Hướng dẫn sử dụng: CNC là gì?

Điều khiển số bằng máy tính (CNC) là quá trình điều khiển tự động các công cụ gia công bằng phần mềm được nhúng trong máy vi tính gắn vào máy công cụ. G-code là ngôn ngữ lập trình được sử dụng rộng rãi nhất trong CNC.

Mục lục
Định nghĩa và khái niệm
Các thành phần
Tính năng
Ứng dụng
Xu hướng
Thuật ngữ

Định nghĩa và khái niệm

NC (Điều khiển số)

NC là một dạng công nghệ lập trình sử dụng tín hiệu kỹ thuật số để tự động điều khiển các đối tượng (như vị trí và chuyển động của máy công cụ). 

Công nghệ NC

Công nghệ NC là công nghệ điều khiển tự động sử dụng số, chữ cái và ký hiệu để lập trình các quy trình làm việc nhất định.

Hệ thống NC

Hệ thống NC là hệ thống tích hợp hữu cơ của các mô-đun phần mềm và phần cứng thực hiện các chức năng của công nghệ NC. Đây là phương tiện mang công nghệ NC.

Hệ thống CNC (Hệ thống điều khiển số bằng máy tính)

Hệ thống CNC (Computer Numerical Control) là hệ thống điều khiển số có lõi là máy tính.

Máy CNC

Máy CNC là máy sử dụng công nghệ điều khiển số bằng máy tính để điều khiển quá trình gia công, chẳng hạn như máy tiện, Router, máy mài, v.v. hoặc máy công cụ được trang bị hệ thống CNC.

NC 

Điều khiển số (NC) cho phép người vận hành giao tiếp với máy công cụ thông qua số và ký hiệu.

CNC 

CNC là viết tắt của Computer Numerical Control, đã mang lại những thay đổi to lớn cho ngành sản xuất. Các máy công cụ mới với CNC cho phép ngành công nghiệp sản xuất liên tục các bộ phận với độ chính xác mà trước đây chỉ có thể mơ ước. Các bộ phận có thể được sao chép giống hệt nhau với cùng một mức độ chính xác bất kỳ số lần nào nếu chương trình được viết đúng cách và máy tính được lập trình đúng. Các lệnh vận hành điều khiển máy công cụ được thực hiện tự động với tốc độ, độ chính xác, hiệu quả và khả năng lặp lại đáng kinh ngạc.

Gia công CNC là một quy trình sản xuất bằng máy tính. Máy được kết nối với máy tính, máy tính sẽ cho biết phải di chuyển đến đâu và với tốc độ nào. Đầu tiên, người vận hành cần sử dụng một chương trình phần mềm để vẽ hình dạng và tạo đường chạy dao mà máy sẽ đi theo.

Việc sử dụng ngày càng tăng trong công nghiệp đã tạo ra nhu cầu về nhân sự được đào tạo để chuẩn bị các chương trình hướng dẫn máy công cụ sản xuất các bộ phận có hình dạng và độ chính xác cần thiết. Các tác giả đã biên soạn hướng dẫn này với mục đích này, để giải mã bí ẩn của CNC bằng cách sử dụng trình tự logic và ngôn ngữ đơn giản mà mọi người đều có thể hiểu. Cách chuẩn bị chương trình được giải thích từng bước, với các ví dụ thực tế để hướng dẫn người dùng.

Các thành phần

Công nghệ CNC bao gồm ba yếu tố chính là khung máy, hệ thống và công nghệ ngoại vi.

Bộ khung máy bao gồm bệ máy, cột máy, thanh dẫn hướng, bàn làm việc và các bộ phận hỗ trợ khác như giá đỡ dụng cụ và khoang chứa dụng cụ.

Hệ thống điều khiển số bao gồm thiết bị vào/ra, thiết bị điều khiển số máy tính, điều khiển logic lập trình (PLC), thiết bị truyền động servo trục chính, thiết bị truyền động servo cấp liệu và thiết bị đo lường. Trong số đó, bộ điều khiển máy (MCU) là cốt lõi của hệ thống điều khiển số.

Công nghệ ngoại vi bao gồm công cụ (hệ thống công cụ), lập trình và công nghệ quản lý.

Tính năng

Độ chính xác cao

Máy CNC là sản phẩm cơ điện tử tích hợp cao, bao gồm máy móc chính xác và hệ thống điều khiển tự động. Chúng có độ chính xác định vị và định vị lặp lại cao. Hệ thống truyền động và cấu trúc cực kỳ cứng và ổn định để giảm sai số. Do đó, máy CNC có độ chính xác gia công cao hơn, đặc biệt là về tính nhất quán của các bộ phận được sản xuất trong cùng một lô. Do đó, chất lượng sản phẩm ổn định và tỷ lệ vượt qua cao, đây là một cải tiến đáng kể so với máy công cụ thông thường.

Hiệu quả cao

Máy CNC có thể cắt một lượng lớn vật liệu một cách nhất quán, giúp tiết kiệm thời gian gia công hiệu quả. Chúng cũng có chức năng thay đổi tốc độ tự động, thay đổi công cụ và một số chức năng vận hành tự động khác, giúp rút ngắn đáng kể thời gian phụ trợ. Khi đã hình thành quy trình gia công ổn định, không cần phải thực hiện kiểm tra hoặc đo lường giữa các quy trình. Do đó, năng suất gia công CNC gấp 3-4 lần so với máy công cụ thông thường, thậm chí đôi khi còn cao hơn.

Khả năng thích ứng cao

Máy CNC thực hiện gia công tự động theo chương trình chi tiết gia công. Khi đối tượng gia công thay đổi, chỉ cần chương trình thay đổi là không cần sử dụng thiết bị gia công chuyên dụng như máy chính, khuôn mẫu. Điều này giúp rút ngắn chu kỳ chuẩn bị sản xuất và thúc đẩy thay thế sản phẩm.

Khả năng gia công cao

Một số bộ phận cơ khí có đường cong phức tạp và bề mặt cong rất khó hoặc thậm chí không thể hoàn thành bằng các kỹ thuật thủ công thông thường, nhưng máy CNC có thể dễ dàng hoàn thành các nhiệm vụ như vậy bằng cách sử dụng liên kết đa trục tọa độ.

Giá trị kinh tế cao

Các trung tâm gia công CNC thường được sử dụng để sản xuất hàng loạt bằng máy đa năng. Phần lớn các bộ phận có thể được gia công bằng hệ thống kẹp đơn, do đó thay thế một số máy công cụ thông thường. Điều này làm giảm lỗi kẹp và tiết kiệm vận chuyển, đo lường và kẹp giữa các quy trình, đồng thời cũng giảm số lượng máy công cụ khác nhau và diện tích máy công cụ, tất cả đều mang lại lợi ích kinh tế.

Ứng dụng

Theo quan điểm ứng dụng công nghệ và thiết bị CNC trên toàn cầu, các lĩnh vực ứng dụng chính của nó như sau:

Ngành sản xuất

Ngành chế tạo máy là ngành đầu tiên sử dụng công nghệ CNC và chịu trách nhiệm cung cấp thiết bị tiên tiến cho nhiều ngành công nghiệp quốc gia. Nó chủ yếu được ứng dụng trong việc phát triển và sản xuất các trung tâm gia công đứng năm trục cho thiết bị quân sự hiện đại, các trung tâm gia công năm trục khác, phay cổng trục năm trục quy mô lớn và máy CNC cho các dây chuyền sản xuất động cơ, hộp số và trục khuỷu linh hoạt trong ngành công nghiệp ô tô. Công nghệ CNC cũng được sử dụng trong các trung tâm gia công tốc độ cao, robot hàn, lắp ráp, sơn, máy hàn laser tấm, máy cắt laser, các trung tâm gia công năm tọa độ tốc độ cao gia công các bộ phận cánh quạt, động cơ, máy phát điện và cánh tua bin trong các ngành công nghiệp hàng không, hàng hải và phát điện, các trung tâm gia công phức hợp tiện và phay hạng nặng, v.v.

Ngành công nghiệp thông tin

Trong ngành công nghiệp thông tin, từ máy tính đến mạng, truyền thông di động, đo từ xa, điều khiển từ xa và các thiết bị khác, cần phải áp dụng các thiết bị sản xuất dựa trên công nghệ siêu chính xác và công nghệ nano. Bao gồm máy liên kết dây để sản xuất chip và máy in thạch bản wafer, v.v. Việc điều khiển tất cả các máy này đều được thực hiện thông qua công nghệ CNC.

Ngành thiết bị y tế

Trong ngành vật tư y tế, một số thiết bị chẩn đoán và điều trị y tế hiện đại hiện nay sử dụng công nghệ NC, chẳng hạn như thiết bị chẩn đoán CT, máy điều trị toàn thân và robot phẫu thuật ít xâm lấn được hướng dẫn bằng hình ảnh. Nó cũng được sử dụng trong chỉnh nha và phục hồi răng.

Thiết bị quân sự

Một lượng lớn thiết bị quân sự hiện đại sử dụng công nghệ điều khiển chuyển động servo, bao gồm ngắm pháo tự động, theo dõi radar và theo dõi tên lửa tự động.

Các ngành khác

Trong ngành công nghiệp chiếu sáng, máy móc in ấn, dệt may, đóng gói và chế biến gỗ sử dụng điều khiển servo đa trục. Ngành công nghiệp vật liệu xây dựng sử dụng máy cắt tia nước CNC để gia công đá và máy khắc thủy tinh CNC để gia công thủy tinh. Nệm Simmons được sản xuất bằng máy may CNC và máy thêu CNC được sử dụng trong gia công quần áo. Trong ngành công nghiệp nghệ thuật, ngày càng có nhiều sản phẩm thủ công và tác phẩm nghệ thuật được sản xuất bằng máy hiệu suất cao CNC 5 trục máy móc.

Việc ứng dụng công nghệ NC không chỉ mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho các ngành sản xuất truyền thống, biến chúng thành biểu tượng của công nghiệp hóa mà còn với ứng dụng ngày càng mở rộng của nó, nó đã tác động rất lớn đến một số ngành công nghiệp quốc gia quan trọng. Điều này ảnh hưởng đến cả nền kinh tế và sinh kế của người dân (CNTT, ô tô, v.v.). Nó đóng vai trò ngày càng quan trọng trong các ngành công nghiệp khác vì số hóa thiết bị mà các ngành công nghiệp này yêu cầu đã trở thành xu hướng phát triển hiện đại chính. 

Xu hướng

Hiện nay, máy CNC đang có xu hướng phát triển như sau:

Tốc độ cao và độ chính xác cao

Tốc độ cao và độ chính xác là khát vọng muôn thuở của các nhà phát triển máy công cụ. Với những tiến bộ nhanh chóng gần đây trong khoa học và công nghệ, các bộ phận thay thế sản phẩm cơ điện đang cần nhanh chóng với số lượng lớn. Độ chính xác và chất lượng bề mặt của quá trình gia công các bộ phận cũng ngày càng cao hơn. Để đáp ứng nhu cầu của thị trường phức tạp và hay thay đổi này, các máy công cụ hiện tại đang tiến triển theo hướng cắt tốc độ cao, cắt khô và cắt bán khô, độ chính xác gia công không ngừng được cải thiện. Ngoài ra, việc sử dụng trục chính điện và động cơ tuyến tính, ổ bi gốm, làm mát bên trong rỗng dẫn lớn có độ chính xác cao, làm mát mạnh đai ốc bi, cặp vít me bi tốc độ cao nhiệt độ thấp, cặp dẫn hướng tuyến tính có lồng bi và các thành phần máy công cụ khác đã được giới thiệu rất thành công. Việc ra mắt máy công cụ cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các máy công cụ chính xác tốc độ cao. 

Máy CNC sử dụng trục chính điện, loại bỏ nhu cầu về các thành phần thủ công truyền thống như dây curoa, puli và bánh răng, do đó làm giảm đáng kể quán tính quay của bộ truyền động chính và cải thiện tốc độ phản ứng động và độ chính xác làm việc của trục chính. Do đó, các vấn đề về dây curoa và puli truyền thống khi trục chính chạy ở tốc độ cao, chẳng hạn như vấn đề rung động và tiếng ồn, sẽ được loại bỏ. Trục chính điện có thể đạt tốc độ hơn 10000 vòng/phút. Động cơ tuyến tính có tốc độ truyền động cao, đặc tính tăng tốc và giảm tốc tốt, phản ứng và độ chính xác theo dõi tuyệt vời. 

Việc sử dụng bộ truyền động servo động cơ tuyến tính loại bỏ liên kết truyền động trung gian vít me bi và khe hở truyền động (bao gồm cả khe hở), quán tính chuyển động nhỏ, độ cứng của hệ thống tốt và có thể định vị chính xác ở tốc độ cao, tất cả đều cải thiện đáng kể độ chính xác của servo. Do khoảng hở bằng không theo mọi hướng và ma sát lăn rất thấp, cặp dẫn hướng lăn tuyến tính chỉ tỏa nhiệt không đáng kể. Nó cũng sở hữu độ ổn định nhiệt cực kỳ tốt giúp cải thiện độ chính xác định vị và khả năng lặp lại của toàn bộ quá trình. Thông qua việc ứng dụng động cơ tuyến tính và cặp dẫn hướng lăn tuyến tính, tốc độ di chuyển nhanh của máy có thể tăng từ 10-20m/phút ban đầu lên 60-80m/phút, hoặc đôi khi thậm chí lên tới 120m/phút.

Độ tin cậy cao

Độ tin cậy là chỉ số chất lượng chính của máy CNC. Máy có thể duy trì hiệu suất cao, độ chính xác, hiệu quả và các lợi ích khác hay không phụ thuộc vào độ tin cậy của nó.

Thiết kế máy CNC với CAD và thiết kế kết cấu mô-đun

Với sự phổ biến và phát triển của các ứng dụng máy tính và công nghệ phần mềm, công nghệ CAD cũng đã trở nên phát triển rộng rãi. CAD thay thế công việc vẽ thủ công tẻ nhạt và quan trọng nhất là nó có thể thực hiện lựa chọn sơ đồ thiết kế và phân tích, tính toán và dự đoán đặc tính tĩnh và động. Nó cũng có thể tối ưu hóa thiết kế của toàn bộ máy móc quy mô lớn và tiến hành mô phỏng động của từng bộ phận làm việc. Dựa trên tính mô-đun, có thể nhìn thấy mô hình hình học 3D và màu sắc thực tế của sản phẩm trong suốt giai đoạn thiết kế. Việc sử dụng CAD cũng có thể cải thiện đáng kể hiệu quả công việc và tỷ lệ thành công thiết kế một lần, do đó rút ngắn chu kỳ sản xuất thử nghiệm, giảm chi phí thiết kế và cải thiện khả năng cạnh tranh trên thị trường. Hơn nữa, thiết kế mô-đun của các thành phần máy công cụ giúp giảm lao động lặp đi lặp lại và cũng có thể phản ứng nhanh với thị trường và rút ngắn chu kỳ phát triển và thiết kế sản phẩm.

Hợp chất chức năng

Mục đích của việc ghép chức năng là để cải thiện hơn nữa hiệu quả sản xuất máy công cụ và giảm thiểu thời gian phụ trợ không gia công. Thông qua việc ghép chức năng, phạm vi sử dụng của máy công cụ có thể được mở rộng, hiệu quả có thể được cải thiện và có thể hiện thực hóa một máy đa năng, đa chức năng. Máy CNC có thể thực hiện các chức năng tiện, mài và phay. Nhà máy máy công cụ Baoji đã phát triển thành công trung tâm ghép tiện và phay CNC CX25Y, có đồng thời trục X và Z và trục C và Y. Phay phẳng và gia công các lỗ và rãnh lệch có thể đạt được thông qua trục C và Y.

Máy cũng được trang bị giá đỡ dụng cụ mạnh mẽ và trục chính phụ. Trục chính phụ sử dụng cấu trúc trục chính điện tích hợp, đồng bộ tốc độ của trục chính và trục chính phụ có thể được thực hiện trực tiếp thông qua hệ thống điều khiển số. Ngoài ra, phôi máy công cụ có thể hoàn thành toàn bộ quá trình gia công trong một lần kẹp, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả.

Thông minh, kết nối mạng, linh hoạt và tích hợp

Thiết bị CNC có một trí thông minh nhất định. Trí thông minh này bao gồm tất cả các khía cạnh của hệ thống điều khiển số. Các tham số quy trình được tự động tạo ra để theo đuổi trí thông minh trong hiệu quả và chất lượng gia công, chẳng hạn như điều khiển thích ứng của quy trình gia công. Hiệu suất truyền động và các kết nối như điều khiển truyền trước, hoạt động tự thích ứng của các tham số động cơ, nhận dạng tải tự động, lựa chọn mô hình tự động và tự điều chỉnh cũng có thể được cải thiện. Có thể đạt được trí thông minh lập trình và vận hành đơn giản hóa, chẳng hạn như lập trình tự động thông minh và giao diện người-máy thông minh. Chẩn đoán thông minh, giám sát và các khía cạnh khác tạo điều kiện thuận lợi cho việc chẩn đoán và bảo trì hệ thống. 

Thiết bị điều khiển số mạng hiện đang là điểm nóng trong phát triển máy công cụ. Mạng lưới thiết bị CNC có thể đáp ứng nhu cầu tích hợp thông tin của dây chuyền sản xuất, hệ thống sản xuất và doanh nghiệp sản xuất, đồng thời cũng là cơ sở để phát triển các mô hình sản xuất mới như sản xuất linh hoạt, doanh nghiệp ảo và sản xuất toàn cầu. 

Các máy CNC hiện tại với hệ thống tự động hóa linh hoạt đang được phát triển bao gồm: điểm (máy gia công độc lập, trung tâm gia công và máy gia công tổng hợp), dây chuyền (FMC, FMS, FTL, FML), bề mặt (đảo sản xuất độc lập trong xưởng, FA) và thân máy (CIMS, hệ thống sản xuất tích hợp mạng phân tán).

Trọng tâm chính khác là ứng dụng và kinh tế. Công nghệ tự động hóa linh hoạt là phương tiện chính để ngành sản xuất thích ứng với nhu cầu thị trường năng động và nhanh chóng cập nhật sản phẩm của mình. Trọng tâm của nó là cải thiện độ tin cậy và tính thực tế của hệ thống, với mạng lưới và tích hợp dễ dàng là mục tiêu chính, bên cạnh việc tăng cường phát triển và cải tiến công nghệ đơn vị. Máy CNC độc lập đang phát triển theo hướng độ chính xác cao, tốc độ cao và tính linh hoạt cao. Máy CNC và các hệ thống sản xuất linh hoạt cấu thành của chúng có thể dễ dàng kết nối với CAD, CAM, CAPP và MTS để đạt được tích hợp thông tin. Bản thân hệ thống mạng đang được phát triển theo hướng cởi mở, tích hợp và thông minh.

Thuật ngữ

CNC: Điều khiển số bằng máy tính.

Mã G: Ngôn ngữ lập trình điều khiển số (NC) trên máy tính được sử dụng rộng rãi nhất, dùng để chỉ định các điểm trục mà máy sẽ di chuyển tới.

CAD: Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính.

CAM: Sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính.

lưới: Chuyển động tối thiểu hoặc cấp liệu của trục chính. Trục chính tự động di chuyển đến vị trí lưới tiếp theo khi nút được chuyển sang chế độ liên tục hoặc chế độ bước.

PLT (HPGL): Ngôn ngữ chuẩn để in các bản vẽ đường nét dạng vector, được hỗ trợ bởi các tệp CAD.

Đường chạy dao: Tuyến đường được mã hóa do người dùng xác định mà máy cắt theo để gia công phôi. Đường chạy dao “túi” cắt bề mặt phôi; đường chạy dao “hình dạng” hoặc “đường viền” cắt qua phôi để tách các mảnh có hình dạng khác nhau.

Bước xuống: Khoảng cách theo hướng Z mà dụng cụ cắt được nhúng vào vật liệu.

Bước qua: Khoảng cách tối đa theo hướng X hoặc Y mà dụng cụ cắt có thể tiếp xúc với vật liệu chưa cắt.

động cơ bước: Động cơ DC chuyển động theo các bước rời rạc bằng cách nhận tín hiệu hoặc “xung” theo một trình tự cụ thể, do đó mang lại khả năng định vị và kiểm soát tốc độ rất chính xác.

Tốc độ trục chính: Tốc độ quay của dụng cụ cắt (RPM).

Cắt thông thường: Lưỡi cắt quay ngược với hướng đưa gỗ vào, tạo ra ít tiếng động, nhưng có thể gây rách gỗ ở một số loại gỗ.

Phương pháp trừ: Mũi khoan loại bỏ các mảnh nguyên liệu thô rắn để tạo hình (ngược lại với phương pháp gia công).

Tốc độ phay: Tốc độ mà dụng cụ cắt di chuyển qua phôi.

Vị trí ban đầu (máy số không): Điểm gốc mặc định trên CNC, được thiết lập khi máy khởi động và được xác định bằng công tắc giới hạn vật lý. Nó không xác định được gốc công việc thực tế khi gia công phôi.

Cắt leo: Đưa vật liệu theo cùng hướng với vòng quay cắt. Cắt leo ngăn ngừa rách nhưng có thể dẫn đến vết nứt với mũi khoan rãnh thẳng. Mũi khoan rãnh xoắn ốc sẽ giảm độ nứt.

Nguồn gốc công việc (công việc số không): Điểm không do người dùng chỉ định cho phôi, từ đó đầu sẽ thực hiện tất cả các thao tác cắt. Các trục X, Y và Z được đặt thành không.

LCD: Màn hình tinh thể lỏng (được sử dụng trên bộ điều khiển).

U đĩa: Ổ cứng lưu trữ dữ liệu ngoài có dạng USB được cắm vào giao diện USB.

Nguồn từ phong cáchcnc.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Thông tin nêu trên được cung cấp bởi stylecnc độc lập với Chovm.com. Chovm.com không tuyên bố và bảo đảm về chất lượng và độ tin cậy của người bán và sản phẩm.