Gia công điều khiển số bằng máy tính (CNC) là một quy trình sản xuất trong đó phần mềm máy tính được lập trình sẵn điều khiển chuyển động của các công cụ và máy móc trong nhà máy. Quy trình này có thể được sử dụng để điều khiển nhiều loại máy móc phức tạp, từ máy mài và máy tiện đến máy phay và bộ định tuyến CNC. Với gia công CNC, các tác vụ cắt ba chiều có thể được hoàn thành trong một nhóm lệnh duy nhất.
Quy trình CNC chạy trái ngược với những hạn chế của điều khiển thủ công, trong đó cần có người vận hành trực tiếp để nhắc và hướng dẫn các lệnh của công cụ gia công thông qua cần gạt, nút và handle. Đối với người xem, hệ thống CNC có thể giống với một bộ linh kiện máy tính thông thường, nhưng các chương trình phần mềm và bảng điều khiển được sử dụng trong gia công CNC giúp phân biệt nó với tất cả các hình thức tính toán khác.
Nếu bạn quan tâm đến việc sử dụng sản xuất CNC để sản xuất các sản phẩm khác nhau, hãy tìm hiểu thêm về cách thức hoạt động của gia công CNC và lập trình CNC. Bạn cũng có thể muốn biết về các loại máy CNC chính và loại công việc mà nó có thể thực hiện để xem liệu nó có thể đáp ứng nhu cầu của bạn hay không.
Gia công CNC là gì?
Khi một hệ thống CNC được kích hoạt, các đường dao mong muốn được lập trình trong phần mềm và được ra lệnh cho các công cụ và máy móc tương ứng, thực hiện các tác vụ theo quy định, giống như rô-bốt.
Trong lập trình CNC, trình tạo mã trong hệ thống số thường cho rằng các cơ chế là hoàn hảo, mặc dù có khả năng xảy ra lỗi, điều này sẽ lớn hơn bất cứ khi nào máy CNC được điều khiển để cắt theo nhiều hướng đồng thời. Vị trí của một công cụ trong hệ thống điều khiển số được vạch ra bởi một loạt các đầu vào được gọi là chương trình bộ phận.
Với máy điều khiển số, các chương trình được nhập thông qua thẻ đục lỗ. Ngược lại, các chương trình dành cho máy CNC được đưa vào máy tính thông qua bàn phím nhỏ. Lập trình CNC được giữ lại trong bộ nhớ của máy tính. Bản thân mã được viết và chỉnh sửa bởi các lập trình viên. Do đó, các hệ thống CNC cung cấp khả năng tính toán mở rộng hơn rất nhiều.
Lập trình máy CNC
Trong sản xuất CNC, máy móc được vận hành thông qua điều khiển số, trong đó một chương trình phần mềm được chỉ định để điều khiển một đối tượng. Ngôn ngữ đằng sau gia công CNC được gọi luân phiên là mã G và được viết để kiểm soát các hành vi khác nhau của máy tương ứng, chẳng hạn như tốc độ, tốc độ nạp và phối hợp.
Về cơ bản, gia công CNC cho phép lập trình trước tốc độ và vị trí của các chức năng của máy công cụ và chạy chúng thông qua phần mềm theo các chu kỳ lặp đi lặp lại, có thể dự đoán được, tất cả đều có ít sự tham gia của người vận hành. Trong quy trình gia công CNC, một bản vẽ CAD 2D hoặc 3D được hình thành, sau đó được dịch sang mã máy tính để hệ thống CNC thực thi. Sau khi chương trình được nhập vào, người vận hành sẽ chạy thử chương trình để đảm bảo không có lỗi nào trong quá trình viết mã.
Do những khả năng này, quy trình đã được áp dụng trên tất cả các lĩnh vực sản xuất và sản xuất CNC đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực sản xuất kim loại và nhựa. Tìm hiểu thêm về các loại hệ thống gia công được sử dụng và cách lập trình máy CNC tự động hóa hoàn toàn quá trình sản xuất CNC dưới đây:
Hệ thống gia công vòng lặp mở/kín
Trong quá trình sản xuất CNC, điều khiển vị trí được xác định thông qua hệ thống vòng hở hoặc vòng kín. Với cái trước, tín hiệu chạy theo một hướng duy nhất giữa bộ điều khiển CNC và động cơ. Với hệ thống vòng kín, bộ điều khiển có khả năng nhận phản hồi, giúp sửa lỗi. Do đó, một hệ thống vòng kín có thể khắc phục những bất thường về vận tốc và vị trí.
Trong gia công CNC, chuyển động thường được định hướng qua trục X và Y. Ngược lại, công cụ này được định vị và dẫn hướng thông qua động cơ bước hoặc động cơ servo, giúp sao chép các chuyển động chính xác như được xác định bởi mã G. Nếu lực và tốc độ là nhỏ nhất, quy trình có thể chạy thông qua điều khiển hở. Đối với mọi thứ khác, điều khiển khép kín là cần thiết để đảm bảo tốc độ, tính nhất quán và độ chính xác cần thiết cho các ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn như gia công kim loại.
Gia công CNC hoàn toàn tự động
Trong các giao thức CNC ngày nay, việc sản xuất các bộ phận thông qua phần mềm được lập trình sẵn hầu hết được tự động hóa. Kích thước cho một bộ phận nhất định được đặt vào vị trí bằng phần mềm thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) và sau đó được chuyển đổi thành sản phẩm hoàn chỉnh thực tế bằng phần mềm sản xuất có sự trợ giúp của máy tính (CAM).
Bất kỳ phôi cụ thể nào cũng có thể cần nhiều loại máy công cụ, chẳng hạn như máy khoan và máy cắt. Để đáp ứng những nhu cầu này, nhiều máy ngày nay kết hợp nhiều chức năng khác nhau vào một ô.
Ngoài ra, một cài đặt có thể bao gồm một số máy móc và một bộ tay máy chuyển các bộ phận từ ứng dụng này sang ứng dụng khác, nhưng mọi thứ đều được điều khiển bởi cùng một chương trình. Bất kể thiết lập như thế nào, quy trình CNC cho phép tính nhất quán trong sản xuất các bộ phận khó, nếu không muốn nói là không thể sao chép thủ công.
Các loại máy CNC khác nhau
Các máy điều khiển số sớm nhất có từ những năm 1940 khi động cơ lần đầu tiên được sử dụng để điều khiển chuyển động của các công cụ đã có từ trước. Khi công nghệ tiên tiến, các cơ chế được cải tiến với máy tính tương tự và cuối cùng là máy tính kỹ thuật số, dẫn đến sự gia tăng của gia công CNC.
Phần lớn các kho vũ khí CNC ngày nay là hoàn toàn điện tử. Một số quy trình vận hành bằng máy CNC phổ biến hơn bao gồm hàn siêu âm, đục lỗ và cắt laser. Các máy được sử dụng thường xuyên nhất trong các hệ thống CNC bao gồm:
Máy phay CNC
Các máy phay CNC có khả năng chạy trên các chương trình bao gồm các lời nhắc dựa trên số và chữ cái hướng dẫn các chi tiết trên các khoảng cách khác nhau. Lập trình được sử dụng cho máy nghiền có thể dựa trên mã G hoặc một số ngôn ngữ độc đáo do nhóm sản xuất phát triển. Các nhà máy cơ bản bao gồm một hệ thống ba trục (X, Y và Z), mặc dù hầu hết các nhà máy mới hơn có thể chứa thêm ba trục.
Máy tiện
Trong máy tiện, các chi tiết được cắt theo hướng tròn bằng các công cụ có thể lập chỉ mục. Với công nghệ CNC, các vết cắt do máy tiện sử dụng được thực hiện với độ chính xác và tốc độ cao. Máy tiện CNC được sử dụng để tạo ra các thiết kế phức tạp không thể thực hiện được trên các phiên bản chạy thủ công của máy. Nhìn chung, các chức năng điều khiển của máy phay và máy tiện chạy bằng CNC là tương tự nhau. Giống như máy phay CNC, máy tiện có thể được định hướng bằng mã G hoặc mã độc quyền duy nhất. Tuy nhiên, hầu hết các máy tiện CNC bao gồm hai trục - X và Z.
Máy cắt Plasma
Trong máy cắt Plasma, một ngọn đuốc Plasma cắt vật liệu. Quá trình này được áp dụng trước tiên cho các vật liệu kim loại nhưng cũng có thể được sử dụng trên các bề mặt khác. Để tạo ra tốc độ và nhiệt độ cần thiết để cắt kim loại, plasma được tạo ra thông qua sự kết hợp giữa khí nén và hồ quang điện.
Máy bắn điện
Gia công phóng điện (EDM) — còn được gọi là gia công dập khuôn và gia công tia lửa — là một quá trình tạo khuôn phôi thành các hình dạng cụ thể bằng tia lửa điện. Với EDM, hiện tượng phóng điện xảy ra giữa hai điện cực và điều này loại bỏ các phần của một phôi nhất định.
Khi khoảng cách giữa các điện cực trở nên nhỏ hơn, điện trường trở nên mạnh hơn và do đó mạnh hơn điện môi. Điều này làm cho dòng điện có thể chạy qua giữa hai điện cực. Do đó, các phần của phôi gia công được loại bỏ bởi mỗi điện cực. Các loại phụ của EDM bao gồm:
- Cắt dây EDM: Cắt dây EDM sử dụng sự xói mòn tia lửa để loại bỏ các phần khỏi vật liệu dẫn điện.
- Sinker EDM: Sinker EDM sử dụng một điện cực và phôi được ngâm trong chất lỏng điện môi cho mục đích tạo hình sản phẩm
Trong một quy trình được gọi là xả, các mảnh vụn từ mỗi phôi gia công đã hoàn thiện được mang đi bởi một chất điện môi lỏng, xuất hiện sau khi dòng điện giữa hai điện cực ngừng hoạt động và nhằm loại bỏ mọi điện tích tiếp theo.
Máy cắt tia nước
Trong gia công CNC, tia nước là công cụ cắt các vật liệu cứng, chẳng hạn như đá granit và kim loại, với áp suất cao của nước. Trong một số trường hợp, nước được trộn với cát hoặc một số chất mài mòn mạnh khác. Các công ty thường định hình các bộ phận máy móc của nhà máy thông qua quá trình này.
Các tia nước được sử dụng như một giải pháp thay thế mát hơn cho các vật liệu không thể chịu được các quy trình sử dụng nhiều nhiệt của các máy CNC khác. Do tính chất mát hơn của chúng, một số lĩnh vực như hàng không vũ trụ và công nghiệp khai thác mỏ dựa vào các tia nước, nơi họ sử dụng chúng để chạm khắc và cắt, cùng các chức năng khác. Các công ty cũng sử dụng máy cắt tia nước cho các ứng dụng đòi hỏi các đường cắt vật liệu rất phức tạp, vì việc thiếu nhiệt sẽ ngăn chặn mọi thay đổi về đặc tính bên trong của vật liệu có thể xảy ra do kim loại khi cắt kim loại.
Máy CNC có thể làm gì khác?
Như nhiều video trình diễn máy CNC đã cho thấy, các công ty sử dụng máy CNC để thực hiện các đường cắt có độ chi tiết cao từ các mảnh kim loại cho các sản phẩm phần cứng công nghiệp. Ngoài các loại máy nói trên, bạn có thể tìm thấy một số loại máy phổ biến khác được sử dụng trong sản xuất CNC để tạo ra các sản phẩm CNC có độ chính xác và chi tiết cao. Một số sản phẩm phổ biến nhất được sản xuất bởi máy CNC bao gồm các bộ phận hàng không vũ trụ bằng thép, linh kiện ô tô bằng kim loại, đồ trang trí bằng gỗ và các sản phẩm hàng tiêu dùng bằng nhựa.
Vì các sản phẩm CNC này có các yêu cầu riêng nên máy CNC thường xuyên sử dụng các công cụ và bộ phận khác. Kiểm tra một số bộ phận chính của máy móc được sử dụng trong các hệ thống CNC:
- Máy thêu
- Máy bào gỗ
- Tháp pháo đấm
- Máy uốn dây
- Máy cắt bọt
- Máy cắt laser
- Máy mài trụ
- Máy in 3D
- Máy cắt kính
Vì máy móc CNC có thể thực hiện rất nhiều công cụ và thành phần khác, nên bạn có thể tin tưởng rằng nó sẽ sản xuất nhiều loại hàng hóa gần như vô hạn một cách nhanh chóng và chính xác. Ví dụ, khi các vết cắt phức tạp cần được thực hiện ở nhiều cấp độ và góc độ khác nhau trên phôi, tất cả có thể thực hiện trong vòng vài phút trên máy CNC.
