Quy trình gia công CNC, Điều khiển chuyển động và các loại của nó

Gia công CNC, sử dụng các máy được lập trình để tạo ra các bộ phận có một không hai, là nền tảng hiện đại của quy trình sản xuất.

Hầu hết các hoạt động gia công, chẳng hạn như nhiệt độ nước làm mát, tốc độ trục chính, v.v., có thể được quản lý bằng thuật toán và phần mềm điều khiển số (CNC) trên máy tính. Nguyên liệu thô này thường được gọi là phôi hoặc phôi. Kim loại, polyme, gỗ, thủy tinh và vật liệu tổng hợp là một số trong nhiều vật liệu có thể được hưởng lợi từ quy trình loại bỏ từng lớp.

Hầu hết mọi ngành công nghiệp sản xuất linh kiện cho các mục đích khác nhau đều sử dụng máy CNC, là những máy được lập trình có khả năng thực hiện các công việc gia công CNC một cách tự động. máy CNC sản xuất các bộ phận có độ chính xác cao vừa có giá cả phải chăng vừa có độ chính xác rất cao, mở ra nhiều ứng dụng khả thi.

Tổng quan về lịch sử gia công CNC 

Nhập dữ liệu 3D vào máy tính chạy phần mềm điều khiển hoạt động cắt công cụ máy móc là công nghệ gia công CNC hiện đại. Tuy nhiên, các kỹ thuật gia công được sử dụng trong gia công CNC có nguồn gốc từ những năm cuối của thế kỷ 20.

Hiện nay máy CNC thực hiện các quy trình dựa trên hệ thống điều khiển số (NC) tiên phong trong lĩnh vực kim loại vào cuối những năm 1940. Hệ thống NC sử dụng các ứng dụng băng đục lỗ trên giấy (mã G) để mã hóa các hướng dẫn quy trình sản xuất. Trong mười lăm năm tiếp theo, các chương trình phức tạp hơn đã xuất hiện và đến cuối những năm 1960, tiền thân của các hệ thống CNC hiện đại được sử dụng rộng rãi ngày nay đã xuất hiện.

Độ chính xác, tự động hóa và sản xuất nhanh chóng chỉ là một số lợi ích của Gia công CNC. Kết quả là, thời gian quay vòng giảm, chất lượng được quản lý tốt hơn, cần ít thiết bị hơn để hoàn thành công việc và năng lực tổng thể được cải thiện. Nếu không có sự phát triển của gia công NC và các phương pháp mà nó khai thác thì cơ sở cho gia công CNC sẽ không được xây dựng. Trong thị trường cạnh tranh ngày nay, những lợi thế mà nhà sản xuất có thể mang lại nhờ Cơ khí CNC tỷ lệ thuận với mức độ phổ biến của gia công NC.

Quy trình gia công CNC

Gia công CNC đã cách mạng hóa sản xuất, trở thành nền tảng trong sản xuất quy mô lớn và quy mô nhỏ. Tác động của nó rất sâu sắc, mang lại độ chính xác, tốc độ và tự động hóa chưa từng có. Khi công nghệ tiến bộ, khả năng của máy CNC phát triển, cung cấp các giải pháp tinh vi hơn mỗi năm. Hiểu các nguyên tắc cơ bản của gia công CNC là rất quan trọng vì những nguyên tắc này áp dụng cho nhiều loại thiết bị CNC khác nhau, nâng cao khả năng thích ứng và chức năng của chúng.

Nguyên tắc cơ bản của CNC

Các thuộc tính chính của CNC bao gồm tốc độ, tự động hóa và độ chính xác được nâng cao, là nền tảng cho hoạt động của nó. Tính linh hoạt của máy CNC là đáng chú ý nhờ vào hoạt động dựa trên chương trình của họ. Điều này cho phép người vận hành quản lý đồng thời các phôi khác nhau, ngay cả khi họ giải quyết các nhiệm vụ khác. Khi một chương trình được kiểm tra và xác nhận cho một dự án cụ thể, nó có thể dễ dàng được sử dụng lại cho các nhiệm vụ tương tự trong tương lai. Sự dễ dàng thiết lập và vận hành máy CNC góp phần hoàn thành dự án nhanh chóng, một lợi thế đáng kể trong các tình huống nhạy cảm về thời gian.

Điều khiển chuyển động

Một đặc điểm xác định của máy CNC là khả năng di chuyển theo nhiều hướng hoặc nhiều trục của chúng. Các trục này, có thể là trục tuyến tính hoặc quay, được định vị với độ chính xác cao và có thể được điều khiển tự động. Các chuyển động được lập trình trong máy CNC bao gồm các chuyển động nhanh, tuyến tính và tròn, với mức độ và tốc độ của các chuyển động này được điều chỉnh bằng máy tính.

Hiểu các hướng chuyển động có sẵn của máy (trục) để Lập trình CNC là quan trọng. Các địa chỉ chữ cái khác nhau, như X, Y, Z, U, V và W cho chuyển động tuyến tính và A, B và C cho chuyển động quay chỉ định các trục này. Tên và chức năng cụ thể của các trục này có thể khác nhau tùy thuộc vào Máy cnc kiểu.

Các chương trình trong gia công CNC bao gồm nhiều lệnh khác nhau, lần lượt bao gồm các 'từ'. Mỗi từ ghép một địa chỉ chữ cái với một giá trị số, trong đó chữ cái biểu thị loại lệnh hoặc hành động sẽ được thực hiện. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là các nhà sản xuất bộ điều khiển CNC có thể có các quy ước khác nhau cho các địa chỉ chữ cái này và các hành động tương ứng của chúng. Do đó, các lập trình viên CNC mới nên tham khảo sách hướng dẫn lập trình do nhà sản xuất máy cung cấp để hiểu thuật ngữ và chức năng cụ thể của máy của họ.

Dưới đây là tổng quan về một số loại từ phổ biến trong Lập trình CNC, cùng với các chỉ định địa chỉ thư thông thường của họ:

● O: Số chương trình dùng để nhận dạng chương trình.

● N: Số sê-ri áp dụng để nhận dạng dòng trong chương trình.

● G: Chức năng chuẩn bị, lệnh chuẩn bị cho máy thực hiện một thao tác cụ thể.

● X, Y, Z: Ký hiệu cho các trục X, Y và Z tương ứng.

● R: Ký hiệu bán kính để xác định bán kính.

● F: Tốc độ tiến dao, điều chỉnh tốc độ di chuyển của dụng cụ hoặc phôi.

● S: Tốc độ trục chính, điều khiển tốc độ quay của trục chính.

● H: Độ lệch chiều dài dao dùng để điều chỉnh daochiều dài.

● D: Bù bán kính dao để điều chỉnh bán kính dao.

● T: Ký hiệu dụng cụ, xác định một dụng cụ cụ thể.

● M: Các chức năng khác, một danh mục cho các lệnh bổ sung khác nhau.

Điểm cuối được xác định bằng độ thay vì các phép đo tuyến tính như inch hoặc milimét đối với chuyển động của trục quay. Các trục quay này vẫn sử dụng các địa chỉ chữ cái, thường là A, B hoặc C, để chỉ định trục cụ thể đang được điều khiển.

Ba loại chuyển động chính 

Mặc dù có thể có nhiều loại chuyển động hơn trên thiết bị của bạn Máy cnc hơn những gì chúng tôi sẽ đề cập ở đây, đây là những thứ sẽ có trong hầu hết mọi máy CNC. Sau khi thảo luận ngắn gọn về ba loại chuyển động riêng biệt, chúng tôi sẽ trình bày một chương trình ví dụ bao gồm từng loại chuyển động.

Chuyển động nhanh

Chuyển động nhanh, còn được gọi là định vị trong lĩnh vực gia công CNC, là khía cạnh then chốt xác định hiệu quả và độ chính xác của quy trình CNC. Hiểu chuyển động nhanh là rất quan trọng đối với bất kỳ ai đi sâu vào các kỹ thuật của Lập trình CNC và vận hành.

Về cốt lõi, chuyển động nhanh đề cập đến chuyển động của công cụ hoặc bộ phận máy từ điểm này sang điểm khác ở tốc độ cao nhất có thể mà máy cho phép. Chuyển động này không phải là một phần của quá trình cắt thực tế. Tuy nhiên, điều cần thiết là định vị dụng cụ hoặc phôi để bắt đầu thao tác gia công hoặc di chuyển đến vị trí mới sau khi hoàn thành nhiệm vụ. Chuyển động nhanh là yếu tố then chốt để giảm thời gian phi sản xuất, do đó nâng cao hiệu quả sản xuất tổng thể.

Không giống như các chuyển động chính xác, được kiểm soát được sử dụng trong cắt, khoan hoặc phay, chuyển động nhanh hoàn toàn là về tốc độ. Mục tiêu chính ở đây là giảm thiểu thời gian di chuyển giữa các điểm, điều này không góp phần trực tiếp vào việc gia công chi tiết. Hiệu quả này rất quan trọng trong môi trường sản xuất khối lượng lớn, nơi mà ngay cả việc tiết kiệm thời gian nhỏ cho mỗi bộ phận cũng có thể cải thiện đáng kể năng suất tổng thể.

Về lập trình, chuyển động nhanh thường được ra lệnh trong chương trình CNC bằng một mã cụ thể, thường được gọi là mã G. Ví dụ: G00 trong hầu hết các hệ thống CNC hướng dẫn máy di chuyển với tốc độ tối đa đến một vị trí xác định. Tọa độ được cung cấp sau mã G này chỉ ra điểm đích trong không gian làm việc của máy.

Độ chính xác trong chuyển động nhanh là cần thiết nhưng khác với độ chính xác trong chuyển động cắt. Trọng tâm ở đây là tiếp cận vùng lân cận vị trí mục tiêu một cách nhanh chóng thay vì độ chính xác của điểm cuối, vì thao tác cắt sẽ bắt đầu khi công cụ được định vị chính xác. Khi dụng cụ hoặc phôi ở gần vị trí mong muốn, máy thường sẽ chuyển sang chuyển động chậm hơn, được kiểm soát tốt hơn cho quá trình cắt.

Tốc độ chuyển động nhanh phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm khả năng của máy CNC, loại vật liệu đang được gia công và khoảng cách giữa các điểm. Mỗi máy có tốc độ nhanh tối đa, một thông số kỹ thuật quan trọng khi xem xét máy CNCe để mua hàng. Máy móc tiên tiến thường có tốc độ nhanh hơn, cho phép chu kỳ sản xuất nhanh hơn.

An toàn là yếu tố được cân nhắc hàng đầu trong chuyển động nhanh. Tốc độ cao có nghĩa là bất kỳ lỗi nào trong lập trình hoặc đánh giá sai về vị trí đều có thể dẫn đến va chạm nghiêm trọng. Do đó, người vận hành và lập trình viên CNC phải tỉ mỉ trong công việc, đảm bảo rằng các đường dẫn được lập trình không có bất kỳ chướng ngại vật nào và máy có thể xử lý các tốc độ quy định mà không gặp rủi ro.

Hiện đại máy CNC thường tối ưu hóa chuyển động nhanh thông qua các thuật toán phần mềm phức tạp. Các thuật toán này tính toán đường đi và tốc độ hiệu quả nhất của dao để di chuyển giữa các điểm, xem xét khả năng tăng tốc và giảm tốc của máy. Sự tối ưu hóa này cải thiện tốc độ và giảm hao mòn trên máy vì có thể giảm thiểu những thay đổi đột ngột về tốc độ và hướng.

Hơn nữa, chuyển động nhanh đóng một vai trò quan trọng trong quy trình làm việc chung của gia công CNC. Ví dụ, trong các hoạt động đa dụng cụ, những thay đổi chuyển động nhanh chóng công cụ máy móc nhanh chóng, di chuyển từ trạm công cụ này sang trạm công cụ khác mà không lãng phí thời gian. Khả năng này đặc biệt có lợi trong các nguyên công gia công phức tạp đòi hỏi phải thay đổi nhiều dao.

Chuyển động tuyến tính

Chuyển động tuyến tính trong gia công CNC là một khái niệm cơ bản tạo nên nền tảng của nhiều nguyên công gia công. Nó đề cập đến chuyển động của một dụng cụ hoặc phôi theo đường thẳng, điều này rất quan trọng để khoan, phay và tiện. Hiểu chuyển động tuyến tính là điều cần thiết cho bất cứ ai tham gia vào Lập trình CNC hoặc vận hành vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả của quá trình gia công.

Trong gia công CNC, chuyển động tuyến tính cho phép điều khiển chính xác chuyển động của dụng cụ cắt hoặc phôi. Độ chính xác này là chìa khóa để đạt được hình dạng và kích thước mong muốn của một bộ phận. Cho dù tạo ra một cạnh thẳng hoàn hảo trên phôi hay khoan một loạt lỗ, chuyển động tuyến tính là trọng tâm của các thao tác này.

Lập trình cho chuyển động tuyến tính bao gồm việc xác định đường chuyển động vàtốc độ tiến dao - tốc độ mà dụng cụ hoặc phôi di chuyển dọc theo đường tuyến tính. Tốc độ tiến dao là một thông số quan trọng vì nó ảnh hưởng đến cả chất lượng vết cắt và hiệu quả của quy trình gia công. Tốc độ tiến quá nhanh có thể dẫn đến độ bóng bề mặt kém hoặc làm hỏng dụng cụ, trong khi tốc độ tiến quá chậm có thể làm giảm hiệu quả và tăng chi phí sản xuất.

Chuyển động tuyến tính thường được ra lệnh trong chương trình CNC sử dụng mã G, ngôn ngữ lập trình được sử dụng để điều khiển Máy CNC. Ví dụ: G01 là mã thường được sử dụng để hướng dẫn máy di chuyển tuyến tính đến một điểm được chỉ định ở một tốc độ tiến dao nhất định. Các tọa độ được cung cấp trong chương trình xác định điểm cuối của chuyển động tuyến tính, trong khi mã F đi kèm sẽ đặt tốc độ tiến dao.

Một trong những ứng dụng của chuyển động tuyến tính là trong hoạt động khoan. Khi khoan, dụng cụ di chuyển tuyến tính vào vật liệu để tạo lỗ. Độ chính xác của chuyển động tuyến tính đảm bảo rằng các lỗ được khoan ở đúng vị trí và độ sâu. Trong nguyên công tiện, chuyển động tuyến tính tạo ra các đặc điểm như đường kính, mặt và độ côn. Dao di chuyển các đường thẳng dọc theo phôi đang quay, loại bỏ vật liệu để tạo hình chi tiết.

Trong phay, chuyển động tuyến tính được sử dụng để tạo ra các bề mặt thẳng. Dụng cụ phay di chuyển thẳng trên phôi, cắt bỏ vật liệu để đạt được hình dạng và độ phẳng mong muốn. Khả năng kiểm soát tốc độ tiến dao đặc biệt quan trọng trong phay, vì nó ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước và độ chính xác bề mặt của chi tiết được phay.

Chuyển động tuyến tính có thể phức tạp hơn việc chỉ chuyển động trên một trục. Trong nhiều hoạt động CNC, chuyển động tuyến tính liên quan đến việc di chuyển đồng thời dọc theo nhiều trục. Ví dụ: một công cụ có thể di chuyển theo đường chéo trên phôi, yêu cầu chuyển động phối hợp theo cả trục X và Y. Chuyển động tuyến tính đa trục này rất cần thiết để tạo ra các hình học phức tạp.

Chuyển động tròn

Chuyển động tròn trong gia công CNC là một khía cạnh quan trọng giúp nâng cao tính linh hoạt và khả năng của máy CNC, cho phép họ thực hiện các hình học và thiết kế phức tạp. Đúng như tên gọi, đây kiểu chuyển động cho phép tạo ra các đường tròn, một tính năng thiết yếu để gia công các bề mặt cong và bán kính khác nhau.

Hiểu chuyển động tròn là chìa khóa cho các lập trình viên và thợ máy CNC, vì nó mở ra nhiều khả năng ngoài chuyển động theo đường thẳng. Chuyển động tròn thường được sử dụng trong các ứng dụng như phay các đường viền tròn, tiện các biên dạng phức tạp trên máy tiện hoặc tạo các mẫu phức tạp đòi hỏi một quỹ đạo cong và trơn tru.

TRONG Lập trình CNC, chuyển động tròn thường được thực hiện thông qua các mã G cụ thể hướng dẫn máy di chuyển theo đường tròn. Các mã này, chẳng hạn như G02 và G03, quy định chuyển động tròn - theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ. Cùng với các mã này, người lập trình phải xác định các tham số như bán kính của đường tròn và điểm cuối của chuyển động. Độ chính xác này cho phép tạo ra các hình dạng và cung tròn chính xác, là yếu tố cơ bản trong nhiều dự án gia công.

Giống như chuyển động tuyến tính, việc kiểm soát tốc độ tiến dao cũng quan trọng không kém trong chuyển động tròn. Tốc độ tiến dao xác định tốc độ dao di chuyển dọc theo đường tròn. Việc đạt được tỷ lệ này đúng là rất quan trọng đối với chất lượng vết cắt và độ hoàn thiện bề mặt cuối cùng. Quá nhanh, dụng cụ có thể cắt không hiệu quả, dẫn đến độ hoàn thiện kém hoặc thậm chí dụng cụ bị gãy. Quá chậm, quy trình trở nên kém hiệu quả, có thể gây ra những tác động không mong muốn lên phôi, chẳng hạn như tích tụ nhiệt.

Một trong những khía cạnh thách thức của chuyển động tròn trong CNC là duy trì tốc độ tiến dao và tốc độ cắt ổn định, đặc biệt khi dụng cụ tiếp xúc với phôi ở các góc khác nhau. Điều này đòi hỏi phải lập trình cẩn thận và đôi khi sử dụng các chức năng CNC tiên tiến có thể điều chỉnh linh hoạt các tốc độ này dựa trên vị trí của dụng cụ và hình học gia công.

Chuyển động tròn không chỉ giới hạn ở những vòng tròn hoặc vòng cung đơn giản. Các đường dẫn phức tạp có thể được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều chuyển động tròn với chuyển động tuyến tính, cho phép gia công các thiết kế và hình dạng phức tạp. Tính linh hoạt này là một trong những lý do tại sao gia công CNC được ưu tiên cho các bộ phận đòi hỏi độ chính xác và độ phức tạp cao.

Về mặt ứng dụng, chuyển động tròn được sử dụng rộng rãi trong việc tạo ra các bộ phận có đặc điểm hình tròn, chẳng hạn như bánh răng, cam và các bộ phận khác có tiết diện cong. Trong ngành hàng không vũ trụ và ô tô, chuyển động tròn là điều cần thiết để sản xuất các bộ phận khác nhau với độ chính xác và độ chính xác cao. Trong lĩnh vực chế tạo khuôn, chuyển động tròn cho phép tạo ra các khuôn có bề mặt cong phức tạp.

Phần kết luận

Tóm lại, độ chính xác, tốc độ và tính linh hoạt của Gia công CNC đã biến đổi quá trình sản xuất. Từ hệ thống điều khiển số (NC) đến máy CNC, công nghệ này đã mở rộng khắp các lĩnh vực. CNC có thể điều khiển chuyển động theo nhiều chiều, phù hợp với các sản phẩm phức tạp và chính xác. Trong gia công, điều khiển chuyển động nhanh, tuyến tính và tròn cho phép các nhà sản xuất đạt được các tiêu chuẩn nghiêm ngặt vànhững thiết kế phức tạp mà trước đây không thể thực hiện được. Gia công CNC có thể hoạt động với kim loại, polyme và các vật liệu khác, khiến nó trở nên hữu ích trong nhiều lĩnh vực.