Tổng quan về công nghệ phay CNC
Date: 27/08/2024
Phay CNC là một trong những quy trình gia công được sử dụng rộng rãi nhất. Bài viết này giải thích quy trình phay CNC, ưu điểm, hạn chế và mọi thứ bạn cần biết khi đặt hàng các bộ phận phay CNC.
Cuộc cách mạng công nghiệp vào thế kỷ 18 đánh dấu sự khởi đầu của liên minh giữa con người và máy móc, với mục đích là sản xuất. Trước thời kỳ này, phương pháp sản xuất chính là đúc. Phương pháp này, cùng với các phương pháp khác có sẵn tại thời điểm đó, là thủ công, tẻ nhạt và dễ xảy ra lỗi. Tuy nhiên, ngày nay, với những tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật số, các quy trình sản xuất có thể tạo ra các bộ phận rất phức tạp với tốc độ và độ chính xác cao hiện đã tồn tại. Một trong số đó là phay CNC (Điều khiển số bằng máy tính).
Phay CNC là một quy trình sản xuất trừ trong đó các công cụ cắt được điều khiển bằng máy tính dần dần loại bỏ vật liệu khỏi phôi để tạo ra hình dạng hoặc vật thể mong muốn. Quy trình này được thực hiện bằng cách sử dụng các máy được gọi là máy phay CNC. Đây là quy trình gia công cơ học được sử dụng rộng rãi nhất, các quy trình khác là tiện CNC và khoan CNC.
Để hiểu rõ hơn về quy trình phay CNC, cần phải biết các bộ phận của máy phay CNC. Các bộ phận của các máy phay khác nhau tùy theo nhà sản xuất, loại và công suất. Tuy nhiên, có những bộ phận cơ bản đối với mọi máy phay CNC:
Trước khi đưa CNC vào, việc điều khiển máy phay được thực hiện thủ công. Điều này tạo ra nhiều chỗ cho sai sót. Sản phẩm cuối cùng nằm trong tâm trí hoặc góc nhìn của người thợ máy, tương tự như cách một họa sĩ vẽ một bức tranh. Tuy nhiên, với sự ra đời của CNC, phay đã trở thành một quy trình có độ chính xác cao và chuẩn xác, bao gồm một số bước. Có bốn bước tuần tự liên quan đến việc tạo ra một bộ phận phay CNC:
Bước đầu tiên trong quy trình phay CNC là thiết kế mô hình CAD của bộ phận cần phay. Việc này được thực hiện bằng các chương trình CAD có sẵn cho mục đích này. Bất kỳ tính năng nào là một phần của sản phẩm cuối cùng phải được chỉ ra trong thiết kế. Có một số tiêu chuẩn và hướng dẫn mà mọi nhà thiết kế nên tuân theo để thiết kế đúng cho phay CNC.
Máy phay CNC không hiểu các tệp CAD ở định dạng gốc của chúng. Thay vào đó, chúng phụ thuộc vào các hướng dẫn kỹ thuật số được gọi là G-Code hướng dẫn chúng cách di chuyển trong không gian 3D. Do đó, cần phải chuyển đổi các mô hình CAD thành G-Code. Đây là lúc các chương trình sản xuất hỗ trợ máy tính (CAM) phát huy tác dụng. Sau khi hoàn thành một mô hình CAD, nhà thiết kế xuất mô hình đó sang một chương trình CAD để đọc và chuyển đổi thành G-Code tương ứng.
Tiếp theo là thiết lập máy. Trước khi chạy chương trình CNC, người vận hành cần thiết lập máy phay CNC bằng cách gắn phôi vào bề mặt làm việc của máy phay; gắn dụng cụ cắt thích hợp vào trục chính của máy phay; và chuẩn bị bất kỳ chất lỏng cắt nào cần thiết.
Sau khi thiết lập máy, người vận hành bắt đầu quá trình phay thông qua giao diện máy. Máy bắt đầu quá trình phay thực tế bằng cách xoay dụng cụ cắt quanh trục của nó với tốc độ rất cao lên đến hàng nghìn vòng/phút (vòng/phút). Tùy thuộc vào bản chất của máy phay, hành động cắt trên phôi được thực hiện bằng một trong các chuyển động sau:
Một trong những điều sau đây tiếp tục ngắt quãng, thực hiện các vết cắt nhỏ tại một thời điểm cho đến khi máy tạo ra vật thể mong muốn. Khi dụng cụ tiếp xúc với phôi, các cạnh cắt của nó liên tục đào vào và thoát ra khỏi bề mặt của phôi, hiệu quả là cắt bỏ các phoi từ phôi thông qua lực cắt.
Có nhiều hoạt động phay mà máy phay CNC có thể thực hiện, tùy thuộc vào loại dụng cụ cắt và cấu hình máy. Bốn hoạt động phay CNC chính là:
Trong phay mặt, trục quay của dụng cụ cắt vuông góc với bề mặt phôi. Hoạt động này tạo ra các bề mặt phẳng và yêu cầu các dao phay đầu có các cạnh cắt ở đầu.
Dụng cụ cắt để phay trơn có các cạnh cắt dọc theo toàn bộ chu vi cắt của nó. Trục quay của nó song song với bề mặt phôi. Phay trơn tạo ra các đặc điểm như túi, khe và khoang.
Trong phay góc, trục quay của dụng cụ cắt tạo thành một góc với bề mặt của phôi. Chúng được gọi là dao phay góc đơn. Phay góc tạo ra các đặc điểm như đuôi én, vát mép, rãnh, v.v.
Phay định hình liên quan đến việc sản xuất các bề mặt không đều, đường viền, khoang bán nguyệt, hạt và bề mặt cong. Hoạt động này sử dụng các công cụ cắt như dao cắt ruồi và dao phay định hình.
Phay là một quá trình rất linh hoạt áp dụng cho nhiều loại vật liệu. Khi lựa chọn vật liệu để phay CNC, có nhiều yếu tố bạn nên cân nhắc như chi phí và đặc tính vật liệu. Đặc tính vật liệu bao gồm độ bền kéo, khả năng chịu nhiệt, độ cứng, khả năng chịu hóa chất và độ bền cắt.
Tương tự như vậy, vật liệu bạn chọn sẽ quyết định nhiều khía cạnh của quá trình phay bao gồm thiết kế của bộ phận, dụng cụ cắt, tốc độ cắt và lượng chạy dao, chất lỏng cắt và độ sâu cắt. Có một số vật liệu phổ biến để phay CNC:
Kim loại và hợp kim kim loại là những vật liệu được nghiền thường xuyên nhất. Điều này là do chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Các kim loại được nghiền thường xuyên là nhôm và hợp kim của nó, các loại thép, đồng thau, đồng, titan và đồng.
Nhựa đứng thứ hai về mức độ phổ biến khi phay. Chúng cũng có những đặc tính mong muốn và được sử dụng rộng rãi. Các loại polyme như ABS, PEEK, polycarbonate và nylon là một số loại nhựa thường xuyên trải qua quá trình phay CNC.
Gỗ, thủy tinh và chất đàn hồi cũng là những vật liệu thích hợp cho phay CNC.
Sau đây là một số lợi ích khiến phay CNC trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các bộ phận gia công của bạn.
Phay CNC áp dụng cho nhiều loại số lượng sản xuất, cho dù đó là dự án tùy chỉnh một lần hay sản xuất hàng loạt từ nhỏ đến lớn. Cùng với khả năng lặp lại và tốc độ, khả năng mở rộng của phay CNC khiến nó trở nên tuyệt vời cho cả tạo mẫu hoặc sản xuất hàng loạt. Phay CNC rất tuyệt vời cho sản xuất hàng loạt các đơn vị giống hệt nhau, vì chi phí sản xuất giảm theo cấp số nhân khi số lượng đơn vị tăng.
Việc đưa chương trình CAD và CAM vào phay CNC đã giảm đáng kể thời gian từ khi đặt hàng đến khi nhận được các bộ phận gia công chính xác. Độ chính xác vẫn được duy trì mặc dù tốc độ cao.
Phay CNC có thể sản xuất các bộ phận có độ chính xác kích thước rất cao. Dung sai chặt chẽ tới 0,025 mm là khả thi. Độ chính xác cao này rất quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ cũng như ô tô.
Có hơn 50 vật liệu kỹ thuật có thể trải qua quá trình phay CNC, miễn là bạn sử dụng đúng công cụ cắt và tốc độ cắt. Cho dù vật liệu của bạn là kim loại, nhựa, gỗ, thủy tinh hay thậm chí là đá; nếu bạn có ứng dụng cho nó, thì rất có thể nó có thể được phay CNC. Ngoài ra, phay CNC hầu như không ảnh hưởng đến các đặc tính của vật liệu.
Ngoài khả năng tạo ra nhiều hình dạng khác nhau, phay CNC còn có thể gia công chính xác nhiều tính năng khác nhau bao gồm túi, ren, vát, khe, khoang, v.v.
Ngoài những lợi ích nổi bật thì phay CNC cũng có một số hạn chế cần chú ý:
Trong các quy trình sản xuất trừ như phay CNC, chi phí tăng khi lượng vật liệu mà máy cần loại bỏ tăng. Do đó, chi phí phay các hình dạng phức tạp đòi hỏi phải loại bỏ nhiều vật liệu tăng theo mức độ phức tạp.
Việc cố định phôi gia công tại chỗ là rất quan trọng trong các quy trình phay CNC. Tuy nhiên, điều này tạo ra một số hạn chế vì dụng cụ không thể tiếp cận các phần của phôi gia công được giữ. Trong những trường hợp như vậy, phôi gia công cần được định vị lại thủ công. Điều này làm tăng thời gian gia công và cũng làm tăng khả năng xảy ra lỗi.
Có một số đặc điểm như lỗ cong, cạnh trong thẳng và thành mỏng hơn 0,5 mm không thể phay được. Mặc dù khuyến khích bạn tránh các đặc điểm như vậy khi thiết kế để phay CNC, nhưng đôi khi chúng là cần thiết để một bộ phận hoạt động. Trong những trường hợp như vậy, có thể sử dụng các hình thức phay khác.
Khi so sánh với các quy trình sản xuất định hình và gia công đắp dần, phay CNC tạo ra rất nhiều vật liệu phế thải dưới dạng phoi. Nếu bạn không thể tái chế những thứ này, chúng có thể gây ra những tác động nghiêm trọng về môi trường và chi phí.
Nhiều ngành công nghiệp phụ thuộc vào phay CNC để sản xuất các bộ phận. Tương tự như vậy, cá nhân thường xuyên cần quy trình này cho các bộ phận của họ. Ngoài tốc độ và độ chính xác cao, khả năng mở rộng và tính linh hoạt của phay CNC khiến nó gần như không thể thiếu đối với các ngành công nghiệp sau.
Gia công Phay CNC là một trong những tiến bộ công nghệ ấn tượng nhất của thế kỷ này. Mặc dù hầu hết mọi người đều quen thuộc với công nghệ in 3D như một cách tạo ra các bản in vật lý chính xác, nhưng công nghệ phay CNC đã xuất hiện từ lâu và vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay. Từ nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp điện tử cho đến việc được các công ty sản xuất sử dụng rộng rãi , công nghệ này vẫn đang phát triển và tiến hóa nhanh chóng khi ngày càng nhiều công ty khám phá ra hiệu quả của nó.
Bài viết liên quan:
Cuộc cách mạng công nghiệp vào thế kỷ 18 đánh dấu sự khởi đầu của liên minh giữa con người và máy móc, với mục đích là sản xuất. Trước thời kỳ này, phương pháp sản xuất chính là đúc. Phương pháp này, cùng với các phương pháp khác có sẵn tại thời điểm đó, là thủ công, tẻ nhạt và dễ xảy ra lỗi. Tuy nhiên, ngày nay, với những tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật số, các quy trình sản xuất có thể tạo ra các bộ phận rất phức tạp với tốc độ và độ chính xác cao hiện đã tồn tại. Một trong số đó là phay CNC (Điều khiển số bằng máy tính).
Phay CNC là gì?
Phay CNC là một quy trình sản xuất trừ trong đó các công cụ cắt được điều khiển bằng máy tính dần dần loại bỏ vật liệu khỏi phôi để tạo ra hình dạng hoặc vật thể mong muốn. Quy trình này được thực hiện bằng cách sử dụng các máy được gọi là máy phay CNC. Đây là quy trình gia công cơ học được sử dụng rộng rãi nhất, các quy trình khác là tiện CNC và khoan CNC.
Các bộ phận của máy phay CNC
Để hiểu rõ hơn về quy trình phay CNC, cần phải biết các bộ phận của máy phay CNC. Các bộ phận của các máy phay khác nhau tùy theo nhà sản xuất, loại và công suất. Tuy nhiên, có những bộ phận cơ bản đối với mọi máy phay CNC:
- Trục chính: Trục chính giữ dụng cụ cắt tại chỗ
- Bảng điều khiển: Người vận hành sử dụng thành phần này để điều khiển máy. Đây là nơi giao diện máy tính được đặt
- Cột: Cột là khung chính và là giá đỡ của máy. Nó giữ các thành phần khác tại chỗ
- Yên xe: Yên xe được gắn vào cột máy. Nó hỗ trợ bàn làm việc
- Bàn làm việc: Bàn làm việc nằm trên đỉnh yên xe. Đây là nơi người vận hành đặt phôi và sử dụng thiết bị giữ phôi
- Đế: Đế là bộ phận hỗ trợ toàn bộ máy trên mặt đất
Cách thức hoạt động của phay CNC
Trước khi đưa CNC vào, việc điều khiển máy phay được thực hiện thủ công. Điều này tạo ra nhiều chỗ cho sai sót. Sản phẩm cuối cùng nằm trong tâm trí hoặc góc nhìn của người thợ máy, tương tự như cách một họa sĩ vẽ một bức tranh. Tuy nhiên, với sự ra đời của CNC, phay đã trở thành một quy trình có độ chính xác cao và chuẩn xác, bao gồm một số bước. Có bốn bước tuần tự liên quan đến việc tạo ra một bộ phận phay CNC:
- Thiết kế mô hình 3D
Bước đầu tiên trong quy trình phay CNC là thiết kế mô hình CAD của bộ phận cần phay. Việc này được thực hiện bằng các chương trình CAD có sẵn cho mục đích này. Bất kỳ tính năng nào là một phần của sản phẩm cuối cùng phải được chỉ ra trong thiết kế. Có một số tiêu chuẩn và hướng dẫn mà mọi nhà thiết kế nên tuân theo để thiết kế đúng cho phay CNC.
- Chuyển đổi từ CAD sang G-Code
Máy phay CNC không hiểu các tệp CAD ở định dạng gốc của chúng. Thay vào đó, chúng phụ thuộc vào các hướng dẫn kỹ thuật số được gọi là G-Code hướng dẫn chúng cách di chuyển trong không gian 3D. Do đó, cần phải chuyển đổi các mô hình CAD thành G-Code. Đây là lúc các chương trình sản xuất hỗ trợ máy tính (CAM) phát huy tác dụng. Sau khi hoàn thành một mô hình CAD, nhà thiết kế xuất mô hình đó sang một chương trình CAD để đọc và chuyển đổi thành G-Code tương ứng.
- Thiết lập máy phay CNC
Tiếp theo là thiết lập máy. Trước khi chạy chương trình CNC, người vận hành cần thiết lập máy phay CNC bằng cách gắn phôi vào bề mặt làm việc của máy phay; gắn dụng cụ cắt thích hợp vào trục chính của máy phay; và chuẩn bị bất kỳ chất lỏng cắt nào cần thiết.
- Thực hiện phay thực tế
Sau khi thiết lập máy, người vận hành bắt đầu quá trình phay thông qua giao diện máy. Máy bắt đầu quá trình phay thực tế bằng cách xoay dụng cụ cắt quanh trục của nó với tốc độ rất cao lên đến hàng nghìn vòng/phút (vòng/phút). Tùy thuộc vào bản chất của máy phay, hành động cắt trên phôi được thực hiện bằng một trong các chuyển động sau:
- Dụng cụ cắt di chuyển qua một phôi cố định
- Phôi được đưa vào dụng cụ cắt cố định, quay
- Cả phôi và dụng cụ cắt đều chuyển động tương đối với nhau
Một trong những điều sau đây tiếp tục ngắt quãng, thực hiện các vết cắt nhỏ tại một thời điểm cho đến khi máy tạo ra vật thể mong muốn. Khi dụng cụ tiếp xúc với phôi, các cạnh cắt của nó liên tục đào vào và thoát ra khỏi bề mặt của phôi, hiệu quả là cắt bỏ các phoi từ phôi thông qua lực cắt.
Các hoạt động phay CNC phổ biến
Có nhiều hoạt động phay mà máy phay CNC có thể thực hiện, tùy thuộc vào loại dụng cụ cắt và cấu hình máy. Bốn hoạt động phay CNC chính là:
- Phay mặt
Trong phay mặt, trục quay của dụng cụ cắt vuông góc với bề mặt phôi. Hoạt động này tạo ra các bề mặt phẳng và yêu cầu các dao phay đầu có các cạnh cắt ở đầu.
- Phay trơn
Dụng cụ cắt để phay trơn có các cạnh cắt dọc theo toàn bộ chu vi cắt của nó. Trục quay của nó song song với bề mặt phôi. Phay trơn tạo ra các đặc điểm như túi, khe và khoang.
- Phay góc
Trong phay góc, trục quay của dụng cụ cắt tạo thành một góc với bề mặt của phôi. Chúng được gọi là dao phay góc đơn. Phay góc tạo ra các đặc điểm như đuôi én, vát mép, rãnh, v.v.
- Phay định hình
Phay định hình liên quan đến việc sản xuất các bề mặt không đều, đường viền, khoang bán nguyệt, hạt và bề mặt cong. Hoạt động này sử dụng các công cụ cắt như dao cắt ruồi và dao phay định hình.
Vật liệu có thể trải qua phay CNC
Phay là một quá trình rất linh hoạt áp dụng cho nhiều loại vật liệu. Khi lựa chọn vật liệu để phay CNC, có nhiều yếu tố bạn nên cân nhắc như chi phí và đặc tính vật liệu. Đặc tính vật liệu bao gồm độ bền kéo, khả năng chịu nhiệt, độ cứng, khả năng chịu hóa chất và độ bền cắt.
Tương tự như vậy, vật liệu bạn chọn sẽ quyết định nhiều khía cạnh của quá trình phay bao gồm thiết kế của bộ phận, dụng cụ cắt, tốc độ cắt và lượng chạy dao, chất lỏng cắt và độ sâu cắt. Có một số vật liệu phổ biến để phay CNC:
- Kim loại
Kim loại và hợp kim kim loại là những vật liệu được nghiền thường xuyên nhất. Điều này là do chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Các kim loại được nghiền thường xuyên là nhôm và hợp kim của nó, các loại thép, đồng thau, đồng, titan và đồng.
- Nhựa
Nhựa đứng thứ hai về mức độ phổ biến khi phay. Chúng cũng có những đặc tính mong muốn và được sử dụng rộng rãi. Các loại polyme như ABS, PEEK, polycarbonate và nylon là một số loại nhựa thường xuyên trải qua quá trình phay CNC.
- Vật liệu khác
Gỗ, thủy tinh và chất đàn hồi cũng là những vật liệu thích hợp cho phay CNC.
Lợi ích và ứng dụng của phay CNC
Sau đây là một số lợi ích khiến phay CNC trở thành lựa chọn tuyệt vời cho các bộ phận gia công của bạn.
- Khả năng mở rộng
Phay CNC áp dụng cho nhiều loại số lượng sản xuất, cho dù đó là dự án tùy chỉnh một lần hay sản xuất hàng loạt từ nhỏ đến lớn. Cùng với khả năng lặp lại và tốc độ, khả năng mở rộng của phay CNC khiến nó trở nên tuyệt vời cho cả tạo mẫu hoặc sản xuất hàng loạt. Phay CNC rất tuyệt vời cho sản xuất hàng loạt các đơn vị giống hệt nhau, vì chi phí sản xuất giảm theo cấp số nhân khi số lượng đơn vị tăng.
- Thời gian quay vòng nhanh
Việc đưa chương trình CAD và CAM vào phay CNC đã giảm đáng kể thời gian từ khi đặt hàng đến khi nhận được các bộ phận gia công chính xác. Độ chính xác vẫn được duy trì mặc dù tốc độ cao.
- Độ chính xác
Phay CNC có thể sản xuất các bộ phận có độ chính xác kích thước rất cao. Dung sai chặt chẽ tới 0,025 mm là khả thi. Độ chính xác cao này rất quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ cũng như ô tô.
- Lựa chọn vật liệu
Có hơn 50 vật liệu kỹ thuật có thể trải qua quá trình phay CNC, miễn là bạn sử dụng đúng công cụ cắt và tốc độ cắt. Cho dù vật liệu của bạn là kim loại, nhựa, gỗ, thủy tinh hay thậm chí là đá; nếu bạn có ứng dụng cho nó, thì rất có thể nó có thể được phay CNC. Ngoài ra, phay CNC hầu như không ảnh hưởng đến các đặc tính của vật liệu.
- Tính linh hoạt
Ngoài khả năng tạo ra nhiều hình dạng khác nhau, phay CNC còn có thể gia công chính xác nhiều tính năng khác nhau bao gồm túi, ren, vát, khe, khoang, v.v.
Hạn chế của phay CNC
Ngoài những lợi ích nổi bật thì phay CNC cũng có một số hạn chế cần chú ý:
- Chi phí hình dạng phức tạp
Trong các quy trình sản xuất trừ như phay CNC, chi phí tăng khi lượng vật liệu mà máy cần loại bỏ tăng. Do đó, chi phí phay các hình dạng phức tạp đòi hỏi phải loại bỏ nhiều vật liệu tăng theo mức độ phức tạp.
- Hạn chế giữ vật liệu và tiếp cận công cụ
Việc cố định phôi gia công tại chỗ là rất quan trọng trong các quy trình phay CNC. Tuy nhiên, điều này tạo ra một số hạn chế vì dụng cụ không thể tiếp cận các phần của phôi gia công được giữ. Trong những trường hợp như vậy, phôi gia công cần được định vị lại thủ công. Điều này làm tăng thời gian gia công và cũng làm tăng khả năng xảy ra lỗi.
- Các tính năng không thể xay xát
Có một số đặc điểm như lỗ cong, cạnh trong thẳng và thành mỏng hơn 0,5 mm không thể phay được. Mặc dù khuyến khích bạn tránh các đặc điểm như vậy khi thiết kế để phay CNC, nhưng đôi khi chúng là cần thiết để một bộ phận hoạt động. Trong những trường hợp như vậy, có thể sử dụng các hình thức phay khác.
- Lãng phí vật liệu
Khi so sánh với các quy trình sản xuất định hình và gia công đắp dần, phay CNC tạo ra rất nhiều vật liệu phế thải dưới dạng phoi. Nếu bạn không thể tái chế những thứ này, chúng có thể gây ra những tác động nghiêm trọng về môi trường và chi phí.
Các ngành công nghiệp cần phay CNC
Nhiều ngành công nghiệp phụ thuộc vào phay CNC để sản xuất các bộ phận. Tương tự như vậy, cá nhân thường xuyên cần quy trình này cho các bộ phận của họ. Ngoài tốc độ và độ chính xác cao, khả năng mở rộng và tính linh hoạt của phay CNC khiến nó gần như không thể thiếu đối với các ngành công nghiệp sau.
- Điện tử
- Hàng không vũ trụ
- Ô tô
- Chế tạo
- Thể thao
- Kỹ thuật Robot
- Nội thất
- Thuộc về y học
- Đồ ăn
- Công cụ
Lời kết
Gia công Phay CNC là một trong những tiến bộ công nghệ ấn tượng nhất của thế kỷ này. Mặc dù hầu hết mọi người đều quen thuộc với công nghệ in 3D như một cách tạo ra các bản in vật lý chính xác, nhưng công nghệ phay CNC đã xuất hiện từ lâu và vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay. Từ nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp điện tử cho đến việc được các công ty sản xuất sử dụng rộng rãi , công nghệ này vẫn đang phát triển và tiến hóa nhanh chóng khi ngày càng nhiều công ty khám phá ra hiệu quả của nó.
Bài viết liên quan: