Gia công cơ khí CNC là một trong những quy trình sản xuất quan trọng nhất để tạo ra các thành phần kim loại và nhựa. Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu những điều cơ bản về gia công CNC, bao gồm cả những ưu điểm và nhược điểm của nó.
 

Gia công cơ khí là gì?

Gia công là quá trình sản xuất trong đó vật liệu được cắt ra khỏi một khối rắn. Bởi vì vật liệu được cắt bỏ chứ không phải đưa vào, gia công được gọi là một quá trình sản xuất "trừ". Vật liệu được sử dụng trong quá trình gia công có thể là kim loại, nhựa hoặc vật liệu khác, thiết bị và dụng cụ cắt có thể ở nhiều dạng khác nhau. Khoan, tiện và phay chỉ là một số cách mà vật liệu có thể được lấy ra khỏi khối, thường được gọi là “phôi”.
 

Điều khiển số máy tính là gì (CNC)?

Tất cả các quá trình gia công liên quan đến chuyển động có kiểm soát của các dụng cụ cắt. Tuy nhiên, sự khác biệt lớn nhất giữa các quy trình gia công truyền thống và các công nghệ tiên tiến hơn hiện nay là phương tiện điều khiển.

Trong những ngày đầu gia công, tất cả các công cụ cắt được điều khiển ở một mức độ nào đó bằng tay. Các thợ gia công điều chỉnh máy phay và máy tiện của họ theo cách thủ công, hướng cạnh sắc của dụng cụ cắt về phía phần thích hợp của phôi. Đây vẫn là một kỹ thuật phổ biến và các thợ gia công chuyên nghiệp có thể gia công các vật liệu với độ chính xác cao. Máy đánh dấu và mẫu cũng có thể được sử dụng để tăng độ chính xác và độ lặp lại.

Tuy nhiên, giờ đây, có những lựa chọn thay thế cho gia công thủ công, trong đó quan trọng nhất là gia công CNC, hoặc gia công Điều khiển số bằng máy tính. Gia công CNC bao gồm việc sử dụng máy tính để điều khiển các công cụ cắt của máy. Thay vì dựa vào người thợ máy để di chuyển các công cụ cắt đến các phần khác nhau của phôi, các lệnh kỹ thuật số hướng máy đến tọa độ chính xác, cho phép máy hoạt động mà không cần sự trợ giúp.
 

Quy trình gia công cơ khí CNC hoạt động như thế nào?

Quá trình gia công CNC bắt đầu với thiết kế 3D kỹ thuật số của một bộ phận, được tạo bằng phần mềm Thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD). Phần mềm CAD cho phép kỹ sư tạo ra hình ảnh trực quan của một bộ phận, hình dạng 3D có thể được điều chỉnh khi cần thiết trên màn hình và đôi khi phần mềm có thể thực hiện mô phỏng để dự đoán cách thiết kế sẽ hoạt động trong thế giới thực.

Sau khi thiết kế CAD hoàn thành, phần mềm Máy tính Hỗ trợ Sản xuất (CAM) được sử dụng để chuyển đổi nó thành “G-Code”, về cơ bản là một loạt các hướng dẫn cho máy CNC. Bản thân máy móc không thể hiểu được hình dạng 3D giống như cách con người có thể làm, nhưng nó có thể hiểu một loạt các hướng dẫn đơn giản mà khi làm theo, cuối cùng sẽ dẫn đến việc tạo ra hình dạng 3D đó. G-Code chứa thông tin như thời điểm và vị trí các động cơ của máy sẽ di chuyển, tốc độ của chúng.

Khi tất cả các hướng dẫn đã được làm theo, kết quả sẽ là một phần hoàn chỉnh khớp với thiết kế ban đầu được thực hiện trên phần mềm CAD. Sau đó, phần này có thể được sử dụng cho mục đích cuối cùng của nó, được tinh chỉnh thêm hoặc tái tạo nhiều lần.

Quy trình gia công CNC: Kỹ sư thiết kế một phần bằng phần mềm CAD --> Thiết kế được chuyển đổi thành G-Code --> G-Code hướng dẫn các công cụ cắt --> Dụng cụ cắt loại bỏ vật liệu khỏi phôi --> Phôi trở thành bộ phận hoàn thiện. 

Ưu điểm của gia công cơ khí CNC

Gia công cơ khí CNC là một quá trình sản xuất được sử dụng rộng rãi cho cả nguyên mẫu và các bộ phận sản xuất. Điều này là nhờ vào một số yếu tố, bao gồm chi phí, thời gian và các lợi thế cơ học cụ thể của các bộ phận được gia công.
 

- Độ chính xác

Vì máy CNC tuân theo hướng dẫn của máy tính nên chúng cực kỳ chính xác, hơn cả những kỹ sư lành nghề nhất của con người. Hầu hết các máy CNC có độ chính xác khoảng 0,02 mm, có nghĩa là các bộ phận phức tạp có thể được chế tạo với dung sai rất hẹp. Loại bỏ lỗi là ưu tiên hàng đầu của các nhà sản xuất và máy CNC giảm đáng kể xác suất lỗi.
 

- Tính lặp lại

Một điều tuyệt vời khi tạo các bộ phận từ các hướng dẫn trên máy tính là những hướng dẫn đó có thể được thực hiện lặp đi lặp lại mà không thay đổi bất cứ điều gì. Miễn là bản thân thiết bị được bảo dưỡng tốt, máy CNC có thể tái tạo nhiều lần các bộ phận giống hệt nhau.

Điều này khó thực hiện hơn nhiều khi sử dụng các kỹ thuật thủ công, ngay cả những người thợ máy giỏi nhất cũng sẽ phải vật lộn để tạo ra các bản sao hoàn hảo mỗi lần.
 

- Khả năng mở rộng

Khả năng lặp lại cũng có tác dụng hữu ích trong việc mở rộng quy mô sản xuất. Vì một công việc gia công có thể được lặp lại nhiều lần (và trên nhiều máy nếu cần), các công ty có thể nhanh chóng biến một nguyên mẫu đơn lẻ thành hàng trăm nghìn đơn vị của cùng một bộ phận. Miễn là tệp kỹ thuật số được giữ an toàn, các nhà sản xuất có thể tạo ra các bản sao vô hạn của một bộ phận được gia công.
 

- Chi phí lao động thấp

Mặc dù có những cân nhắc về đạo đức đối với tất cả các công việc tự động, sử dụng máy CNC có thể giảm chi phí sản xuất khi so sánh với gia công truyền thống. Sau khi G-Code đã được tạo và gửi đến máy, nó có thể được để yên mà không cần giám sát.

Tất nhiên, lao động gia công giảm không phải làm cho lao động của con người trở nên dư thừa. Thay vào đó, những người thợ gia công đó có thể chọn tập trung vào việc tạo ra một lớp hoàn thiện đặc biệt cho bộ phận sau khi nó rời khỏi máy CNC.
 

- Tính linh hoạt

Máy CNC có khả năng làm việc với nhiều loại vật liệu và có thể tạo ra một loạt các hình dạng phức tạp. Do đó, chúng được sử dụng cho rất nhiều bộ phận khác nhau, từ các bộ phận ô tô đến hộp đựng thực phẩm.
 

- Sức bền

Hầu hết các máy CNC có thể hoạt động suốt ngày đêm và việc bảo trì tương đối đơn giản. Miễn là các công cụ cắt được bảo trì và thay thế khi cần thiết, máy CNC có thể chứng tỏ khả năng chịu đựng ấn tượng, cho phép sản xuất số lượng lớn ở tốc độ cao. 

Nhược điểm của gia công cơ khí CNC

Mặc dù gia công CNC được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng nó không phải phù hợp cho mọi công việc sản xuất. Các hạn chế của nó bao gồm các hạn chế về hình học đến các yếu tố chi phí.
 

- Chi phí

Máy CNC là thiết bị đắt hơn nhiều so với máy thủ công, và điều này được phản ánh trong giá của các bộ phận được gia công bằng máy CNC. Tuy nhiên, khi CNC trở nên phổ biến hơn, sự chênh lệch giá này sẽ ngày càng hẹp.

Yếu tố giá thành cũng phụ thuộc nhiều vào số lượng. Đối với các bộ phận một lần, in 3D có thể là một giải pháp thay thế rẻ hơn cho gia công CNC. Đối với hàng trăm nghìn bộ phận, quy trình sản xuất hàng loạt như ép phun có thể tiết kiệm chi phí hơn.

 

- Hạn chế về hình học

Gia công CNC có một số hạn chế về hình học. Vì phôi được cắt từ bên ngoài, nên tương đối khó tạo ra các hình học phức tạp bên trong bên trong một bộ phận được gia công. Máy in 3D không có giới hạn này, vì một phần được in 3D được tạo ra từng lớp một.
 

- Giảm nhu cầu lao động

Máy CNC đã làm cho việc gia công nhanh hơn và chính xác hơn, nhưng chúng cũng làm giảm nhu cầu về thợ gia công thủ công có tay nghề cao, dẫn đến tình trạng thiếu việc làm cho nhiều chuyên gia.
 

Các loại máy gia công CNC được sử dụng phổ biến hiện nay

Mặc dù tất cả các máy CNC đều sử dụng lệnh máy tính để cắt vật liệu từ phôi, các máy khác nhau đạt được mục tiêu này theo những cách khác nhau. Tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của một bộ phận, thợ gia công có thể sử dụng máy phay CNC, máy tiện CNC, bộ định tuyến CNC hoặc bất kỳ biến thể cụ thể nào của những máy đó.
 

- Máy phay CNC

Máy phay sử dụng các công cụ cắt quay để loại bỏ vật liệu ra khỏi phôi, vật liệu này vẫn đứng yên. Gia công phay có độ chính xác cao và có nhiều mức độ phức tạp khác nhau. Máy phay CNC 3 trục có thể di chuyển dụng cụ cắt của họ dọc theo các trục X, Y và Z. Các máy 4 trục giới thiệu chuyển động quay quanh trục X. Và các máy 5 trục linh hoạt nhất và do đó hữu ích nhất, bổ sung thêm vòng quay quanh trục Y.

Máy phay CNC có định dạng ngang hoặc dọc. Máy phay ngang gắn bề mặt cắt của chúng trên một trục ngang, trong khi máy phay đứng định hướng đầu cắt theo phương thẳng đứng. Các bộ phận nặng hơn có thể dễ dàng gia công hơn bằng máy ngang, trong khi máy dọc có thể tốt hơn cho các bộ phận yêu cầu hầu hết gia công trên một mặt.
 

- Máy tiện CNC

Máy tiện CNC hoạt động theo một cách khác với máy phay. Thay vì di chuyển dụng cụ cắt đến các vùng khác nhau của phôi tĩnh, máy tiện tự quay nhanh chóng. Gia công tiện cho phép các công cụ cắt tiếp cận tất cả xung quanh vật thể và có thể được sử dụng để tạo ra các bộ phận hình nón, hình trụ và hình cầu với sự đối xứng hoàn hảo. 
 

Các loại máy CNC khác bao gồm:

 

• Máy cắt plasma
• Bộ định tuyến CNC
• Máy khoan CNC
• Máy mài bề mặt

 

Ưu điểm gia công cơ khí 4 trục và 5 trục

Tất cả các máy CNC tương đối hiệu quả trong việc tạo ra các bộ phận phức tạp. Tuy nhiên, những thiết bị có khả năng 4 trục hoặc 5 trục đặc biệt linh hoạt và có thể được sử dụng để tạo ra các thành phần phức tạp cao.

Trung tâm gia công CNC 4 trục bổ sung thêm một trục chuyển động bằng cách đưa vào quay quanh trục X. Điều này có thể đạt được bằng cách chỉ cần xoay phôi và trục chuyển động phụ cho phép dụng cụ cắt tiếp cận phôi từ các góc mới và không thể.

Các trung tâm gia công 5 trục phát huy tính linh hoạt đó hơn nữa, tạo ra chuyển động quay quanh trục Y, làm nghiêng bề mặt gia công đồng thời cho phép phôi xoay. Điều này bổ sung thêm khả năng cắt nhiều hơn, và do đó là phương pháp gia công được ưa chuộng cho các kỹ sư và thợ máy trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ. 

>>> Tìm hiểu thêm Sự khác nhau gia công 3 trục, 4 trục, 5 trục