Máy CNC là gì?
1. Máy CNC là gì?
Hình 1: Máy CNC là gì?
- CNC là viết tắt của Computer Numerical Control là một dạng máy được điều khiển tự động dưới sự trợ giúp của máy tính. Các bộ phận trong đó tự động lập trình để hoạt động theo chuỗi sự kiện mà người dùng thiết lập để tạo ra được sản phẩm có hình dạng và kích thước theo yêu cầu.
- Dễ hiểu hơn, máy cắt CNC có thể cắt theo dạng 2D, 3D hoặc điêu khắc 3D đều được.
- CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí nghiệm Servomechanism của trường MIT và dần dần được cải tiến, phát triển mạnh mẽ đến ngày nay.
2. Ưu - Nhược điểm và ứng dụng của Máy CNC
2.1. Ưu điểm của Máy CNC.
Hình 2: Ưu điểm của máy CNC
- So với các máy công cụ điều khiển bằng tay, kết quả làm việc của máy CNC không phụ thuộc vào tay nghề thuần thục của người điều khiển. Người điều khiển máy chủ yếu đóng vai trò theo dõi kiểm tra các chức năng hoạt động của máy.
- So với các máy tự động theo chương trình cứng (dùng cam, dưỡng, cữ chặn, công tắc hành tŕnh…), máy công cụ CNC có tính linh hoạt cao trong công việc lập tŕnh, đặc biệt khi có trợ giúp của máy vi tính, tiết kiệm được thời gian chỉnh máy, đạt được tính kinh tế cao ngay cả với loạt sản phẩm nhỏ.
- Ưu điểm chỉ có trong máy CNC đó là phương thức làm việc với hệ thống xử lý thông tin “ điện tử – số hóa “, cho phép nối ghép các hệ thống xử lý trong phạm vi quản lý của toàn xí nghiệp, tạo điều kiện mở rộng tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất, ứng dụng các kỹ thuật hiện đại thông qua mạng liên thông cục bộ (LAN) hay mạng liên thông toàn cầu (WAN).
- Các máy ứng dụng kỹ thuật CNC đạt tốc độ dịch chuyển lớn. Trong lĩnh vực gia công cắt gọt, máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa thời gian phô, do mức tự động hoá nâng cao vượt bậc
- Máy công cụ CNC có thể dễ dàng thay đổi chương trình gia công, thiết thực với các loại chi tiết khác nhau, thời gian chuẩn bị và hiệu chỉnh kỹ thuật tại khu vực làm việc giảm đáng kể. Thời gian thay dao được thực hiện nhanh chóng, chính xác có thể chuẩn bị dao ở vùng ngoại vi và nạp trở lại vào ổ tích dao chuyên dùng gắn trên máy.
- Máy điều khiển kỹ thuật số có thể thực hiện một lúc nhiều chuyển động khác nhau, tự động điều chỉnh sai sót dao cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa dao và chi tiết.
- Máy công cụ CNC gia công được loạt chi tiết nhỏ, phản ứng một cách linh hoạt khi nhiệm vụ công nghệ thay đổi và điểm quan trọng nhất là việc lập trình gia công có thể thực hiện được ngoài máy, trong văn pḥòng có sự hỗ trợ của kỹ thuật tin học thông qua các thiết bị vi tính, vi xử lý,….
- Đa số các máy CNC đều có thể thực hiện một số lượng lớn các nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt của chi tiết.
- Độ chính xác lặp lại đặc trưng cho mức độ ổn định trong suốt quá tŕnh đảm bảo chất lượng gia công cao, là ưu việt tuyệt đối của các máy điều khiển kỹ thuật số.
- Bản thân nguyên tắc điều khiển theo chương trình số là đảm bảo cơ bản của độ chính xác gia công trên máy. Ngoài ra máy CNC còn ưu điểm khai thác tối đa các chế độ cắt gọt, các nguyên lý cắt và phương án gá đặt, đảm bảo độ chính xác cao, ổn định chất lượng sản phẩm.
Tóm lại sự lựa chọn thế hệ máy CNC ngày nay trở thành một đặc tính cần thiết có tầm quan trọng, quyết định đối với các xí nghiệp công nghiệp. V́ì nó có thể đem lại lợi nhuận, khả năng tái sản xuất vá nó có những tính năng cao mà may công cụ thông thường chưa đạt được.
2.2. Nhược điểm của Máy CNC
Hình 3: Nhược điểm của máy CNC
- Giá thành chế tạo máy cao hơn.
- Giá mua máy đắt hơn.
- Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn.
- Vận hành máy phức tạp hơn.
- Thay đổi người đứng máy khó khăn hơn.
- Giá mua máy đắt hơn.
- Giá thành bảo dưỡng, sữa chữa máy cũng cao hơn.
- Vận hành máy phức tạp hơn.
- Thay đổi người đứng máy khó khăn hơn.
2.3. Ứng dụng của Máy CNC
Trong cuộc sống hiện nay, máy CNC có rất nhiều ứng dụng đáp ứng được nhu cầu sử dụng ngày càng cao hơn của khách hàng. Có thể kể đến một số ứng dụng nổi bật nhất như:
- Máy CNC có thể gia công bất kì một sản phẩm nào theo nhu cầu của khách hàng hoặc gia công khuông đúc nên sản phẩm, bất kể sản phẩm đó làm từ chất liệu gỗ, đá, kim loại….
Hình 4: Ứng dụng của máy CNC
- 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…
Hình 5: Ứng dụng của máy CNC
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất đồ gỗ: Máy CNC đã thay thế những người thợ mộc, giúp họ không cần trực tiếp tham gia vào khâu chạm khắc từng chút một trên bề mặt sản phẩm. Thay vào đó bạn chỉ cần lập trình một bản vẽ và máy sẽ từ đó mà thi công. Không những vậy chất lượng của sản phẩm được làm từ máy CNC có độ tinh xảo và tỉ mỉ không kém gì sản phẩm được làm ra từ bàn tay tài hoa của những người thợ mộc lành nghề.
Hình 6: Ứng dụng của máy CNC
- Bên cạnh đó máy CNC còn có thể gia công những chi tiết máy bị hỏng mà không có phụ tùng thay thế, vì vậy nó được ứng dụng chủ yếu trong những công ty chế tạo và cung cấp phụ tùng máy.
Hình 7: Ứng dụng của máy CNC
3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại máy CNC
3.1. Cấu tạo của Máy CNC
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại máy CNC được sản xuất từ nhiều nước với những tiêu chuẩn khác nhau. Nhưng nhìn chung, một máy CNC đều phải có những bộ phận cơ bản gồm 2 phần chính:
- Phần chấp hành: Đế máy, thân máy, bàn máy, bàn xoay, trục vít me bi, ổ tích dụng cụ, cụm trục chính và băng dẫn hướng.
- Phần điều khiển: các loại động cơ, các hệ thống điều khiển và máy tính trung tâm.
Hình 8: Cấu tạo của máy CNC
3.1.1. Phần chấp hành.
- Thân máy và đế máy: Thường được chế tạo bằng các chi tiết gang vì gang có độ bền nén cao gấp 10 lần so với thép và đều được kiểm tra sau khi đúc để đảm bảo không có khuyết tật đúc. Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và rất nhiều hệ thống khác.
- Bàn máy: Bàn máy là nơi để gá đặt chi tiết gia công hay đồ gá. Nhờ có sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy mà khả năng gia công của máy CNC được tăng lên rất cao, có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp. Đa số trên các máy CNC hay trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy đều là dạng bàn máy xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, thứ 5 của máy.
- Cụm trục chính: Là nơi lắp dụng cụ, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công. Trục chính được điều khiển bởi các động cơ. Thường sử dụng động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín, bằng công nghệ số để tạo ra tốc độ điều khiển chính xác và hiệu quả cao dưới chế độ tải nặng.Hệ thống điều khiển chính xác góc giữa phần quay và phần tĩnh của động cơ trục chính để tăng momen xoắn và gia tốc nhanh. Hệ thống điều khiển này cho phép người sử dụng có thể tăng tốc độ của trục chính lên rất nhanh.
- Băng dẫn hướng: Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của ban theo X,Y và chuyển động theo trục Z của trục chính.
- Trục vit me, đai ốc: Trong máy công cụ điều khiển số người ta thường sử dụng hai dạng vit me cơ bản đó là: vít me đai ốc thường và vít me đai ốc bi: Vít me đai ốc thường: là loại vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc mặt. Vít me đai ốc bi: là loại mà vít me và đai ốc có dạng tiếp xúc lăn
- Ổ tích dụng cụ: Dùng để tích chứa nhiều dao phục vụ cho quá trình gia công. Nhờ có ổ tích dao mà máy CNC có thể thực hiện được nhiều nguyên công cắt gọt khác nhau liên tiếp với nhiều loại dao cắt khác nhau. Do đó quá trình gia công nhanh hơn và mang tính tự động hoá cao.
- Các xích động của máy: Tất cả các đường chuyền động đến từng cơ cấu chấp hành của máy công cụ điều khiển số đều dùng những nguồn động lực riêng biệt, bởi vậy các xích động học chỉ còn 2 loại cơ bản sau: Xích động học tốc độ cắt gọt. Xích động học của chuyền động chạy dao
3.1.2. Phần điều khiển.
- Các cụm điều khiển chính trên máy CNC:
- Cụm điều khiển máy MCU (Machine Control Unit) được hình thành trên cơ sở thiết bị điều khiển điện tử, thiết bị vào ra và các thiết bị số. Nó được coi là trái tim của máy công cụ điều khiển số CNC. Lệnh CNC thực hiện bên trong bộ điều khiển sẽ thông báo cho mô tơ chuyển động quay đúng số vòng cần thiết → trục vit me bi quay đúng số vòng quay tương ứng → kéo theo chuyển động thẳng của bàn máy và dao. Thiết bị phản hồi ở đầu kia của vit me bi cho phép kiểm soát kết thúc lệnh đúng khi số vòng quay cần thiết được thực hiện.
- Cụm dẫn động (Driving Unit): Là tập hợp những động cơ, sensor phản hồi, phần tử điều khiển, khuếch đại và các hệ dẫn động.
- Các loại động cơ trên máy CNC:
- Có 4 loại động cơ trên máy CNC gồm: Động cơ 1 chiều, Động cơ xoay chiều, Động cơ bước, Động cơ servo
3.2. 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. Tuy nhiên nếu mô tả một cách đơn giản thì nó sẽ di chuyển trên 3 trục X-Y-Z theo trục tọa độ.
Hình 9: Nguyên lý hoạt động của máy CNC
- Khi máy cắt 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.
- Máy cắt 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 băng 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.
3.3. Phân loại máy CNC.
3.3.1. Theo dạng máy công cụ:
- Máy tiện CNC
- Máy khoan CNC
- Máy khoan CNC
- Máy doa CNC
- Máy mài CNC
- Máy phay CNC
- Máy cắt bánh răng CNC
- Máy phay CNC
- Máy bào CNC
- Máy chuốt CNC
- Máy cưa CNC
3.3.2. Theo phương pháp cắt gọt:
- Máy CNC Router: Máy CNC router là máy cắt CNC điều khiển bằng máy tính được sử dụng để cắt gỗ, nhựa và vật liệu tổng hợp. Nó cũng thường được sử dụng để cắt nhôm và kim loại mềm khác. Độ cứng vững của máy CNC router kém hơn so với loại máy CNC được sử dụng để cắt kim loại cứng hoặc làm các bộ phận đòi hỏi độ chính xác lắp ghép cao. Máy CNC router được thiết kế để tối đa hóa hành trình làm việc và chi phí.
- Máy cắt plasma CNC và máy khắc (cắt) laser CNC: Máy cắt laser dùng nguồn laser công suất cao, qua hệ thống quang học tập trung chùm tia laser đầu ra để cắt vật liệu. Có ba loại máy cắt laser chính thường được sử dụng.
- Laser khí, chẳng hạn như CO2 hoặc Nd / Nd-YAG, tạo ra laser bằng cách tạo ra một dòng điện thông qua một loại khí. Chúng được sử dụng cho trong công nghiệp để cắt nhiều vật liệu bao gồm thép nhẹ, nhôm, thép không gỉ, titan, giấy, sáp, nhựa, gỗ và vải.
- Laser rắn, chẳng hạn như laser sợi quang ( laser fiber), sử dụng vật chứa rắn để sản xuất chùm tia laser, sau đó được khuếch đại bằng sợi thủy tinh. Với bước sóng laser cực ngắn, kích thước điểm nhỏ của laser sợi quang làm cho nó lý tưởng để cắt vật liệu kim loại phản chiếu.
- Máy cắt plasma CNC thường được xếp chung với máy cắt laser do chúng dùng luồng hồ quang nóng chảy giữa 2 điện cực để cắt kim loại. Vật liệu tiêu biểu trong cắt bằng máy cnc plasma là thép, thép không gỉ, nhôm, đồng thau và đồng.
- Máy in 3D: In 3D là một quá trình tạo các vật thể rắn từ một file mẫu trên máy tính. Máy tính sẽ chia đối tượng in ra làm rất nhiều lớp mỏng, quá trình in 3D chính là liên tục chồng các lớp vật liệu lên nhau.
- Máy CNC nhiều trục: Gia công nhiều trục là một quy trình sản xuất mà máy tính điều khiển công cụ di chuyển theo 4 hoặc nhiều hướng , máy này được sử dụng để chế tạo các bộ phận bằng kim loại hoặc các vật liệu khác. Các máy công cụ CNC điển hình hỗ trợ 3 trục, gọi là X , Y, Z; máy CNC nhiều trục cũng hỗ trợ chuyển động xoay quanh một hoặc nhiều trục.
4. Các hãng sản xuất động cơ bước
- SHODA - JAPAN
- MAZAK - JAPAN
- NISSHINBO - JAPAN
- AMADA - JAPAN
- MORI SEIKI - JAPAN
- HITACHI SEIKI - JAPAN
- OKUMA HAWA - JAPAN
- ENHSU - JAPAN
- MACHINO - JAPAN
- HAMAI - JAPAN
- OKUMA - JAPAN
- HASS - USA
- DOSSAN - KOREA
- EXTRON - TAIWAN
- LEADERWAY - TAIWAN
- AGMA - TAIWAN
- TAKANG - TAIWAN
- ARISTECH - TAIWAN
Thông tin liên hệ:
Hòm thư tannv@baoanjsc.com.vn
Hoặc số điện thoại 0935091668
19.935
28/03/2020
Web số dành cho sinh viên
Nhóm chủ đề
