Máy Tiện CNC Là Gì? Cấu tạo, nguyên lý & các loại máy tiện CNC

Trong thế giới gia công cơ khí hiện đại, máy tiện CNC đã trở thành một phần không thể thiếu để biến những bản vẽ kỹ thuật chi tiết thành hiện thực với độ chính xác và hiệu quả vượt trội. Máy tiện CNC sở hữu một hệ thống thông minh, tự động hóa toàn bộ quy trình, mang lại khả năng sản xuất không giới hạn cho các ngành công nghiệp từ ô tô, hàng không đến y tế và điện tử.

Nội dung bài viết

1 Máy tiện CNC là gì?
2 So sánh với máy tiện NC
3 Cấu tạo máy tiện CNC cơ khí
- 3.1 Cấu tạo hệ thống cơ khí máy tiện CNC
- 3.2 Hệ thống điều khiển CNC
4 Nguyên lý hoạt động máy CNC tiện
5 Các loại máy tiện CNC công nghiệp
- 5.1 Phân loại theo số lượng trục
- 5.2 Phân loại theo kiểu trục chính
6 Ưu điểm của máy tiện kim loại CNC
7 Nhược điểm của máy tiện CNC
8 Ứng dụng của máy tiện CNC

Máy tiện CNC là gì?

Máy tiện CNC là máy tự động được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính, chuyên dùng để gia công các chi tiết có dạng hình tròn xoay. Khác với máy tiện truyền thống vốn phụ thuộc nhiều vào kỹ năng và thao tác thủ công của người thợ, máy tiện CNC hoạt động dựa trên các chương trình được lập trình sẵn, đảm bảo độ chính xác và khả năng lặp lại vượt trội.

Sự ra đời của công nghệ tiện CNC vào giữa thế kỷ 20 đã đánh dấu một bước ngoặt lớn trong ngành sản xuất. Máy tiện CNC nhanh chóng trở thành công cụ chủ lực trong nhiều ngành công nghiệp mũi nhọn như: ô tô, hàng không vũ trụ, y tế, điện tử và chế tạo khuôn mẫu,…

So sánh với máy tiện NC

Máy tiện NC (Numerical Control) và máy tiện CNC (Computer Numerical Control) đều là những loại máy tiện điều khiển số, nhưng máy CNC là phiên bản cải tiến hơn của máy NC.

Dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa 2 loại máy này:

Tiêu chí	Máy Tiện NC	Máy Tiện CNC
Bản chất điều khiển	Điều khiển bởi một tập hợp các lệnh dưới dạng số, chữ cái, ký hiệu được mã hóa.	Điều khiển bởi một chương trình được thiết kế và chạy trên máy tính (bộ vi xử lý, bộ nhớ).
Chương trình	Được nhập vào thông qua băng đục lỗ hoặc băng từ.	Được nhập trực tiếp vào bộ nhớ máy tính của máy bằng bàn phím hoặc qua mạng.
Lưu trữ chương trình	Không có bộ nhớ trong để lưu trữ chương trình. Chương trình được lưu trữ trên băng đục lỗ/băng từ bên ngoài.	Có bộ nhớ trong (RAM, ổ cứng) để lưu trữ nhiều chương trình gia công. Dễ dàng mở rộng bộ nhớ.
Thay đổi chương trình	Rất khó khăn và phức tạp. Khi có lỗi hoặc cần thay đổi, phải chỉnh sửa hoặc tạo lại băng mới và nạp lại.	Dễ dàng và nhanh chóng. Chỉ cần chỉnh sửa trực tiếp trên phần mềm máy tính, thay đổi biến số trong chương trình.
Tính linh hoạt	Thấp. Khó thay đổi sản phẩm, chủ yếu cho sản xuất hàng loạt lớn, cố định.	Cao. Dễ dàng chuyển đổi sản xuất giữa các loại chi tiết khác nhau bằng cách thay đổi chương trình.
Độ chính xác	Tốt hơn máy truyền thống, nhưng thấp hơn máy CNC do hạn chế về công nghệ điều khiển.	Rất cao. Đạt độ chính xác gần như tuyệt đối, sai số rất nhỏ (micromet).
Năng suất	Trung bình.	Cao hơn đáng kể. Tốc độ gia công nhanh, ít thời gian chết.
Yêu cầu vận hành	Đòi hỏi người vận hành có tay nghề cao để xử lý các vấn đề phát sinh và điều chỉnh.	Không đòi hỏi tay nghề cao như máy NC, nhưng cần người có kiến thức về lập trình và vận hành máy tính.
Tự động hóa	Hạn chế. Một số công đoạn vẫn cần thao tác thủ công.	Rất cao. Toàn bộ quá trình gia công gần như tự động hoàn toàn.
Chi phí đầu tư	Thấp hơn máy CNC.	Cao hơn máy NC.
Chi phí bảo trì	Thấp hơn (ít linh kiện điện tử phức tạp).	Cao hơn (nhiều bộ phận điện tử và cơ khí phức tạp).
Hiện trạng sử dụng	Gần như không còn được sử dụng trong sản xuất công nghiệp hiện đại do công nghệ lỗi thời và hiệu suất thấp.	Là tiêu chuẩn công nghiệp hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực.

Máy tiện CNC phát triển vượt bậc từ máy tiện NC, khắc phục hầu hết các nhược điểm của thế hệ tiền nhiệm nhờ việc tích hợp máy tính vào hệ thống điều khiển. Điều này mang lại khả năng gia công chính xác hơn, linh hoạt hơn và năng suất cao hơn rất nhiều, trở thành công nghệ không thể thiếu trong ngành sản xuất hiện đại.

Cấu tạo máy tiện CNC cơ khí

Để bạn dễ hình dung, cấu tạo của máy tiện CNC cơ khí được chia thành 2 phần chính: hệ thống cơ khí và hệ thống điều khiển CNC.

Cấu tạo hệ thống cơ khí máy tiện CNC

Đây là những bộ phận tạo nên chiếc máy tiện kim loại, chịu trách nhiệm chính trong việc kẹp phôi, di chuyển dao và thực hiện quá trình cắt gọt:

1/ Thân máy (Giường máy):

– Thường được đúc từ gang cường lực hoặc thép để đảm bảo độ cứng vững cao, chống rung động.

– Trên thân máy có các băng trượt để dẫn hướng cho xe dao và ụ động di chuyển chính xác.

2/ Trục chính (Spindle): Truyền chuyển động quay tròn cho phôi.

– Bên trong trục chính có các ổ trục (vòng bi) giúp trục quay trơn tru, chính xác và chịu tải tốt.

– Nhận truyền động từ động cơ chính thông qua đai truyền, khớp nối hoặc hệ thống bánh răng.

– Tốc độ quay của trục chính có thể điều chỉnh linh hoạt theo yêu cầu gia công.

3/ Mâm cặp (Chuck): Được gắn trực tiếp trên trục chính, có nhiệm vụ kẹp chặt và định vị phôi.

– Có nhiều loại mâm cặp như 2 chấu, 3 chấu, 4 chấu, mâm cặp thủy lực…

4/ Ổ dao (Turret/Tháp dao/Đài dao): nơi gá lắp các loại dao cắt.

– Có khả năng xoay và thay dao tự động theo chương trình đã lập trình.

=> Giúp tối ưu hóa thời gian gia công và giảm thiểu thao tác thủ công.

– Số lượng vị trí dao trên ổ dao thường từ 8, 10, 12 vị trí trở lên.

5/ Các trục tọa độ giúp di chuyển dao cắt một cách chính xác theo các phương.

– Trục Z: Di chuyển dao theo chiều dọc của phôi (song song với trục chính), quyết định chiều dài gia công.

– Trục X: Di chuyển dao vuông góc với trục chính, quyết định đường kính gia công.

– Trục Y (trên máy tiện phay): Di chuyển dao theo phương vuông góc với cả trục X và Z, cho phép gia công phay trên mặt bên của chi tiết tròn.

– Trục C (trên máy có khả năng phay): Cho phép phôi quay với góc độ chính xác, hỗ trợ các nguyên công khoan, phay lệch tâm.

Mỗi trục được điều khiển bởi một động cơ Servo và sử dụng vít me bi để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến với độ chính xác cao và ít ma sát.

6/ Ụ động (Tailstock – nếu có): Có khả năng di chuyển dọc theo trục Z.

– Dùng để chống đỡ một đầu của phôi dài đảm bảo độ cứng vững khi gia công.

– Hoặc lắp các dụng cụ như mũi khoan, doa, taro để gia công các lỗ đồng tâm.

Hệ thống điều khiển CNC

Đây là “bộ não” điều hành toàn bộ quá trình gia công, đảm bảo mọi chuyển động đều chính xác và tự động:

1/ Bộ điều khiển trung tâm (Controller/CNC Unit):

– Có nhiệm vụ đọc, giải mã và xử lý các chương trình gia công (G-code, M-code) được nhập vào.

– Từ các lệnh này, bộ điều khiển sẽ tính toán và gửi tín hiệu điều khiển tới các động cơ Servo.

– Đảm bảo máy hoạt động đúng theo các thông số đã lập trình (tốc độ cắt, tốc độ tiến dao, vị trí dao…).

2/ Hệ thống Servo Motor và Driver:

– Động cơ Servo được lắp trên mỗi trục (X, Z, Y, C…) và trục chính.

+ Chúng nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và chuyển đổi thành chuyển động cơ học (quay hoặc tịnh tiến).

– Driver (Bộ điều khiển động cơ): Khuếch đại tín hiệu từ bộ điều khiển trung tâm và cung cấp năng lượng cho động cơ Servo.

3/ Hệ thống phản hồi (Encoder/Resolver): Là các cảm biến gắn trên các trục và trục chính.

– Liên tục gửi thông tin phản hồi về vị trí và tốc độ thực tế của các bộ phận chuyển động về bộ điều khiển trung tâm.

– Bộ điều khiển sẽ so sánh dữ liệu phản hồi với lệnh lập trình và thực hiện điều chỉnh tức thì (hệ thống vòng kín) để đảm bảo độ chính xác tuyệt đối.

4/ Bảng điều khiển (Control Panel/HMI – Human Machine Interface):

– Giao diện để người vận hành tương tác với máy.

+ Màn hình hiển thị: hiển thị chương trình, trạng thái máy, thông báo lỗi.

+ Bàn phím, các nút bấm chức năng (khởi động, dừng khẩn cấp, chạy tay…).

Ngoài các bộ phận chính, máy tiện CNC còn có các hệ thống phụ trợ quan trọng khác: hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn tự động và hệ thống thu gom phoi.

Nguyên lý hoạt động máy CNC tiện

Quy trình gia công trên máy CNC tiện diễn ra theo các bước tự động hóa cao:

1/ Chuẩn bị: Phôi được gá kẹp chặt vào mâm cặp trên trục chính.

– Dao cắt phù hợp được lắp vào ổ dao và gốc tọa độ được thiết lập.

2/ Lập trình: Người vận hành sẽ viết một chương trình gia công bằng các mã lệnh đặc biệt (G-code, M-code).

– Chương trình này mô tả chi tiết đường đi của dao, tốc độ cắt, tốc độ tiến dao và các thao tác khác để tạo ra hình dạng mong muốn.

3/ Thực hiện gia công: Bộ điều khiển CNC đọc và giải mã chương trình.

– Trục chính bắt đầu quay phôi với tốc độ đã định.

– Đồng thời, hệ thống Servo Motor sẽ điều khiển các trục X và Z di chuyển dao cắt theo đúng quỹ đạo lập trình.

– Loại bỏ vật liệu từng lớp một cho đến khi chi tiết đạt được hình dạng và kích thước yêu cầu.

4/ Giám sát và kiểm soát:

– Trong suốt quá trình, hệ thống phản hồi liên tục gửi dữ liệu về bộ điều khiển.

=> Giúp máy tự động điều chỉnh sai lệch nhỏ nhất, đảm bảo độ chính xác và chất lượng sản phẩm.

Các loại máy tiện CNC công nghiệp

Máy tiện CNC công nghiệp rất đa dạng về chủng loại, được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau:

Phân loại theo số lượng trục

Đây là cách phân loại phổ biến nhất, quyết định khả năng gia công phức tạp của máy.

1/ Máy tiện CNC 2 trục (2-axis CNC Lathe): Là loại máy tiện CNC cơ bản và phổ biến nhất.

– Chỉ có 2 trục chuyển động tuyến tính chính là:

+ Trục Z: Di chuyển dao theo chiều dọc của phôi (song song với trục chính).

+ Trục X: Di chuyển dao theo chiều ngang, vuông góc với trục chính, để thay đổi đường kính gia công.

– Khả năng gia công: Chuyên dùng để gia công các chi tiết có dạng hình tròn xoay đơn giản như: tiện trụ ngoài, tiện trụ trong (lỗ), tiện côn, tiện mặt đầu, cắt đứt, tiện ren.

– Ứng dụng: Phù hợp với các chi tiết đơn giản, không quá phức tạp về hình dạng.

2/ Máy tiện CNC 3 trục (3-axis CNC Lathe): Ngoài 2 trục X, Z cơ bản, máy được bổ sung thêm 1 trong các trục sau:

+ Trục Y: Cho phép dao di chuyển theo phương vuông góc với mặt phẳng X-Z.

+ Trục C: Khi có trục C, máy thường đi kèm với các đầu dao phay động (live tooling).

– Khả năng gia công:

+ Có thể làm được các công việc của máy 2 trục.

+ Gia công được các chi tiết phức tạp hơn: khoan và phay các lỗ hoặc rãnh không đồng tâm, phay các mặt phẳng nhỏ trên chi tiết tròn xoay.

– Ứng dụng: Phù hợp với các chi tiết cần sự kết hợp giữa tiện và phay (đơn giản) trong một lần gá đặt.

3/ Máy tiện CNC 4 trục (4-axis CNC Lathe): Thường có trục X, Z và thêm một trục phụ trợ.

– Có 2 cấu hình phổ biến:

+ Trục X, Z và 1 ổ dao phụ (Sub-turret): Giúp gia công đồng thời 2 nguyên công trên cùng một phôi hoặc 2 phôi độc lập nếu có hai trục chính.

+ Trục X, Z, Y (hoặc C) và 1 ụ động có trục (driven tailstock): Cho phép ụ động di chuyển và thực hiện các nguyên công khoan/phay từ phía sau.

– Khả năng gia công: Nâng cao năng suất và khả năng gia công phức tạp hơn so với 3 trục, đặc biệt là khi có 2 ổ dao hoặc khả năng phay tiên tiến hơn.

4/ Máy tiện CNC 5 trục trở lên (Multi-axis CNC Lathe / Machining Center):

– Tích hợp nhiều trục chuyển động tuyến tính (X, Y, Z) và các trục quay (A, B, C) cho phép định hướng dụng cụ hoặc phôi theo nhiều góc độ khác nhau.

– Khả năng gia công: Có thể gia công các chi tiết có nhiều góc nghiêng, lỗ xiên cực kỳ phức tạp trong 1 lần gá đặt.

– Ứng dụng: Các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, y tế, chế tạo khuôn mẫu phức tạp.

Phân loại theo kiểu trục chính

1/ Máy tiện ngang (Horizontal Lathe): Loại máy tiện CNC phổ biết nhất.

– Trục chính nằm ngang, phôi được kẹp và quay theo phương ngang.

– Dễ dàng kẹp phôi, thoát phoi tốt, dễ dàng quan sát quá trình gia công.

– Đa dạng nhất, phù hợp với hầu hết các loại chi tiết tiện.

2/ Máy tiện đứng (Vertical Lathe/VTL – Vertical Turning Lathe):

– Trục chính nằm dọc (thẳng đứng), phôi được đặt trên mâm cặp quay theo phương ngang.

– Tiết kiệm diện tích sàn, dễ dàng gá đặt các chi tiết nặng và có đường kính lớn nhờ trọng lực hỗ trợ kẹp phôi.

– Gia công các chi tiết có đường kính lớn, trọng lượng nặng như bánh đà, mặt bích lớn, vành xe.

3/ Máy tiện phay (Turning-Milling Center / Mill-Turn Center):

– Là sự kết hợp giữa máy tiện và máy phay CNC trên cùng một thân máy.

+ Máy có khả năng tiện, phay, khoan, taro… mà không cần chuyển chi tiết sang máy khác.

+ Thường có trục Y, trục C và đầu dao phay động.

– Gia công hoàn chỉnh chi tiết phức tạp trong một lần gá đặt (one-set-up machining).

+ Giảm thời gian gia công, giảm sai số do gá đặt lại, tăng năng suất và chất lượng.

– Sản xuất các chi tiết phức tạp cho hàng không, y tế, chi tiết máy chính xác cao.

4/ Máy tiện kiểu Thụy Sĩ (Swiss-type Lathe / Swiss Lathe):

– Phôi được đẩy qua một ống dẫn hướng (guide bushing) và dao cắt di chuyển rất gần với ống dẫn hướng đó.

+ Toàn bộ phôi di chuyển dọc theo trục Z.

– Độ cứng vững rất cao tại điểm cắt, cho phép gia công các chi tiết rất nhỏ, dài và mảnh với độ chính xác cực cao.

– Chế tạo các chi tiết siêu nhỏ và chính xác cho đồng hồ, thiết bị y tế, điện tử, hàng không vũ trụ.

Ưu điểm của máy tiện kim loại CNC

Máy tiện kim loại CNC mang lại vô số ưu điểm vượt trội so với các loại máy tiện truyền thống, biến nó thành công cụ không thể thiếu trong ngành gia công cơ khí hiện đại. Dưới đây là những ưu điểm nổi bật nhất:

1/ Độ chính xác và độ lặp lại cực cao:

– Sai số cực nhỏ, chính xác đến từng micromet (µm) gần như tuyệt đối.

– Chất lượng đồng nhất, sản phẩm được gia công đều có chất lượng và thông số kỹ thuật y hệt nhau.

=> Loại bỏ sự khác biệt do tay nghề người vận hành.

– Giảm phế phẩm, giảm thiểu đáng kể tỷ lệ sản phẩm lỗi.

=> Tiết kiệm nguyên vật liệu và chi phí sản xuất.

2/ Năng suất và hiệu quả vượt trội:

– Tốc độ gia công nhanh, rút ngắn thời gian chu kỳ gia công cho mỗi chi tiết.

– Gia công liên tục 24/7 mà không cần sự can thiệp quá nhiều của con người, tăng tối đa thời gian hoạt động của máy.

– Tự động hóa cao: Tự động thay dao, tự động cấp phôi, tự động thu gom phoi.

– Giảm thiểu nhân công, giúp tiết kiệm chi phí nhân sự.

3/ Khả năng gia công phức tạp:

– Máy tiện CNC có thể dễ dàng tạo ra các chi tiết có hình dạng phức tạp: các bề mặt định hình, đường cong phức tạp, ren đặc biệt, hoặc các chi tiết có nhiều rãnh, lỗ lệch tâm (đối với máy nhiều trục).

– Linh hoạt trong thay đổi sản phẩm, không cần phải thay đổi đồ gá hay điều chỉnh cơ khí phức tạp.

4/ Giảm sự phụ thuộc vào tay nghề thợ:

– Máy hoạt động theo chương trình đã lập trình, giảm thiểu sai sót do yếu tố con người.

5/ An toàn lao động:

– Quá trình gia công được thực hiện bên trong khoang máy kín, giảm thiểu nguy cơ tiếp xúc trực tiếp giữa người vận hành.

– Nâng cao an toàn lao động.

6/ Tối ưu hóa chi phí dài hạn:

– Về lâu dài, máy tiện CNC giúp tiết kiệm chi phí nhờ: giảm hao hụt nguyên liệu, tăng năng suất, giảm thời gian gia công, giảm chi phí nhân công và giảm chi phí xử lý lại sản phẩm lỗi.

Nhược điểm của máy tiện CNC

– Chi phí đầu tư ban đầu cao, đắt hơn nhiều so với máy tiện truyền thống.

– Cần nhân lực được đào tạo chuyên sâu về vận hành, lập trình CNC.

– Các linh kiện điện tử và cơ khí phức tạp có thể tốn kém khi thay thế.

– Thời gian thiết lập (setup) và lập trình ban đầu có thể lâu, không kinh tế cho việc gia công một vài chi tiết.

Ứng dụng của máy tiện CNC

Máy tiện CNC là công cụ không thể thiếu trong hầu hết các ngành công nghiệp chế tạo:

– Ngành ô tô: Chế tạo trục động cơ, trục cam, trục khuỷu, các chi tiết hộp số, linh kiện phanh và nhiều bộ phận khác.

– Ngành hàng không vũ trụ: Sản xuất các chi tiết động cơ phản lực, bộ phận khung, linh kiện kết cấu yêu cầu độ chính xác và độ bền cao.

– Ngành y tế: Gia công dụng cụ phẫu thuật, thiết bị cấy ghép như ốc vít xương, khớp nhân tạo.

– Ngành điện tử: Chế tạo các chi tiết vỏ, đầu nối, linh kiện nhỏ với độ chính xác cao.

– Chế tạo khuôn mẫu: Gia công các chi tiết lõi, lòng khuôn có dạng tròn hoặc các chi tiết định hình.

– Sản xuất hàng tiêu dùng: Các chi tiết nhựa, kim loại cho đồ gia dụng, thiết bị điện tử.

Với những ưu điểm vượt trội về độ chính xác, năng suất và khả năng gia công các chi tiết phức tạp, máy tiện CNC đã và đang khẳng định vị thế là một trong những công nghệ nền tảng của ngành sản xuất hiện đại. Hãy liên hệ ngay tới VNTECH để được tư vẫn chi tiết và nhận những giải pháp phù hợp nhất với doanh nghiệp của bạn.

VNTECH - Đơn vị cung cấp máy móc gia công cơ khí chính hãng, uy tín, đa dạng về chủng loại, đáp ứng mọi nhu cầu sản xuất. Để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá tốt nhất, quý khách vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.