Tìm hiểu về gia công CNC – Phần 1

Gia công CNC là gì?

Gia công CNC là một thuật ngữ thường được sử dụng trong các ứng dụng sản xuất và công nghiệp, nhưng chính xác thì CNC là gì và máy CNC là gì?

Định nghĩa: CNC là gia công điều khiển số máy tính. Đây là một quy trình sản xuất trừ(cắt bỏ vật liệu để tạo ra sản phẩm từ phôi ban đầu). Thường sử dụng các điều khiển máy tính và dụng cụ cắt để loại bỏ các lớp vật liệu khỏi một khối ban đầu được gọi là phôi và tạo ra một chi tiết được thiết kế tùy chỉnh. Quá trình này phù hợp với nhiều loại vật liệu, bao gồm kim loại, nhựa, gỗ, thủy tinh, form và vật liệu tổng hợp.

Có thể tìm thấy ứng dụng này trong nhiều ngành công nghiệp, như gia công CNC chi tiết lớn và các chi tiết hàng không.

Các quy trình sản xuất nhỏ, như gia công CNC, thường được trình bày trái ngược với các quy trình sản xuất cộng (tạo ra sản phẩm bằng cách thêm vật liệu vào), chẳng hạn như in 3D hoặc các quy trình sản xuất tạo hình, chẳng hạn như ép phun chất lỏng.

Trong khi các quy trình trừ loại bỏ các lớp vật liệu khỏi phôi để tạo ra các hình dạng và thiết kế tùy chỉnh, các quy trình cộng lắp ráp các lớp vật liệu để tạo ra hình dạng mong muốn và các quá trình hình thành biến dạng và thay thế vật liệu gốc thành hình dạng mong muốn.

Bản chất tự động của gia công CNC cho phép sản xuất với độ chính xác cao.

Các chi tiết đơn giản và hiệu quả về chi phí khi hoàn thành các hoạt động sản xuất, gia công đơn chiếc và gia công sản phẩm hàng loạt. Tuy nhiên, trong khi gia công CNC cho thấy những lợi thế nhất định so với các quy trình sản xuất khác, mức độ phức tạp có thể đạt được đối với thiết kế chi tiết và hiệu quả chi phí của việc sản xuất các chi tiết phức tạp bị hạn chế.

Mặc dù mỗi loại quy trình sản xuất đều có ưu điểm và nhược điểm, bài viết này tập trung vào quy trình gia công CNC, phác thảo những điều cơ bản của quy trình, và các thành phần và khác nhau của máy CNC.

Ngoài ra, bài viết này tìm hiểu các hoạt động gia công CNC cơ học khác nhau và trình bày các lựa chọn thay thế cho quy trình gia công CNC.

Tổng quan về quy trình gia công CNC

Phát triển từ quy trình gia công điều khiển số (NC) sử dụng thẻ băng đục lỗ, gia công CNC là quy trình sản xuất sử dụng điều khiển bằng máy tính để vận hành và thao tác máy và dụng cụ cắt để định hình vật liệu phôi. Ví dụ như kim loại, nhựa, gỗ, foarm, composite… Vào các chi tiết và thiết kế tùy chỉnh.

Trong khi quy trình gia công CNC cung cấp các khả năng và hoạt động khác nhau, các nguyên tắc cơ bản của quy trình vẫn chủ yếu giống nhau trong tất cả chúng.Quy trình gia công CNC cơ bản bao gồm các giai đoạn sau:

Thiết kế mô hình CAD

Chuyển đổi tập tin CAD sang chương trình CNC

Chuẩn bị máy CNCThực hiện thao tác gia công

Thiết kế mô hình CAD

Quá trình gia công CNC bắt đầu bằng việc tạo ra một vector 2D hoặc thiết kế CAD chi tiết khối 3D do đội ngũ thiết kế nội bộ của khách hàng hoặc bởi một công ty dịch vụ thiết kế CAD / CAM.

Phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) cho phép các nhà thiết kế và nhà sản xuất tạo ra một mô hình hoặc kết xuất các chi tiết và sản phẩm của họ cùng với các thông số kỹ thuật cần thiết, chẳng hạn như kích thước và hình học, để sản xuất một chi tiết hoặc sản phẩm.

Thiết kế cho các chi tiết gia công CNC bị hạn chế bởi các khả năng (hoặc không có khả năng) của máy CNC và dụng cụ cắt. Ví dụ, hầu hết các dụng cụ gia công trên máy CNC đều có dạng hình trụ do đó hình dạng chi tiết có thể thông qua quy trình gia công CNC bị hạn chế do công cụ cắt tạo ra các phần góc cong.

Ngoài ra, các đặc tính của vật liệu được gia công, thiết kế dụng cụ và khả năng bảo trì của máy còn hạn chế thêm các khả năng thiết kế, như độ dày phần tối thiểu, kích thước chi tiết tối đa, và bao gồm độ phức tạp của các khoang và đối tượng bên trong sản phẩm.Sau khi hoàn thành thiết kế CAD, nhà thiết kế xuất nó sang định dạng tệp tương thích CNC, chẳng hạn như STEP hoặc IGES.

Chuyển đổi tập tin CAD sang CAM

Tệp thiết kế CAD được định dạng chạy qua một chương trình, điển hình là phần mềm gia công có sự trợ giúp của máy tính (CAM), để trích xuất hình dạng chi tiết và tạo mã lập trình kỹ thuật số sẽ điều khiển máy CNC và thao tác của dụng cụ cắt để tạo ra chi tiết được thiết kế tùy chỉnh.

Máy CNC đã sử dụng một số ngôn ngữ lập trình, bao gồm mã G và mã M. Các ngôn ngữ lập trình CNC nổi tiếng nhất, mã chung hoặc hình học, thường được sử dụng là mã G.Chúng điều khiển vị trí, thời gian và cách các công cụ máy di chuyển, ví dụ như khi bật hoặc tắt, tốc độ di chuyển đến một vị trí cụ thể, những đường chạy dao cần thực hiện…trên toàn bộ phôi.

Một loại mã chức năng khác, được gọi là mã M, điều khiển các chức năng phụ trợ của máy, chẳng hạn như bật tắt tưới nguội, tự động đóng, mở máy khi bắt đầu và kết thúc sản xuất.Sau khi chương trình CNC được tạo, người vận hành tải nó vào máy CNC.

Thiết lập máy

Trước khi người vận hành chạy chương trình CNC, họ phải chuẩn bị máy CNC để vận hành. Các bước này bao gồm gắn phôi trực tiếp vào bàn máy, lắp đặt đồ gá kẹp JIG. Lắp dao vào trục chính của máy. Và gắn dụng cụ cần thiết, chẳng hạn như mũi khoan và dao phay, cài đặt số dao trên ổ dao…Sau khi máy được thiết lập đầy đủ, người vận hành có thể chạy chương trình CNC.

Vận hành gia công

Chương trình CNC hoạt động như một hướng dẫn cho máy CNC; nó đưa ra các lệnh để máy ra lệnh cho các hành động và chuyển động của công cụ. Hoạt động và thao tác với công cụ máy. Bắt đầu chương trình, nhắc máy CNC bắt đầu quy trình gia công CNC và chương trình sẽ hướng dẫn máy trong suốt quá trình khi thực hiện các thao tác máy cần thiết để tạo ra một chi tiết hoặc sản phẩm đã được thiết kế theo yêu cầu trước đó.

Các quy trình gia công CNC có thể được thực hiện trong nhà máy khách hàng nếu công ty đầu tư vào việc mua và bảo trì thiết bị CNC của riêng họ hoặc cung cấp cho các nhà cung cấp dịch vụ gia công CNC chuyên nghiệp.

Các loại hình gia công CNC

Gia công CNC là một quy trình sản xuất phù hợp với nhiều ngành công nghiệp, bao gồm ô tô, hàng không vũ trụ, xây dựng và nông nghiệp, và có thể sản xuất một loạt các sản phẩm, như khung ô tô, thiết bị phẫu thuật, động cơ máy bay, và dụng cụ dân dụng.

Quá trình này bao gồm một số hoạt động gia công được điều khiển bằng máy tính khác nhau bao gồm các quy trình cơ học, hóa học, điện và nhiệt, giúp loại bỏ các vật liệu cần thiết khỏi phôi để tạo ra một chi tiết hoặc sản phẩm được thiết kế tùy chỉnh.

Trong khi các quy trình gia công hóa học, điện và nhiệt được trình bày ở phần sau, phần này sẽ khám phá một số hoạt động gia công cơ khí phổ biến nhất bao gồm:

Khoan

Phay

Tiện

Khoan CNC (CNC Drilling)

Khoan là một quá trình gia công sử dụng các mũi khoan đa điểm để tạo ra các lỗ hình trụ trong phôi. Trong khoan CNC, thông thường máy CNC cung cấp cho mũi khoan xoay vuông góc với mặt phẳng của bề mặt phôi, tạo ra các lỗ thẳng hàng với đường kính bằng với đường kính của mũi khoan được sử dụng cho hoạt động khoan.

Tuy nhiên, hoạt động khoan góc cũng có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng các cấu hình máy chuyên dụng và thiết bị bảo trì. Khả năng vận hành của quá trình khoan bao gồm doa, khoan, khoét và taro.

Phay CNC (CNC Milling)

Phay là một quá trình gia công sử dụng các công cụ cắt đa điểm xoay để loại bỏ vật liệu khỏi phôi. Trong phay CNC, máy CNC thường đưa phôi vào dụng cụ cắt theo cùng hướng với dao cắt. Công cụ cắt, khi phay thủ công, máy sẽ đưa phôi theo hướng ngược lại với công cụ cắt đang quay. Khả năng vận hành của quá trình phay bao gồm phay mặt, phay cắt các bề mặt nông, phẳng và đáy phẳng; vào phôi. Gia công và phay biên dạng, cắt các lỗ sâu, phay hốc, phay rãnh và phay ren…

Tiện CNC (CNC Turning)

Tiện là một quá trình gia công sử dụng các công cụ cắt một điểm để loại bỏ vật liệu khỏi phôi quay. Trong tiện CNC, máy CNC thườn đưa công cụ cắt theo chuyển động thẳng dọc theo bề mặt phôi quay, loại bỏ vật liệu xung quanh chu vi cho đến khi đạt được đường kính mong muốn, để tạo ra các phần hình trụ có biên dạng bên ngoài và các đối tượng bên trong, chẳng hạn như khe, côn, các đối tượng khác. Khả năng vận hành của quá trình tiện bao gồm tiện biên dạng, tiện mặt đầu, tạo rãnh và tiện ren.

Bảng 1 – Đặc điểm của các loại hình gia công CNC thông thường

Các hoạt động gia công CNC khác

Các hoạt động gia công cơ khí CNC khác bao gồm:

Chuốt

Cưa

Mài

Doa…

Xem tiếp Phần 2: Các loại máy gia công CNC và cách lựa chọn phù hợp với nhu cầu gia công.