàng đầu? Vì CNC vốn dĩ là thiết bị có độ tự động hóa và độ chính xác cao khi vận hành. Do đó, thiết bị có độ chính xác càng cao sẽ cho ra các sản phẩm có chất lượng càng tuyệt vời, qua đó cải thiện sự hài lòng của khách hàng 

Chọn thương hiệu phù hợp: ngoài các yếu tố cơ bản như trên thì thương hiệu cũng là một trong những yếu tố mà nhà máy sản xuất chọn để ra quyết định mua máy CNC của mình. Các thương hiệu nổi tiếng đến từ Nhật, Mỹ,  u sẽ cung cấp độ tin cậy, độ bền bỉ cao hơn khi sử dụng. Trong khi các thương hiệu đến từ Trung, Đài lại mang đến cho bạn các sản phẩm có mức giá rẻ

Như vậy, ở bài viết này Lidinco đã giới thiệu cho bạn máy CNC là gì? Củng như những thông tin mà bạn cần biết cho dòng máy này. Nếu cần tư vấn thêm về thiết bị? Vui lòng liên hệ cho chúng tôi theo thông tin bên dưới, đội ngũ kỹ thuật của Lidinco sẽ hỗ trợ bạn hoàn toàn miễn phí

Thông tin liên hệ