Máy CNC

Máy CNC là gì? CNC tiếng anh Computerized Numerical Control technology điều kiển số với sự tích hợp của máy tính. Điều khiển số (numerical control) NC là phương pháp điều khiển hoạt động của máy công cụ một cách chính xác. Dựa vào một chuỗi các mã lệnh bao gồm các ký tự số, chữ cái và các ký hiệu mà bộ điều khiển máy (machine control unit – MCU ) có thể hiểu được.

Các mã lệnh điều khiển này được chuyển đổi thành các xung điện điều khiển các motor. Và hướng dẫn bộ điều khiển thực hiện quá trình gia công các chi tiết một cách tự động. Các ký tự số, chữ cái và các ký hiệu mã hoá liên quan đến vị trí, khoảng cách, các chuyển động của bàn máy. Và dụng cụ cắt cũng như các chức năng khác mà máy có thể hiểu được.

Các linh kiện điện tử riêng lẻ có những nhiệm vụ nhất định. Liên hệ giữa chúng được thông qua các mối giây nối hàn cứng trên các mạch logic điều khiển. Sau khi kỹ thuật vi xử lý phát triển mạnh mẽ người ta đã ghép nối các vi xử lý và các hệ điều khiển NC. Và máy công cụ điều khiển số lúc này trở thành máy CNC.

Thông tin nạp vào máy từ các băng đục lỗ đã chuyển sang tất cả các dạng như: Các dạng mà chúng ta có thể nhập vào máy tính cá nhân hiện nay. Ngược lại, cũng có thể xuất thông tin ra màn hình màu hoặc trắng đen có trên máy cũng như xuất ra các thiết bị giống các thiết bị nhập.

Phân loại máy công cụ CNC.

Xem thêm: Cách đo thước kẹp

Có nhiều tiêu chí để phân loại máy CNC công nghiệp:

• Phân loại theo phương pháp truyền động điện, thuỷ lực, khí nén.
• Phân loại theo phương pháp điều khiển: điều khiển điểm, điều khiển đoạn, điều khiển đường.
• Phân loại theo phương pháp thay dao: bằng tay hay tự động theo kiểu đầu rơvônve, trống mang dao hoặc băng tải dao.
• Phân loại theo kích cỡ phôi có thể gia công được.
• Phân loại theo kích thước và trọng lượng máy.
• Phân loại theo số trục có thể điều khiển đồng thời.
• Phân loại theo hệ điều hành: Fanuc, Siemens, Heidenhain, Fagor, EMCO…
• Phân loại theo chức năng: cụ thể gồm:

Máy khoan CNC:

• Máy khoan 2 trục: 2 trục X và Y được điều khiển bằng lập trình. Nó có thể định vị chính xác vị trí của các lỗ cần khoan trên mặt phẳng. Chiều sâu của lỗ được điều khiển bằng cam hoặc bằng tay.
• Máy khoan 3 trục: chiều sâu Z cũng được lập trình.
• Máy khoan 4 trục: đầu trục chính có thể xoay được để khoan các lỗ nghiêng.

Máy tiện CNC

Máy tiện CNC có chức năng gia công giống như máy tiện truyền thống nhưng được điều khiển bằng máy tính và thường có hai trục trở lên. Tối thiểu phải có hai trục được điều khiển đồng thời giống như máy tiện truyền thống:

Đó là chuyển động của bàn xe dao dọc theo trục Z và ngang theo trục X để gia công các biên dạng tròn xoay bất kỳ. Cũng như khoan, khoét các lỗ có tâm trùng với tâm của trục chính.

Xem thêm máy tiện CNC Haas ST-10

Máy phay CNC.

Có nhiều máy phay điều khiển số CNC khác nhau. Nếu dựa vào vị trí của các trục chính mang đầu dao ta có máy phay đứng hoặc máy phay ngang giống như máy phay truyền thống.

Số trục có thể điều khiển đồng thời thường là 3 trục trở lên (điều khiển chuyển động của phôi hay dụng cụ cắt tịnh tiến theo 3 phương X, Y, Z trong không gian). Chức năng gia công CNC của nó bao gồm phay mặt phẳng, phay đường biên, phay mặt cong, khoan, khoét, doa lỗ v tarơ ren.

Xem thêm máy phay CNC Haas VF-4SE

Máy cắt dây CNC

Máy cắt dây CNC là một dạng máy NC điều khiển tự động có sự trợ giúp của máy tính. Trong đó các bộ phận được lập trình tự động hoạt động theo các sự kiện tiếp nối nhau. Với tốc độ được xác định trước để có thể tạo ra được sản phẩm với hình dạng và kích thước theo yêu cầu.

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

Cấu tạo máy cnc

Xem thêm: Máy xọc răng

Cơ chế điều khiển bàn máy CNC bao gồm một động cơ servo và cơ cấu truyền động. Các lệnh điều khiển làm cho động cơ servo quay, vòng quay của động cơ servo truyền đến vít me thông qua khớp nối, vít me quay thì đai ốc chuyển động thẳng, và cuối cùng là bàn máy với phôi di chuyển theo.

Cụm trục chính bao gồm động cơ trục chính (thường dùng động cơ không đồng bộ) và đầu cắt. Vòng quay của động cơ trục chính được truyền tới đầu cắt. Thông qua bộ truyền đai để thay đổi tốc độ và momen xoắn của đầu cắt.

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 là thiết bị tạo ra tốc độ và mômen 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. Và do đó động cơ không đồng bộ thường được sử dụng.

Động cơ servo di chuyển bàn máy cần đặc điểm như mô-men xoắn cao. Khả năng tăng tốc tức thời và phản ứng nhanh ở tốc độ thấp và có thể điều khiển đồng thời vận tốc và vị trí.

Các loại động cơ servo thường dùng trong máy CNC

Động cơ DC servo

Bộ điều khiển động cơ servo DC có thể được thiết kế dễ dàng. Bằng cách sử dụng một mạch đơn giản vì mô men xoắn tỷ lệ thuận với dòng điện. Dải vận tốc của động cơ servo DC rất rộng và giá thành thấp. Tuy nhiên khi tăng công suất động cơ thì nhiệt độ của cũng tăng.

Ma sát giữa roto với chổi than dẫn đến mòn chổi than. Và gây tiếng ồn nên động cơ DC servo cần phải được bảo trì chổi than định kì.

Động cơ AC servo đồng bộ

Động cơ servo AC loại đồng bộ được gọi là “động cơ servo không chổi than”. Cấu trúc động cơ cho phép làm mát lõi stato trực tiếp từ bên ngoài. Nên có thể chống lại sự gia tăng nhiệt độ trong động cơ.

Động cơ servo AC đồng bộ không có giới hạn vận tốc cực đại do không có tia lửa nên có thể đạt được mo-men xoắn cao ở phạm vi tốc độ cao. Ngoài ra, nó cũng không có chổi than nên có thể được vận hành trong một thời gian dài mà không cần bảo trì.

Động cơ AC servo không đồng bộ

Động cơ servo AC không đồng bộ có cấu trúc đơn giản và không cần cảm biến sai lệch của vị trí tương đối giữa rotor và stato. Tuy nhiên nó không thể dừng tức thời, không giống như động cơ servo AC.

Encoder

Encoder là gì? Thiết bị phát hiện vị trí hiện tại của trục động cơ cho điều khiển vị trí được gọi là bộ mã hóa và được gắn vào cuối của trục động cơ.

Để điều khiển vận tốc, vận tốc cần được đo bởi một cảm biến hoặc được tính bằng số xung tạo ra trong một đơn vị thời gian.

Hệ dẫn hướng cho các trục

Vít me bi được sử dụng để di chuyển bàn máy do chúng có ma sát thấp và độ rơ rất nhỏ. Nên hiệu suất truyền động cao và đạt được độ chính xác vị trí cao.

Dẫn hướng được dùng là thanh trượt hay còn gọi là ray trượt tuyến tính (LM). Là được sử dụng để tăng độ chính xác và độ mượt của chuyển động tuyến tính.

Khớp nối mềm

Khi trục vít me bi và động cơ servo được nối với nhau cần đảm bảo tâm trục của chúng phải trùng nhau.
Tuy nhiên, trong thực tế, điều này là rất khó khăn. Do đó khớp nối mềm được sử dụng để bù trừ độ sai lệch giữa đường tâm của trục vít me bi và trục động cơ. Vho phép hệ thống vận hành trơn tru, nhẹ nhàng.

Hệ điều khiển máy cnc

Vị trí và vận tốc được dò từ 1 cảm biến được phản hồi về 1 mạch điện điều khiển. Động cơ servo sử dụng trong máy CNC điều khiển liên tục để cực tiểu hóa sai số vận tốc và sai số vị trí. Hệ thống điều khiển phản hồi bao gồm 3 vòng điều khiển độc lập cho mỗi trục của máy công cụ. Vòng điều khiển phía ngoài cùng là vòng điều khiển vị trí, vòng điều khiển ở giữa là điều khiển tốc độ, vòng điều khiển trong cùng là vòng điều khiển hiện hành.

Nói chung, vòng điều khiển vị trí được đặt trong NC và các vòng điều khiển khác thì đặc trong thiết bị điều khiển động cơ servo. Tuy nhiên, không có tiêu chuẩn tuyệt đối về vị trí các vòng điều khiển và các vị trí có thể khác nhau dựa trên ý định của người thiết kế.

Trong hệ thống trục quay của máy công cụ, điều khiển phản hồi của tốc độ được áp dụng để duy trì tốc độ quay ổn định.

Bộ dò được gắn trên trục của động cơ servo hoặc phần chuyển động và hệ thống điều khiển được phân thành 4 loại theo vị trí mà bộ dò được gắn.

Điều khiển bán kín (nửa kín)

Vòng điều khiển nửa kín là cơ cấu điều khiển phổ biến và có cấu trúc như trong hình dưới. Trong loại này, vị trí bộ dò được gắn trên trục của động cơ servo và dò theo góc quay. Độ chính xác vị trí của trục bị ảnh hưởng lớn đến sự chính xác của trục ví me bi. Vì lý do này, các vít me bi với độ chính xác cao được phát triển và được sử dụng rộng rãi.

Dựa vào độ chính xác của vít me bi, vấn đề với độ chính xác được khắc phục thông qua thực tiển sản xuất.

Nếu cần thiết, bù về sai số ăn khớp và bù về sai số khe hở có  thể được sử dụng trong NC để mà tăng độ chính xác vị trí.

Phương pháp bù sai số ăn khớp hiệu chỉnh hệ thống điều khiển động cơ servo để mà loại bỏ sự tích lũy về sai số vị trí.

Phương pháp bù khe hở, bất cứ khi nào hướng di chuyển bị thay đổi. Các xung thêm vào tương ứng lượng khe hở được gởi tới hệ thống điều khiển động cơ servo.

Điều khiển kín

Việc thực thi vòng nửa kín phụ thuộc vào độ chính xác của vít me bi. Và có thể tăng độ chính xác vị trí thông qua bù ăn khớp và bù khe hở. Tuy nhiên, nói chung, lượng khe hở có thể bị thay đổi theo khối lượng của phôi, vị trí và sai số ăn khớp tích lũy của vít me bi thay đổi theo nhiệt độ. Ngoài ra, bởi vì chiều dài của vít me bị giới hạn cho nhiều lý do thực tế. 1 cái giá và 1 hệ thống điều khiển bánh răng được sử dụng máy công cụ dạng lớn.

Tuy nhiên, độ chính xác của giá thì bị giới hạn. Trong trường hợp này, vòng điều khiển kín được chỉ ra trong hình dưới thì được áp dụng. Trong vòng điều khiển kín, vị trí máy dò được gắn trên bàn máy và sai số vị trí thật sự được phản hồi về hệ thống điều khiển. Vòng điều khiển kín và nửa kín thì giống nhau ngoại trừ vị trí của đầu dò, và độ chính xác vị trí của vòng kín thì rất cao. Tuy nhiên, tần số cộng hưởng của thân máy, sự tiến gián đoạn, sự mất chuyển động có ảnh hưởng đến đặc tính động cơ servo. Bởi vì thân máy bao gồm vòng điều khiển vị trí.

Sự khác biệt giữa vị trí điều khiển và vị trí dò tìm

Sự khác biệt giữa vị trí điều khiển và vị trí dò tìm xuất hiện và động cơ servo quay với vận tốc tương ứng để giảm sai số xuống. Việc giảm tốc độ liên quan đến độ lợi của vòng điều khiển vị trí. Độ lợi là yếu tố quan trọng để xác định đặc tính của hệ thống động cơ servo. Nói chung, khi độ lợi tăng, tốc độ đáp ứng và độ chính xác động tăng.

Tuy nhiên, độ lợi cao làm cho hệ thống servo mất ổn định. Trong vòng điều khiển kín, nếu tần số cộng hưởng của hệ thống điều khiển máy không đủ lớn hơn độ lợi. Hệ thống vòng điều khiển trở nên mất ổn định. Vì vậy, cần thiết để tăng tần số cộng hưởng của hệ thống điều khiển máy. Và vì điều này, cần thiết để tăng độ cứng vững của máy, giảm hệ số ma sát bề mặt, và loại bỏ nguyên nhân làm mất chuyển động.

Vòng điều khiển lai hay con gọi là vòng điều khiển hỗn hợp

Trong vòng điều khiển kín, cần thiết để giảm độ lợi xuống thấp. Khi gặp khó khăn để tăng độ cứng vững cân xứng đến trọng lượng của đối tượng chuyển động. Hoặc giảm sự mất chuyển động trong trường hợp máy nặng. Nếu độ lợi quá thấp, mặc dù sự thực thi trở nên kém đi đặc biệt đối với thời gian đạt vị trí và độ chính xác. Trong trường hợp này, vòng điều khiển hổn hợp được chỉ ra trong hình dưới được sử dụng.

Trong điều khiển hổn hợp, có hai loại vòng điều khiển: vòng điều khiển nửa kín và vòng điều khiển kín. Điều khiển nửa kín khi vị trí được dò từ trục của động cơ, và điều khiển vòng kín, dựa trên tỉ lệ tuyến tính. Trong vòng điều khiển nửa kín, có thể điều khiển độ lợi cao. Bởi vì máy không bao gồm trong hệ thống điều khiển.

Vòng điều khiển kín tăng độ chính xác bởi sự bù sai số mà vòng điều khiển nửa kín không điều khiển. Bởi vì vòng điều khiển kín được sử dụng cho bù sai số vị trí. Nó thích ứng tốt trong trường hợp độ lợi thấp. Bởi sự kết hợp vòng điều khiển kín và điều khiển nửa kín. Có thể đạt được độ chính xác cao với độ lợi cao trong trường hợp điều kiện máy kém.

Vòng điều khiển hở

Bộ điều khiển vòng hở có thể được áp dụng trong trường hợp độ chính xác của điều khiển không cao. Và sử dụng với động cơ bước được sử dụng. Vì vòng lặp mở không cần thiết bị dò và mạch phản hồi, cấu trúc rất đơn giản. Ngoài ra, độ chính xác của máy CNC bị ảnh hưởng. Bởi độ chính xác của động cơ bước, vít me bi và hệ thống truyền dẫn.

Ưu nhược điểm của máy CNC

Ưu điểm:

Đặc tính và ưu điểm chung của máy CNC có thể chia làm 4 nội dung chính sau:

• Chính xác: các máy CNC hiện đại có thể đạt độ chính xác trong phạm vi dung sai 0,002-0,005 mm.
• Tin cậy: do bộ điều khiển (vi xử lý) cũng như các cải tiến ở độ cứng vững, sống trượt vít me bi, bàn máy cũng như dụng cụ cắt gọt đã làm cho máy có độ tin cậy hoạt động rất cao.
• Có khả năng lập lại cao: các chi tiết chế tạo trong hàng loạt rất giống nhau nhờ khả năng lập lại của máy tính. Cộng với độ tin cậy của máy.
• Năng suất cao: nhà chế tạo đã giảm đến mức tối đa hành trình chạy không của máy. Làm tăng tốc độ chạy dao nhanh, cắt gọt tự động liên tục với tốc độ cắt cao. Giảm số lần gá đặt và giảm số công nhân vân hành máy. Đã làm cho năng suất của máy CNC khá cao. Đây là một trong những yếu tố góp phần hoàn vốn đầu tư nhanh. Khi trang bị các máy công cụ CNC đắt tiền.

Cụ thể hơn ưu điểm của máy công cụ CNC có thể tóm tắt ở 13 điểm chính sau:

1. Độ chính xác cao, sản phẩm chất lượng đồng nhất
2. Thực hiện được các thủ tục (nguyên công) gia công các chi tiết có hình dáng phức tạp mà các máy truyền thống không thể gia công được.
3. Năng suất gia công tăng
4. Giảm được thời gian chuẩn bị sản xuất, thời gian phụ
5. Hạn chế được phế phẩm
6. Hạn chế được lỗi của con người: do không cần phải cắt thử, đo thử, định vị trí dao…
7. An toàn cho người vận hành: nguyên tắc an toàn của máy CNC tránh cho người vận hành đụng vào các bộ phận chuyển động cũng như dụng cụ cắt.
8. Hiệu quả và tiện lợi khi vận hành máy: khi máy bắt đầu làm việc nó không cần nhiều đến sự giám sát của con người khi vận hành so với máy truyền thống.
9. Hạ được giá thành dụng cụ cắt : máy CNC sử dụng các dụng cụ cắt và các thiết bị cặp dao tiêu chuẩn và đơn giản, chúng không cần dùng các dao định hình phức tạp.
10. Máy làm việc an toàn, ít lỗi do ít có sự can thiệp của người vận hành khi nó hoạt động
11. Ít cần phải kiểm tra sản phẩm trong loạt
12. Hiệu sduất sử dụng máy cao: thời gian gá lắp ít, không cần phải điều chỉnh máy, cắt gọt liên tục đã làm cho hiệu suất sử dụng của máy có thể lên đến 50%
13. Không chiếm nhiều không gian trong xưởng: do giảm được chỗ lưu trữ phụ tùng và đồ gá.
14. Chương trình gia công có thể lưu trữ, chỉnh sửa và gọi ra bất cứ lúc nào nhờ sử dụng máy tính, không cần dùng nhiều giấy tờ.

Nhược điểm của máy CNC

• Giá thành đắt, chi phí đầu tư ban đầu cao
• Công nhân vận hành phải được đào tạo: Mặc dù nói rằng độ chính xác của chi tiết gia công không phụ thuộc vào tay nghề của người vận hành. Vì người vận hành không can thiệp trực tiếp bằng tay vài quá trình gia công. Tuy nghiên, để lập trình và vận hành máy. Người vận hành phải được đào tạo kỹ lưỡng về CNC và kỹ thuật gia công trên máy CNC.
• Phải tốn chi phí cho việc lập trình và các công việc thực hiện trên máy tính
• Chi phí bảo dưỡng cao.

Những tính năng trong hệ điều khiển của máy CNC hiện đại ngày nay

• Có màn hình (màu hoặc trắng đen)
• Có thể lập trình theo kích thước hệ met hoặc inch
• Trao đổi dữ liệu theo tiêu chuẩn EIA hoặc ACII
• Có thể nhập dữ liệu bằng tay (manual data input)
• Soạn thảo được chương trình gia công
• Nội suy
• Định vị dụng cụ cắt theo hệ thống điểm hoặc đường liên tục
• Hiệu chỉnh (bù trừ) bán kính lưỡi cắt của dao, hiệu chỉnh chiều dài dao
• Lưu trữ nhiều chương trình gia công cùng lúc
• Có nhiều chương trình gia công (hay chu trình gia công được nhà sản xuất lập trình sẵn)
• Có chứa nhiều macro và chương trình con
• Đảo chiều các trục
• Chẩn đoán và bảo lỗi hư hỏng, giúp đỡ vận hành (help and diagnostics)
• Quản trị dữ liệu Nhiều khái niệm mới ở đây sẽ được làm rõ ở những chương sau.

Có nên mua máy CNC cũ hay không?

Đa phần mọi người tìm kiếm từ khóa trên google như bán máy CNC, bán máy cnc đã qua sử dụng, máy cnc cũ các loại nhập khẩu, bán máy cnc cũ, máy cnc cũ các loại nhập khẩu hay mua máy cnc cũ chúng đều ra hết. Và dễ ràng tìm được máy ưng ý. 

Tuy nhiên chúng ta cũng phải cần chú ý khi mua. Khi nói về CNC thì có quá nhiều máy. Mỗi máy có một đặc điểm khác nhau nên  khó nói. Vì vậy các bạn nên mua thanh lý máy cnc cũ của các xưởng, công ty khác khi mà họ muốn lên đời máy mới. Tất nhiên chúng ta cũng nên tìm hiểu rõ rằng  về công ty đó