CNC là gì? Tìm hiểu khái niệm, các loại và nguyên lý hoạt động của gia công CNC

Công nghệ CNC đã giúp rút ngắn thời gian sản xuất, tăng số lượng sản phẩm, đảm bảo độ chính xác cao và tiết kiệm chi phí. Vậy thì CNC là gì? Có những loại nào và cách thức hoạt động ra sao? Hãy cùng Mytour khám phá thêm về công nghệ đặc biệt này nhé!

I. CNC là gì?

1. CNC là gì?

CNC (Computer Numerical Control) là một phương pháp gia công cơ khí, trong đó máy tính được lập trình để điều khiển toàn bộ hoạt động của các công cụ như khoan, phay, tiện, v.v. Gia công CNC được sử dụng để cắt, tạo hình và sản xuất các sản phẩm với nhiều hình dạng khác nhau. 

Theo thời gian, gia công CNC đã tích hợp thêm các yếu tố như bản vẽ kỹ thuật, toán học và các kỹ thuật lập trình để chế tạo ra nhiều bộ phận từ kim loại và nhựa. Công nghệ CNC có thể được áp dụng để sản xuất những phần thiết yếu cho ô tô hoặc máy bay.

2. Lịch sử phát triển của CNC

Máy CNC đầu tiên được phát minh vào năm 1949 bởi James Parsons, được coi là nhà tiên phong trong ngành gia công CNC. Ông đã lưu trữ dữ liệu vào băng đục lỗ, dẫn đến việc sản xuất hàng loạt các lưỡi máy bay và vỏ máy bay. Đây cũng là nguyên lý cốt lõi của gia công CNC. 

Trước khi CNC phát triển, một số loại máy móc đã có khả năng tự động sản xuất. Quy trình này được gọi là điều khiển số (NC).

Khi Chiến tranh Lạnh diễn ra căng thẳng, nhu cầu chế tạo máy móc và vũ khí tăng cao. Vì vậy, vào năm 1952, Richard Kegg đã hợp tác với MIT để phát triển máy phay CNC đầu tiên, được biết đến với tên gọi Cincinnati Milacron Hydrotel

CNC đã trở nên phổ biến trên toàn cầu từ năm 1967 đến 1972 nhờ sự phát triển mạnh mẽ của CAD (thiết kế hỗ trợ bằng máy tính) và CAM (gia công hỗ trợ bằng máy tính). Tuy nhiên, CAD và CAM không được xem là một phần của quy trình gia công CNC cho đến năm 1989, khi chúng mới đạt tiêu chuẩn công nghiệp và trở thành một giai đoạn trong quy trình gia công CNC. 

3. Một số khái niệm cơ bản khác về CNC

3.1 Điều khiển số (Numeric Control)

NC là viết tắt của điều khiển số. Các máy công cụ sử dụng dữ liệu số để hoạt động thay vì vận hành bằng tay. Một số ví dụ điển hình cho loại máy này bao gồm: máy phay, máy hàn, máy cắt tia nước và máy ép thủy lực. 

3.2 Máy CNC để bàn (Desktop CNC Machine)

Phiên bản này có thiết kế nhỏ gọn, được phát triển để sử dụng trên các vật liệu mềm như sáp, bọt và nhựa. Tuy nhiên, sản phẩm tạo ra sẽ nhỏ hơn, chủ yếu phục vụ cho các lĩnh vực như nha khoa, kim hoàn hoặc trong giáo dục.

3.3 CAM

CAM là công nghệ gia công được hỗ trợ bởi máy tính, sử dụng phần mềm và thiết bị do máy tính điều khiển để tự động hóa quy trình sản xuất.

Để hệ thống CAM hoạt động hiệu quả, cần tuân thủ ba điều kiện sau:

• Máy cần phải được lập trình phần mềm để xác định hướng di chuyển;
• Máy phải có khả năng sản xuất sản phẩm hoàn chỉnh;
• Bạn cần chuyển đổi các hướng mong muốn của máy thành ngôn ngữ mà máy có thể hiểu.

3.4 Mã NC | G-Code

Đây là ngôn ngữ lập trình đặc thù dành cho máy CNC. Các kỹ thuật viên CNC sử dụng ngôn ngữ này để điều khiển hướng di chuyển của máy, tốc độ, độ sâu cắt, và nhiều thông số khác.

Bộ xử lý cuối (Post – processor)

Đây là phần mềm được xem như một cầu nối, chuyển đổi các đường dao được lập trình trong hệ thống CAM thành mã code trong chương trình NC, cho phép máy CNC di chuyển công cụ cắt theo những đường đã được thiết lập một cách an toàn và hiệu quả.

4. Các loại vật liệu gia công CNC

Việc lựa chọn loại vật liệu gia công phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ bền, độ cứng, khả năng chống ăn mòn, giá cả, trọng lượng và tính thẩm mỹ. Trong số hàng trăm kim loại và hợp kim có trên thị trường, dưới đây là những loại vật liệu thường được sử dụng trong gia công:

• Sắt
• Đồng
• Nhôm
• Thép
• Inox
• Gang

5. Những thương hiệu CNC nổi tiếng trên toàn cầu

• Mỹ: Lincoln Electric, Hurco, Haas Automation, Powermatic
• Nhật Bản: Okuma, Moriseiki, Mazak, Shoda, Amada
• Đức: Maschinenfabrik Berthold Hermle AG
• Hàn Quốc: Dossan
• Đài Loan: CNC EXTRON, LEADERWAY, AGMA, TAKANG, ARISTECH

II. Phân loại máy CNC

1. Phân loại theo loại máy

Các loại máy bao gồm: máy khoan CNC, máy phay CNC, máy tiện CNC,… Ngoài ra, các trung tâm gia công CNC có khả năng thực hiện gia công trên nhiều bề mặt và kết hợp nhiều loại công cụ khác nhau.

2. Phân loại theo hệ thống điều khiển

• Hệ thống điều khiển điểm đến điểm: máy khoan, máy khoét, máy hàn điểm, máy đột, máy dập,…
• Hệ thống điều khiển đoạn thẳng: máy có khả năng di chuyển theo các trục
• Hệ thống điều khiển đường: máy 2D, máy 3D, điều khiển 2D1/2, 4D, 5D

III. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy CNC

1. Cấu trúc

Cơ bản, máy CNC sở hữu các bộ phận khá tương đồng với máy cơ truyền thống: 

• Khung máy
• Trục chính
• Bàn cắt
• Hệ thống tự động thay đổi dao
• Hệ thống điều khiển
• Nguồn điện cung cấp

Tuy nhiên, máy CNC được trang bị thêm hệ thống điều khiển được xử lý bởi máy tính. Bên cạnh đó, bàn phím cũng được tích hợp để nhập liệu, điều khiển quá trình gia công và giám sát hoạt động của máy. Điều này giúp máy CNC thực hiện công việc một cách chính xác hơn nhiều so với các loại máy truyền thống.

2. Cách thức hoạt động

Nguyên lý hoạt động của máy CNC dựa trên việc lập trình trước quá trình gia công theo yêu cầu. Hệ thống máy tính sẽ điều khiển và hướng dẫn máy CNC về cách di chuyển, tốc độ tiến dao và tốc độ trục chính thông qua việc đọc G-code. Vật liệu được cố định ở đầu trục chính, và dao cắt trong trục chính sẽ cắt qua vật liệu để tạo ra hình dạng đã được định sẵn. Phần vật liệu bị cắt bỏ được gọi là phoi “chip” và sẽ được mang đi tái chế.

IV. Ưu và nhược điểm của công nghệ CNC

1. Ưu điểm

Gia công CNC có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp sản xuất truyền thống, bao gồm: giảm chi phí nhờ vào việc giảm bớt lao động thủ công, giảm đáng kể tỷ lệ sai sót, và sản phẩm được sản xuất với độ đồng đều cao.

Ngoài ra, hệ thống máy tính của CNC có khả năng được lập trình lại một cách linh hoạt, cho phép tạo ra sản phẩm mới hoàn toàn hoặc điều chỉnh những lỗi đã xảy ra.

2. Nhược điểm

Các doanh nghiệp cần đầu tư một khoản đáng kể để sở hữu công nghệ CNC (bao gồm cả máy và phần mềm CNC), và có thể phải vay vốn để thực hiện. Tuy nhiên, chi phí này sẽ được bù đắp nhờ vào lợi nhuận mà công nghệ CNC mang lại.

Công nghệ CNC dựa vào giả định rằng máy móc hoạt động chính xác. Điều này dẫn đến một số người sử dụng có thể xem nhẹ khả năng xảy ra lỗi, tạo điều kiện cho các lỗi này phát sinh. Tuy nhiên, nếu được đào tạo kỹ lưỡng về chuyên môn và có tinh thần trách nhiệm, những sai sót này hoàn toàn có thể được giảm thiểu.

V. Ứng dụng của công nghệ CNC

Với những ưu điểm vượt trội như tính nhất quán, độ chính xác cao và hiệu quả, gia công CNC đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàng không vũ trụ, nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, in ấn, sản xuất, quân sự và giao thông vận tải,…

VI. Sự khác biệt giữa CNC, in 3D và ép phun

CNC, in 3D và ép phun đều là những phương pháp sản xuất được ưa chuộng hiện nay, nhưng chúng là ba công nghệ khác biệt. CNC là công nghệ gia công trừ, nghĩa là cắt ra từ một tấm kim loại ban đầu. Ngược lại, in 3D là công nghệ gia công cộng, tạo ra sản phẩm bằng cách xếp chồng các lớp vật liệu. Cuối cùng, công nghệ ép phun sử dụng nhựa nóng chảy, nhựa nhiệt dẻo, bột kim loại và cao su từ thùng nung để chuyển sang khuôn đúc, sau đó được điều áp để tạo hình dạng theo khuôn.