Tổng hợp các thông tin về phương pháp gia công CNC 3 trục

Gia công CNC 3 trục mang đến cho các nhà sản xuất những thành phẩm có độ chính xác rất cao. Đồng thời tiết kiệm tối đa thời gian và chi phí sản xuất nhưng vẫn nâng cao hiệu suất hoạt động của xưởng. Vậy gia công CNC 3 trục có những đặc điểm gì? Cùng 3D Smart Solutions tìm hiểu cụ thể qua các thông tin đề cập trong bài viết dưới đây nhé!

1 – Giới thiệu CNC 3 trục

CNC hay còn gọi là Computer Numerical Control – Điều khiển số bằng máy tính, là phương pháp gia công hiện đại được ứng dụng phổ biến hiện nay. Việc sử dụng các phần mềm và điều khiển các loại máy móc một cách tự động vừa giúp tiết kiệm thời gian sản xuất vừa gia tăng độ chính xác cho sản phẩm. Nếu như trước đây con người thường dùng các loại máy cũ hoạt động nhờ bánh xe và đòn bẩy, tuy đơn giản nhưng độ chính xác lại không cao. Thì giờ đây các dòng máy CNC ra đời đã khắc phục hoàn toàn nhược điểm này.

Máy CNC được chia thành nhiều dòng khác nhau bao gồm những đặc điểm cơ bản và những điểm nổi bật riêng. Trong đó, máy CNC 3 trục là dòng máy có 3 trục hoạt động trên hệ trục XYZ. Các trục bao gồm trục X (trục thẳng đứng), trục Y (trục nằm ngang), trục Z (trục chiều sâu). 

Trong gia công CNC 3 trục, phôi vẫn ở vị trí cũ và các công cụ cắt sẽ tiến hành hoạt động trên hệ trục XYZ để cắt bỏ vật liệu. Loại CNC này được sử dụng chủ yếu cho các bộ phận không có yêu cầu quá cao về độ chi tiết và độ sâu. Nếu cần sản xuất các bộ phận cơ khí, thì phương pháp gia công 3 trục là lựa chọn phổ biến nhất hiện nay.

Trên thị trường đang thịnh hành 3 loại máy CNC 3 trục, cụ thể là:

• Máy CNC nằm ngang: là loại máy có thể di chuyển dụng cụ cắt theo ba hướng: trái-phải, tiến-lùi và lên-xuống. Dòng máy này được sử dụng để gia công các chi tiết lớn, nặng hoặc không thể gia công trên máy CNC 3 trục đứng. 
• Máy CNC đứng: là loại máy sử dụng ba trục tuyến tính X,Y,Z để di chuyển một dụng cụ hoặc phôi trong không gian. Trục X di chuyển dụng cụ hoặc phôi theo chiều ngang, trục Y di chuyển nó theo chiều dọc và trục Z di chuyển nó hướng về hoặc ra khỏi trục chính.
• Máy CNC hình dạng chiếc cầu: tương tự như máy CNC 3 trục tiêu chuẩn, nhưng nó có một cầu bổ sung kéo dài phôi, cho phép máy cắt tiếp cận tất cả các mặt của phôi. Điều này làm tăng tính linh hoạt của máy và cho phép máy hoạt động với các bộ phận lớn hơn hoặc phức tạp hơn. Chúng thường được sử dụng để tạo ra các mẫu vật từ các bề mặt phẳng lớn hoặc gia công các chi tiết nhỏ.

Người vận hành có thể sử dụng máy CNC 3 trục cho các hoạt động sản xuất như:

• Phay: Phay là chức năng chính của máy phay CNC 3 trục.
• Khoan: Máy phay CNC 3 trục có thể dùng để khoan vật liệu một cách chính xác.
• Ta-rôc: Nó có chức năng ta-rô “cứng”.
• Cắt: Chức năng cắt sắc bén các vật liệu.

2 – Điểm nổi bật CNC 3 trục

Máy CNC 3 trục sở hữu những ưu điểm nổi bật giúp quá trình gia công trở nên hoàn hảo và tối ưu hơn:

• Máy có khả năng gia công nhiều sản phẩm trong thời gian ngắn cùng với độ chính xác cao. Do đó, giúp tiết kiệm thời gian và gia tăng năng suất làm việc của nhà máy.
• Máy đáp ứng nhanh nhu cầu của thị trường, thao tác gia công các bề mặt tương đối dễ dàng và đơn giản.
• Nhờ vào hiệu quả hoạt động mà máy CNC 3 trục góp phần giảm giá thành cho sản phẩm gia công một cách gián tiếp.
• Cơ chế gia công tự động nên giảm được chi phí nhân công và thời gian sản xuất cũng được đẩy nhanh hơn.
• Máy tích hợp nhiều chức năng vận hành bao gồm: tạm dừng, tăng giảm tốc độ, điều chỉnh độ nông sâu nên được sử dụng để tạo ra nhiều mẫu vật có hình dạng, kích thước khác nhau trên một bàn máy.

3 – Cấu tạo

Một chiếc máy CNC 3 trục có cấu tạo gồm 2 phần chính là phần cơ khí và phần điều khiển:

3.1. Phần cơ khí

3.1.1. Bộ phận thay dao tự động (ATC)

Máy CNC 3 trục thực hiện chuyển động một cách liên tục với mỗi nguyên công sử dụng một hoặc nhiều dao. Vì thế, chúng được trang bị khả năng thay dao tự động bằng điều khiển CNC. Mâm chứa dao của máy được thiết kế như đầu rơvonve (tool turret). Các trung tâm gia công thường dùng rất nhiều dao nên sử dụng mâm xoay (carousel, ring magazine) hoặc ổ chứa dao kiểu băng xích tải (tool chain magazine) để đựng chúng.

3.1.2. Vỏ máy

Vỏ máy là bộ phận quan trọng của một chiếc máy CNC, là lớp áo bảo vệ cho các bộ phận của máy. Vì thế kết cấu của vỏ cần phải thật chắc chắn và bền bỉ. 

3.1.3. Trục chính

• Trục chính (spindle) là thành phần mang tính quyết định nhất trong máy CNC. Trục chính sẽ kết hợp với động cơ cùng hệ thống bôi trơn và nguồn điện để hoạt động ổn định đảm bảo độ chính xác và năng suất của máy. 
• Trục chính của máy CNC 3 trục có thể hoạt động trong một phạm vi tốc độ rất lớn (0 – 20.000 vòng/phút hoặc có thể lên đến 40.000 vòng/phút). Do đó, bộ phận này yêu cầu được chế tạo với độ chính xác cao và có độ cân bằng động tốt để tránh tác động từ lực quán tính và mômen quán tính.
• Đối với máy phay CNC 3 trục, trong lỗ trục có lắp cơ cấu then kéo (draw bar) có chức năng giữ chặt gá dao hoặc đẩy gá dao ra khi thay dao. Còn đối với máy tiện CNC 3 trục, trục chính được thiết kế rỗng như máy tiện truyền thống để lồng phôi thanh gá. Kích thước lớn nhất của phôi thanh gá phụ thuộc vào kích cỡ của máy CNC.

3.1.5. Khung máy

Khung máy là cơ sở để nhà sản xuất lắp đặt tất cả thiết bị và các bộ phận như bàn máy, trục chính, xe dao,…  từ đó tạo thành một chiếc máy CNC 3 trục hoàn chỉnh. Khung máy phải chịu rất nhiều tải trọng tĩnh và động. Do đó thiết kế khung máy phải thỏa mãn các yêu cầu như sau để đảm bảo độ chính xác khi gia công: độ cứng cao và vững vàng; khả năng chống và hấp thụ các rung động. Chất liệu chế tạo khung máy CNC 3 trục chủ yếu là gang đúc, thiết kế có hình khối rỗng, nhiều gân chịu lực và kết cấu vững chắc.

3.1.6. Vít me và đai ốc

Vít me bi và đai ốc có một đường được lấp đầy bởi những viên bi thép. Khi trục vít xoay, những viên bi cuộn tròn trong mối ren của trục vít và đai ốc nhằm giảm ma sát của chúng. Các viên bi cuối cùng sẻ rơi ra ngoài nên đai ốc được thiết kế một đường ống dẫn về để vét những viên bi khỏi rãnh của trục vít. Từ đó đưa chúng trở lại phần đầu của đường bi ở phía cuối của đai ốc.

3.1.7. Dao cắt

Dao cắt là dụng cụ gia công không thể thiếu trên các loại máy CNC. Để quá trình gia công diễn ra thuận lợi, các nhà sản xuất cần sử dụng dao cắt chất lượng cao. Điều này sẽ giảm lực cắt, giảm rung và làm tăng tuổi thọ cũng như độ chính xác cho các chi tiết gia công. Cuối cùng sẽ nâng cao hiệu quả kinh tế của cả quá trình chế tạo sản phẩm.

3.1.8. Giá đỡ dao

Giá đỡ dao của máy CNC 3 trục bao gồm nhiều loại khác nhau và được tiêu chuẩn hóa (tiêu chuẩn thông dụng là DIN của Đức). Giá đỡ dao sẽ có thiết kế  phần côn để rút vào lỗ của trục chính. Có hai loại giá phổ biến là loại có gờ kiểu CV và gờ kiểu BT.

Đầu dưới của giá đỡ dao có một lỗ côn dùng để lắp san-ga (collet chuck) là bạc côn xẻ rãnh. Bộ phận này dùng lực ma sát để kẹp chặt chuôi dao khi vặn đai ốc hãm bóp chặt san-ga. Còn đầu trên có một lỗ ren, có chức năng lắp núm giữ chặt chuôi kẹp dao vào trong lỗ trục chính. 

3.2. Phần điều khiển

3.2.1. Các loại động cơ

Động cơ bước

Động cơ bước có chức năng cung cấp điều khiển số không phản hồi về vị trí của bàn máy trong quá trình gia công trên máy CNC 3 trục. Bộ điều khiển nhận tín hiệu về chiều quay và tín hiệu xung điện để điều khiển góc quay của động cơ. 

Ứng với mỗi tín hiệu xung điện, bộ điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu cường độ hoặc hiệu điện thế làm cho động cơ quay một góc nhất định. Sau đó trục vít me đai ốc bi sẽ biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của các trục.

Động cơ bước được chia làm 3 loại cơ bản sau: động cơ bước từ trở thay đổi (Variable Reluctance), động cơ bước nam châm vĩnh cửu (Permanent-magnet) và động cơ bước kết hợp (hybrid stepper motor).

Động cơ servo

Khác với động cơ bước, động cơ servo có mạch điều khiển kín (close loop control). Vì thế trong động cơ servo cần có hệ thống phản hồi để nhận biết các thông tin về vị trí và tốc độ mà người vận hành mong muốn.

Ưu điểm của động servo so với động cơ bước có thể kể đến lá:

• Mô men trên trục đều hơn
• Tốc độ cao hơn
• Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều hơn
• Có nhiều kích cỡ hơn
• Làm việc êm hơn
• Độ chính xác cao hơn

Encoder

Encoder là cảm biến dùng để xác định góc quay tín hiệu đầu ra là tín hiệu số. Theo cách nhận tín hiệu, encoder được phân loại như sau: quang học (optical), điện dung (capacitive), từ (magnetic) và bán dẫn. Còn theo nguyên lý xác định vị trí thì encoder sẽ có 2 loại: encoder tuyệt đối và encoder gia số.

3.2.2. Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển của máy CNC 3 trục bao gồm mạch điều khiển tốc độ (velocity loop) ở trong hệ thống động cơ truyền động và mạch điều khiển vị trí (position loop control) ở bên ngoài hệ thống động cơ truyền động. 

Hệ thống điều khiển CNC có thể là dạng hở (open loop) hoặc dạng kín (closed loop). Cả hai có sự khác nhau cơ bản ở chỗ  hệ thống điều khiển kín có phản hồi nhằm đảm bảo độ chính xác yêu cầu. 

Hệ điều khiển hở (Open Loop System) 

Hệ thống điều khiển hở không có mạch phản hồi, bộ điều khiển sẽ xem như sự di chuyển bàn máy là đúng như mong muốn. Hệ điều khiển hở rất nhạy cảm với sự thay đổi của tải trọng. Khi cắt với lực cắt lớn có thể xảy ra các sai số về vị trí và tốc độ. Tuy nhiên ưu điểm của hệ điều khiển hở là đơn giản và có giá thành hợp lý. Do vậy, chỉ nên dùng hệ điều khiển hở trong di chuyển Điểm-> Điểm (PTP) hoặc trong các máy công suất cắt nhỏ.

Hệ điều khiển kín (Closed Loop System)

Mạch phản hồi của hệ điều khiển kín được sử dụng để theo dõi đáp ứng thực của đại lượng điều khiển. Từ đó đưa ra tín hiệu sửa đổi khi có sự sai lệch giữa các giá trị mong muốn và giá trị thực. Hệ thống phản hồi có thể là hệ tương tự (analog) hoặc hệ số (digital).

4 – Vật liệu sử dụng CNC 3 trục

Máy CNC 3 trục có thể xử lý nhiều loại vật liệu từ nhôm đến các siêu hợp kim như Inconel. Mỗi vật liệu đều có những đặc điểm riêng và yêu cầu dụng cụ, tốc độ gia công khác nhau.

Nhôm

Nhôm là một vật liệu rất mềm, có nhiệt độ nóng chảy thấp nên rất dễ bám vào dụng cụ cắt. Vì thế để cải thiện khả năng gia công, người ta thường chọn những dòng nhôm có nhiệt độ nóng chảy cao thay vì nhôm thông thường. Nhôm được ứng dụng đa dạng trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ bởi có nhiều loại với những đặc tính phù hợp riêng.

Thép carbon

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng gia công tổng thể của vật liệu thép carbon. Những yếu tố này có thể bao gồm: quá trình làm nguội, thành phần hóa học và cấu trúc vi mô. Thép carbon bền bỉ, dẻo dai, độ chịu lực cao nên được ứng dụng gia công CNC 3 trục cho nhiều ngành công nghiệp.

Titan

Titan là kim loại đắt tiền khi gia công CNC do có độ dẫn nhiệt thấp và độ bền cao nên rất khó gia công. Đặc tính của Titan còn nằm ở khả năng chống hóa chất nên rất phù hợp để sản xuất trong môi trường khắc nghiệt. Vì vậy Titan được ứng dụng rộng rãi trong y tế, hàng không vũ trụ và ô tô cao cấp..

Đồng

Đồng là một vật liệu nổi tiếng là khó gia công do tính dễ uốn và thường có xu hướng quấn quanh các dụng cụ. Nó được sử dụng chủ yếu cho các bộ phận điện và bộ phận trao đổi nhiệt yêu cầu hệ số dẫn nhiệt và truyền nhiệt cao. 

Nhựa

Nhựa có hàng ngàn dạng khác nhau từ nhựa nhiệt rắn đến nhựa nhiệt dẻo thông thường. Ngoài ra còn có một loạt các đặc tính cơ học và độ cứng khác nhau. Chỉ những bộ phận làm bằng nhựa cứng mới có thể được giữ hình dạng, trong khi nhựa mềm hơn có xu hướng biến dạng qua dụng cụ cắt và dẫn đến các bộ phận không có kích thước đúng theo thông số kỹ thuật. Nhiệt có xu hướng tích tụ ở lưỡi cắt, do nhựa là chất cách điện nên nếu không cẩn thận, nhựa sẽ bị chảy. Người ta thường ứng dụng gia công CNC 3 trục vật liệu nhựa cho các linh kiện điện lạnh, điện tử, đồ chơi, đồ thể thao,…

Gỗ

Gỗ là vật liệu có cấu trúc dạng sợi và xốp được tìm thấy trong thân và rễ cây. Gỗ đã được dùng để làm nhiên liệu, vật liệu xây dựng, công cụ, vũ khí, đồ nội thất và giấy từ xưa đến nay. Trong gia công CNC, gỗ thường được ứng dụng để tạo ra các món đồ nội thất và trang trí. Đôi khi chúng cũng dùng cho các ứng dụng kết cấu khác.

5 – Ứng dụng của CNC 3 trục

Gia công CNC 3 trục được ứng trong rất nhiều ngành công nghiệp khác nhau chẳng hạn như ngành hàng không vũ trụ, ô tô, y tế và sản xuất. Sau đây là một số ứng dụng phổ biến của phương pháp gia công CNC này:

Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ

Gia công CNC 3 trục được sử dụng để thiết kế và sản xuất các bộ phận của máy bay như điều hòa không khí, van gas và các thành phần quan trọng khác.

Ngành công nghiệp ô tô

Người ta áp dụng gia công CNC 3 trục để sản xuất nhiều loại phụ tùng cho ô tô và các loại xe khác. Một số bộ phận có thể được gia công bằng máy CNC ba trục bao gồm khối động cơ, rôto phanh và vỏ hộp số.

Lĩnh vực y tế

Trong ngành y tế, gia công CNC 3 trục thường được sử dụng để tạo ra các thiết bị y tế và cấy ghép. Một số thiết bị y tế phổ biến nhất được tạo ra bằng phương pháp này bao gồm máy điều hòa nhịp tim, chân tay giả và thiết bị thay khớp. Các nhà sản xuất thiết bị y tế có thể tạo ra các hình dạng và thành phần phức tạp, chính xác và bền bỉ thông qua phương pháp gia công này.

Các lĩnh vực khác

Bên cạnh đó, gia công CNC 3 trục còn được ứng dụng trong vô số các ngành công nghiệp và lĩnh vực khác với hàng ngàn sản phẩm, thiết bị như:

• Công nghiệp nặng (thiết bị khai thác mỏ, điện, dầu khí, đóng tàu…)
• Công nghiệp nhẹ (thực phẩm, đóng giày, dệt may…).
• Công nghiệp quốc phòng (dây chuyền sản xuất thuốc nổ, vũ khí,…).
• Công nghệ thông tin (dây chuyền lắp ráp máy tính, sản xuất thiết bị điện tử viễn thông,…).
• Các thiết bị dùng trong giáo dục và đào tạo.
• Khuôn mẫu dùng để tạo ra các vật phẩm trong cuộc sống hàng ngày.
• Các đồ gá phục vụ sản xuất chíp điện tử,…

6 – Lựa chọn CNC 3 trục

Do nhu cầu của mỗi khách hàng là khác nhau nên việc chọn sử dụng máy CNC 3 trục cũng cần dựa trên nhiều tiêu chí đáng cân nhắc. Để lựa chọn được máy CNC 3 trục phù hợp, bạn nên xem xét qua các tiêu chí như: kích thước, chất lượng, thông số, thương hiệu, tính năng và cả chế độ hậu mãi của đơn vị cung cấp sản phẩm. Từ đó bạn sẽ sở hữu được thiết bị ưng ý mang đến hiệu suất hoạt động đúng như mong muốn với chi phí hợp lý hơn.

Kích thước máy

Như đã đề cập ở trên, máy CNC 3 trục có nhiều loại, mỗi loại là một hình dáng khác nhau nên sẽ có kích thước khác nhau. Chính vì thế, bạn hãy xem xét không gian đặt máy có phù hợp với dòng máy mà bạn muốn mua hay không. Từ đó, đưa ra quyết định chọn hay thay thế bằng dòng máy khác phù hợp hơn về kích thước.

Chất lượng máy

Chất lượng máy là điều mà bất kỳ ai khi mua hàng cũng phải quan tâm. “Máy có cấu tạo chắc chắn hay không, có bị trầy xước hay có dấu hiệu bể vỡ hay không?” là những câu hỏi mà bạn nên đặt ra khi có nghi ngờ về chất lượng của máy.

Thông số máy

Tiếp đến là các thông số của máy CNC 3 trục. Bạn hãy xem qua bảng thông số của máy như tốc độ trục xoay, công suất hoạt động, vật liệu gia công phù hợp,… để xem chiếc máy này có thực sự phù hợp với yêu cầu của bạn không.

Thương hiệu máy

Máy gia công CNC 3 trục thường có giá rất đắt, có thể gọi là một khoản đầu tư nên nếu bạn đã quyết định mua thì hãy mua sản phẩm chính hãng có thương hiệu rõ ràng. Những chiếc máy đến từ thương hiệu uy tín sẽ được đảm bảo hơn về chất lượng cũng như dịch vụ chăm sóc, bảo hành.

Tính năng máy

Máy có những tính năng gì mới và thông minh hay không? Phần mềm cài đặt có dễ sử dụng hay không? Tùy vào các tính năng tiên tiến hay cơ bản thì giá thành của máy CNC 3 trục sẽ có sự chênh lệch. 

Dịch vụ hậu mãi

Hãy lựa chọn những đơn vị bán hàng có hỗ trợ giao hàng tận nơi đến cơ sở sản xuất của bạn. Kèm theo đó là các chính sách về sửa chữa và chế độ bảo hành rõ ràng để đảm bảo khoản đầu tư này xứng đáng.

7 – Tổng kết

Sử dụng máy CNC 3 trục trong gia công có thể giúp bạn tiết kiệm lượng lớn thời gian và nâng cao hiệu suất sản xuất. Phương pháp này giúp bạn tạo ra đa dạng các sản phẩm gia công với kích thước và hình dáng chính xác nhất theo bản vẽ. Bên cạnh đó, độ bền bỉ của máy cũng là một trong những yếu tố giúp CNC 3 trục được gọi là một khoản đầu tư hiệu quả. 

Đến đây, chắc hẳn bạn cũng đã biết được giải pháp CNC mang đến nhiều lợi ích trong sản xuất như thế nào. Điều còn lại chính là tìm cho mình một đơn vị cung cấp giải pháp gia công thật uy tín và chất lượng. Vậy tại sao bạn không thử tìm hiểu về giải pháp CNC của Mastercam – một trong những ông lớn của ngành gia công chế tạo hiện nay? Hiện 3D Smart Solutions đang là đối tác Mastercam, có trách nhiệm giới thiệu và phân phối các giải pháp CNC đến với các doanh nghiệp, nhà xưởng nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động với chi phí tối ưu nhất. Nếu bạn đang cần một giải pháp gia công hiệu quả thì hãy liên hệ ngay với 3D Smart Solutions để được tư vấn nhanh và chi tiết nhất!