Máy CNC là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy CNC

Trong lĩnh vực gia công cơ khí, máy CNC đã xuất hiện để đáp ứng những yêu cầu cao về độ chính xác và hoàn thiện sản phẩm. Hãy cùng RX Tradex khám phá chi tiết về máy CNC là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó trong ngành công nghiệp sản xuất hiện đại, để hiểu rõ hơn về tính ứng dụng và lợi ích của công nghệ này trong gia công sản xuất.

1. Máy CNC là gì?

CNC (Computer Numerical Control) là một dạng máy sử dụng phổ biến trong các ngành gia công cơ khí, được điều khiển tự động hóa dưới sự hỗ trợ của máy tính. Các bộ phận hoạt động theo chuỗi sự kiện đã được người dùng lập trình sẵn nhằm tạo ra các sản phẩm có hình dạng và kích thước đạt chuẩn theo yêu cầu. Mọi hoạt động gia công mà máy CNC thực hiện đều dựa trên sự điều khiển của một hệ thống máy tính. Máy CNC còn được gọi là máy trung tâm gia công CNC, máy CNC trung tâm gia công hay máy gia công CNC.

2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy CNC

Cấu tạo của máy CNC

– Khung máy: thường được làm từ gang hoặc thép đúc, bộ phận này chịu lực và giữ cho các bộ phận khác của máy cố định trong suốt quá trình gia công.

– Bàn máy: là bề mặt phẳng để đặt và cố định vật liệu cần gia công (phôi).

– Trục chính: là bộ phận quay của máy CNC, có thể giữ và quay dao cắt với tốc độ cao, cho phép thực hiện các thao tác gia công một cách chính xác và hiệu quả.

– Động cơ và hệ thống truyền động: hệ thống truyền động có thể là vitme bi, đai ốc bi, hoặc dẫn hướng tuyến tính, giữ vai trò điều khiển chính xác vị trí và tốc độ của bàn máy, trục chính.

– Hệ thống thay dao tự động (Automatic Tool Changer – ATC): gồm băng chuyền hoặc ổ chứa dao và cơ cấu thay dao tự động. Chức năng của chúng là tự động thay dao cắt trong quá trình gia công, giúp tăng năng suất và giảm thời gian dừng máy.

– Hệ thống điều khiển: bao gồm máy tính và phần mềm CNC, bàn phím, màn hình hiển thị và các bộ điều khiển khác. Hệ thống điều khiển làm nhiệm vụ nhập dữ liệu, lập trình các lệnh gia công và điều khiển máy theo chương trình đã lập.

– Hệ thống làm mát và bôi trơn: gồm các bơm làm mát, ống dẫn và các bộ phận phun dầu hoặc dung dịch làm mát. Chúng giúp bôi trơn dao cắt và phôi trong quá trình gia công, từ đó giảm ma sát và nhiệt độ, kéo dài tuổi thọ của dao cắt và đảm bảo chất lượng bề mặt gia công.

– Hệ thống an toàn: gồm các cảm biến, công tắc an toàn và các thiết bị bảo vệ khác. Chúng có tác dụng đảm bảo an toàn cho người vận hành và bảo vệ máy CNC khỏi hư hỏng do sự cố.

Nguyên lý hoạt động

Máy CNC hoạt động dựa trên chương trình gia công được lập trình sẵn bằng phần mềm CAM. Chương trình này điều khiển chuyển động của phôi và dao với độ chính xác cao. Cụ thể các bước như sau:

• Bước 1: Xuất File thiết kế CAD 2D/3D sau đó lập trình trên phần mềm CAM để lên chương trình chạy dao của máy. 
• Bước 2: Chương trình được đưa vào bộ xử lý sẽ biến chương trình CAM thành một loại mã mà máy có thể đọc được là G -Code.
• Bước 3: Mã G-Code được tải lên máy CNC cùng với tất cả các công cụ cắt gọt cần thiết như dao phay ngón, dao lăn ren, mũi khoan,…
• Bước 4: Sau đó, máy sẽ được đưa vào chế độ tự động khởi động và điều khiển tất cả các tính năng của máy như: di chuyển, tốc độ tiến dao, tốc độ trục chính, công cụ cắt,..để gia công chi tiết.
• Bước 5: Người vận hành máy sẽ làm nhiệm vụ giám sát quá trình gia công và điều chỉnh khi cần, đảm bảo máy hoạt động ổn định và xử lý khi có sự cố xảy ra.

3. Ưu nhược điểm của máy CNC

Ưu điểm:

– Độ chính xác cao: Máy CNC được điều khiển bằng chương trình máy tính, giúp đảm bảo độ chính xác và tính đồng nhất của sản phẩm, đáp ứng yêu cầu khắt khe của nhiều ngành công nghiệp

– Hiệu suất làm việc vượt trội: Máy CNC có thể hoạt động 24/7 trong thời gian dài với tốc độ di chuyển nhanh chóng giúp tăng sản lượng và năng suất làm việc gấp nhiều lần so với thao tác thủ công, phù hợp cho hoạt động sản xuất hàng loạt

– Tính linh hoạt cao: Máy CNC có khả năng gia công nhiều loại vật liệu với hình dạng khác nhau, từ các chi tiết đơn giản đến các chi tiết 3D phức tạp, có thể dễ dàng chỉnh sửa các thông số nhờ sự hỗ trợ của máy tính

– Tiết kiệm chi phí sản xuất: Máy CNC tối ưu việc sử dụng vật liệu, từ đó hạn chế hao phí vật liệu trong quá trình gia công. Ngoài ra, máy CNC cũng giúp tiết kiệm chi phí nhân công, giảm thời gian sản xuất, góp phần gia tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp

– Đảm bảo an toàn lao động: Máy CNC tự động hóa quá trình gia công, giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động cho người vận hành

– Thuận lợi cho việc tự động hóa quá trình sản xuất

– Năng suất cao có thể hạ giá thành sản phẩm để tăng tính cạnh tranh.

Nhược điểm:

– Sử dụng công nghệ hiện đại nên giá thành đầu tư cao

– Đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm, kiến thức chuyên môn về máy tính

4. Phân loại máy CNC

4.1. Dựa theo máy công cụ

Dựa theo dạng máy công cụ có một số loại phổ biến sau:

Máy tiện CNC: máy được dùng để tạo hình các chi tiết tròn xoay, gia công mặt trục hoặc côn, chẳng hạn như trục, vòng chặn, bánh xe, lỗ, ren. Ngoài các nguyên công tiện tiêu chuẩn, máy tiện CNC còn có thể thực hiện khoan, cắt rãnh, chà gai nhám hoặc đánh bóng.

Máy phay CNC: là loại máy hoạt động bằng cách gắn một vật liệu lên bàn máy và sử dụng dao phay để loại bỏ vật liệu dư thừa. Với 3 trục di chuyển X, Y, Z được điều khiển bằng động cơ và hệ thống bánh răng, cho phép dao phay di chuyển theo nhiều hướng khác nhau, từ đó tạo ra chi tiết theo yêu cầu. Chức năng chính của máy phay CNC là phay, taro, doa với độ chính xác cao.

Máy mài CNC: là loại máy sử dụng mũi mài hoặc bánh mài để loại bỏ các chất thừa, các bộ phận cần mài phẳng và đánh bóng bề mặt. So với máy mài thủ công, máy mài CNC là có thể xử lý các vật liệu với độ cứng cao như thép, hợp kim…

Máy khoan CNC: Máy khoan CNC có thể khoan lỗ với độ chính xác và độ sâu đồng nhất hay tạo ra các lỗ khoan theo nhiều hình dạng khác nhau như lỗ xoắn, lỗ hình tròn, lỗ hình chữ nhật… Các thông số trong quá trình khoan như đường kính lỗ, chiều sâu khoan và tốc độ quay đều được điều khiển thông qua máy tính, đảm bảo độ chính xác cho sản phẩm đầu ra.

4.2. Dựa theo phương pháp cắt gọt

Máy CNC Router: Máy CNC Router thực hiện được các thao tác cắt vật liệu theo đường cong bất kỳ, đường gấp khúc trong không gian 2D, 3D mà máy cắt kim khí không làm được, được ứng dụng để cắt gỗ, nhựa, vật liệu tổng hợp hoặc cắt nhôm và các kim loại mềm khác với nhiều chi tiết phức tạp có độ chính xác cao. 

Máy cắt Plasma CNC: Máy sử dụng các đầu trục plasma có nhiệt độ cao để cắt bề mặt các vật dụng được làm từ kim loại dẫn điện có độ cứng cao như sắt, thép. Dòng máy này đang được ứng dụng phổ biến trong hầu hết các ngành chế tạo máy móc, cơ khí với sự đa dạng về chủng loại sản phẩm như máy cắt cầm tay, máy cắt mini.

Máy cắt laser CNC: máy sử dụng nguồn laser tạo ra các bức xạ laser có năng lượng cao, qua hệ thống quang học tập trung chùm tia laser đầu ra để cắt các vật liệu kim loại, phi kim hay hợp kim. Quá trình cắt laser CNC được thực hiện hoàn toàn tự động hóa đảm bảo sản phẩm có độ chính xác cao, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về tiêu chuẩn gia công.

4.3. Dựa trên số trục

Máy CNC 3 trục: cho phép dao phay di chuyển theo 3 hướng X, Y, Z với độ chính xác cao, trong lúc đó phôi vẫn ở cùng một vị trí trong khi công cụ cắt hoạt động dọc theo mặt phẳng XYZ. Điều này phù hợp với những chi tiết không đòi hỏi nhiều độ sâu sâu và các chi tiết nhỏ bên trong.

Máy CNC 4 trục: Gia công 4 trục ngụ ý rằng phôi được xử lý theo cách tương tự với máy 3 trục, nhưng có một chuyển động quay bổ sung xung quanh trục X, được đặt tên là trục A. Xoay này cho phép phôi được cắt xung quanh trục B. Phương pháp này có lợi khi các lỗ hoặc vết cắt cần được thực hiện trên các mặt của phôi. Việc bổ sung trục thứ tư (Trục A) cho phép phôi được tự động lật, do đó máy có thể loại bỏ vật liệu từ cả hai phía.

Máy CNC 5 trục: là hình thức gia công mà phôi nguyên liệu sẽ được cắt gọt gia công từ nhiều phía cùng lúc. Máy gia công này có những chuyển động cơ bản theo trục X, Y, Z và sử dụng 2 trong 3 trục quay A, B, C  để thực hiện gia công. Các trục quay A, B, C thực hiện chuyển động xoay quanh các trục X, Y và Z tương ứng. Mỗi trục sẽ thực hiện một nhiệm vụ và có công dụng khác nhau.

5. Ứng dụng của máy CNC trong đời sống

Công nghệ CNC ra đời và được ứng dụng vào đời sống mang đến nhiều lợi ích cho con người. Hiện nay, các loại máy CNC được ứng dụng nhiều trong các ngành sản xuất công nghiệp, liên quan đến các vật liệu kim loại như gia công, chế tạo, lắp đặt máy móc, thiết bị. Một số lĩnh vực ứng dụng công nghệ CNC có thể kể đến như:

Sản xuất ô tô: được ứng dụng để mang lại hiệu quả và kiểm soát chất lượng dây chuyền lắp ráp nâng cao. Đồng thời chế tạo ra sản phẩm, chi tiết để hoàn thiện linh kiện, bộ phận của ô tô.

Sản xuất đầu máy, máy móc: cho phép gia công chính xác phần đầu tàu hỏa, tàu điện ngầm. Chế tạo linh kiện, chi tiết máy móc, thiết bị trong ngành công nghiệp cơ khí.

Ngành hàng hải: ứng dụng trong gia công phụ tùng cho tàu thuyền, tàu chở dầu,…

Ngành hàng không vũ trụ: được sử dụng để gia công thiết bị vệ tinh, chi tiết máy bay, tàu vũ trụ,…

Ngành y tế: cho phép gia công chính xác các chi tiết trong thiết bị y tế, hỗ trợ cấy ghép sinh học, dụng cụ phẫu thuật, chỉnh hình, nha khoa,…

6. Một số thương hiệu nổi tiếng về máy CNC

Máy CNC là công nghệ hiện đại đem đến giải pháp tối ưu cho ngành công nghiệp gia công cơ khí vì thế nó có giá thành đầu tư cao. Việc hiểu và lựa chọn dòng máy CNC phù hợp là rất quan trọng. Dưới đây, chúng tôi sẽ giới thiệu một số hãng máy CNC chất lượng đến từ nhãn hiệu uy tín được nhiều doanh nghiệp tin dùng nhất hiện nay.

6.1. Máy phay/ máy tiện CNC Okuma

Okuma là một nhà sản xuất đến từ Nhật Bản đi đầu thế giới với dòng máy CNC. Okuma luôn trang bị các tính năng và phát triển những công nghệ tiên tiến như hệ thống điều khiển số điện tử Okuma OSP, hệ thống làm mát và nhiều chức năng khác phục vụ cho hoạt động gia công cơ khí. 

6.2. Máy tiện CNC Citizen

Citizen cũng là một thương hiệu danh tiếng của Nhật Bản chuyên sản xuất máy công cụ CNC. Thương hiệu này nổi tiếng với các dòng máy tiện CNC hiện đại, đặc biệt là máy tiện CNC kiểu Thụy Sĩ phổ biến trong các ngành công nghiệp như ô tô, điện tử, y tế và chế tạo đồng hồ. Ngoài ra, thương hiệu còn được biết đến với các loại máy CNC khác như máy tiện nhiều trục, máy phay và máy mài. Máy được ứng dụng trong gia công các chi tiết trục với chiều dài không giới hạn, số lượng lớn.

6.3. Máy phay CNC Brother

Với động cơ mạnh mẽ, công nghệ tiên tiến và giao diện thân thiện với người dùng, Brother đã trở thành một trong những thương hiệu được ưa chuộng nhất hiện nay. Máy phay CNC Brother sở hữu động cơ trục chính bền bỉ, cấu trúc máy cứng cáp và hệ thống quản lý chip hiệu quả để đảm bảo hiệu suất và năng suất tối ưu. Máy trung tâm gia công CNC Brother phù hợp với lĩnh vực sản xuất xe điện, xe máy, điện thoại, máy tính…

7. Báo giá máy CNC

Giá máy CNC có thể dao động từ vài trăm triệu cho đến một tỷ cho máy nhỏ (cơ bản) và vài tỷ hoặc hơn cho các máy CNC công suất lớn.

Giá máy CNC phụ thuộc vào những yếu tố như:

• Kích thước và khả năng gia công: Mỗi loại máy CNC sẽ có kích thước và khả năng gia công khác nhau. Các loại máy lớn hơn và có khả năng gia công chi tiết phức tạp hơn thì giá sẽ cao hơn.
• Thương hiệu và chất lượng: Máy CNC từ các nhà sản xuất uy tín luôn được đánh giá là có chất lượng tốt và độ bền cao. Do đó, giá thành cũng sẽ cao hơn các máy từ các nhà sản xuất khác.
• Tính năng và công nghệ: Máy CNC được cập nhật các công nghệ và tính năng mới vượt trội hơn sẽ có giá cao hơn so với các máy sử dụng công nghệ và tính năng cũ.

Tổng kết:

Việc hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các tính năng của máy CNC giúp doanh nghiệp tìm ra được những giải pháp tối ưu cho hoạt động gia công sản xuất của mình, đem lại năng suất và chất lượng cao, giúp doanh nghiệp tiến gần hơn đến tự động hóa trong sản xuất. Tham gia ngay triển lãm Vietnam Manufacturing Expo 2024 do RX Tradex tổ chức để biết thêm về những công nghệ sản xuất hiện đại bậc nhất hiện nay góp phần tối ưu hóa hoạt động sản xuất gia công của doanh nghiệp.