Cấu tạo máy CNC và quy trình gia công CNC từ A-Z

Nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của ngành Cơ Khí Công Nghiệp. Máy CNC với cấu tạo đặc biệt cùng nhiều tính năng nổi bật và ngày càng được sử dụng nhiều trong các xưởng, nhà máy gia công, sản xuất tại Việt Nam.

Nắm bắt kiến thức cấu tạo máy CNC và quy trình gia công CNC sẽ giúp cho bạn hiểu hơn về máy. Qua đó giúp doanh nghiệp lựa chọn và vận hành máy CNC đạt hiệu suất cao nhằm mang lại hiệu quả tốt nhất.

Cùng Máy CNC nhập khẩu tìm hiểu cấu tạo máy CNC là gì? Và quy trình hoạt động máy CNC ra sao?

1. Tổng quan về máy CNC

CNC là viết tắt của Computer Numerical Control, là một dạng máy được điều khiển tự động thông qua lập trình trên máy tính. Máy CNC có khả năng gia công phay, cắt, gọt, khoan,… các vật liệu kim loại với độ chính xác cao và tốc độ nhanh. Công nghệ CNC đang là một giải pháp tối ưu cho nền công nghiệp cơ khí Việt Nam hiện nay.

Máy CNC phổ biến như hiện nay là do máy có nhiều ưu điểm hơn máy cơ khí truyền thống, và mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp. Các lợi ích có thể kể như tự động hóa dây chuyền, tiết kiệm được chi phí sản xuất, chất lượng sản phẩm được nâng cao.

Có 3 loại máy CNC phổ biến, được sử dụng nhiều nhất ở các công xưởng hiện nay: Máy phay CNC, máy tiện CNC, máy khoan phay CNC.

Ngoài ra còn có những loại máy với những ưu điểm và chức năng riêng biệt khác. Xem thêm các loại máy CNC nhập khẩu.

2. Cấu tạo máy CNC cơ bản

Mỗi loại sẽ có những cấu tạo riêng nhưng nhìn chung sẽ có 2 phần cơ bản sau:

Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng.

Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm.

2.1. Phần chấp hành

Phần chấp hành của máy CNC gồm 7 bộ phận:

• Thân, đế máy

Là một trong những bộ phận rất quan trọng của máy và thường được làm bằng gang hoặc thép không gỉ. Nó phải đảm bảo cứng vững để có thể chịu được lực rung của máy khi hoạt động và bảo vệ các động cơ bên trong máy.

• Bàn máy

Là nơi để gá đặt các chi tiết gia công, còn gọi là đồ gá. Bàn máy thường di chuyển ngang sang trái, phải (theo trục x) và di chuyển dọc (theo trục y). Tùy từng loại máy mà bàn máy sẽ di chuyển và trục chính đứng yên hoặc ngược lại.
Các doanh nghiệp khi mua máy nên quan tâm kích thước của bàn máy cũng như trọng tải tối đa của nó để chọn loại phù hợp với phôi cần gia công.

• Trục chính

Là nơi lắp các dụng cụ như dao phay, tiện,.. và thực hiện các thao tác gia công. Chuyển động chính của máy CNC là chuyển động quay của trục chính kết hợp với các chuyển động khác theo các phương như x, y, z nhằm di chuyển phôi đến phần cần gia công.

Các thông số kỹ thuật trục chính cơ bản trong một trung tâm gia công CNC là: tốc độ trục chính tối đa, công suất động cơ trục chính và mô-men xoắn tối đa của động cơ trục chính.

Có các loại trục chính phổ biến như:

• • Belt: trục chính và mô tơ thông qua dây đai để dẫn động.
  • Direct : trục chính và mô tơ thông qua khớp nối trực tiếp để dẫn động.
  • Gear box: trục chính và mô tơ thông qua hợp số bánh răng để dẫn động.
  • Buit-in: trục chính và mô tơ là 1, nón chính là động cơ , mà cũng là trục chính. Mô tơ nằm bên trong trục,  Không cần thông qua 1 cơ cấu khác để dẫn động . Đây là cơ cấu trục tiên tiến nhất hiện tại và tương lai sẽ thay thế Direct.

 

• Băng dẫn hướng (ụ trục chính)

Là linh kiện dùng để dẫn hướng cho các chuyển động của bàn máy thường theo phương trục X, trục Y và chuyển động theo trục Z của trục chính, dựa trên nguyên lý chuyển động tịnh tiến giữa con trượt và ray trượt.

Tuy nhiên, một vài loại máy có trục chính gia công toàn tự động sẽ di chuyển theo các trục x, y, z để gia công và bàn máy sẽ đứng yên.

Yêu cầu của hệ thống thanh trượt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có hiện tượng dính, trơn khi trượt.

• Trục vít me, đai ốc

Có 2 loại vít me thường được sử dụng đó là vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi. Vít me đai ốc thường là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt. Vít me đai ốc bi là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn.

Vít me bi được sử dụng để di chuyển bàn máy do chúng có ma sát thấp và độ rơ rất nhỏ nên hiệu suất truyền động cao và đạt được độ chính xác vị trí cao. Trục vít có độ chính xác cao thường chính xác đến một phần nghìn inch trên một foot (830 nanomet trên centimet) hoặc tốt hơn.

• Ổ tích dụng cụ

Là bộ phận dùng để chứa các loại dao phục vụ cho gia công. Nhờ bộ phận này mà máy có thể tự động cắt gọt vật liệu liên tục bằng các loại dao khác nhau mà không cần sự can thiệp của kỹ thuật viên. Vì thế đã giảm được rủi ro khi gia công và làm tăng tốc độ gia công cũng như tự động hóa quy trình sản xuất.

2.2. Phần điều khiển

Phần điều khiển của máy CNC gồm cụm điều khiển chính và các loại động cơ trên máy CNC.

2.2.1. Có 2 loại cụm điều khiển chính trên máy CNC

• Cụm điều khiển máy MCU

Cụm điều khiển được coi là trái tim của máy CNC, nó có bàn phím chữ và số để nhập dữ liệu trực tiếp hoặc thủ công (MDI) các chương trình gia công. Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển động quay đúng số vòng cần thiết → trục vit me bi quay đúng số vòng quay tương ứng → kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao.
MCU có các chức năng sau:

• • Đọc hướng dẫn mã hóa.
  • Giúp gửi hướng dẫn thích hợp đến mọi bộ phận của máy.
  • Nó có thể nhận ra các phép nội suy (tròn, thẳng và xoắn) để tạo thành các lệnh chuyển trục.
  • Để hỗ trợ các điều khiển chuyển động trục và các mạch khuếch đại để quản lý các công cụ trục.
  • Nó lưu giữ các tín hiệu đã xem xét về vị trí và vận tốc cho mỗi trục truyền động.
  • Để thực hiện các mục đích điều khiển phụ trợ như chất làm mát hoặc tắt/ mở trục và thay đổi dụng cụ.

• Cụm dẫn động

Là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển, khuếch đại và các hệ dẫn động.

Sensor là cơ cấu phản hồi tín hiệu, dùng để truyền các tín hiệu ngược lại đến hệ điều khiển. Động cơ và các sensor phản hồi là thành phần đặc trưng cho máy công cụ điều khiển số CNC.

Cụm điều khiển có nhiệm vụ liên kết các chức năng để thực hiện điều khiển máy, các chức năng bao gồm:

• • Số liệu vào (Data input).
  • Xử lý số liệu (Data processing).
  • Số liệu ra (Data output).
  • Ghép nối vào (Machine I/O interface).
  • Phần cứng điều khiển: gồm 6 thành phần cơ bản: Máy tính CPU, bộ nhớ RAM, ROM, hệ thống BUS, điều khiển trình tự PMC, điều khiển SERVO, bộ phận ghép nối.

2.2.2 Máy CNC có những loại động cơ nào?

Có 4 loại động cơ gồm: Động cơ 1 chiều, động cơ xoay chiều, động cơ bước, động cơ servo.

• Động cơ một chiều: Hiện nay trên máy CNC phổ biến vẫn dùng động cơ điện một chiều kích từ, dùng vòng mạch từ phụ với nam châm vĩnh cửu. Nó được sử dụng rộng rãi vì tổn hao điện năng ít và lượng nhiệt tỏa ra nhỏ.
• Động cơ xoay chiều: Có các đặc tính tỷ lệ quán tính – mô-men xoắn cao, hoạt động ổn định ở chế độ tốc độ thấp và khả năng chịu quá tải tốt vì vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong các máy CNC công nghệ cao.
• Động cơ bước: Là một cơ cấu chấp hành cơ – điện dùng để biến đổi năng lượng điện thành chuyển động cơ học.
• Động cơ servo: Là loại động cơ mà trong cấu tạo có mạch phản hồi để xác định công suất điện tạo ra và dựa vào đó để thay đổi thời gian của trigger.  Thường được sử dụng để truyền động trong máy CNC hệ kín.

3. Quy trình gia công CNC cơ bản

Để vận hành máy CNC một cách chính xác và ổn định. Doanh nghiệp cần phải hiểu rõ về quy trình gia công CNC. Bên cạnh đó còn có thể giúp giảm thiểu sự cố và nhanh chóng khắc phục hư hỏng thiết bị.

Quy trình gia công CNC cơ bản bao gồm các giai đoạn sau:

• Thiết kế mô hình CAD.
• Chuyển đổi tệp CAD sang chương trình CNC.
• Chuẩn bị máy CNC.
• Thực hiện hoạt động gia công.
• Giám sát hoạt động gia công.

3.1 Thiết kế mô hình CAD

Bước đầu tiên trong quy trình gia công CNC là tạo ra một thiết kế CAD 2D hoặc 3D chi tiết. Các nhà thiết kế hoặc nhà sản xuất có thể sử dụng phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) để tạo ra một mô hình hoặc kết xuất các bộ phận và sản phẩm của họ cùng với các thông số kỹ thuật cần thiết. Đó có thể là các kích thước và hình học, để sản xuất bộ phận hoặc sản phẩm.

Dưới đây là quy trình thiết kế CAD

Sau khi hoàn thành thiết kế CAD, nhà thiết kế xuất nó sang định dạng tệp tương thích với CNC, thường là dạng tệp STEP hoặc IGES.

3.2 Chuyển đổi tệp CAD sang chương trình CNC

Tệp CAD sẽ chạy qua một chương trình, thường là CAM – phần mềm sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính để trích xuất hình học của bộ phận. Đồng thời tạo các mã lập trình kỹ thuật số, điều khiển máy CNC và thao tác với công cụ để tạo ra bộ phận được thiết kế theo yêu cầu.

Khi chương trình CNC được tạo, người vận hành sẽ tải nó vào máy CNC.

3.3 Chuẩn bị máy CNC

Trước khi người vận hành chạy chương trình CNC, kỹ sư phải chuẩn bị cho máy CNC hoạt động. Các bước chuẩn bị này bao gồm việc dán phôi trực tiếp vào máy, vào trục xoay của máy móc, hoặc vào kính máy hoặc các thiết bị gia công tương tự, và gắn các dụng cụ cần thiết, chẳng hạn như mũi khoan và dao phay, vào các bộ phận máy thích hợp.

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

3.4 Thực hiện hoạt động gia công

Máy CNC sẽ hoạt động dưới sự hướng dẫn của chương trình CNC được thiết lập ở các bước trên. Nó gửi các lệnh máy ra lệnh điều khiển hoạt động của máy một cách tự động.

Gia công CNC có thể được thực hiện trên đa dạng các loại vật liệu như kim loại, nhựa, gỗ, vật liệu tổng hợp,…

3.5 Giám sát hoạt động gia công

Khi máy đang hoạt động, kỹ thuật viên tránh lại gần máy, thay vào đó nên đứng quan sát qua máy tính và theo dõi để tránh các rủi ro cũng như kịp thời sửa chữa máy khi xảy ra hư hỏng hoặc sự cố.

4. Các thông số cơ bản của máy CNC

Từng bộ phận cấu tạo máy CNC đều có những thông số quan trọng mà khi doanh nghiệp đầu tư mua cần quan tâm nhằm chọn loại máy phù hợp với nhu cầu gia công.

Dưới đây là ví dụ một bảng thông số kỹ thuật cơ bản của máy phay đứng HISION VMC 760 II / P

 

Model	VMC760 II/ P
Hệ điều khiển	Mitsubishi M80B
Kích thước bàn	900×400 mm
Tốc độ trục chính	8000 rpm
Số dao dự trữ lớn nhất	24
Loại đầu dao	BT40
Thời gian thay dao	2,5s
Công suất động cơ trục chính	5.5/7.5 kW
Trọng lượng máy	5.5 ton
Kích thước (DxRxC)	230×325×255m
Hành trình X	760 mm
Hành trình Y	2400 mm
Hành trình Z	500 mm

Quyết định đầu tư máy gia công CNC doanh nghiệp cần cân nhắc về hiệu quả gia công, độ chính xác của máy khi gia công phôi vật liệu dựa trên cấu tạo phù hợp của máy.

Hãy để lại câu hỏi bên dưới, các chuyên gia MÁY CNC NHẬP KHẨU sẽ tư vấn giúp doanh nghiệp bạn có sự lựa chọn máy đúng đắn, đáp ứng tối đa nhu cầu gia công sản xuất cơ khí chính xác.