Cùng tìm hiểu những khía cạnh của gia công CNC đa trục

Gia công CNC nhiều trục đề cập đến khả năng máy CNC di chuyển phôi hoặc dụng cụ trên nhiều trục cùng một lúc. Khả năng này cho phép tạo ra các bộ phận phức tạp và chính xác có bề mặt mịn hơn và hình học phức tạp hơn. Đó không chỉ là bước nhảy vọt về công nghệ, đó là cơ hội dẫn đến những khả năng mới trong sản xuất.

Duy trì lợi thế trong thị trường cạnh tranh ngày nay đòi hỏi phải theo kịp những tiến bộ công nghệ như vậy. Gia công CNC nhiều trục cũng không ngoại lệ.

Gia công CNC nhiều trục là gì và nó hoạt động như thế nào?

Về cốt lõi, gia công CNC (Điều khiển số máy tính) đa trục là một quy trình sản xuất tiên tiến trong đó các máy công cụ được điều khiển bằng máy tính hoạt động đồng thời dọc theo nhiều trục. Phương pháp này cho phép thực hiện các thiết kế phức tạp mà gần như không thể thực hiện được bằng gia công truyền thống.

Dụng cụ cắt di chuyển qua các trục tuyến tính X, Y và Z trong gia công CNC nhiều trục. Ngoài ra, còn có các phép quay xung quanh các trục này, được gọi là trục A, B và C. 

Nhiều trục chuyển động này mang lại sự linh hoạt vô song, cho phép máy tiếp cận phôi từ hầu hết mọi hướng.

Tính linh hoạt này chuyển thành một số ứng dụng thực tế. Ví dụ: với máy 5 trục, chúng ta có thể thực hiện các đường cắt phức tạp và điêu khắc chi tiết chỉ trong một thiết lập. Khả năng này giúp giảm đáng kể thời gian thiết lập và loại bỏ nhu cầu sử dụng nhiều thiết bị hoặc định vị lại phôi, đảm bảo độ chính xác và hiệu quả cao hơn.

Quá trình này bắt đầu bằng một thiết kế kỹ thuật số, thường được tạo bằng phần mềm CAD (Thiết kế hỗ trợ máy tính). Thiết kế này sau đó được chuyển đổi thành chương trình CNC, hướng dẫn máy di chuyển các công cụ để tạo ra bộ phận mong muốn. Vẻ đẹp của quá trình này nằm ở độ chính xác và khả năng lặp lại của nó. Sau khi chương trình được thiết lập, chương trình có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận có chất lượng ổn định theo thời gian.

Các loại máy CNC nhiều trục khác nhau là gì?

Máy CNC 3 trục

Máy CNC 3 trục là loại máy đơn giản nhất trong loại máy đa trục. Chúng hoạt động trên ba trục chính: X (ngang), Y (dọc) và Z (độ sâu). Quá trình bắt đầu với mô hình 3D kỹ thuật số, được chuyển đổi thành một bộ hướng dẫn chính xác bằng mã G, ngôn ngữ mà máy CNC hiểu được. Mã này điều khiển chuyển động của các công cụ của máy, hướng dẫn chúng dọc theo ba trục để cắt và định hình vật liệu thành chi tiết cuối cùng.

Ưu điểm

• Đơn giản và dễ sử dụng: Máy 3 trục ít phức tạp hơn so với các máy đa trục, giúp lập trình và vận hành dễ dàng hơn. Sự đơn giản này là một lợi thế đáng kể cho doanh nghiệp vì nó giúp giảm thời gian và chi phí đào tạo.
• Hiệu quả về chi phí: Những máy này thường có giá cả phải chăng hơn về mặt đầu tư và bảo trì ban đầu. Điều này khiến chúng trở thành điểm khởi đầu tuyệt vời cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ đang tìm cách kết hợp gia công CNC vào hoạt động của mình.
• Tính linh hoạt: Máy 3 trục có thiết kế đơn giản nên cực kỳ linh hoạt. Chúng có thể xử lý nhiều vật liệu khác nhau và phù hợp với nhiều sản phẩm, từ các bộ phận đơn giản đến các thiết kế hơi phức tạp.

Nhược điểm

• Độ phức tạp hạn chế: Mặc dù linh hoạt nhưng máy 3 trục có những hạn chế trong việc sản xuất các bộ phận có đường cắt hoặc yêu cầu hình học phức tạp. Hạn chế này đôi khi đòi hỏi phải thực hiện thêm các thao tác khác, làm tăng thời gian sản xuất.
• Yêu cầu can thiệp thủ công: Đối với một số bộ phận có vấn đề, việc định vị lại phôi thủ công có thể cần thiết để đạt được tất cả các góc gia công, điều này có thể gây ra lỗi và sự không nhất quán.

Ứng dụng 

Máy CNC 3 trục được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do tính linh hoạt của chúng. Chúng có xu hướng được dùng để sản xuất các bộ phận cơ khí, khuôn mẫu cơ bản và nguyên mẫu. Những máy này dùng để tạo mẫu nhanh vì chúng cung cấp một cách nhanh chóng và tiết kiệm chi phí để tạo ra các bộ phận chất lượng cao với hình dạng tiêu chuẩn.

Máy CNC 4 trục

Máy CNC 4 trục thêm một trục quay, điển hình là trục A, quay quanh trục X. Mức độ tự do bổ sung này cho phép phôi được xoay, cho phép dụng cụ cắt tiếp cận các khu vực không thể tiếp cận được trong thiết lập 3 trục. Quy trình làm việc tương tự như máy 3 trục nhưng có thêm độ phức tạp trong việc đồng bộ hóa chuyển động quay với các trục tuyến tính. Mã G cho thiết bị 4 trục định hướng đường dẫn của dao và điều khiển vị trí quay của phôi.

Ưu điểm

• Tăng độ phức tạp trong thiết kế: Trục bổ sung cho phép tạo ra các hình học và đường cắt phức tạp hơn. Khả năng này có lợi cho việc tạo ra các thiết kế phức tạp hơn mà không cần phải định vị lại phôi bằng tay.
• Hiệu quả nâng cao: Gia công 4 trục giúp giảm nhu cầu thiết lập nhiều lần, giảm đáng kể thời gian sản xuất và nâng cao hiệu quả.
• Độ bóng bề mặt được cải thiện: Khả năng định vị phôi ở các góc tối ưu có thể mang lại độ bóng bề mặt tốt hơn vì công cụ này có thể thực hiện các vết cắt hiệu quả hơn.

Nhược điểm

• Độ phức tạp cao hơn trong lập trình và vận hành: Việc thêm một trục phụ đòi hỏi kỹ năng lập trình nâng cao hơn và hiểu biết sâu hơn về quy trình gia công.
• Tăng chi phí đầu tư: Máy 4 trục thường đắt hơn máy 3 trục về chi phí ban đầu và bảo trì.

Ứng dụng 

Máy CNC 4 trục rất phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu hình học phức tạp, chẳng hạn như các bộ phận hàng không vũ trụ, phụ tùng ô tô và khuôn mẫu phức tạp. Máy gia công 4 trục thường được dùng để gia công cho các bộ phận cần độ chính xác cao và các tính năng chi tiết mà máy 3 trục không thể đạt được một cách hiệu quả.

Máy CNC 5 trục

Máy CNC 5 trục đại diện cho đỉnh cao của độ phức tạp và khả năng gia công CNC. Những máy này hoạt động trên trục X, Y và Z truyền thống nhưng cũng bao gồm hai trục quay bổ sung, thường được gọi là trục A và B. Cấu hình này cho phép dụng cụ cắt di chuyển và tiếp cận phôi từ hầu hết mọi hướng. Việc lập trình cho máy 5 trục rất phức tạp vì nó liên quan đến việc phối hợp đồng thời năm trục khác nhau để chuyển động chính xác và linh hoạt.

Ưu điểm

• Độ chính xác và độ phức tạp siêu cao: Máy CNC 5 trục có thể tạo ra các bộ phận có hình dạng phức tạp và dung sai chặt chẽ mà các thiết bị 3 hoặc 4 trục không thể thực hiện được.
• Giảm thời gian thiết lập: Khả năng gia công các bộ phận phức tạp trong một lần thiết lập giúp tiết kiệm thời gian và giảm nguy cơ xảy ra lỗi liên quan đến nhiều thiết kế.
• Cải thiện tuổi thọ dụng cụ và độ hoàn thiện bề mặt: Các trục bổ sung cho phép dụng cụ duy trì vị trí và góc cắt tối ưu, dẫn đến độ hoàn thiện bề mặt tốt hơn và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.

Nhược điểm

Chi phí cao: Máy 5 trục đắt nhất cả về chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành.

Trình độ và kinh nghiệm của người vận hành: Độ phức tạp của những máy này đòi hỏi người vận hành và lập trình viên có tay nghề cao, đây có thể là một yếu tố hạn chế đối với một số doanh nghiệp.

Ứng dụng

Gia công CNC 5 trục rất cần thiết trong các ngành có độ chính xác cao như hàng không vũ trụ, ô tô và sản xuất thiết bị y tế. Máy 5 trục thường được dùng để tạo ra các bộ phận hàng không vũ trụ phức tạp và các thiết bị y tế phức tạp, trong đó độ chính xác và tuân thủ các thông số kỹ thuật nghiêm ngặt là điều tối quan trọng.

Gia công 3+2

Gia công 3+2, còn được gọi là gia công 5 mặt hoặc gia công 5 trục được lập chỉ mục, là kỹ thuật sử dụng máy CNC 5 trục, nhưng dụng cụ cắt không di chuyển đồng thời ở cả năm trục. Thay vào đó, máy định vị phôi theo hướng cố định bằng hai trục quay và sau đó tiến hành thao tác gia công bằng cách sử dụng phương pháp 3 trục truyền thống. Phương pháp này kết hợp tính linh hoạt của máy 5 trục với sự đơn giản của gia công 3 trục.

Trong gia công 3+2, phôi trước tiên được định vị bằng cách sử dụng trục quay của máy ở một góc cụ thể. Sau khi thiết lập, các trục này sẽ bị khóa và quá trình gia công chỉ được thực hiện bằng cách sử dụng các trục X, Y và Z tuyến tính. Quá trình này cho phép gia công các bộ phận phức tạp với ít thiết lập hơn so với yêu cầu với máy 3 trục tiêu chuẩn nhưng không có độ phức tạp của gia công 5 trục liên tục.

Ưu điểm

Tăng khả năng tiếp cận các hình dạng phức tạp: Bằng cách định vị lại và khóa phôi ở nhiều góc khác nhau, gia công 3+2 giúp tiếp cận các khu vực khó gia công bằng máy 3 trục.

Giảm độ phức tạp so với gia công 5 trục đầy đủ: Vì dụng cụ cắt chỉ di chuyển theo ba trục tại bất kỳ thời điểm nào nên việc lập trình và vận hành đơn giản hơn so với gia công 5 trục liên tục.

Cải thiện độ bóng bề mặt và tuổi thọ dụng cụ: Định vị phôi tối ưu cho phép đường và góc cắt hiệu quả hơn, dẫn đến độ bóng bề mặt tốt hơn và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.

Nhược điểm

Không phù hợp với các sản phẩm có dạng hình học cực kỳ phức tạp: Gia công 3+2 cho phép độ phức tạp cao hơn gia công 3 trục, nhưng nó không thể sánh được với khả năng gia công 5 trục liên tục cho các thiết kế phức tạp cụ thể.

Yêu cầu máy có khả năng 5 trục: Mặc dù hoạt động đơn giản hơn, gia công 3+2 vẫn yêu cầu máy 5 trục, đây là một khoản đầu tư đáng kể.

Ứng dụng

Gia công 3+2 được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận cần các góc và tính năng phức tạp nhưng không yêu cầu đầy đủ khả năng gia công 5 trục liên tục. Nó lan truyền rộng rãi trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và ô tô, nơi mà độ chính xác và hiệu quả là yếu tố then chốt. Máy gia công 3+2 thường được sử dụng cho các bộ phận phức tạp cần các chi tiết hoặc hốc có góc chính xác.

Gia công nhiều trục so sánh với các phương pháp CNC truyền thống về mặt hiệu quả như thế nào?

Là một chuyên gia dày dạn kinh nghiệm trong lĩnh vực gia công CNC, SPIT đã chứng kiến ​​​​sự phát triển vượt bậc từ các phương pháp truyền thống sang kỹ thuật đa trục tiên tiến. Quá trình phát triển này nhằm mục đích bổ sung thêm nhiều trục và nâng cao đáng kể hiệu quả cũng như khả năng trong quy trình sản xuất.

Gia công CNC truyền thống

Gia công CNC truyền thống thường liên quan đến máy 3 trục. Những máy này hoạt động hiệu quả cho nhiều ứng dụng, chủ yếu khi xử lý các bộ phận ít phức tạp hơn. Tuy nhiên, khả năng của chúng bị giới hạn ở chuyển động dọc theo trục X, Y và Z, điều này có thể là một hạn chế khi sản xuất các bộ phận có hình học phức tạp hoặc yêu cầu nhiều thiết lập.

Hiệu quả của gia công nhiều trục

Gia công nhiều trục, bao gồm máy 4 trục và 5 trục mang lại bước nhảy vọt đáng kể về hiệu quả vì một số lý do:

• Giảm thời gian thiết lập: Một trong những ưu điểm đáng kể nhất là giảm thời gian thiết lập. Máy nhiều trục có thể hoàn thành các bộ phận phức tạp trong một lần thiết lập, điều này là không thể với máy 3 trục truyền thống. Việc giảm thời gian thiết lập này giúp tăng tốc độ sản xuất và giảm khả năng xảy ra lỗi liên quan đến nhiều thiết kế.
• Hình học phức tạp với độ chính xác: Máy nhiều trục có thể tạo ra các hình dạng và chi tiết phức tạp với độ chính xác cao. Khả năng này đặc biệt quan trọng trong các thiết bị y tế và hàng không vũ trụ, nơi đòi hỏi độ chính xác phải tuyệt đối.
• Cải thiện độ bóng bề mặt và tuổi thọ dụng cụ: Các trục bổ sung cho phép định vị dụng cụ tối ưu, mang lại độ hoàn thiện bề mặt tốt hơn và có thể kéo dài tuổi thọ dụng cụ bằng cách giảm mài mòn dụng cụ.
• Tính linh hoạt: Máy nhiều trục mang lại sự linh hoạt cao hơn để chế tạo các bộ phận phức tạp. Tính linh hoạt này có nghĩa là có thể sản xuất nhiều loại yếu tố hơn trên một máy duy nhất, giảm nhu cầu sử dụng máy móc chuyên dụng.

Sự đánh đổi giữa chi phí và hiệu quả

Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù gia công nhiều trục hiệu quả hơn nhưng nó cũng có chi phí cao hơn về mặt đầu tư ban đầu và chuyên môn vận hành. Do đó, quyết định sử dụng gia công nhiều trục phải dựa trên phân tích kỹ lưỡng về các nhu cầu cụ thể, chẳng hạn như độ phức tạp của các bộ phận, độ chính xác cần thiết và khối lượng sản xuất.

Các ngành công nghiệp chính được hưởng lợi từ gia công CNC nhiều trục là gì?

Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ

Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối và hình học phức tạp trong các bộ phận của nó, khiến việc gia công đa trục trở nên không thể thiếu. Từ các bộ phận động cơ đến các bộ phận khung máy bay, máy CNC đa trục có thể tạo ra các thiết kế phức tạp với dung sai chặt chẽ cần thiết trong các ứng dụng hàng không vũ trụ.

Sản xuất thiết bị y tế

Độ chính xác và độ tin cậy là rất quan trọng trong sản xuất thiết bị y tế. Gia công CNC đa trục cho phép sản xuất các thiết bị y tế phức tạp, tùy chỉnh và chính xác như cấy ghép chỉnh hình, dụng cụ phẫu thuật và thiết bị chẩn đoán.

Công nghiệp ô tô

Ngành công nghiệp ô tô được hưởng lợi đáng kể từ hiệu quả và độ chính xác của gia công đa trục. Nó sản xuất các bộ phận động cơ phức tạp, bộ phận truyền động và các thiết bị cố định tùy chỉnh đòi hỏi độ chính xác cao và độ hoàn thiện bề mặt tuyệt vời.

Quốc phòng và quân sự

Trong lĩnh vực quốc phòng, luôn có nhu cầu về các bộ phận tùy chỉnh, có độ chính xác cao. Gia công CNC đa trục đáp ứng nhu cầu này bằng cách sản xuất các bộ phận cho thiết bị quân sự, phương tiện và hệ thống vũ khí, tất cả đều yêu cầu độ chính xác và độ bền tối đa.

Thiết bị điện tử

Khi các thiết bị điện tử trở nên nhỏ hơn và phức tạp hơn, nhu cầu về các bộ phận thu nhỏ và chính xác sẽ tăng lên. Gia công nhiều trục rất quan trọng trong việc tạo ra các bộ phận phức tạp cho các thiết bị điện tử, bao gồm đầu nối, vỏ và các bộ phận tùy chỉnh khác nhau.

Làm dụng cụ và khuôn mẫu

Chế tạo khuôn và gia công khuôn là những lĩnh vực khác mà gia công đa trục tỏa sáng. Tạo các khuôn phức tạp với đường viền và chi tiết chính xác là điều cần thiết trong việc sản xuất các công cụ đúc khuôn và ép phun nhựa chất lượng cao.

Ngành năng lượng

Có nhu cầu về các thành phần quan trọng, phức tạp trong lĩnh vực năng lượng, đặc biệt là dầu khí, gió và năng lượng hạt nhân. Gia công nhiều trục tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các bộ phận này với độ chính xác và độ bền cần thiết trong những môi trường có áp suất cao như vậy.

Sự khác biệt giữa gia công CNC 3, 4 và 5 trục là gì?

Gia công CNC 3 trục

• Chuyển động: Trong gia công CNC 3 trục, dụng cụ cắt di chuyển theo ba hướng tuyến tính – trục X, Y và Z.
• Ưu điểm: Lý tưởng cho các bộ phận có hình dạng tương đối đơn giản. Nó rất tuyệt vời để phay rãnh, khoan lỗ và cắt các cạnh sắc.
• Hạn chế: Nó cần có khả năng xử lý các bộ phận có đường cắt và bị hạn chế trong việc tạo ra các hình dạng phức tạp.
• Công nghiệp: Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận thiết yếu, chẳng hạn như các bộ phận cơ khí đơn giản, khung và giá đỡ.

Gia công CNC 4 trục

• Chuyển động: Thêm một trục quay vào các trục X, Y và Z hiện có, thường là trục A, quay quanh trục X.
• Ưu điểm: Cho phép gia công các bộ phận phức tạp hơn với các đường cắt dưới. Nó cũng có thể thực hiện các thao tác trên một mặt của chi tiết, điều này không thể thực hiện được với máy 3 trục.
• Hạn chế: Mặc dù linh hoạt hơn gia công 3 trục nhưng nó vẫn có một số quy tắc hình học so với gia công 5 trục.
• Công nghiệp: Được sử dụng trong ô tô, hàng không vũ trụ và chế tạo khuôn mẫu để sản xuất các bộ phận phức tạp hơn.

Gia công CNC 5 trục

• Chuyển động: Kết hợp các chuyển động dọc theo trục X, Y và Z và hai trục quay A và B, cho phép dụng cụ cắt di chuyển đồng thời theo cả năm hướng.
• Ưu điểm: Có thể sản xuất các bộ phận rất phức tạp và phức tạp với độ chính xác cao. Nó có khả năng gia công các đường cắt và đường viền phức tạp.
• Hạn chế: Chi phí cao hơn và đòi hỏi lập trình và vận hành lành nghề hơn.
• Công nghiệp: Cần thiết trong các lĩnh vực có độ chính xác cao như hàng không vũ trụ, thiết bị y tế và linh kiện ô tô phức tạp.

Kết luận

• Máy 3 trục là lựa chọn tốt nhất cho các bộ phận đơn giản hơn và ít tốn kém hơn.
• Máy 4 trục bổ sung khả năng xử lý các hình dạng và đường cắt phức tạp hơn.
• Máy 5 trục là loại tiên tiến nhất, phù hợp với các bộ phận có độ chính xác và độ phức tạp cao nhưng có chi phí cao hơn.