Tất Cả Những Gì Bạn Cần Biết Về Máy CNC

Lịch sử

Máy CNC là thiết bị điện cơ điều khiển các công cụ gia công bằng cách sử dụng các đầu vào từ chương trình máy tính. Tên gọi “CNC” thực ra là viết tắt của “Computer Numerical Control” (Điều khiển Số bằng Máy tính). Đây là một trong hai phương pháp chuẩn (công nghệ in 3D như SLA, SLS/SLM và FDM là phương pháp còn lại) để tạo ra các mẫu thử từ tệp phần mềm kỹ thuật số. Các công ty kỹ thuật và chế tạo mẫu có thể sử dụng máy CNC để phay và gia công nhiều vật liệu khác nhau, bao gồm gỗ, kim loại và nhựa.

Những chiếc máy CNC đầu tiên được phát triển vào những năm 1940 và 1950, sử dụng một công nghệ lưu trữ dữ liệu viễn thông phổ biến gọi là “dây băng đục lỗ” hoặc “băng giấy perforated.” Công nghệ dây băng đục lỗ đã lỗi thời từ lâu khi phương tiện lưu trữ dữ liệu nhanh chóng chuyển sang xử lý máy tính analog và sau đó là kỹ thuật số trong những năm 1950 và 1960. Khi các công nghệ mới và sức mạnh xử lý kỹ thuật số được giới thiệu, máy CNC tiếp tục cải thiện hiệu suất của mình.

Cách Hoạt Động

Nói chung, gia công là một cách để chuyển đổi một mảnh vật liệu ban đầu, chẳng hạn như một khối nhựa, thành sản phẩm hoàn thiện (thường là một bộ phận mẫu thử) bằng cách sử dụng một quá trình loại bỏ vật liệu có kiểm soát. Tương tự như công nghệ phát triển mẫu thử khác, FDM (in 3D), CNC dựa vào các chỉ dẫn kỹ thuật số từ tệp phần mềm Computer-Aided Manufacturing (CAM) hoặc Computer-Aided Design (CAD), chẳng hạn như Solidworks 3D. Mặc dù CAM hoặc CAD không điều khiển máy CNC trực tiếp, chúng cung cấp lộ trình để CNC chế tạo các thiết kế. Máy CNC giải mã thiết kế như là các chỉ dẫn để cắt các bộ phận mẫu thử.

Khả năng lập trình các thiết bị máy tính để điều khiển các công cụ máy móc thúc đẩy nhanh năng suất của xưởng bằng cách tự động hóa các quy trình kỹ thuật cao và tốn nhiều công sức. Việc cắt tự động giúp cải thiện cả tốc độ và độ chính xác trong việc tạo ra các bộ phận mẫu thử — đặc biệt khi vật liệu quan trọng (như trong trường hợp của polypropylene).

Các quy trình gia công thường xuyên yêu cầu sử dụng nhiều công cụ để thực hiện các cắt mong muốn (ví dụ: các mũi khoan có kích thước khác nhau). Máy CNC thường kết hợp các công cụ vào các đơn vị hoặc tế bào chung mà từ đó máy có thể lấy. Các máy cơ bản di chuyển trong một hoặc hai trục, trong khi các máy tiên tiến di chuyển theo chiều ngang trên trục x, y, theo chiều dọc trên trục z, và thường xuyên quay xung quanh một hoặc nhiều trục. Các máy đa trục có khả năng lật các bộ phận tự động, cho phép bạn loại bỏ vật liệu đã ở “dưới” trước đó. Điều này loại bỏ nhu cầu cho công nhân phải lật vật liệu mẫu thử và cho phép bạn cắt tất cả các mặt mà không cần sự can thiệp thủ công. Các cắt tự động hoàn toàn thường chính xác hơn những gì có thể làm được với các đầu vào thủ công. Tuy nhiên, đôi khi công việc hoàn thiện như khắc lại được thực hiện tốt hơn bằng tay và các cắt đơn giản có thể đụng phải công việc thiết kế phức tạp để lập trình cho máy tự động hóa.

Các Loại Máy CNC

Khi bạn quyết định loại máy CNC nào cần thêm vào hoạt động sản xuất, có một số yếu tố cần xem xét. Máy CNC thường thuộc một trong hai loại chính: công nghệ gia công thông thường và công nghệ gia công mới. Mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Bạn cần cân nhắc các yêu cầu đặc biệt của dự án khi chọn loại máy CNC để thêm vào xưởng của mình. Dưới đây là infographic về một số sự tương đồng và khác biệt giữa máy CNC thông thường và máy CNC mới:

Công Nghệ Thông Thường:

• Máy Khoan (Drills): Máy khoan hoạt động bằng cách quay mũi khoan và di chuyển mũi khoan vào vị trí tiếp xúc với khối vật liệu cố định. Máy khoan CNC giúp tạo ra các lỗ chính xác tại vị trí cần thiết.

  

• Máy Tiện (Lathes): Máy tiện, gần như là sự đảo ngược của máy khoan, quay khối vật liệu chống lại mũi khoan (thay vì quay mũi khoan và đưa vào tiếp xúc với vật liệu). Máy tiện thường tiếp xúc với vật liệu bằng cách di chuyển công cụ cắt theo chiều ngang cho đến khi công cụ tiếp xúc với vật liệu quay. Thường được sử dụng với kim loại và gỗ, máy tiện loại bỏ vật liệu dư thừa không mong muốn và để lại các bộ phận đẹp và hữu ích hơn.

  

• Máy Phay (Milling Machines): Máy phay có lẽ là loại máy CNC phổ biến nhất hiện nay. Chúng sử dụng các công cụ cắt quay để loại bỏ vật liệu từ đơn vị vật liệu. Máy phay có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau, bao gồm khoan, khoét, cắt bánh răng và tạo rãnh trong một mảnh vật liệu.

  

Công Nghệ Mới:

• Gia Công Điện và/hoặc Hóa Học: Có một số công nghệ mới sử dụng các kỹ thuật chuyên biệt để cắt vật liệu. Các ví dụ bao gồm Gia công Chùm Electron (Electron Beam Machining), Gia công Điện Hóa (Electrochemical Machining), Gia công Phóng Điện (Electrical Discharge Machining – EDM), Gia công Quang Hóa (Photochemical Machining), và Gia công Siêu Âm (Ultrasonic Machining). Hầu hết các công nghệ này rất chuyên biệt và được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt để sản xuất hàng loạt các loại vật liệu cụ thể.

• Các Phương Tiện Cắt Khác: Có một số công nghệ mới sử dụng các phương tiện khác nhau để cắt vật liệu. Các ví dụ bao gồm máy cắt laser, máy cắt oxy-fuel, máy cắt plasma, và công nghệ cắt nước áp suất cao (water-jet cutting). Những máy này đã trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp khác nhau trong những năm gần đây; tuy nhiên, chúng vẫn là các thiết bị chuyên biệt.

Vật Liệu Sử Dụng

Hầu như bất kỳ vật liệu nào cũng có thể được sử dụng trong máy CNC — tất cả đều phụ thuộc vào ứng dụng. Máy CNC cung cấp một mức độ linh hoạt trong sản xuất để phục vụ nhiều loại dự án khác nhau. Các vật liệu phổ biến bao gồm kim loại như nhôm, đồng thau, đồng, thép, titanium, gỗ, xốp, sợi thủy tinh, và nhựa như polypropylene.

Ứng Dụng Trong Phát Triển Mẫu Nhanh

Máy CNC là bước đột phá quan trọng đầu tiên trong lĩnh vực phát triển mẫu nhanh. Trước khi có điều khiển số (trong trường hợp công nghệ băng đục lỗ) và điều khiển số bằng máy tính (với tính toán analog và kỹ thuật số), các bộ phận phải được gia công bằng tay. Điều này luôn dẫn đến các sai sót lớn hơn trong các sản phẩm mẫu cuối cùng, đặc biệt là khi máy móc được sử dụng thủ công cho sản xuất quy mô lớn. Máy CNC đã giúp cách mạng hóa khả năng của ngành sản xuất trong việc phát triển nhanh chóng các mẫu thử từ nhiều vật liệu, bộ phận và các máy móc khác nhờ độ chính xác mà nó cung cấp.

Ứng Dụng Trong Sản Xuất

Nhiều máy CNC đặc biệt được xây dựng dành riêng cho các quy trình sản xuất chuyên biệt. Ví dụ, gia công điện hóa được sử dụng để cắt các sản phẩm kim loại bền vững mà không thể thực hiện được với các phương pháp khác. Máy CNC thông thường thường phù hợp hơn và thường được sử dụng cho việc phát triển mẫu thử hơn là sản xuất.

Cái Nào Tốt Hơn? CNC Hay In 3D?

Sự thật là điều này phụ thuộc vào vật liệu, độ phức tạp của bộ phận và các yếu tố kinh tế liên quan. Công nghệ in 3D như máy FDM tạo ra các bộ phận từ dưới lên trên. Chúng có thể tạo ra các hình dạng phức tạp và các bộ phận bên trong nhanh hơn máy CNC một chút. In 3D cung cấp cho các nhà thiết kế sản phẩm và các nhà sản xuất một mức độ linh hoạt và sáng tạo mà máy CNC không thể mang lại thông qua các phương pháp thông thường.

Ngược lại, máy CNC thông thường có một số hạn chế về công cụ có sẵn và các trục quay mà máy có thể sử dụng. Mặc dù chúng vẫn có thể sử dụng với nhiều vật liệu khác nhau, nhưng những máy này bị giới hạn bởi một bộ quy tắc và hạn chế tương đối nghiêm ngặt về cách chúng có thể tương tác với các vật liệu khác nhau.

Mặt khác, phát triển mẫu thử FDM bị giới hạn nhiều hơn về vật liệu so với một khối vật liệu đã gia công. Phát triển mẫu thử FDM yêu cầu các vật liệu đặc biệt có thể sử dụng trong in 3D. Máy CNC cung cấp nhiều loại vật liệu hơn mà chúng có thể thao tác và làm việc để tạo ra các bộ phận cụ thể. Ví dụ, nếu bạn cần một mẫu thử bản lề sống, bạn sẽ muốn sử dụng CNC và polypropylene.

Gần như bất kỳ vật liệu nào cũng có thể được gia công, trong khi ngược lại, chỉ có một số vật liệu đã được điều chỉnh thành các sợi phù hợp cho in 3D.

>> Xem thêm các bài viết hay về kỹ thuật sửa chữa tại Baotridientu.com