Gia Công CNC Là Gì? Những Kiến Thức Cơ Bản Gia Công CNC

Gia công CNC là gì?

• Gia công CNC là phương pháp sản xuất cơ khí hiện đại bằng các máy móc được điều khiển bởi công nghệ CNC (Computer Numerical Control) nhằm đạt độ chính xác cao và tốc độ làm việc nhanh chóng.
• Trong quá trình gia công CNC, máy móc sẽ cắt bỏ vật liệu từ một khối rắn để tạo ra các chi tiết dựa trên mô hình thiết kế CAD. Công nghệ gia công CNC sản xuất các bộ phận với độ chính xác rất cao, độ lặp lại chính xác và tính chất vật liệu tốt, do đó giúp tối ưu chi phí khi sản xuất các chi tiết có khối lượng từ nhỏ đến trung bình (lên đến 1000 chi tiết).
• Để thực hiện gia công CNC, 2 phương pháp chính được sử dụng là phay và tiện. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về nguyên tắc cơ bản của công nghệ gia công CNC và cách thức hoạt động của máy phay – máy tiện.

Phay CNC hoạt động như thế nào?

Phay CNC là quá trình loại bỏ vật liệu khỏi chi tiết bằng cách sử dụng các công cụ cắt chuyển động quay và được điều khiển bởi hệ thống CNC. Quá trình này đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức kỹ thuật và kỹ năng lập trình để tạo ra các chi tiết với độ chính xác cao và năng suất sản xuất tốt.

Quy trình phay CNC cơ bản

1. Mô hình CAD được chuyển đổi thành một chuỗi các lệnh máy CNC có thể hiểu được (mã G). Thường người vận hành sẽ thực hiện việc này trên máy, sử dụng các bản vẽ kỹ thuật được cung cấp.
2. Khối vật liệu (gọi là phôi) được cắt theo kích thước và được đặt trên bàn máy để gia công thông qua một đồ gá hoặc được gắn trực tiếp lên bàn máy. Để đảm bảo độ chính xác cho quá trình gia công, phôi cần được định vị và căn chỉnh chính xác nhờ vào các công cụ đo lường đặc biệt (đầu dò cảm ứng).
3. Vật liệu được loại bỏ khỏi phôi để tạo hình chi tiết thông qua các công cụ cắt chuyên dụng quay với tốc độ rất cao (hàng nghìn vòng/phút). Để đạt được tạo hình chính xác, trước hết phôi được gia công thô bằng cách loại bỏ vật liệu nhanh chóng với độ chính xác thấp (hình dạng gần đúng). Sau đó, một hoặc nhiều đường chạy dao hoàn thiện – gia công tinh được sử dụng để tạo thành sản phẩm cuối cùng.
4. Nếu mô hình có các vị trí mà công cụ cắt không thể gia công được trong một lần gia công duy nhất (ví dụ: có một khe ở phía sau), thì phần đó cần được lật và tiến hành lại các bước gia công.

Sau khi gia công, chi tiết cần được kiểm tra và loại bỏ bavia để loại bỏ các khuyết tật nhỏ còn sót lại trên các cạnh sắc nhọn do biến dạng vật liệu trong quá trình gia công. Nếu dung sai được chỉ định trong bản vẽ kỹ thuật, các kích thước tới hạn sẽ được kiểm tra để đảm bảo chi tiết đáp ứng được yêu cầu chính xác. Sau khi hoàn tất kiểm tra, những chi tiết đã sẵn sàng sẽ được sử dụng cho các thao tác tiếp theo.

Hầu hết các hệ thống phay CNC đều có 3 bậc tự do tuyến tính: trục X, Y, Z. Các hệ thống tiên tiến hơn với 5 bậc tự do cũng cho phép xoay bàn hoặc đầu công cụ xoay (trục A và B). Hệ thống CNC 5 trục có khả năng gia công các chi tiết có độ phức tạp hình học cao và có thể loại bỏ yêu cầu phải sử dụng nhiều máy.

Tiện CNC hoạt động như thế nào?

Trong tiện CNC, phôi được gắn trên mâm cặp quay và vật liệu được loại bỏ bằng các công cụ cắt cố định. Nhờ đó, các bộ phận có tính đối xứng dọc theo trục trung tâm của chúng có thể được hình thành. So với gia công phay, sản xuất các chi tiết tiện nhanh và rẻ hơn.

Các bước cơ bản để sản xuất một chi tiết bằng phương pháp tiện CNC

• Mã G được tạo ra từ bản thiết kế CAD và phôi có đường kính phù hợp được đưa vào máy CNC.
• Quá trình gia công bắt đầu bằng việc đưa phôi quay với tốc độ cao và sử dụng công cụ cắt đã được lập trình theo trắc đồ tiện, loại bỏ dần vật liệu cho đến khi đạt được chi tiết được thiết kế.
• Các lỗ dọc theo trục trung tâm cũng có thể được gia công bằng cách sử dụng máy khoan trung tâm và dụng cụ cắt bên trong.
• Nếu chi tiết cần được lật hoặc di chuyển, quá trình gia công sẽ được lặp lại. Nếu không cần, chi tiết sẽ được cắt từ phôi và sẵn sàng cho các bước sản xuất tiếp theo.

Thường thì máy tiện CNC được sử dụng để sản xuất các chi tiết có hình khối trụ. Tuy nhiên, các bộ phận không có hình dạng trụ cũng có thể được sản xuất bằng cách sử dụng các hệ thống tiện CNC đa trục hiện đại, được trang bị các công cụ phay CNC. Những hệ thống này kết hợp năng suất cao của tiện CNC với khả năng phay CNC và có thể tạo ra một phạm vi hình học rất lớn, bao gồm cả đối xứng quay lỏng như trục cam và cánh quạt máy nén hướng tâm.

Đặc điểm của gia công CNC

• Thông số máy

Thường thì người vận hành máy trong quá trình tạo mã G sẽ xác định hầu hết các tham số gia công, và ít được nhà thiết kế quan tâm. Nhưng đối với các máy CNC, kích thước khổ gia công/làm việc và độ chính xác của máy là hai thông số quan trọng được các nhà sản xuất chú trọng đến.

Các máy gia công CNC có khổ làm việc lớn. Hệ thống phay CNC có thể gia công các chi tiết có kích thước lên tới 2000 x 800 x 100mm (78” x 32” x 40”) và hệ thống tiện CNC có thể chế tạo các chi tiết có đường kính lên tới Φ500mm (Φ20” ).

Với gia công CNC, các bộ phận có độ chính xác cao và dung sai chặt chẽ có thể được sản xuất. Nếu không có dung sai được chỉ định, các bộ phận sẽ được gia công với độ chính xác điển hình là ±0,125mm (±0,005”). Với CNC, dung sai chặt chẽ đến dưới một nửa đường kính của một sợi tóc trung bình của con người (±0,025mm hoặc 0,001”) có thể được đạt được.

• Dụng cụ cắt CNC

Để tạo ra các hình dạng hình học khác nhau, máy CNC sử dụng các công cụ cắt khác nhau. Dưới đây là một số công cụ phay được sử dụng phổ biến nhất trong gia công CNC:

Các dao phay phẳng, dao trụ và dao cầu được sử dụng cho gia công các khe, rãnh, hốc và các bức tường thẳng đứng khác. Hình dạng khác nhau của chúng cho phép gia công các tính năng với các chi tiết khác nhau. Các dao trụ cũng thường được sử dụng trong gia công CNC 5 trục để chế tạo các bề mặt có hình dạng cong và dạng tự do.

Khoan là một phương pháp phổ biến và nhanh chóng để tạo ra các lỗ trống. Ngoài các lỗ khoan với kích thước tiêu chuẩn, các lỗ khoan có đường kính không theo tiêu chuẩn có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các công cụ phay mặt phẳng (theo đường xoắn ốc).

Đường kính trục của các dụng cụ cắt nhỏ hơn đường kính của lưỡi cắt, cho phép các dụng cụ phay này cắt các khe chữ T và các đường cắt khác bằng cách loại bỏ vật liệu khỏi các cạnh của cạnh thẳng.

Công cụ taro tự động trên máy CNC được sử dụng để sản xuất các lỗ ren. Để tạo một lỗ ren, cần kiểm soát chính xác tốc độ quay và tốc độ chuyển động của dụng cụ cắt. Tuy nhiên, taro thủ công vẫn thường được sử dụng trong một số xưởng.

Dao phay mặt được sử dụng để loại bỏ vật liệu từ các mặt phẳng lớn. Đường kính của dao phay mặt lớn hơn đường kính các công cụ gia công sau đó, nên chúng yêu cầu số đường đi dao ít hơn, giảm tổng thời gian gia công và tạo ra các bề mặt phẳng. Giai đoạn phay mặt thường được sử dụng sớm trong quá trình gia công để chuẩn bị kích thước phôi.

Ngoài ra, các công cụ cắt lớn không kém cũng được sử dụng trong tiện CNC, để đáp ứng mọi nhu cầu gia công như cắt mặt, cắt ren và cắt rãnh.

Độ phức tạp hình khối và hạn chế thiết kế

Gia công CNC mang lại khả năng tự do thiết kế, tuy nhiên không phải tất cả các kiểu hình đều có thể gia công bằng CNC. Độ phức tạp của thiết kế làm tăng chi phí sản xuất cũng như yêu cầu nhiều bước gia công hơn để tạo ra chi tiết hoàn chỉnh.

Hạn chế chính của gia công CNC là phải phụ thuộc vào hình dạng của công cụ cắt. Ví dụ, các cạnh bên trong của một khe sẽ luôn được làm tròn, vì chúng được gia công bằng cách sử dụng một công cụ có cấu hình hình trụ.

Công cụ tiếp cận cũng là một trở ngại trong gia công CNC. Nếu công cụ không thể tiếp cận được khu vực cần gia công, vật liệu không thể bị loại bỏ. Phần lớn các máy CNC hiện nay đang sử dụng hệ thống 3 trục, do đó tính năng của chi tiết cũng phải được thiết kế để có thể tiếp cận từ phía trên trực tiếp đến phôi. Hiện nay, hệ thống CNC 5 trục có tính linh hoạt cao hơn, cho phép tạo ra các chi tiết phức tạp hơn, góc giữa chi tiết cần gia công và công cụ có thể được điều chỉnh để gia công đến những phần khó tiếp cận.

Những chi tiết có cạnh mỏng hoặc tính năng đặc trưng cũng khó gia công. Những chi tiết có cạnh mỏng dễ bị rung và có nguy cơ vỡ do lực cắt. Độ dày tối thiểu yêu cầu là 0.8mm đối với kim loại.

Đặc trưng của gia công CNC

Đây chính là một trong những ưu điểm quan trọng của gia công CNC vì nó cho phép gia công được hầu hết các loại vật liệu kỹ thuật. Tuy nhiên, gia công CNC thường được sử dụng chủ yếu cho kim loại, bao gồm cả gia công để tạo mẫu và sản xuất hàng loạt. So với kim loại, gia công CNC nhựa khó hơn vì độ cứng thấp và nhiệt độ nóng chảy thấp hơn. Thông thường, gia công CNC nhựa được sử dụng trong quá trình tạo mẫu trước khi sản xuất hàng loạt bằng phương pháp ép nhựa.

Vật liệu gia công CNC

Chi phí gia công CNC phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng và có sự khác biệt lớn giữa chúng. Kim loại nhôm 6061 là lựa chọn kinh tế nhất, với giá trung bình khoảng 25 USD (~575.000 VND) cho một khối phôi kích thước 150 x 150 x 25mm, trong khi đó nhựa ABS có giá thấp hơn, trung bình khoảng 17 USD (~390.000 VND) cho cùng kích thước. Ngoài ra, các tính chất vật lý của vật liệu cũng ảnh hưởng đến chi phí gia công CNC. Ví dụ, thép không gỉ cứng hơn nhiều so với nhôm, điều này làm cho việc gia công khó khăn hơn và tăng chi phí tổng.

Xử lý nguội và hoàn thiện

Khi gia công các chi tiết bằng CNC, thường sẽ để lại các vết dao trên sản phẩm. Tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm và vật liệu gia công, các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau có thể được sử dụng để làm mịn các vết dao và cải thiện khả năng chống mòn, chống ăn mòn hoặc kháng hóa chất của chi tiết. Một số phương pháp xử lý bề mặt như mạ kim loại, chà nhám hoặc sơn tĩnh điện có thể được áp dụng để tạo ra bề mặt chi tiết hoàn thiện và đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ của sản phẩm.

Ưu điểm và nhược điểm của gia công CNC

Ưu điểm:

• Gia công CNC đem lại độ chính xác và độ lặp lại rất tốt, cùng với khả năng sản xuất các chi tiết với dung sai rất nhỏ, phù hợp với các yêu cầu chất lượng cao.
• Vật liệu gia công CNC có tính chất vật lý đồng nhất trong nhiều môi trường khác nhau, phù hợp với hầu hết các ứng dụng kỹ thuật.
• Gia công CNC là phương pháp sản xuất hiệu quả về chi phí để sản xuất các chi tiết kim loại với số lượng thấp hoặc trung bình, từ sản xuất mẫu đến sản xuất hàng loạt lên tới 1000 đơn vị.

Nhược điểm:

• Vì phương pháp gia công CNC loại bỏ vật liệu trên phôi, nên một số khối hình tốn chi phí rất cao hoặc không thể sản xuất.
• Chi phí khởi đầu của gia công CNC cao do phải đầu tư về máy móc và kỹ thuật.

Gia công CNC là phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong các hoạt động sản xuất của doanh nghiệp và nhà xưởng. Nó chiếm tới hơn 50% tổng hoạt động sản xuất bởi sản phẩm cuối cùng là các chi tiết cơ bản cho máy móc cơ khí, hay các chi tiết, linh kiện, phụ tùng cho ngành chế tạo máy, sản xuất ô tô và xe máy. Máy phay/tiện CNC là một loại máy công cụ cơ bản không thể thiếu cho bất kỳ xưởng cơ khí nhỏ, vừa hay doanh nghiệp sản xuất mô hình lớn.

Máy phay/tiện CNC được ưa chuộng vì độ chính xác cao và chất lượng bề mặt chi tiết đẹp. Khả năng ứng dụng của máy CNC là rất rộng, nên đây là sự lựa chọn của đa phần khách hàng. Tùy vào nhu cầu sử dụng và định hướng phát triển kinh doanh, nhà xưởng hay doanh nghiệp có thể lựa chọn các thương hiệu máy CNC phù hợp với tính năng, chất lượng và giá cả tương ứng.

Với kinh nghiệm hơn 5 năm trong ngành cơ khí, Công ty TNHH thương mại Synce đã tập hợp đội ngũ chuyên gia giải pháp và chuyên viên kỹ thuật đầu ngành, luôn sẵn sàng hỗ trợ từng khách hàng trong thời gian nhanh nhất với phương án phù hợp tối ưu.

Khách hàng đến với Synce sẽ được tư vấn các giải pháp gia công CNC phù hợp cũng như được đảm bảo về chất lượng đạt chuẩn quốc tế của những thương hiệu dao CNC mà Synce phân phối.

Không chỉ tự tin về chất lượng sản phẩm, Synce còn chiếm được lòng tin của khách hàng nhờ đội ngũ kỹ thuật luôn sẵn sàng 24/7 với phương châm KHÁCH HÀNG LÀ THÀNH VIÊN TRONG GIA ĐÌNH!

Để được giải đáp các thắc mắc về sản phẩm và dịch vụ, vui lòng liên hệ tới hotline: 09 777 42 938