Các loại điều khiển số bằng máy tính (CNC): Tổng quan toàn diện

Điều khiển số bằng máy tính (CNC) đã nhìn nhận sản xuất theo một góc nhìn hoàn toàn mới, bởi vì giờ đây người ta có thể vận hành máy móc với độ chính xác và tự động hóa cực cao. Việc ứng dụng hệ thống nơ-ron máy tính thông qua phần mềm máy tính được lập trình đảm bảo rằng các công cụ máy CNC di chuyển dễ dàng để có thể sản xuất các bộ phận phức tạp với mức độ tham gia tối thiểu của con người. CNC được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm máy cắt plasma CNC và máy phóng điện CNC; ví dụ như ô tô, hàng không vũ trụ và thiết bị y tế. Các hệ thống CNC có nhiều loại khác nhau được trang bị riêng cho các nhiệm vụ và nhu cầu gia công. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về nhiều loại CNC và cách sử dụng của chúng, đồng thời làm sáng tỏ quy trình gia công CNC mà CNC có trong quy trình sản xuất hiện đại, bao gồm thiết kế máy CNC nhiều trục.

Một trong những loại máy CNC phổ biến nhất bao gồm máy phay CNC, máy tiện CNC, máy định tuyến CNC và máy cắt laser CNC, tất cả đều được chế tạo theo quy trình sản xuất chuyên biệt, với độ chính xác cao, bao gồm cả việc sử dụng máy mài CNC. Những máy móc này, bao gồm máy khoan CNC, có thể xử lý nhiều loại vật liệu khác nhau, từ kim loại, chẳng hạn như nhôm và thép, đến nhựa và vật liệu composite, cho phép ứng dụng rộng rãi trong các nhu cầu sản xuất khác nhau. Với sự thay đổi trong nhu cầu sản xuất, công nghệ CNC cũng phát triển theo bằng cách tích hợp phần mềm cao cấp, hệ thống giám sát thời gian thực và thao tác đa trục, trở thành nền tảng của hiệu quả, đổi mới và độ chính xác trong ngành công nghiệp hiện đại.

Trong tương lai, một trong những cách mà gia công CNC sẽ thay đổi bộ mặt sản xuất hơn nữa là thông qua việc tích hợp với các công nghệ mới nổi như trí tuệ nhân tạo, học máy và Internet vạn vật (IoT). Những tiến bộ này tạo ra những cỗ máy thông minh hơn, có khả năng tự tối ưu hóa, có khả năng dự đoán bảo trì, tự động thay đổi quy trình và tăng năng suất tổng thể. Trong khi các ngành công nghiệp đòi hỏi khả năng tùy chỉnh cao hơn, thời gian hoàn thành nhanh hơn và thậm chí là chất lượng tiêu chuẩn cao hơn, việc xác định loại máy CNC và công cụ tốt nhất sẽ cho phép các nhà sản xuất thử nghiệm giới hạn thiết kế, dám nghĩ dám làm và làm những điều chưa từng có.

Điều khiển số bằng máy tính (CNC) là gì?

CNC là kỹ thuật tự động hóa máy công cụ thông qua việc sử dụng phần mềm máy tính để điều khiển hoạt động của máy. Nó cung cấp khả năng sản xuất các chi tiết có độ chính xác cao và lặp lại mà không cần phải đáp ứng hình dạng phức tạp và dung sai chặt chẽ mà các ngành công nghiệp hiện nay yêu cầu. Máy CNC, bao gồm máy gia công tia lửa điện CNC, có thể xử lý phay, khoan, tiện và mài, và chúng được yêu cầu để sản xuất các chi tiết với độ chính xác và đồng nhất cao bằng các dụng cụ cắt chính xác.

CNC, tức là Điều khiển số bằng máy tính, là thuật ngữ dùng để chỉ một quy trình mà qua đó các máy công cụ có thể được tự động hóa với sự trợ giúp của phần mềm máy tính điều khiển hoạt động của máy. Công nghệ này, cùng với máy tiện CNC, cho phép sản xuất các chi tiết có độ chính xác cao, có thể lặp lại, đáp ứng hình dạng phức tạp và dung sai chặt chẽ mà các ngành công nghiệp hiện đại mong muốn nhờ công nghệ máy cắt laser CNC. Máy CNC thực hiện nhiều quy trình như phay, khoan, tiện và mài, do đó là điều cần thiết trong sản xuất các chi tiết với độ chính xác và đồng nhất cực cao với số lượng lớn.

Việc tự động hóa các quy trình này bằng công nghệ CNC giúp giảm thiểu đáng kể sai sót của con người, đồng thời tăng tốc độ sản xuất, đảm bảo chất lượng đồng đều trong các lô sản xuất lớn. Khả năng độc đáo trong việc điều chỉnh chính xác đường chạy dao và thông số cắt đảm bảo khả năng tạo ra các thiết kế phức tạp, vốn rất khó hoặc không thể thực hiện bằng tay. Độ chính xác và năng suất cao như vậy không khiến gia công CNC trở nên lỗi thời trong các ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ, thiết bị y tế và điện tử, nơi máy cắt plasma CNC được trang bị mỏ cắt plasma đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được độ chính xác cắt. Thành công hay thất bại phụ thuộc vào chất lượng và độ tin cậy của các linh kiện.

Các loại máy CNC phổ biến

Có nhiều loại máy CNC với thiết kế đa dạng, đảm nhiệm nhiều vai trò khác nhau trong quy trình sản xuất. Các máy này được phân biệt dựa trên cấu hình, công cụ, bao gồm bộ thay dao tự động và khả năng lập trình. Có một số loại máy CNC được sử dụng phổ biến, bao gồm:

1. Máy phay CNC

Máy phay CNC là máy có khả năng thích ứng được sử dụng để định hình vật liệu rắn. Chúng bao gồm các dụng cụ cắt quay, cắt vật liệu ra khỏi phôi để tạo thành các chi tiết phức tạp có độ chính xác cao. Máy phay có thể thực hiện nhiều thao tác khác nhau, bao gồm cả khoan, xẻ rãnh và tạo đường viền, bao gồm sử dụng máy khoan CNC và chúng có khả năng làm việc với nhiều loại vật liệu, từ kim loại đến nhựa đến gỗ, v.v. Tính linh hoạt là điều khiến máy phay CNC trở nên quan trọng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi độ chính xác và cấu trúc phức tạp như trong ngành ô tô, hàng không vũ trụ và sản xuất thiết bị y tế. Máy phay CNC hiện đại thường có nhiều hơn một trục chuyển động và do đó cho phép sản xuất các hình dạng ba chiều có bề mặt hoàn thiện tuyệt vời với sự trợ giúp của máy CNC đa trục. ở mức độ thông số kỹ thuật tốt. Tính linh hoạt này về việc xử lý nhiều nhiệm vụ và vật liệu khác nhau một cách nhanh chóng khiến chúng trở thành nền tảng của các quy trình sản xuất hiện đại.

Tính năng của máy phay CNC:

• Khả năng cắt theo cả chiều ngang và chiều dọc.
• Độ chính xác ở mức cao nhất trong việc tạo ra hình học chính xác.
• Nhiều loại trục (thường là 3, 4 hoặc 5 trục) cho các chuyển động phức tạp.
• Tính linh hoạt trong việc thực hiện nhiều loại vật liệu khác nhau.

Máy phay, bao gồm máy phay CNC, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô và thiết bị y tế (sản xuất) để sản xuất các bộ phận như cánh tua-bin, bộ phận động cơ và nguyên mẫu.

2. Máy tiện CNC

Máy tiện CNC được sử dụng trong các hoạt động tiện trong đó phôi quay được gia công trên một dụng cụ cắt cố định. Loại gia công CNC này phù hợp với các bộ phận như trục, thanh và chốt có hình trụ hoặc hình nón. Máy tiện CNC rất chính xác và năng suất cao, cho phép thực hiện nhiều thao tác như khoan, cắt ren và doa. Nhờ độ chính xác và khả năng xử lý nhiều bộ phận, máy tiện CNC thường được tìm thấy trong các doanh nghiệp luôn yêu cầu các thành phần hình trụ chất lượng cao. Chúng có thể thực hiện nhiều thao tác khác nhau mà không cần can thiệp thủ công, thời gian thiết lập ngắn và hiệu quả, điều này khiến chúng trở nên tuyệt vời cho sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc sản xuất. Ngoài ra, nhiều máy tiện CNC hiện đại có chức năng gia công trực tiếp và đa trục cho phép sản xuất các chi tiết phức tạp với các chi tiết phức tạp, từ đó mở rộng phạm vi ứng dụng của máy tiện CNC trong các ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ và máy móc.

Đặc điểm của máy tiện CNC:

• Khả năng quay phôi ở tốc độ cao.
• Hoàn hảo để sản xuất các bộ phận tròn đối xứng.
• Có thể thực hiện các thao tác như: tiện mặt-xoay ren.

Máy tiện CNC được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, nơi sản xuất các sản phẩm như trục, van và piston.

3. Máy phay CNC

Máy phay CNC chủ yếu được sử dụng để cắt gỗ, nhựa và kim loại mềm, giống như máy cắt laser. Những máy này giống như máy phay CNC, ngoại trừ việc chúng được thiết kế riêng cho các vật liệu lớn hơn và nhẹ hơn. Máy phay CNC được sử dụng rộng rãi trong chế biến gỗ, xây dựng biển báo, v.v., nơi sử dụng các vật liệu tấm lớn cần được cắt, định hình hoặc chạm khắc. Máy phay CNC về cơ bản được dùng để cắt, định hình và chạm khắc các vật liệu như gỗ, nhựa và kim loại mềm hơn. Mặc dù máy phay cũng được sử dụng theo cách gần giống như máy phay CNC, nhưng chúng được thiết kế đặc biệt để phục vụ cho các vật liệu tấm lớn hơn và nhẹ hơn với tốc độ cao và độ chính xác tối đa. Được sử dụng trong các ngành công nghiệp như chế biến gỗ, sản xuất biển báo và sản xuất đồ nội thất, nơi các tấm lớn đòi hỏi các đường cắt, chạm khắc hoặc hiệu ứng trang trí tinh vi là phổ biến. Khả năng xử lý bề mặt lớn một cách hiệu quả của máy phay CNC là một tiện ích bắt buộc được sử dụng để tạo ra các thiết kế tùy chỉnh ở quy mô lớn.

Tính năng của máy phay CNC:

• Hoàn hảo để cắt những tấm vật liệu lớn.

• Thông thường hoạt động theo chuyển động 3 trục.
• Dùng cho các vật liệu như gỗ, nhựa và xốp.

Máy định tuyến CNC có sẵn trong các ứng dụng như làm tủ, biển báo, làm đồ nội thất, nơi quá trình này liên quan đến việc cắt tốc độ cao, khối lượng lớn bằng thiết bị CNC chất lượng cao.

4. Máy cắt Plasma CNC

Máy cắt plasma CNC là máy cắt sử dụng chùm tia khí ion hóa (plasma) chuyển động nhanh để cắt xuyên qua vật liệu kim loại. Lập trình CNC, thông qua bộ điều khiển máy, điều khiển các dụng cụ cắt của máy cắt plasma và cho phép thực hiện các đường cắt phức tạp và chi tiết trên nhiều độ dày kim loại. Những loại máy này đặc biệt hữu ích trong các ngành công nghiệp như chế tạo thép và xây dựng, nơi cần cắt các tấm kim loại theo hình dạng và kích thước nhất định. Máy cắt plasma CNC sử dụng luồng khí ion hóa chuyển động nhanh, hay còn gọi là plasma, và cũng có thể tích hợp các hệ thống máy CNC tiên tiến như máy cắt tia nước CNC để cắt các vật liệu kim loại khác nhau, với tốc độ và độ chính xác đáng kinh ngạc. Với lập trình CNC, những máy này có thể thực hiện các đường cắt phức tạp và tinh xảo trên kim loại với độ dày khác nhau, do đó có thể được sử dụng tương đối dễ dàng. Cắt plasma đặc biệt hữu ích trong các ngành công nghiệp như chế tạo kim loại trong ngành công nghiệp thép, xây dựng và đóng tàu, v.v., nơi cần cắt các tấm kim loại thành hình dạng và kích thước chính xác. Máy cắt plasma CNC rất hữu ích trong sản xuất nặng và ứng dụng kết cấu nhờ hiệu quả và khả năng cắt kim loại dày mà vẫn giữ được các cạnh cắt sạch sẽ.

Tính năng của máy cắt Plasma CNC:

• Khả năng cắt mọi loại kim loại bao gồm thép, nhôm và đồng thau.
• Cắt tốc độ cao với các cạnh sạch sẽ.
• Thích hợp để cắt vật liệu dày.

Các ngành công nghiệp như chế tạo kim loại, đóng tàu và hàng không vũ trụ sử dụng máy cắt plasma CNC để có được các đường cắt chính xác trên kim loại cần thiết cho các bộ phận kết cấu.

5. Máy phóng điện CNC (EDM)

Máy phóng điện CNC (EDM) loại bỏ vật liệu khỏi phôi bằng cách phóng điện (tia lửa điện). Quá trình này khá tốt để cắt kim loại cứng và gia công hình dạng phức tạp. Máy EDM có hai loại: Wire EDM và Sinker EDM. Wire EDM sử dụng một dây mỏng làm điện cực để cắt kim loại trong khi Sinker ED5 sử dụng điện cực để tạo ra các lỗ rỗng hoặc các lỗ rỗng trong vật liệu. Máy phóng điện CNC (EDM) sử dụng phóng điện điện áp thấp, khi loại bỏ vật liệu khỏi phôi, để lại các tia lửa điện làm mòn kim loại với độ chính xác rất cao. Phương pháp này đặc biệt phù hợp để gia công kim loại cứng và tạo ra các hình dạng phức tạp mà không dễ tạo ra bằng các công cụ cắt truyền thống. Có hai loại máy EDM chính: Wire EDM và Sinker EDM. Wire EDM sử dụng một dây điện mỏng làm điện cực cắt, cho phép tạo ra các đường cắt cực nhỏ trên các chi tiết kim loại; do đó có thể được sử dụng để tạo các đường viền phức tạp và các chi tiết tinh xảo. Ngược lại, Sinker EDM sử dụng điện cực định hình "chìm" vào vật liệu để tạo ra các khoang, lỗ hoặc khuôn, từ đó tạo ra các chi tiết bên trong chi tiết. Cả hai phiên bản EDM đều vô cùng hữu ích trong các ngành công nghiệp đòi hỏi các chi tiết phức tạp với dung sai nghiêm ngặt - hàng không vũ trụ, khuôn mẫu và sản xuất thiết bị y tế.

Tính năng của máy CNC EDM:

• Phù hợp với kim loại cứng và thiết kế tinh xảo.
• Cắt và tạo hình gọn gàng.
• Thích hợp để chế tạo khuôn mẫu và các bộ phận phức tạp.

EDM thường được sử dụng trong ngành chế tạo khuôn mẫu, chế tạo dụng cụ và khuôn mẫu, sản xuất hàng không vũ trụ, nơi độ chính xác và khả năng vận hành với kim loại cứng là rất quan trọng.

6. Máy cắt laser CNC\

Máy cắt laser CNC là máy sử dụng chùm tia laser công suất lớn để khắc hoặc cắt xuyên qua vật liệu với độ chính xác cao. Loại máy này rất hiệu quả để cắt kim loại mỏng, nhựa, gỗ, v.v. Máy cắt laser CNC được ưa chuộng vì tốc độ cắt cao và thiết kế phức tạp. Máy cắt laser CNC sử dụng chùm tia laser mạnh mẽ, tập trung cao độ, có thể cắt hoặc khắc trên nhiều loại vật liệu khác nhau với độ chính xác cao, đồng thời tạo ra các cạnh sắc nét. Chúng đặc biệt hiệu quả đối với kim loại mỏng, nhựa, gỗ và thậm chí cả một số vật liệu composite, do đó làm cho các công cụ này trở nên khá hữu ích trong nhiều môi trường sản xuất khác nhau. Tính tiện lợi và hiệu quả trong việc tạo ra các thiết kế tinh xảo với lượng vật liệu lãng phí tối thiểu là lý do tại sao máy cắt laser CNC rất được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp ô tô, điện tử, biển báo và chế tạo theo yêu cầu. Ngoài ra, cắt laser là quy trình không tiếp xúc, do đó giảm thiểu rủi ro biến dạng vật liệu và hao mòn dụng cụ, giúp tăng hiệu quả và khả năng phù hợp cho sản xuất hàng loạt chính xác.

Tính năng của máy cắt laser CNC:

• Độ chính xác và độ tin cậy cao.
• Áp dụng cho các loại vật liệu mỏng và dày.
• Áp dụng cho các loại vật liệu mỏng và dày.

Những máy phay CNC này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như biển báo, ô tô và hàng không vũ trụ để cắt và khắc kim loại, nhựa cũng như các vật liệu khác, là một phần của quy trình phay CNC.

7. Máy in 3D CNC

Máy in 3D CNC hay còn gọi là máy sản xuất bồi đắp được sử dụng để chế tạo các bộ phận từng lớp từ các vật liệu như nhựa, kim loại hoặc nhựa thông. Không giống như máy CNC loại bỏ sẽ loại bỏ một mảnh vật liệu, máy in 3D tạo ra các bộ phận từ hư không. Những máy này hoàn hảo cho việc tạo mẫu nhanh, các bộ phận tùy chỉnh, sản xuất số lượng nhỏ. Máy in 3D CNC hoặc máy sản xuất bồi đắp tạo ra các bộ phận thông qua quá trình lắng đọng từng lớp các vật liệu như nhựa, kim loại hoặc nhựa thông khác. Không giống như các máy CNC gia công loại bỏ thông thường cạo vật liệu từ một khối rắn, máy in 3D tạo ra các bộ phận từ đầu với khả năng tạo ra các hình dạng phức tạp mà gia công loại bỏ thông thường không thể thực hiện được. Những máy này phù hợp để tạo mẫu nhanh, các nhà thiết kế và kỹ sư có thể thử nghiệm và hoàn thiện ý tưởng trước khi đưa vào sản xuất quy mô lớn. Ngoài ra, khả năng sản xuất các bộ phận tùy chỉnh và chạy số lượng nhỏ với thời gian thiết lập rất ngắn khiến chúng trở nên vô giá đối với các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và ô tô, thiết bị y tế và sản phẩm tiêu dùng.

Tính năng của máy in 3D CNC:

• Quá trình gia công tạo ra các bộ phận theo từng lớp.
• Các vật liệu thay thế linh hoạt (nhựa, kim loại, nhựa).
• Cũng được thiết kế cho nguyên mẫu và các bộ phận tùy chỉnh.

Máy in 3D CNC được ứng dụng trong các lĩnh vực như ô tô, hàng không vũ trụ và thiết bị y tế để tạo ra nguyên mẫu và dụng cụ cũng như các thành phần tùy chỉnh.

Phần kết luận

Máy móc CNC đã cách mạng hóa quan điểm sản xuất thông qua độ chính xác, hiệu quả và tính linh hoạt trong nhiều ứng dụng. Cho dù là phay, tiện, cắt hay in 3D, có rất nhiều thiết bị chuyên dụng sử dụng công nghệ CNC. Mỗi mẫu máy CNC được tạo ra để giải quyết các vấn đề cụ thể trong sản xuất, giúp các chi tiết phức tạp có thể được chế tạo với độ chính xác và độ lặp lại cao.

Chuyên môn hóa này cho phép các nhà sản xuất lựa chọn máy CNC phù hợp tùy thuộc vào vật liệu, độ phức tạp và số lượng chi tiết họ muốn sản xuất. Ví dụ, máy phay CNC phù hợp để tạo ra các hình dạng phức tạp với các trục chuyển động khác nhau, trong khi máy tiện và máy tiện CNC phù hợp để tạo ra các chi tiết đối xứng xoay quanh phôi. Đồng thời, máy in 3D CNC mang đến những cơ hội mới cho việc tạo mẫu nhanh cũng như xây dựng các hình dạng mà quy trình cắt gọt thông thường không thể thực hiện dễ dàng. Nhìn chung, những công nghệ này giúp các ngành công nghiệp có khả năng đáp ứng các yêu cầu sản xuất đa dạng với hiệu suất và độ chính xác chưa từng có.