Thuật Ngữ Gia Công CNC Và Các Khái Niệm

Trước khi ra đời điều khiển số bằng máy tính (CNC), quá trình sản xuất bao gồm sức lao động vất vả của con người; Thời gian sản xuất kéo dài không cần thiết, lãng phí vật liệu và đầy lỗi. Ngày nay, công nghệ đã cải tiến rất nhiều quy trình sản xuất.

Sự ra đời của các công nghệ gia công CNC mang lại độ tin cậy cao, làm cho các quá trình lặp đi lặp lại trở nên tự động hơn. Nhưng, gia công CNC là gì? Những sản phẩm nào có thể được làm từ công nghệ CNC? Gia công CNC hoạt động như thế nào và vật liệu nào có thể được sử dụng trong quy trình sản xuất có sử dụng máy CNC?

Bài viết này đi sâu vào gia công CNC là gì và các khái niệm cơ bản liên quan đến quy trình này. Chúng ta sẽ thảo luận về những lợi thế của sản xuất CNC; So với sản xuất truyền thống và những đóng góp của CNC đối với sản xuất hiện đại.

Có thể bạn quan tâm Thuật ngữ in 3d Thuật ngữ quét 3d Thuật ngữ đo lường 3d Thiết kế kiểu dáng công nghiệp là gì?

Chúng ta cũng sẽ xem xét phần mềm CNC. Cuối cùng, chúng tôi nêu bật yêu cầu của những cá nhân muốn đào tạo; Để trở thành chuyên viên vận hành và lập trình viên CNC; Và thảo luận về các xu hướng trong tương lai của thế giới gia công CNC.

GIA CÔNG CNC LÀ GÌ?

CNC viết tắt là viết tắt của Computer Numerical Control. Gia công CNC là một phương pháp sản xuất trừ, là việc tạo ra các thiết kế có hình dạng tùy chỉnh từ phôi; Thông qua các điều khiển máy tính. Bằng cách cắt vật liệu từng lát nhỏ ra khỏi một phần ban đầu thay vì thêm vật liệu để tạo ra sản phẩm.

Gia công CNC có thể được mô tả như một quá trình sản xuất được thực hiện bởi robot. Quá trình này có thể giúp tăng năng suất vì máy CNC có thể chạy tự động mà không cần người vận hành có mặt liên tục.

LỊCH SỬ CỦA GIA CÔNG CNC

Tiền thân của CNC là điều khiển số (NC), một quy trình được Hiệp hội Kỹ sư Sản xuất mô tả  là “đánh dấu sự khởi đầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai và sự ra đời của thời đại mà việc kiểm soát máy móc và quy trình công nghiệp sẽ không còn chính xác thảo cho khoa học chính xác.

Gia công CNC bắt đầu như một công nghệ dựa trên băng đục lỗ vào những năm 1940 và 1950  trước khi nhanh chóng phát triển thành công nghệ tương tự và kỹ thuật số vào những năm 1960.

John T. Parsons  được coi là cha đẻ của ngành gia công CNC. Ông đã phát triển điều khiển số, đây là nguyên tắc mà gia công CNC được xây dựng. Nhưng ngay cả trước Parsons, kỹ thuật gia công đã được phát minh vào năm 1751. Sau đó, vào năm 1952, Richard Kegg, phối hợp với Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), đã phát triển máy phay CNC đầu tiên.

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ GIA CÔNG CNC

Để hiểu cách thức hoạt động của CNC, chúng ta cần hiểu một số khái niệm cơ bản.

Numeric Control (Điều khiển số)

Điều này biểu thị sự điều khiển tự động của máy công cụ. Các máy công cụ này bao gồm từ máy phay đến máy hàn, máy mài, máy cắt tia nước và máy ép thủy lực.

Desktop CNC Machine (máy cnc để bàn)

Đây là những phiên bản tối giản của CNC và được điều chỉnh tốt hơn để làm việc trên các vật liệu mềm hơn như sáp, bọt và nhựa. Loại hình gia công này sử dụng các phiên bản máy CNC nhỏ hơn để tạo ra các sản phẩm nhỏ hơn. Chủ yếu phục vụ cho lĩnh vực nha khoà, kim hoàn hoặc dạy học.

CAM

Là gia công hoặc sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính, sử dụng phần mềm để tạo mã để chạy máy CNC. Để làm việc với hệ thống CAM, bạn cần ba điều sau:

1. Đầu tiên là phần mềm hướng dẫn máy về các hướng nó phải di chuyển.
2. Bạn cũng cần máy có khả năng thực hiện các hướng dẫn.
3. Cuối cùng, bạn cần có khả năng xử lý hậu kỳ để biến hướng dẫn thành ngôn ngữ mà máy móc có thể hiểu được.

NC Code | G-Code

Đây là một ngôn ngữ máy tính cơ bản nhưng duy nhất được thiết kế cho máy CNC; Để nhanh chóng hiểu và thực thi mã NC (thường được gọi là mã G). Đây là ngôn ngữ mà lập trình viên sử dụng để cho máy biết cách sản xuất thứ gì đó.

Post-processor

Là phần mềm chuyển đổi các đường chạy dao được tạo trong hệ thống CAM thành các chương trình NC có thể được đọc bởi bộ điều khiển máy để di chuyển công cụ cắt theo các đường được lập trình một cách an toàn, nhất quán và có thể dự đoán được.

Các loại máy CNC

• Máy Phay (milling)
• Máy Tiện (lathe)
• Máy Mài (grinding)
• Máy Router: thường dùng cho ngành gỗ
• Máy cắt Plasma (plasma cutter)
• Máy cắt lazer (lazer cutter)
• Máy cắt tia nước (water cutter)
• Gia công tia lửa điện (EDM): Gồm máy xung định hình và máy cắt dây

Các hãng máy CNC nổi tiếng trên thế giới

• Nhật Bản: Okuma, Moriseiki, Mazak, Shoda, Amada …
• Mỹ: Hass, Hurco
• Hàn Quốc: Dossan
• Đức: DMG Mori
• Đài Loan: EXTRON, LEADERWAY, AGMA, TAKANG, ARISTECH
• Thụy Sỹ: Mikron Hem

CÁC THUẬT NGỮ GIA CÔNG CNC

Gia công 2D: Là gia công theo biên dạng trên một mặt phẳng, máy không tác động vào chiều cao Z của sản phẩm, chỉ có trục X,Y là di chuyển đồng thời để tạo ra các đường thẳng, đường nghiêng, cung tròn…

Gia công 2.5D: Là gia công các mặt phẳng và nghiêng, không gia công được mặt cong. Việc phân loại 2.5D này không hẳn là do máy không di chuyển được 3 trục đồng thời, mà chỉ là vấn đề về công nghệ khi lập trình ( chia ra để học dễ hơn mà không phải học lập trình 3D )

Gia công 3D: Là gia công hay dùng nhất, dùng để gia công khuôn, gia công chi tiết có độ lồi lõm, có mặt cong. Với gia công 3D thì bạn cũng có thể gia công được 2D và 2.5D

Gia công 4D (4 trục): Là gia công có trục xoay, gia công trụ tròn, và ở đây 4 trục phải đồng thời di chuyển. Còn nếu gắn thêm trục xoay (phân độ) thì gọi là gia công 3+1( gia công 4 trục không đồng thời)

Gia công 5D (5 trục): Là gia công có 5 trục di chuyển đồng thời,còn nếu gắn thêm cơ cấu để máy có thể cắt được ở chế độ 5 trục thì gọi là 3 + 2( gia công 5 trục không đồng thời). Gia công 5 trục đồng thời có 3 loại chính:

1. Head-Head (trục chính vừa nghiêng vừa xoay, bàn máy cố định)
2. Head-Table (trục chính nghiêng – bàn máy xoay)
3. Table-Table ( bàn máy vừa nghiêng vừa xoay, trục chính cố định)

Mill-Turn CNC (Trung tâm gia công CNC): Là máy có sự kết hợp giữa phay và tiện trên cùng 1 máy.

HSM-High Speed Machining (Gia công tốc độ cao): Là 1 phương pháp gia công hiện đại, là 1 sự kết hợp giữa tốc độ trục chính cao + bề rộng cắt nhỏ + lượng chạy dao, chiều sâu cắt lớn. Loại máy phay chuyên dùng cho phương pháp này gọi là máy phay tốc độ cao (HSC: High Speed Counter) có tốc độ trục chính S lên tới 42.000 v/ph ( hoặc cao hơn) và tốc độ cắt F lên tới 40.000 mm/ph (hoặc cao hơn).

Hệ điều hành (hệ điều khiển): Mỗi loại máy CNC sẽ có 1 hệ điều hành riêng, các hệ điều hành được sử dụng trên máy CNC bao gồm: Fanuc, Haidenhain, Siemens, Fagor, Mazatrol…trong đó hệ điều hành Fanuc được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới.

VMC (Vertical Machining Center): Trung tâm gia công đứng – là máy có trục chính hướng thẳng đứng (vuông góc) so với bàn máy

HMC ( Horizontal Machining Center):Trung tâm gia công ngang– là máy có trục chính nằm ngang ( song song) so với bàn máy.

CNC programmer: Người lập trình máy CNC; CNC operator: Người đứng máy-vận hành máy CNC. Tùy vào mô hình hoạt động của công ty mà 2 vị trí trên có thể tách ra riêng biệt hoặc gộp chung lại làm 1. Thông thường, những công ty gia công hàng loạt và gia công khuôn sẽ tách riêng 2 vị trí đó ra, còn gia công hàng đơn chiếc thì người lập trình cũng là người vận hành máy.

GD&T (Geometric Dimensioning & Tolerancing): là tất cả các kích thước hình học và dung sai được thể hiện trên bản vẽ.

Chuẩn lập trình-chuẩn gia công: Bất kì 1 chi tiết nào đặt lên máy CNC đều phải xác định được vị trí tương qua giữa chi tiết đó với dụng cụ cắt của máy CNC, thao tác này được gọi là “xét chuẩn”.

Dầu tưới nguội- dầu làm mát: có tác dụng làm mát, bôi trơn, tẩy rửa… trong quá trình gia công, có 2 loại dầu tưới nguội phổ biến là loại pha nước và loại không pha nước.

Fixture (đồ gá): dùng để xác định vị trí của phôi so với dụng cụ cắt và giữ chặt phôi ở vị trí dưới tác dụng của lực cắt trong khi gia công.

CNC Mill (3 axis, 4 axis, 5 axis): Gia công phay 3 trục đồng thời hoặc 4,5 trục đồng thời.

Workpiece: Là vật chưa thành phẩm hay vật cần gia công. Trong gia công CNC workpiece là phôi gia công hoặc chi tiết gia công.

Machine Simulation: Là chế độ mô phỏng thực tế chạy máy CNC trên phần mềm CNC (ví dụ: Mastercam). Trong giao diện mô phỏng bao gồm một chiếc máy CNC với tất cả các yếu tố như đồ gá, phôi, dao cụ … Cả hệ thống mô phỏng chuyển động cắt CNC giống y thực tế.

Multiaxis: Là những đường chạy dao nâng cao dành cho máy phay nhiều trục đồng thời (4 trục, 5 trục).

Setup Sheet: Là phiếu công nghệ hay còn gọi là phiếu gia công để gia công 1 chi tiết nào đó. Phiếu này sẽ do người lập trình viên CNC tạo và chuyển cho các chuyên viên vận hành máy CNC; để họ khai báo các thông số trên máy CNC theo phiếu gia công này. Các thông tin thường có trên phiếu gia công gồm:

• Tên chương trình gia công
• Tên các nguyên công
• Chế độ cắt của từng nguyên công
• Thông số các loại dao sẽ dùng
• Thời gian gia công CNC

Tool manager: Là bảng quản lý dao, tức là tất cả các loại dao sẽ dùng để gia công 1 chi tiết hay sản phẩm nào đó.

Toolpaths: Là tập hợp các đường chạy dao 2D, 3D, multiaxis được tích hợp trên phần mềm gia công.

Test Cut: Cũng là chạy gia công 1 sản phẩm thực tế trên máy CNC sau khi đã lập trình trên phần mềm máy tính. Nhưng thường dùng để kiểm tra chế độ cắt cho một loại phôi mới, dao cụ mới hoặc chế độ cắt mới mà hãng phần mềm CNC vừa ra mắt.

GIA CÔNG CNC HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?

Máy CNC được điều khiển bằng máy vi tính. Nó đọc G-code hướng dẫn máy cách di chuyển, tốc độ tiến dao và tốc độ trục chính để sử dụng. Từ G-code máy cũng xác định được dụng cụ cắt cho trục chính, chế độ tưới nguội v.v. Dao cắt mà máy có trong trục chính sẽ cắt qua vật liệu (kim loại hoặc phi kim loại) và tạo ra hình dạng dự định. Vật liệu đã được loại bỏ được gọi là phoi "chip" và nó thường sẽ được tái chế.

MÁY CNC CÓ THỂ LÀM GÌ?

Máy CNC có thể sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau từ nhiều loại vật liệu. Bao gồm kim loại, nhựa, xốp và gỗ. Miễn là vật liệu có thể cắt gọt, thì có thể được sử dụng để sản xuất sản phẩm trên máy CNC. Máy tiện kim loại CNC có thể được sử dụng để gia công thanh tròn, ống tròn, ren. Máy phay CNC có thể được sử dụng để gia công các bề mặt, rãnh then và các hình dạng bất thường khác. Máy khoan CNC có thể khoan lỗ.

CNC SOFTWARE

Phần mềm CNC là các gói ứng dụng viết G-Code mà máy CNC có thể đọc được. Phần mềm này còn có tên là phần mềm CAM (Computer-Aided Manufacturing). Phần mềm này chịu trách nhiệm điều khiển số của máy CNC. Nó giúp tạo ra các thiết kế mà chương trình máy tính trên máy CNC có thể diễn giải.

Các loại phần mềm CNC khác nhau có những cách sử dụng cụ thể:

Computer-aided Design (CAD): Được sử dụng để tạo các thiết kế 2D và 3D và tài liệu kỹ thuật.

Computer-Aided Manufacturing (CAM): Cho phép người dùng thiết lập công việc trong các nguyên công để phục vụ cho nhiều tác vụ như quy trình làm việc, đường dẫn dao và mô phỏng cắt.

Computer-Aided Engineering (CAE): Là các chương trình được sử dụng trong suốt quá trình phát triển trong giai đoạn tiền xử lý, phân tích và phát hiện và mô phỏng.

Các phần mềm CAM phổ biến được dùng để gia công CNC

• Mastercam
• Creo
• Solidcam
• Powermill
• Hypermill
• NX
• Cimatron
• Gibbscam
• Catia
• Fusion 360 …

Các phần mềm mô phỏng máy CNC

• SSCNC, Cimco edit, Vericut, đây là 3 phần mềm được xây dựng riêng biệt giúp cho quá trình mô phỏng được tối ưu nhất, phát hiện được những lỗi và tránh được va chạm trong quá trình gia công. Trong đó, vericut được đánh giá là phần mềm mạnh mẽ hơn cả

ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA GIA CÔNG CNC LÀ GÌ?

Cũng giống như bất kỳ công nghệ nào khác, gia công CNC đi kèm với những ưu và nhược điểm riêng. Chúng tôi xem xét một số trong số chúng dưới đây.

Ưu điểm của gia công CNC

Gia công CNC có một lợi thế chi phí đáng kể so với sản xuất truyền thống ở chỗ nó giảm chi phí lao động. Nó làm giảm đáng kể biên độ sai sót trong sản xuất. Hơn nữa, nó làm cho việc sản xuất hàng loạt trở thành một nhiệm vụ dễ dàng hơn bao giờ hết do khả năng cung cấp đầu ra đồng đều một cách nhất quán.

CNC cũng cung cấp tính linh hoạt trong thiết kế cho phép phần mềm được lập trình lại nhanh chóng để tạo ra các sản phẩm hoàn toàn mới hoặc sửa chữa những sai sót.

Nhược điểm của gia công CNC

Một nhược điểm của gia công CNC là chi phí đầu tư ban đầu. Các công ty thậm chí có thể cần vay vốn để mua công nghệ CNC (bao gồm máy CNC và phần mềm CNC). Nhưng, nếu công ty có thể tăng lợi nhuận thông qua gia công CNC, khoản đầu tư đó có thể được thu hồi nhanh chóng.

Gia công CNC dựa trên giả định về tính không sai của máy tính. Điều này có nghĩa là một số người sử dụng hệ thống gia công CNC có thể bỏ qua khả năng xảy ra lỗi, khiến các lỗi dễ xảy ra mà không được chú ý. Tuy nhiên, với sự đào tạo bài bản, điều này có thể được giảm thiểu.

Cuối cùng, bởi vì nó là một quá trình trừ (cắt gọt), gia công CNC tạo ra chất thải (phoi), có thể có một số tác động xấu đến môi trường. Tuy nhiên, các quy trình quản lý chất thải có thể được thực hiện để đảm bảo rằng chất thải được tạo ra từ quá trình sản xuất trên máy CNC có thể được tái chế. Dẫu sao nó vẫn đang lãng phí trung bình từ 70% của chi phí vật tư phôi.

GIA CÔNG CNC QUAN TRỌNG NHƯ THẾ NÀO TRONG SẢN XUẤT HIỆN ĐẠI?

Gia công CNC mở ra một hình thức sản xuất hiện đại mới thông qua việc cung cấp hiệu quả và độ chính xác cao hơn, do đó mang lại những cải tiến đáng kể so với các phương pháp sản xuất hiện đại thông thường. Điều này có nghĩa là các công ty sử dụng gia công CNC tiết kiệm được chi phí về nhân công và thời gian, tăng lợi nhuận về lâu dài.

CNC cũng đã làm cho các quá trình như chế tạo (hàn tấm kim loại, cắt, đục lỗ và cắt bằng ngọn lửa) an toàn hơn. Đây là một lựa chọn lý tưởng để chế tạo vì máy móc linh hoạt và có thể được lập trình lại.

CNC CÓ TỐT HƠN IN 3D KHÔNG?

In 3D và gia công CNC đều là phương pháp sản xuất. Sự khác biệt quan trọng giữa chúng là gia công CNC là một quá trình trừ, trong khi in 3D là một quá trình cộng. Điều này có nghĩa là cái trước tạo ra sản phẩm bằng cách cắt nhỏ vật liệu từ một mảnh ban đầu, trong khi cái sau tạo ra sản phẩm bằng cách thêm vật liệu.

Giữa hai phương pháp nào tốt hơn? Nó phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như vật liệu được sử dụng, độ phức tạp của các bộ phận, kỹ năng của nhân viên, những gì đang được tạo ra và các cân nhắc tài chính. Vì vậy, một phương pháp có thể là tuyệt vời cho một công việc cụ thể chứ không phải một phương pháp khác.

TRỞ THÀNH CHUYÊN VIÊN VẬN HÀNH MÁY CNC

Các thợ gia công CNC có triển vọng yêu cầu một số trình độ đào tạo và giáo dục để bước vào nghề.

Bạn cần những kỹ năng gì để trở thành một chuyên viên vận hành máy CNC?

Các chuyên viên vận hành máy CNC yêu cầu tối thiểu phải có bằng tốt nghiệp trung học hoặc cao đẳng trước khi họ có thể tiếp tục học các kỹ năng dành riêng cho lập trình CNC từ các trường kỹ thuật. Chuyên viên vận hành máy CNC, những người có chứng chỉ từ các tổ chức uy tín có lợi thế hơn những người không có chứng chỉ.

Tôi có thể được đào tạo để trở thành chuyên viên vận hành CNC ở đâu?

Những người viết các chương trình điều khiển máy CNC được gọi là Lập trình viên CNC. Và những người tham gia quá trình vận hành máy tại xưởng gia công được gọi là Người vận hành CNC.

Nếu bạn muốn trở thành một lập trình viên CNC, bạn thường sẽ dành nhiều thời gian như một sinh viên đại học chính thức. Trong khi đó, người vận hành CNC thường hoàn thành các khóa học ngắn hạn; Và tích lũy được hầu hết kinh nghiệm trong công việc thực tế. Có nhiều trường cung cấp chương trình đào tạo dành riêng cho CNC.

Trong số đó, có Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long và Cao Đẳng Cao Thắng là các tổ chức uy tín được biết đến như một trường đào tạo Vận hành CNC. Chương trình được thiết kế để giúp sinh viên có chứng chỉ quốc tế và làm việc trong lĩnh vực này trong thời gian ngắn.

GIA CÔNG CNC CÓ PHÙ HỢP VỚI DỰ ÁN CỦA TÔI KHÔNG?

Gia công CNC rất linh hoạt và ứng dụng của nó trải dài trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm hàng không vũ trụ, nông nghiệp, xây dựng, in ấn, sản xuất, quân sự và giao thông vận tải. Do đó, nếu dự án của bạn đòi hỏi tính nhất quán, độ chính xác và hiệu quả cao, thì CNC là lựa chọn tốt nhất của bạn.

TƯƠNG LAI CỦA GIA CÔNG CNC LÀ GÌ?

Khi các công nghệ như trí tuệ nhân tạo và học máy (machine learning) trở nên phổ biến hơn; Thì khả năng phổ biến của máy CNC cũng sẽ tăng lên. Mặc dù một số người có thể lo ngại rằng những cỗ máy tinh vi này sẽ lấy đi việc làm của con người, nhưng điều này thường không xảy ra khi công nghệ cải tiến, vì chúng tạo ra nhiều việc làm hơn trong các lĩnh vực mới.

Trong xu thế cách mạng công nghiệp lần thứ 4 (Industrial 4.0), sản xuất thông minh (Smart Manufacturing) chính là sự kết hợp giữa công nghệ thông tin và công nghệ sản xuất để tối ưu hóa các quy trình nhằm đáp ứng sự biến đổi năng động của thị trường. Trong đó, mọi thứ được kết nối thông qua các thiết bị như cảm biến hoặc RFID. Các sản phẩm, công đoạn sản xuất, máy móc nói chung và máy CNC, công cụ… được tổ chức và liên lạc với nhau. Để nâng cao sản lượng và hiệu quả của quá trình sản xuất trong một hay thậm chí nhiều nhà máy, nhiều công ty.