Máy CNC là gì? Nguyên lý hoạt động, ứng dụng và phân loại máy CNC

CNC là thuật ngữ khá quen thuộc được sử dụng nhiều trong đời sống, nhất là lĩnh vực chế tạo, cơ khí. Tuy nhiên, chắc hẳn khá nhiều người chưa biết máy CNC là gì cũng như hiểu về cấu tạo, ứng dụng, đặc tính của sản phẩm. Bài viết hôm nay, Thép Trí Việt sẽ giúp khách hàng tìm hiểu những thông tin về thiết bị này.

Thép Trí Việt là đại lý hàng đầu miền Nam chuyên cung cấp sản phẩm sắt thép xây dựng, tôn lợp. Liên hệ số hotline 091 816 8000 - 0907 6666 51 - 0907 6666 50 để được mua hàng giá tốt với chất lượng hàng đầu.

Máy CNC là gì?

CNC là viết tắt của “Computer Numerical Control” – Điều khiển bằng máy tính. Trong quá trình sản xuất, máy tính sẽ tự động điều khiển công cụ gia công theo chương trình được lập trình sẵn. Điều này đảm bảo độ chính xác cao, làm được nhiều chi tiết khó mà trước đây thợ kỹ thuật khó có thể thực hiện. 

Vậy máy CNC là gì? Đây là máy được điều khiển bằng công nghệ máy tính. Máy có thể di chuyển theo nhiều hình dạng trong không gian 2D hay 3D với những vật liệu như kim loại, nhựa, gỗ, gốm hoặc composite. Máy hoạt động dựa vào phần mềm nên sẽ nhận được những thành phẩm có thông số kỹ thuật chính xác. 

Hệ thống máy được phát triển từ cuối những năm 1940 bởi những nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm Servomechanism của học viện MIT. Mục tiêu cuối cùng của thiết bị đó chính là tối ưu hóa công việc, giảm thiểu chi phí nhân công và thời gian thực hiện.

Tìm hiểu cấu tạo của máy CNC

Công nghệ CNC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Mỗi loại máy khác nhau sẽ có những cấu tạo chi tiết khác nhau. Tuy nhiên, về cơ bản thì sẽ có các phần như sau:

Động cơ truyền động và cảm biến của máy CNC là gì?

Động cơ truyền động bao gồm động cơ servo di chuyển bàn máy và động cơ trục chính. Động cơ trục chính có nhiệm vụ tạo ra tốc độ và mômen cắt thông qua việc quay dao hoặc phôi gia công. 

Động cơ servo di chuyển bàn máy muốn hoạt động hiệu quả cần có mô-men xoắn cao, khả năng tăng tốc tức thời. Bên cạnh đó còn yêu cầu phải phản ứng nhanh ở tốc độ thấp và có thể điều khiển đồng thời cả vận tốc và vị trí. Những loại động cơ servo thường được sử dụng trong máy CNC là gì?

• Động cơ DC servo: Động cơ sử dụng một mạch đơn giản, dễ thiết kế vì mô men xoắn tỷ lệ thuận với dòng điện. Động cơ có giá thành thấp, dải vận tốc rất rộng. Tuy nhiên nhược điểm là khi tăng công suất thì nhiệt độ cũng tăng. Ma sát giữa chổi than với roto dẫn đến nhanh mòn chổi than và gây tiếng ồn. Bởi vậy khi sử dụng cần thường xuyên bảo trì chổi than.
• Động cơ AC servo đồng bộ: Đây còn được gọi là động cơ servo không chổi than. Với cấu trúc đặc biệt thì lõi stato được làm mát từ bên ngoài. Điều này giúp chống lại sự gia tăng nhiệt độ trong động cơ. Do không có tia lửa nên động cơ cũng không bị giới hạn vận tốc cực đại. Bởi vậy, máy có thể đạt được momen xoắn cao ở phạm vi tốc độ cao. AC servo đồng bộ cũng không có chổi than nên có thể được vận hành liên tục mà không cần bảo trì.
• Động cơ AC servo không đồng bộ: Thiết bị có cấu trúc đơn giản, không cần cảm biến sai lệch giữa vị trí tương đối của rotor và stato. Mặc dù vậy, AC servo không đồng bộ không thể dừng tức thời như động cơ servo AC.

Trong hệ thống động cơ còn có thêm Encoder. Đây là thiết bị giúp nhận định vị trí hiện tại của trục động cơ. Encoder được gắn vào cuối của trục động cơ để điều khiển vận tốc. Vận tốc sẽ được đo bởi một cảm biến, hoặc có thể tính bằng số xung tạo ra trong một đơn vị thời gian.

Hệ dẫn hướng cho các trục máy CNC là gì?

Vitme bi có tác dụng di chuyển bàn máy dựa theo nguyên tắc chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ chế con vít và bulong. Nguyên nhân bởi lực ma sát sinh ra thấp, hiệu suất truyền động cao và khả năng chính xác tối ưu.

Hệ dẫn hướng cho các trục được dùng trong máy CNC là gì? Đó chính là thanh ray trượt hay còn được gọi là ray trượt tuyến tính (LM). Bộ phận này có tác dụng giúp tăng độ chính xác cũng giúp các chuyển động tuyến tính thêm mượt mà. 

Thanh trượt hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động tịnh tiến giữa ray trượt và con trượt. LM hoạt động hiệu quả, chính xác tuyệt đối và có khả năng chịu tải tốt. Chính vì vậy mà máy có thể di chuyển theo các hướng chính xác, tạo nên kết quả chi tiết, có tính thẩm mỹ cao.

Khớp nối mềm

Khi nối động cơ servo với trục vitme bi cần đảm bảo tâm trục của chúng phải trùng nhau. Thế nhưng thực tế thì điều này là khá khó khăn. Bởi vậy, khớp nối mềm đã được sử dụng với mục đích bù trừ độ sai lệch giữa đường tâm của trục vitme bi và trục động cơ. Từ đó cho phép hệ thống vận hành một cách trơn tru, nhẹ nhàng.

Tìm hiểu về hệ điều khiển của máy CNC là gì?

Hệ điều khiển CNC là các hệ thống điều khiển tự động đã được cài đặt. Bộ phận này có khả năng lập trình, ghi nhớ và giải quyết các vấn đề có trong chương trình trong máy tính. Thông qua hệ điều khiển thì quá trình vận hành máy sẽ trở nên dễ dàng, đơn giản và thuận tiện nhất. Hiện nay có các hệ điều khiển sau:

• Điều khiển bán kín: Cảm biến được đặt vào trục của động cơ servo và phát hiện góc quay. Khi trục động cơ được đặt chính xác thì vitme bi cũng sẽ chính xác. Từ đó, bàn máy cũng có độ chính xác cao hơn.
• Điều khiển kín: Cảm biến vị trí sẽ được gắn vào bàn máy và vị trí thực tế lại quay về hệ thống điều khiển. So với vòng bán kín thì vòng kín cũng tương tự. Điểm khác nhau duy nhất đó chính là vị trí của cảm biến và độ chính xác vị trí của vòng khép kín là cực cao. 
• Vòng điều khiển lai: Trong vòng lặp lai có vòng bán khép kín – Nơi vị trí được phát hiện từ trục động cơ và vòng khép kín – Hoạt động dựa trên thước tuyến tính. Vòng bán khép kín giúp kiểm soát tốt. Trong khi đó, vòng khép kín sẽ bù lỗi cho vòng bán kín không thể kiểm soát. Sự kết hợp này giúp máy có thể đạt được độ chính xác cao dù hoạt động trong môi trường hoạt động không tốt.
• Vòng điều khiển hở: Được sử dụng trong trường hợp yêu cầu độ chính xác của chi tiết không cao. Nguyên nhân do vòng điều khiển hở không cần thiết bị dò, mạch phản hồi và cấu trúc rất đơn giản.

Ứng dụng của máy CNC là gì?

Máy CNC được sử dụng thay thế các máy móc trước đây. Điều này giúp tiết kiệm thời gian gia công, mang đến sản phẩm chất lượng và nâng cao năng suất làm việc. Những ứng dụng cụ thể của máy CNC phải kể đến như:

• Sử dụng trong ngành công nghiệp cơ khí và cơ khí chế tạo. Máy có thể sử dụng trên nhiều chất liệu như gỗ, đá, kim loại ( cắt sắt,inox…) với độ chính xác cao.

• Ngành sản xuất đồ gia dụng: Ứng dụng để tạo khuôn cho mặt hàng điện máy, điện lạnh hay đồ gia dụng… giúp bề mặt sản phẩm được cắt gọt chính xác và tỉ mỉ, đảm bảo tính thẩm mỹ tối đa. Thành phẩm có bề mặt bóng đạt tiêu chuẩn. 
• Ngành công nghiệp đóng tàu: Gia công bản mã phục vụ cho ngành đóng và chế tạo tàu. Dòng máy cắt plasma mang đến sản phẩm chất lượng cao với thời gian nhanh chóng. Ngoài ra, máy còn có thể dùng để tạo các hoa văn trang trí cho lan can, cửa cổng, vách ngăn…
• Sử dụng để gia công những chi tiết nhỏ, những linh kiện phụ tùng yêu cầu có độ chính xác cao.

Phân loại các dòng máy CNC hiện nay

Những loại máy CNC khác nhau sẽ có các công dụng và ứng dụng khác nhau. Cùng Thép Trí Việt tìm hiểu một số dòng máy thông dụng trên thị trường hiện nay ngay sau đây.

Phân loại theo dạng máy công cụ

Sau khi đã tìm hiểu máy CNC là gì, mời khách hàng cùng Thép Trí Việt phân loại máy CNC theo dạng máy công cụ:

Máy tiện CNC

Máy tiện được sử dụng trong quá trình tạo hình các chi tiết tròn xoay. Bạn có thể bắt gặp máy này tại hầu như các xưởng cơ khí hiện nay. Khi sử dụng máy tiện CNC giúp giảm thiểu chi phí nhân công, tăng độ chính xác của sản phẩm và đảm bảo tính đồng đều trong sản xuất hàng loạt. Máy có 2 loại là tiện 2 trục hoặc tiện 4 trục.

Máy khoan CNC

Dùng để khoan các chi tiết trên vật liệu, sử dụng hiệu quả trong quá trình sản xuất hàng loạt. Hiện nay có 2 loại đó là máy khoan bàn và máy khoan cần. Dạng khoan bàn có thể khoan lỗ thông qua các vật liệu như gỗ, nhựa và kim loại. Trong khi đó, máy khoan cần là phiên bản đứng thẳng trên sàn, dùng để khoan các khối vật liệu lớn hơn và tạo ra các lỗ kích thước lớn hơn.

Máy mài CNC

Được sử dụng tương tự như máy mài dao, công dụng để mài dao phay và các bit dao cùng những dụng cụ cắt khác. Máy có thể mài bề mặt, hình trụ hoặc hình dạng phức tạp đều cho hiệu quả cao. 

Máy phay CNC

Được sử dụng nhiều trong lĩnh vực kim khí. Đây là máy dùng để gia công cắt gọt kim loại thông qua công cụ xoay là Dao phay. Khi sử dụng máy sẽ có năng suất tối đa cùng độ chính xác cao. Dao có nhiều lưỡi cắt nên lâu mòn, lượng chạy dao lớn.

Trước đây, nhược điểm của phay đó chính là xảy ra sự va đập giữa lưỡi cắt và bề mặt gia công. Điều này gây ra rung động, ảnh hưởng đến sự chính xác của chi tiết. Bề mặt cũng sẽ không có độ bóng tốt nhất. Tuy nhiên hiện tại thì các máy CNC đã giải quyết tốt điểm hạn chế này.

Bên cạnh đó, theo dạng máy còn có Máy bào CNC, Máy chuốt CNC, Máy cưa CNC… và khá nhiều sản phẩm khác. Tùy mục đích mà khách hàng có thể sử dụng những loại khác nhau để tối ưu quá trình sản xuất.

Phân loại theo phương pháp cắt gọt

Máy CNC Router: Đây là dạng máy cắt CNC được sử dụng để cắt gỗ, nhựa, nhôm, các kim loại mềm và những vật liệu tổng hợp. Độ cứng vững của máy độ chính xác lắp ghép cao. Bởi vậy, không được sử dụng CNC Router để cắt những kim loại cứng.

Máy cắt plasma CNC và máy cắt laser CNC: Máy cắt plasma sử dụng luồng hồ quang nóng chảy giữa 2 điện cực để có thể cắt được kim loại như thép, thép không gỉ, nhôm, đồng thau và đồng. Máy cắt laser dùng tia laser công suất cao đi qua hệ thống quang học để tập trung chùm tia laser đầu ra mang đến công dụng cắt vật liệu. Có hai loại máy cắt laser đó chính là:

• Laser khí: Sử dụng dòng điện thông qua một loại khí (chẳng hạn như CO2 hoặc Nd / Nd-YAG) tạo ra laser. Dùng để cắt thép nhẹ, thép không gỉ, nhôm, titan, giấy, sáp, nhựa, gỗ và vải.
• Laser rắn: Sử dụng vật chứa rắn để sản xuất chùm tia laser và khuếch đại bằng sợi thủy tinh. Với những bước sóng laser cực ngắn và kích thước điểm nhỏ, máy CNC laser rắn cực lý tưởng để cắt vật liệu kim loại phản chiếu.

Máy CNC nhiều trục: Máy tính sẽ điều khiển công cụ di chuyển theo 4 hướng để tạo các chi tiết bằng kim loại hoặc vật liệu khác. Thông dụng nhất đó chính là máy hỗ trợ 3 trục, gọi là X , Y, Z. Sản phẩm cũng hỗ trợ chuyển động xoay quanh một hoặc nhiều trục khác nhau.

Ưu điểm và nhược điểm của máy CNC

CNC sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp thủ công trước đây. Khi sử dụng, kết quả quá trình gia công sẽ không phụ thuộc tay nghề. Cụ thể, dù thợ tay nghề không cao cũng có thể dùng máy và cho sản phẩm có độ chính xác cao. Người vận hành chỉ đóng vai trò giám sát và điều chỉnh máy CNC hoạt động.

Ưu điểm thứ hai đó chính là tăng năng suất làm việc nhiều lần so với thực hiện thủ công. Cùng một thời gian, máy có thể cho ra số lượng sản phẩm lớn hơn nhiều so với trước đây. Hiệu suất công việc sẽ được tăng lên gấp nhiều lần.

Ưu điểm thứ ba của máy CNC là gì? Đó chính là rất dễ để có thể thiết lập những thông số khác nhau. Thông qua sự hỗ trợ của máy tính thì việc điều chỉnh thông số khá dễ dàng. Bên cạnh đó, nhờ sử dụng hệ thống truyền động hiện đại nên tốc độ di chuyển của máy được nâng cao rõ rệt.

Điều đặc biệt của máy CNC đó là tạo ra những sản phẩm hoàn toàn tương đồng với độ chính xác cao. Sai số thực tế vô cùng nhỏ, không ảnh hưởng đến chất lượng. Máy có thể hoạt động với nhiều loại vật liệu khác nhau cho hiệu quả tối ưu. Máy gia công chi tiết nhỏ một cách đơn giản và chính xác.

Tuy nhiên, sản phẩm có một số nhược điểm. Đầu tiên là chi phí ban đầu bỏ ra sẽ khá cao. Thế nhưng hiệu quả công việc mang lại sẽ khiến khách hàng hài lòng. Tiếp đó là người vận hành cần có kiến thức cơ bản về máy tính. Khi hoạt động, máy CNC có thể gây ra những tiếng ồn khá lớn nên cần tìm không gian làm việc phù hợp.

Lời kết

Máy CNC là gì và những thông tin chi tiết về sản phẩm đã được Thép Trí Việt cung cấp. Theo dõi những bài viết tiếp theo để cập nhật những kiến thức hữu ích. Thép Trí Việt cung cấp sắt thép giá hấp dẫn, chất lượng cao cùng nhiều ưu đãi lớn cho mọi khách hàng.