Với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, gia công cơ khí truyền thống đã không thể đáp ứng được nhu cầu phát triển của ngành gia công cơ khí hiện đại. Để nâng cao trình độ gia công các sản phẩm cơ khí, công nghệ gia công điều khiển số điện tử đã được đưa vào gia công cơ khí.
CNC là một loại công nghệ gia công cơ khí dựa trên công nghệ gia công truyền thống. Sử dụng công nghệ điều khiển số và kết hợp giữa mạng máy tính và công nghệ truyền dữ liệu. CNC chủ yếu sử dụng thông tin kỹ thuật số để điều khiển gia công.
Lưu ý rằng có sự khác biệt giữa định nghĩa gia công CNC và định nghĩa máy CNC. Gia công CNC là 1 quá trình, còn máy CNC là 1 thiết bị. Máy CNC là một máy lập trình có khả năng tự thực hiện các hoạt động của gia công CNC. Quy trình gia công CNC phù hợp với nhiều loại vật liệu, bao gồm:
Gia công CNC không chỉ giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật mà còn thúc đẩy sự phát triển của tự động hóa. Từ đó thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Công nghệ CNC cũng đơn giản hóa các bước gia công, giúp quá trình gia công được chuẩn hóa và có trật tự hơn.
Việc sử dụng công nghệ điều khiển số có thể cải thiện:
Gia công CNC là một quy trình sản xuất phù hợp với nhiều ngành công nghiệp, bao gồm:
Có thể sản xuất nhiều loại sản phẩm, chẳng hạn như khung ô tô, thiết bị phẫu thuật, động cơ máy bay, bánh răng, sản phẩm gỗ,…
Quy trình này bao gồm một số hoạt động gia công khác nhau do máy tính điều khiển. Bao gồm các quy trình cơ học, hóa học, điện và nhiệt. Quá trình này cắt gọt phôi để tạo thành sản phẩm được thiết kế riêng. Thông thường, mọi người thường chú ý tới quá trình cơ học:
Gia công khoan là một quá trình gia công sử dụng các mũi khoan đa điểm để tạo ra các lỗ hình trụ trên phôi. Trong khoan CNC, thông thường máy CNC đưa mũi khoan quay vuông góc với mặt phẳng của bề mặt phôi. Tạo ra các lỗ được căn chỉnh theo chiều dọc có đường kính bằng đường kính của mũi khoan.
Phay là một quá trình gia công sử dụng các công cụ cắt đa điểm quay để cắt gọt phôi. Trong phay CNC, máy CNC thường đưa phôi vào dụng cụ cắt theo cùng hướng với chiều quay của dụng cụ cắt. Trong khi phay thủ công, máy sẽ cấp phôi theo hướng ngược lại với chiều quay của dụng cụ cắt.
Phay CNC bao gồm:
Tiện là một quá trình gia công sử dụng các công cụ cắt một điểm để loại bỏ vật liệu khỏi phôi đang quay. Trong tiện CNC, máy – thường là máy tiện CNC – đưa dụng cụ cắt theo chuyển động thẳng dọc theo bề mặt của phôi đang quay. Cắt gọt để loại bỏ vật liệu xung quanh chu vi cho đến khi đạt được đường kính mong muốn.
Tiện CNC thường để sản xuất các bộ phận hình trụ với các vị trí cắt gọt cả bên ngoài và bên trong phôi. (slots, tapers, and threads). Khả năng hoạt động của quá trình tiện bao gồm doa, tiện, tạo rãnh và cắt ren.
Máy gia công CNC là phôi quay, còn dao đứng yên. Còn máy tiện, phay thông thường thì dao cắt sẽ di chuyển. Các công cụ cắt di chuyển sẽ phù hợp để gia công các bộ phận phức tạp. Còn CNC phù hợp nhất để gia công các chi tiết tròn với độ chính xác cao và nhanh hơn.
Bảng 1 – Đặc điểm của các hoạt động gia công CNC phổ biến
| Hoạt động gia công | Đặc trưng |
| Khoan | Sử dụng các mũi khoan đa điểm xoay Mũi khoan được ăn vuông góc hoặc góc cạnh với phôi Tạo lỗ hình trụ trên phôi |
| Phay | Sử dụng các công cụ cắt đa điểm xoay Phôi được nạp cùng chiều với chuyển động quay của dụng cụ cắt Loại bỏ vật liệu khỏi phôi Tạo ra nhiều hình dạng hơn |
| Quay | Sử dụng các công cụ cắt một điểm Xoay phôi Dụng cụ cắt được ăn dọc theo bề mặt của phôi Loại bỏ vật liệu khỏi phôi Sản xuất các bộ phận hình tròn hoặc hình trụ |
Quá trình gia công CNC sử dụng các ứng dụng phần mềm để đảm bảo tính tối ưu, độ chính xác của bộ phận hoặc sản phẩm được thiết kế riêng. Các ứng dụng phần mềm được sử dụng bao gồm:
CAD là phần mềm thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính. Là các chương trình được sử dụng để soạn thảo, mô phỏng gia công bề mặt và chi tiết 2D hoặc 3D. Nó cũng bao gồm tài liệu kỹ thuật và thông số kỹ thuật liên quan. Các thiết kế và mô hình được tạo ra trong chương trình CAD thường được chương trình CAM sử dụng. Để tạo chương trình là các bước gia công máy cần thiết để sản xuất chi tiết thông qua phương pháp gia công CNC.
Phần mềm CAD cũng có thể được sử dụng để xác định các thuộc tính của bộ phận tối ưu, đánh giá và xác minh các thiết kế bộ phận. Mô phỏng sản phẩm mà không có nguyên mẫu và cung cấp dữ liệu thiết kế cho các nhà sản xuất.
Phần mềm sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM) là các chương trình được sử dụng để trích xuất thông tin kỹ thuật từ mô hình CAD. Từ đó tạo ra chương trình máy cần thiết để chạy máy CNC. Điều khiển thao tác trên công cụ để gia công hoàn thiện sản phẩm được thiết kế riêng.
Phần mềm CAM cho phép máy CNC chạy mà không cần sự hỗ trợ của người vận hành và có thể giúp tự động hóa việc đánh giá thành phẩm.
Phần mềm kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE) là các chương trình được các kỹ sư sử dụng trong giai đoạn tiền xử lý, phân tích và hậu xử lý của quá trình gia công. Phần mềm CAE được sử dụng làm công cụ hỗ trợ trong các ứng dụng phân tích kỹ thuật, chẳng hạn như:
Để giúp đánh giá và sửa đổi thiết kế sản phẩm. Các loại phần mềm CAE có sẵn bao gồm phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA), động lực học chất lỏng tính toán (CFD) và phần mềm Multibody Dynamics (MDB).
Một số ứng dụng phần mềm đã kết hợp tất cả các khía cạnh của CAD, CAM và CAE. Chương trình tích hợp này, thường được gọi là phần mềm CAD / CAM / CAE, cho phép một chương trình phần mềm duy nhất quản lý toàn bộ quá trình chế tạo từ thiết kế, phân tích đến sản xuất.
Yêu cầu về gia công cơ khí chính xác ngày càng cao với bề mặt sản phẩm được chú trọng. Công nghệ cắt có lớp phủ sử dụng dao carbide, với lớp phủ cacbua mỏng.
Lớp Cacbua titanium (dày khoảng 2-15 micromet) có khả năng thay đổi đặc tính của dụng cụ cắt. Khi gia công xong, trên bề mặt sản phẩm được phủ 1 lớp này.
Lớp phủ này sẽ có khả năng nâng tính chống mòn, giảm lực cắt và nhiệt cắt trên lưỡi cắt. Như vậy, khi sử dụng công nghệ cắt có lớp phủ thì nó sẽ giúp tăng tuổi thọ cũng như tăng độ bảo vệ cho sản phẩm một cách tốt nhất.
Là một trong những công nghệ gia công cơ khí mới nhất. Thường sử dụng để gia công các nguyên liệu cứng và giòn. Mang lại năng suất cao hơn hẳn so với các công nghệ gia công cơ khí khác.
Phương pháp này có sự kế thừa những tinh hoa của công nghệ gia công truyền thống. Đồng thời phát huy thêm những tính chất hiện đại để tạo nên sự kết hợp hoàn hào giữa 3 phương pháp là mài, nghiền và siêu âm.
Ứng dụng: gia công cơ khí chính xác với máy gia công CNC. (Lưỡi cắt chuyển động).
Được nghiên cứu phát triển từ những năm đầu của thế kỷ XX, công nghệ gia công cao tốc tới nay vẫn là một phương pháp gia công hiện đại nhất. So với các phương pháp cắt gọt truyền thống thì gia công cao tốc giúp nâng cao năng suất, độ chính xác và chất lượng chi tiết gia công. Hiện nay, các máy gia công cao tốc (HSM-High Speed Machining) đều là các máy CNC.
Chúng ta nên tích cực sử dụng các cơ hội phát triển của các công nghệ phục vụ tốt hơn cho sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo máy và phấn đấu bắt kịp trình độ công nghệ của các nước phát triển trong thời gian sớm nhất.
