Máy CNC (Computer Numerical Control) đã trở thành một phần không thể thiếu trong ngành sản xuất hiện đại. Vậy máy CNC là gì, cấu tạo ra sao, và có những loại nào? Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan và chi tiết về máy CNC, từ định nghĩa cơ bản đến các ứng dụng phổ biến, giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về công nghệ quan trọng này.
Mục Lục
1. Định Nghĩa Máy CNC
Máy CNC, hay máy tính điều khiển số, là một hệ thống tự động hóa điều khiển các công cụ gia công như máy khoan, máy phay, dao tiện, dựa trên chương trình được lập trình bằng máy tính. Máy CNC thực hiện cắt gọt vật liệu (kim loại, nhựa, gỗ, gốm hoặc composite) để tạo ra sản phẩm với độ chính xác cao theo yêu cầu kỹ thuật.
2. Phân Loại Máy CNC
Máy CNC được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, chủ yếu dựa trên dạng máy công cụ và phương pháp cắt gọt.
2.1. Theo Dạng Máy Công Cụ
- Máy tiện CNC: Sử dụng để gia công các chi tiết tròn xoay.
- Máy khoan CNC: Dùng để tạo lỗ trên bề mặt vật liệu.
- Máy doa CNC: Nâng cao độ chính xác và hoàn thiện lỗ khoan.
- Máy mài CNC: Mài nhẵn và đạt độ chính xác cao cho bề mặt.
- Máy cắt bánh răng CNC: Chuyên dụng để tạo hình bánh răng.
- Máy phay CNC: Gia công các bề mặt phức tạp và chi tiết đa dạng.
- Máy bào CNC: Tạo các bề mặt phẳng và rãnh trên vật liệu.
- Máy chuốt CNC: Gia công các lỗ có hình dạng đặc biệt.
- Máy cưa CNC: Cắt vật liệu theo đường thẳng hoặc đường cong.
2.2. Theo Phương Pháp Cắt Gọt
2.2.1. Máy CNC Router
Máy CNC Router là loại máy cắt CNC điều khiển bằng máy tính, thường được sử dụng để cắt các vật liệu như gỗ, nhựa và vật liệu tổng hợp. Nó cũng có thể cắt nhôm và các kim loại mềm khác. Máy CNC Router thường được thiết kế để tối đa hóa hành trình làm việc và giảm chi phí, tuy nhiên độ cứng vững của nó thường kém hơn so với các loại máy CNC chuyên dụng cho kim loại cứng.
2.2.2. Máy Cắt Plasma CNC và Máy Khắc (Cắt) Laser CNC
Máy cắt laser CNC sử dụng nguồn laser công suất cao, tập trung chùm tia laser để cắt vật liệu. Có ba loại máy cắt laser chính:
-
Laser khí (CO2, Nd/Nd-YAG): Tạo ra laser bằng cách phóng điện qua khí. Thích hợp để cắt thép nhẹ, nhôm, thép không gỉ, titan, giấy, sáp, nhựa, gỗ và vải.
-
Laser rắn (Laser Fiber): Sử dụng vật liệu rắn để tạo chùm tia laser, sau đó khuếch đại bằng sợi thủy tinh. Với bước sóng ngắn, laser sợi quang lý tưởng để cắt kim loại phản chiếu.
-
Máy cắt plasma CNC: Sử dụng luồng hồ quang nóng chảy giữa hai điện cực để cắt kim loại. Thường dùng để cắt thép, thép không gỉ, nhôm, đồng thau và đồng.
Máy cắt plasma CNC thường được dùng để cắt các vật liệu kim loại như thép, nhôm
2.2.3. Máy In 3D
Máy in 3D tạo ra các vật thể rắn từ một file thiết kế trên máy tính. Quá trình in 3D bao gồm việc chia đối tượng thành nhiều lớp mỏng và chồng các lớp vật liệu lên nhau liên tục.
2.2.4. Máy CNC Nhiều Trục
Máy CNC nhiều trục có khả năng di chuyển công cụ theo 4 hoặc nhiều hướng khác nhau, cho phép gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao. Các máy CNC thông thường hỗ trợ 3 trục (X, Y, Z), trong khi máy CNC nhiều trục có thêm chuyển động xoay quanh một hoặc nhiều trục.
3. Cấu Tạo Máy CNC
Máy CNC bao gồm nhiều thành phần chính phối hợp để thực hiện quá trình gia công.
Cấu trúc cơ bản của máy CNC bao gồm động cơ servo, trục chính và bàn máy
3.1. Động Cơ Truyền Động và Cảm Biến
Thuật ngữ “động cơ truyền động” bao gồm cả động cơ servo di chuyển bàn máy và động cơ trục chính. Trục chính tạo ra tốc độ và mô-men cắt bằng cách quay dao hoặc phôi gia công. Mô-men xoắn cao và tốc độ cao là rất quan trọng đối với động cơ trục chính, do đó động cơ không đồng bộ thường được sử dụng.
Động cơ servo di chuyển bàn máy cần có mô-men xoắn cao, khả năng tăng tốc tức thời và phản ứng nhanh ở tốc độ thấp, đồng thời có thể điều khiển đồng thời vận tốc và vị trí.
Động cơ servo được sử dụng để di chuyển bàn máy và đảm bảo độ chính xác
Các loại động cơ servo thường dùng trong máy CNC:
- Động cơ DC servo: Dễ điều khiển, dải vận tốc rộng và giá thành thấp. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng khi công suất tăng, cần bảo trì chổi than định kỳ.
- Động cơ AC servo đồng bộ: Hay còn gọi là “động cơ servo không chổi than”, có khả năng làm mát tốt, đạt mô-men xoắn cao ở tốc độ cao và không cần bảo trì chổi than.
- Động cơ AC servo không đồng bộ: Cấu trúc đơn giản, không cần cảm biến sai lệch vị trí, nhưng không thể dừng tức thời như động cơ servo AC đồng bộ.
Encoder: Thiết bị phát hiện vị trí hiện tại của trục động cơ, gắn ở cuối trục động cơ để điều khiển vị trí.
3.2. Hệ Dẫn Hướng Cho Các Trục
Vít me bi được sử dụng để di chuyển bàn máy do ma sát thấp và độ rơ rất nhỏ, giúp hiệu suất truyền động cao và đạt độ chính xác vị trí cao. Thanh ray trượt (ray trượt tuyến tính – LM) được sử dụng để tăng độ chính xác và độ mượt của chuyển động tuyến tính.
Hệ dẫn hướng sử dụng vít me bi và ray trượt tuyến tính để đảm bảo chuyển động chính xác
3.3. Khớp Nối Mềm
Khớp nối mềm được sử dụng để bù trừ độ sai lệch giữa đường tâm của trục vít me bi và trục động cơ, giúp hệ thống vận hành trơn tru và nhẹ nhàng, do việc đảm bảo tâm trục của chúng trùng nhau là rất khó khăn trong thực tế.
Khớp nối mềm giúp giảm thiểu sai lệch và đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru
4. Hệ Điều Khiển Máy CNC
Hệ điều khiển máy CNC có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của quá trình gia công.
4.1. Điều Khiển Bán Kín
Trong hệ thống này, cảm biến vị trí được gắn vào trục của động cơ servo để phát hiện góc quay. Độ chính xác vị trí của trục động cơ có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của vít me bi. Vít me bi cần có độ chính xác cao để đảm bảo độ chính xác vị trí của bàn máy. Vòng điều khiển bán kín được sử dụng rộng rãi do tính chất đơn giản và độ chính xác tương đối cao.
4.2. Điều Khiển Kín
Cảm biến vị trí được gắn trực tiếp vào bàn máy để đo vị trí thực tế và đưa trở lại hệ thống điều khiển. Độ chính xác vị trí của vòng điều khiển kín rất cao. Tuy nhiên, tần số cộng hưởng của thân máy, thanh trượt và chuyển động bị mất có ảnh hưởng đến các đặc tính servo vì thân máy được bao gồm trong vòng điều khiển vị trí.
4.3. Vòng Điều Khiển Lai
Vòng điều khiển lai kết hợp cả vòng bán khép kín (vị trí được phát hiện từ trục của động cơ) và vòng khép kín (dựa trên thước tuyến tính). Vòng bán khép kín giúp kiểm soát tốt, trong khi vòng khép kín tăng độ chính xác bằng cách bù lỗi cho vòng bán kín.
4.4. Vòng Điều Khiển Hở
Vòng điều khiển hở thường được áp dụng trong các trường hợp không yêu cầu độ chính xác cao, sử dụng động cơ bước. Cấu trúc đơn giản do không cần thiết bị dò và mạch phản hồi. Độ chính xác của máy CNC phụ thuộc vào độ chính xác của động cơ bước, vít me bi và hệ thống truyền dẫn.
Các loại vòng điều khiển khác nhau ảnh hưởng đến độ chính xác của máy CNC
5. Một Số Loại Máy CNC Thông Dụng Trên Thị Trường
Máy phay CNC được sử dụng rộng rãi trong gia công cơ khí
Máy phay CNC
Máy tiện CNC gia công các chi tiết tròn xoay với độ chính xác cao
Máy tiện CNC
Máy khắc gỗ CNC tạo ra các sản phẩm gỗ tinh xảo
Máy khắc gỗ CNC
Máy khắc đá CNC được sử dụng để tạo hình trên các vật liệu đá
Máy khắc đá CNC
Máy CNC là một công cụ không thể thiếu trong ngành sản xuất hiện đại, mang lại độ chính xác, hiệu quả và khả năng tự động hóa cao. Việc hiểu rõ về cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của máy CNC giúp người dùng khai thác tối đa tiềm năng của công nghệ này.