Máy CNC là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của máy CNC

Định nghĩa CNC là gì?

CNC là viết tắt của từ ”Computer Numerical Control”, được hiểu đơn giản là “điều khiển bằng máy tính“. Thuật ngữ này được sử dụng trong hệ thống máy tiện cơ khí, máy cắt cnc… được điều khiển hoàn toàn tự động.

Mục tiêu cuối cùng của CNC là tối ưu hóa công việc, giúp giảm thiểu thời gian, chi phí và nhân công.

Định nghĩa máy CNC là gì?

Máy CNC là công nghệ điều khiển các công cụ máy móc gia công bằng hệ thống điều khiển tự động. Quá trình điều khiển để máy di chuyể, bằng máy tính công nghiệp hoặc bộ điều khiển chuyên dụng. 

Máy CNC có thể làm việc trong không gian 2D, 3D,… Máy CNC có thể hoạt động tốt cả trong không gian 3 chiều và dễ dàng thực hiện bởi phần mềm được thiết kế chuyên dụng.

Hệ thống máy cnc được phát triển từ cuối những năm 1940 đầu những năm 1950 bởi một nhóm thuộc phòng thí nghiệm Servomechanism của học viện MIT.

Ngày nay, CNC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành gia công cơ khí như: cắt cnc bản mã, cắt cnc hoa văn, khắc cnc, cnc gỗ, cnc đá với những hình dạng phức tạp. Máy cnc giúp tối ưu hóa công việc, nâng cao chất lượng đầu ra sản phẩm với đa dạng biên dạng cắt. Trong khi các máy cắt kim loại truyền thống chỉ giải quyết được các đường cắt có hình thù nhất định.

Các loại máy CNC trên thị trường.

Tùy vào công dụng và khả năng làm việc mà người ta phân chia các loại máy cnc trên thị trường như sau:

Máy tiện cnc.

Máy tiện CNC được sử dụng rất phổ biến trong quá trình gia công tạo hình các chi tiết tròn xoay, hầu như các xưởng cơ khí hiện nay đều được trang bị máy này nhằm giảm thiểu chi phí nhân công, tăng cường độ chính xác của sản phẩm trong sản xuất hàng loạt.

Tuy nhiên trước khi mua chúng ta nên tìm hiểu qua về cấu tạo cũng như các lưu ý khi lựa chọn và sử dụng máy tiện CNC. Máy tiện CNC thường có các loại là tiện 2 trục, hoặc tiện 4 trục, tiện 4 trục là loại máy vừa tiện vừa phay, gia công được nhiều hình dạng chi tiết phức tạp. Máy tiện thường được ứng dụng rộng rãi trong ngành gỗ tại Việt Nam.

Máy phay cnc.

Phay CNC là phương pháp gia công cắt gọt kim loại thông qua một công cụ xoay hay còn gọi là Dao phay.

Ưu điểm của phương pháp này là năng suất và độ chính xác cao, dao phay có nhiều lưỡi cắt nên lâu mòn lưỡi, lượng chạy dao lớn.

Nhược điểm của phay chính là sự va đập của lưỡi cắt và bề mặt gia công gây ra rung động, ảnh hưởng đến sự chính xác của chi tiết và chất lượng bề mặt, độ bóng không cao. Tuy nhiên, các loại máy phay CNC hiện đại đã giải quyết rất tốt những vấn đề này. Tại Việt Nam máy phay được sử dụng nhiều trong ngày kim khí.

Máy mài cnc.

Một máy mài thông dụng như máy mài dao được sử dụng để mài dao phay và các bit dao, với các dao cụ cắt khác. Nó là một máy cực kỳ linh hoạt được sử dụng để thực hiện một loạt các hoạt động mài: bề mặt, hình trụ hoặc hình dạng phức tạp.

Các máy điều tự động (CNC) đang ngày càng trở nên phổ biến do sự phức tạp liên quan đến quá trình. Mức độ tự động hóa cao, cũng như, đo lường và bù dao cụ trong máy tự động, cho phép kéo dài thời gian sản xuất tự động.

Máy khoan cnc.

Khoan điều khiển số máy tính (CNC) thường được triển khai để sản xuất hàng loạt. Để có hiệu quả về chi phí, loại máy khoan CNC thích hợp cần được áp dụng cho bất kỳ hình dạng chi tiết gia công cụ thể nào. Có 2 loại máy khoan chính là:

Máy khoan bàn: Để khoan lỗ thông qua các chi tiết thô, như gỗ, nhựa và kim loại.

Máy khoan cần: Một phiên bản máy khoan lớn hơn đứng thẳng trên sàn. Là máy khoan bàn, nó có thể được sử dụng để khoan các khối vật liệu lớn hơn và tạo ra các lỗ lớn hơn.

Máy khắc cnc

Máy khắc CNC nhập khẩu về Việt Nam có nhiều tên gọi như máy điêu khắc CNC, máy đục CNC, máy chạm khắc CNC hay 1 cái tên khác nữa là máy đục khắc gỗ vi tính tùy theo từng vùng miền khác nhau.

Máy cắt cnc.

Máy cắt cnc là loại máy sử dụng công nghệ cnc kết hợp với một số phương pháp khác để thực hiện cắt vật liệu với các hình dạng được lập trình trước.

Máy cắt cnc được ứng dụng rổng rãi trong các ngành gia công kim khí tại Việt Nam.

Hiện nay có nhiều loại máy cắt cnc dựa theo cấu tạo của nó để người ta phân loại.

Máy cắt cnc plasma gia công kim loại.

Máy cắt cnc plasma được ứng dụng công nghệ cnc với nguồn phát hồ quang ( nguồn plasma) để làm nóng chảy các vật liệu bằng kim loại.

Nhờ việc làm nóng chảy kim loại kết hợp với gió thổi bay các lớp xỉ nên máy cắt cnc plasma ứng dụng cắt hoa văn và bản mã rất hợp lý.

Máy cắt cnc Oxy/Gas cắt bản mã dày.

Máy cắt cnc Oxy/Gas là loại máy sử dụng khí Gas và Oxy để cắt các kim loại dày có thể lên tới 200mm tùy thuộc vào kỹ thuật của người vận hành.

Máy cắt cnc laser.

Máy cắt cnc laser là loại máy cắt cao cấp nhất hiện nay được ứng dụng cho cắt kim loại mỏng như inox, thép đen. Máy cắt laser cnc có giá trị đầu tư cao nên việc đầu tư cần phải tìm hiểu kỹ càng.

Máy cắt laser cnc có 2 loại là máy cắt laser cnc CO2 và máy cắt laser fiber ( Sợi quang).

Địa chỉ cung cấp máy cắt cnc laser fiber un tín chất lượng.

Hiện nay công nghệ phát triển nên người ta thường có xu hướng chuyển qua dùng công nghệ laser fiber.

Cấu tạo của máy cnc như thế nào?

Công nghệ cnc được ứng dụng rộng rãi với đa dạng về mẫu mã và loại máy chính vì vậy mà mỗi loại máy sẽ có một cấu tạo khác nhau. Nhưng nhìn chung tất cỏ các loại máy cnc đều có cấu tạo như sau:

Động cơ

Động cơ chắc chắn là một linh kiện không thể thiếu đối với máy cnc. Nó truyền động giúp máy thực hiện được các hoạt động như chuyển động lên xuống, chuyển động tịnh tiến.

Đối với một máu cnc thông thường người ta thường sử dụng hai loại động cơ chính là động cơ servo ( Servo Motor) và động cơ bước (Step Motor).

Động cơ bước

Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết.

Động cơ servo

Động cơ servo là một bộ phận truyền động của hệ thống điều khiển chuyển động của các thiết bị máy móc. Nó còn được biết đến với công nghệ Driver Servo tương tự với driver máy tính. Đây cũng là một thiết bị không thể thiếu và quyết định đến chất lượng của một chiếc máy cnc.

Bộ điều khiển.

Khi một máy cnc được sản xuất thì bộ điều khiển chính là trung tâm đầu não của nó. Khả năng tự động “CNC” có hoạt động trơn tru hay không là thông qua bộ điều khiển của máy.

Bộ điều khiển có tác dụng tiếp nhận thông tin từ con người. Nói một cách đơn giản thì nó nhận lệnh từ con người và chuyển các lệnh đó đến các bộ phận khác và bắt chúng hoạt động theo lệnh được lập trình sẵn trước đó.

Điều khiển CNC có nhiệm vụ giải mã chương trình NC và xử lý tiếp các thông tin liên quan tới công nghệ và hình dạng hình học. Với sự hỗ trợ của hệ điều khiển CNC, các bộ phận tương ứng của máy công cụ CNC được điều khiển và điều chỉnh để gia công được các chi tiết theo yêu cầu. Ví dụ:

Khi bạn muốn cắt một vách ngăn cnc bạn buồn phải có file mẫu đó sau đó chuyển nó qua dạng g-code và nhập file g-code đó vào máy cnc. Bộ điều khiển sẽ đọc bản vẽ đó và truyền lệnh theo các lệnh g-code đó giúp máy hoạt động trơn tru.

Thanh Răng – Thanh Trượt.

Đa phần thì một thanh răng thanh trượt đều xuất hiện trên máy cnc. Vì Thanh trượt (Linear motion) là linh kiện cnc dùng để dẫn hướng, dựa trên nguyên lý chuyển động tịnh tiến giữa con trượt và ray trượt.

Nó hoạt động gần như chính xác và có khả năng chịu tải cực tốt. Chính vì vậy mà máy có khả năng di chuyển theo hướng được chính xác.

Ngoài ra, máy cnc còn nhiều nhưng linh kiện khác mà tùy vào từng ngành nghề, từng công dụng mà nó sẽ có một linh kiện khác nhau. Ví dụ như máy phay cnc sẽ có dao phay, máy cắt cnc plasma sẽ có nguồn cắt plasma hay máy cắt cắt cnc laser sẽ có nguồn laser co2 hoặc laser fiber.

Nguyên lý hoạt động của máy CNC. 

Để hiểu được hết nguyên lý hoạt động của máy cnc là việc khá khó khăn đối với người mới tim hiểu. Tuy nhiên nếu mô tả một cách đơn giản thì nó sẽ di chuyển trên 3 trục X-Y-Z theo trục tọa độ.

Khi máy cnc được khởi động và thực hiện lệnh cắt, trục Z (đầu cắt) sẽ di chuyển lên xuống khoảng cách được cài đặt trước. Đầu cắt sẽ nhận nguồn năng lượng từ bộ nguồn để xuyên thủng vật liệu.

Trong khi đó bàn máy giữ sản phẩm và máy sẽ di chuyển trên các thay ray theo trục X và Y để tạo ra đường cắt đứt trên vật liệu

Ưu điểm và nhược điểm của máy cnc.

Ưu điểm

Nói đến CNC thì chắc chắn sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với làm thủ công như trước đây. Công nghệ CNC ra đời giúp tự động hóa công việc thông qua các nội dung chương trình được lâp trình sẵn.

– Đối việc gia công đơn giản thì tay nghề của thợ gia công là nột yếu tố quan trong nhất. Nhưng đối với máy cnc thì kết quả công việc không phụ thuộc vào tay nghề người vận hành. Người vận hành chỉ đóng vai trò giám sát điều chỉnh máy các hoạt động của máy cnc.

– Máy cnc giúp gia tăng năng suất làm việc gấp nhiều lần với làm bằng thủ công.

– Nhờ vào sự hổ trợ của máy tính nên việc chỉnh sửa thông số vô cùng dễ dàng.

– Ứng dụng hệ thống truyền động hiện đại nên tốc độ di chuyên được nâng cao rõ rệt.

– Độ chính xác gần như là tuyệt đối, sai số cơ khí vô cùng nhỏ.

– Có khả năng làm việc với nhiều vật liệu khác nhau giúp đa dang được sản phẩm.

– Gia công được các chi tiết nhỏ với độ chính xác cao.

 Nhược điểm

– Giá thành đầu tư cao.

– Mất phí sửa chữa khi hết bảo hành.

– Người vận hành phải có kiến thức cơ bản máy tính.

– Vận hành máy cũng tương đối khó khăn.

Nguyên lý hoạt động máy CNC Plasma.

Máy CNC cắt bằng tia plasma hoạt động bằng tia plasma để cắt vật liệu kim loại dẫn điện. Các nguồn khí được sử dụng là: hỗn hợp hydro-Argon, Oxy, Nito,…vì những khí này không dẫn điện khi ở trang thái bình thường.

Tuy nhiên, khi bạn cung cấp một dòng năng lượng lớn cho chúng để ion hóa các nguyên tử khí thì chúng sẽ có khả năng dẫn điện. Quá trình oxy khí hóa xảy ra mạnh sẽ tạo ra dòng Plasma. Tia plasma đến đầu cắt và có khả năng cắt kim loại .

– Nguồn cung năng lượng là nguồn điện 1 chiều (240 – 400 VDC). Dòng điện đầu ra của bộ nguồn quyết định tốc độ và độ dày vật cắt. Nguồn điện cung cấp năng lượng liên tục để duy trì hồ quang plasma sau khi bị ion hóa.

– Mạch khởi động hồ quang sẽ phát tần số cao tạo điện áp xoay chiều từ 5000 đến 10000V ở một tần số cực lớn khoảng 2 triệu HZ. Nhờ dòng điện áp này mà dòng khí dễ bị ion hóa và tạo ra hồ quang bên trong đầu cắt plasma.

– Đầu cắt có tác dụng giữ vòi phun và điện cực, cung cấp những chất làm mát đến những bộ phận này. Vòi phun và điện cực dùng để nén và duy trì tia plasma.

Ứng dụng của máy CNC là gì?

– Máy cắt CNC có ứng dụng gia công trong ngành công nghiệp cơ khí, cơ khí chế tạo. Với khả năng gia công trên đa vật liệu như gỗ, đá, kim loại ( cắt sắt,inox…).

– Ứng dụng trong ngành sản xuất đồ gia dụng: Với kĩ thuật chính xác từ phần mềm lập trình cnc, bề mặt các sản phẩm gia dụng đều được cắt gọt một cách chính xác và tỷ mỉ có độ bóng cao, đạt chuẩn. Nên nó được ứng dụng trong  việc tạo khuôn cho các mặt hàng điện máy, điện lạnh, đồ gia dụng…

– Ứng dụng trong ngành công nghiệp đóng tàu. Với khả năng cắt được những vật liệu dày các dòng máy cắt plasma rất thích hợp để gia công bản mã phục vụ cho ngành công nghiệp đóng tàu tại Việt Nam. Ngoài ra máy cắt plasma còn có thể gia công hoa văn trang trí như lan can, cửa cổng, vách ngăn…

– Bên cạnh đó máy cắt laser có độ chính xác cao phù hợp cho việc gia công các chi tiết, phụ tùng đòi hỏi độ chính xác cao.