Máy CNC là gì?

Lịch sử của máy CNC
John T. Parsons (1913-2007) của Tập đoàn Parsons ở thành phố Traverse, MI được coi là người tiên phong trong lĩnh vực điều khiển số, tiền thân của máy CNC hiện đại.Với công trình của mình, John Parsons được mệnh danh là cha đẻ của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 2.Ông cần chế tạo những cánh máy bay trực thăng phức tạp và nhanh chóng nhận ra rằng tương lai của ngành sản xuất là kết nối máy móc với máy tính.Ngày nay, các bộ phận do CNC sản xuất có thể được tìm thấy ở hầu hết mọi ngành công nghiệp.Nhờ có máy CNC, chúng ta có được hàng hóa rẻ hơn, quốc phòng mạnh mẽ hơn và mức sống cao hơn mức có thể có ở một thế giới phi công nghiệp hóa.Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá nguồn gốc của máy CNC, các loại máy CNC khác nhau, chương trình máy CNC và các thông lệ phổ biến của các cửa hàng máy CNC.

Máy Gặp Máy Tính
Năm 1946, từ “máy tính” có nghĩa là máy tính hoạt động bằng thẻ đục lỗ.Mặc dù trước đó Tập đoàn Parsons chỉ chế tạo một cánh quạt nhưng John Parsons đã thuyết phục Sikorsky Helicopter rằng họ có thể tạo ra các mẫu cực kỳ chính xác để lắp ráp và sản xuất cánh quạt.Cuối cùng, ông đã phát minh ra phương pháp máy tính thẻ đục lỗ để tính điểm trên cánh quạt trực thăng.Sau đó, ông yêu cầu người vận hành quay các bánh xe tới những điểm đó trên máy phay Cincinnati.Ông đã tổ chức một cuộc thi tìm tên của quy trình mới này và trao 50 USD cho người đặt ra “Điều khiển số” hay NC.

Năm 1958, ông nộp bằng sáng chế kết nối máy tính với máy móc.Đơn xin cấp bằng sáng chế của anh ấy đến trước MIT ba tháng, nơi đang nghiên cứu ý tưởng mà anh ấy đã bắt đầu.MIT đã sử dụng các ý tưởng của mình để tạo ra thiết bị gốc và người được cấp phép của ông Parsons (Bendix) được cấp phép phụ cho IBM, Fujitusu và GE, cùng nhiều hãng khác.Khái niệm NC chậm được phổ biến.Theo ông Parsons, những người bán ý tưởng này là những người làm máy tính thay vì những người sản xuất.Tuy nhiên, đến đầu những năm 1970, quân đội Hoa Kỳ đã phổ biến việc sử dụng máy tính NC bằng cách xây dựng và cho nhiều nhà sản xuất thuê chúng.Bộ điều khiển CNC phát triển song song với máy tính, ngày càng nâng cao năng suất và tự động hóa trong các quy trình sản xuất, đặc biệt là gia công.

Gia công CNC là gì?
Máy CNC đang sản xuất các bộ phận trên khắp thế giới cho hầu hết mọi ngành công nghiệp.Họ tạo ra những thứ từ nhựa, kim loại, nhôm, gỗ và nhiều vật liệu cứng khác.Từ “CNC” là viết tắt của Computer Numerical Control nhưng ngày nay mọi người đều gọi nó là CNC.Vậy bạn định nghĩa máy CNC như thế nào?Tất cả các máy điều khiển chuyển động tự động đều có ba thành phần chính – chức năng lệnh, hệ thống truyền động/chuyển động và hệ thống phản hồi.Gia công CNC là quá trình sử dụng máy công cụ điều khiển bằng máy tính để tạo ra một bộ phận từ vật liệu rắn có hình dạng khác.

CNC phụ thuộc vào các hướng dẫn kỹ thuật số thường được thực hiện trên phần mềm Hỗ trợ Sản xuất Máy tính (CAM) hoặc Thiết kế Hỗ trợ Máy tính (CAD) như SolidWorks hoặc MasterCAM.Phần mềm ghi mã G mà bộ điều khiển trên máy CNC có thể đọc được.Chương trình máy tính trên bộ điều khiển diễn giải thiết kế và di chuyển các dụng cụ cắt và/hoặc phôi trên nhiều trục để cắt hình dạng mong muốn từ phôi.Quá trình cắt tự động nhanh hơn và chính xác hơn nhiều so với chuyển động thủ công của các công cụ và phôi được thực hiện bằng đòn bẩy và bánh răng trên thiết bị cũ.Máy CNC hiện đại chứa nhiều công cụ và thực hiện nhiều kiểu cắt.Số lượng mặt phẳng chuyển động (trục) cũng như số lượng và loại công cụ mà máy có thể truy cập tự động trong quá trình gia công xác định mức độ phức tạp của phôi mà máy CNC có thể tạo ra.

Làm thế nào để sử dụng máy CNC?
Các thợ máy CNC phải đạt được các kỹ năng về cả lập trình và gia công kim loại để tận dụng tối đa sức mạnh của máy CNC.Các trường thương mại kỹ thuật và các chương trình học nghề thường bắt đầu cho sinh viên sử dụng máy tiện thủ công để cảm nhận về cách cắt kim loại.Người thợ máy phải có khả năng hình dung cả ba chiều.Ngày nay, phần mềm giúp việc tạo các bộ phận phức tạp trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết vì hình dạng bộ phận có thể được vẽ hầu như và sau đó phần mềm có thể đề xuất đường chạy dao để tạo các bộ phận đó.

Loại phần mềm thường được sử dụng trong quy trình gia công CNC
Vẽ có sự hỗ trợ của máy tính (CAD)
Phần mềm CAD là điểm khởi đầu cho hầu hết các dự án CNC.Có nhiều gói phần mềm CAD khác nhau nhưng tất cả đều được sử dụng để tạo ra các thiết kế.Các chương trình CAD phổ biến bao gồm AutoCAD, SolidWorks và Rhino3D.Ngoài ra còn có các giải pháp CAD dựa trên đám mây và một số cung cấp khả năng CAM hoặc tích hợp với phần mềm CAM tốt hơn các giải pháp khác.

Sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM)
Máy CNC thường sử dụng các chương trình được tạo bởi phần mềm CAM.CAM cho phép người dùng thiết lập “cây công việc” để tổ chức quy trình làm việc, thiết lập đường chạy dao và chạy mô phỏng cắt trước khi máy thực hiện bất kỳ thao tác cắt thực sự nào.Thông thường các chương trình CAM hoạt động như các tiện ích bổ sung cho phần mềm CAD và tạo mã g cho biết các công cụ CNC và các bộ phận di chuyển phôi sẽ đi đâu.Trình hướng dẫn trong phần mềm CAM giúp việc lập trình máy CNC trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.Phần mềm CAM phổ biến bao gồm Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks và Solidcam.Mastercam và Edgecam chiếm gần 50% thị phần CAM cao cấp theo báo cáo năm 2015.

Điều khiển số phân tán là gì?
Điều khiển số trực tiếp đã trở thành Điều khiển số phân tán (DNC)
Điều khiển số trực tiếp được sử dụng để quản lý các chương trình NC và thông số máy.Nó cho phép các chương trình di chuyển qua mạng từ máy tính trung tâm đến các máy tính tích hợp được gọi là bộ điều khiển máy (MCU).Ban đầu được gọi là “Điều khiển số trực tiếp”, nó không cần đến băng giấy, nhưng khi máy tính ngừng hoạt động, tất cả các máy của nó đều ngừng hoạt động.

Điều khiển số phân tán sử dụng mạng máy tính để điều phối hoạt động của nhiều máy bằng cách đưa chương trình vào CNC.Bộ nhớ CNC lưu giữ chương trình và người vận hành có thể thu thập, chỉnh sửa và trả lại chương trình.

Các chương trình DNC hiện đại có thể thực hiện những việc sau:
● Chỉnh sửa – Có thể chạy một chương trình NC trong khi các chương trình khác đang được chỉnh sửa.
● So sánh – So sánh song song các chương trình NC gốc và đã chỉnh sửa và xem các chỉnh sửa.
● Khởi động lại – Khi một công cụ bị hỏng, chương trình có thể bị dừng và khởi động lại ở nơi nó đã dừng lại.
● Theo dõi công việc – Ví dụ: Người vận hành có thể theo dõi công việc cũng như theo dõi quá trình thiết lập và thời gian chạy.
● Hiển thị bản vẽ – Hiển thị ảnh, bản vẽ CAD của các công cụ, đồ gá và các bộ phận hoàn thiện.
● Giao diện màn hình nâng cao – Gia công một chạm.
● Quản lý cơ sở dữ liệu nâng cao – Sắp xếp và duy trì dữ liệu ở nơi có thể truy xuất dễ dàng.

Thu thập dữ liệu sản xuất (MDC)
Phần mềm MDC có thể bao gồm tất cả các chức năng của phần mềm DNC cộng với việc thu thập dữ liệu bổ sung và phân tích dữ liệu đó để biết hiệu quả tổng thể của thiết bị (OEE).Hiệu quả tổng thể của thiết bị phụ thuộc vào các yếu tố sau: Chất lượng – số lượng sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng trong số tất cả các sản phẩm được sản xuất Tính sẵn có – phần trăm thời gian dự kiến ​​mà thiết bị cụ thể đang hoạt động hoặc sản xuất các bộ phận Hiệu suất – tốc độ chạy thực tế so với hoạt động theo kế hoạch hoặc lý tưởng tỷ lệ của thiết bị.

OEE = Chất lượng x Tính khả dụng x Hiệu suất
OEE là thước đo hiệu suất chính (KPI) cho nhiều cửa hàng máy móc.

Giải pháp giám sát máy
Phần mềm giám sát máy có thể được tích hợp sẵn trong phần mềm DNC hoặc MDC hoặc mua riêng.Với các giải pháp giám sát máy, dữ liệu máy như thiết lập, thời gian chạy và thời gian ngừng hoạt động được tự động thu thập và kết hợp với dữ liệu của con người như mã lý do để cung cấp hiểu biết cả về lịch sử và thời gian thực về cách thức thực hiện công việc.Các máy CNC hiện đại thu thập tới 200 loại dữ liệu và phần mềm giám sát máy có thể làm cho dữ liệu đó trở nên hữu ích cho mọi người từ phân xưởng đến tầng cao nhất.Các công ty như Memex cung cấp phần mềm (Tempus) lấy dữ liệu từ bất kỳ loại máy CNC nào và đưa vào định dạng cơ sở dữ liệu tiêu chuẩn có thể được hiển thị dưới dạng biểu đồ và đồ thị có ý nghĩa.Tiêu chuẩn dữ liệu được sử dụng bởi hầu hết các giải pháp giám sát máy đã có chỗ đứng ở Hoa Kỳ được gọi là MTConnect.Ngày nay, nhiều máy công cụ CNC mới được trang bị để cung cấp dữ liệu ở định dạng này.Các máy cũ hơn vẫn có thể cung cấp thông tin có giá trị bằng bộ điều hợp.Giám sát máy cho máy CNC đã trở thành xu hướng chủ đạo chỉ trong vài năm gần đây và các giải pháp phần mềm mới luôn được phát triển.

Các loại máy CNC khác nhau là gì?
Hiện nay có vô số loại máy CNC khác nhau.Máy CNC là máy công cụ cắt hoặc di chuyển vật liệu được lập trình trên bộ điều khiển, như mô tả ở trên.Kiểu cắt có thể khác nhau, từ cắt plasma đến cắt laser, phay, định tuyến và máy tiện.Máy CNC thậm chí có thể gắp và di chuyển các sản phẩm trên dây chuyền lắp ráp.

Dưới đây là các loại máy CNC cơ bản:
Máy tiện:Loại CNC này quay phôi và di chuyển dụng cụ cắt đến phôi.Máy tiện cơ bản là 2 trục, nhưng có thể thêm nhiều trục nữa để tăng độ phức tạp khi cắt.Vật liệu quay trên trục chính và được ép vào dụng cụ mài hoặc chạm khắc để tạo ra hình dạng mong muốn.Máy tiện được sử dụng để tạo ra các vật thể đối xứng như hình cầu, hình nón hoặc hình trụ.Nhiều máy CNC có nhiều chức năng và kết hợp tất cả các kiểu cắt.

Bộ định tuyến:Bộ định tuyến CNC thường được sử dụng để cắt các kích thước lớn bằng gỗ, kim loại, tấm và nhựa.Bộ định tuyến tiêu chuẩn hoạt động trên tọa độ 3 trục, do đó chúng có thể cắt theo ba chiều.Tuy nhiên, bạn cũng có thể mua máy 4,5 và 6 trục cho các mẫu nguyên mẫu và hình dạng phức tạp.

Phay:Máy phay thủ công sử dụng bánh xe tay và vít me để khớp dụng cụ cắt vào phôi.Trong máy phay CNC, thay vào đó, CNC sẽ di chuyển vít bi có độ chính xác cao đến tọa độ chính xác đã được lập trình.Máy phay CNC có nhiều kích cỡ và chủng loại khác nhau và có thể chạy trên nhiều trục.

Máy cắt plasma:Máy cắt plasma CNC sử dụng tia laser mạnh để cắt.Hầu hết các máy cắt plasma đều cắt các hình dạng được lập trình từ tấm hoặc tấm.

máy in 3D:Máy in 3D sử dụng chương trình để cho biết vị trí đặt các mảnh vật liệu nhỏ để tạo ra hình dạng mong muốn.Các bộ phận 3D được chế tạo từng lớp bằng tia laser để đông đặc chất lỏng hoặc năng lượng khi các lớp phát triển.

Máy chọn và đặt:Máy “gắp và đặt” CNC hoạt động tương tự như máy phay CNC, nhưng thay vì cắt vật liệu, máy có nhiều đầu phun nhỏ để hút các bộ phận bằng chân không, di chuyển chúng đến vị trí mong muốn và đặt chúng xuống.Chúng được sử dụng để làm bàn, bo mạch chủ máy tính và các cụm điện khác (trong số những thứ khác.)

Máy CNC có thể làm được nhiều việc.Ngày nay công nghệ máy tính có thể được áp dụng theo khả năng của máy tính.CNC thay thế giao diện con người cần thiết để di chuyển các bộ phận máy để đạt được kết quả mong muốn.Máy CNC ngày nay có khả năng bắt đầu từ nguyên liệu thô, giống như một khối thép và tạo ra một bộ phận rất phức tạp với dung sai chính xác và khả năng lặp lại đáng kinh ngạc.

Kết hợp tất cả lại với nhau: Cách các cửa hàng máy CNC chế tạo các bộ phận
Vận hành CNC bao gồm cả máy tính (bộ điều khiển) và thiết lập vật lý.Một quy trình sản xuất máy móc điển hình trông như thế này:

Một kỹ sư thiết kế tạo ra thiết kế trong chương trình CAD và gửi nó cho một lập trình viên CNC.Lập trình viên mở tệp trong chương trình CAM để quyết định các công cụ cần thiết và tạo chương trình NC cho CNC.Người đó gửi chương trình NC tới máy CNC và cung cấp danh sách thiết lập dụng cụ chính xác cho người vận hành.Người vận hành thiết lập tải các công cụ theo chỉ dẫn và tải nguyên liệu thô (hoặc phôi).Sau đó, người đó sẽ chạy các mẫu mẫu và đo lường chúng bằng các công cụ đảm bảo chất lượng để xác minh rằng máy CNC đang chế tạo các bộ phận theo đặc điểm kỹ thuật.Thông thường, người vận hành thiết lập sẽ cung cấp phần bài viết đầu tiên cho bộ phận chất lượng để bộ phận này xác minh tất cả các kích thước và ký duyệt thiết lập.Máy CNC hoặc các máy liên quan được nạp đủ nguyên liệu thô để tạo ra số lượng chi tiết mong muốn và người vận hành máy sẽ túc trực để đảm bảo rằng máy tiếp tục chạy, chế tạo các bộ phận theo thông số kỹ thuật.và có nguyên liệu thô.Tùy thuộc vào công việc, thường có thể chạy máy CNC “tắt đèn” mà không có người vận hành.Các bộ phận đã hoàn thiện sẽ được tự động chuyển vào khu vực được chỉ định.

Các nhà sản xuất ngày nay có thể tự động hóa hầu hết mọi quy trình nếu có đủ thời gian, nguồn lực và trí tưởng tượng.Nguyên liệu thô có thể được đưa vào máy và các bộ phận hoàn thiện có thể được đóng gói sẵn sàng để sử dụng.Các nhà sản xuất phụ thuộc vào nhiều loại máy CNC để thực hiện mọi việc nhanh chóng, chính xác và tiết kiệm chi phí.