Quy trình gia công Tiện CNC

– Quy trình, vận hành máy móc

Tiện CNC là một trong những phương pháp sản xuất hiệu quả hàng đầu đối với các chi tiết hình trụ với nhiều biên dạng khác nhau đòi hỏi độ chính xác cao.

     Trong thiết kế máy, bạn không thể không có các trục để truyền công suất từ động cơ đến các bộ phận chuyển động. Khi nhắc đến trục, thì ta thường nghĩ ngay đến các chuyển động xoay. Vì vậy, máy tiện CNC dần dần trở nên cực kì hiệu quả trong việc gia công các chi tiết cơ khí đặc biệt là các chi tiết hình trụ.

+ Tiện là gì ?

Tiện là một quá trình gia công sử dụng dao cắt để loại bỏ vật liệu để tạo ra các chi tiết hình trụ. Dao tự di chuyển dọc theo trục của chi tiết được gia công trong khi chi tiết đang quay, tạo ra đường chạy dao xoắn ốc.

Thật ngữ tiện đề cập đến việc sản xuất các bộ phận bằng các hoạt động cắt trên bề mặt bên ngoài. Ngược lại với tiện ngoài là tiện trong, thường được sử dụng để tạp các chi tiết hình trụ rỗng. Cả tiện ngoài và tiện trong đều là những cách để sử dụng máy tiện.

Máy tiện là một trong những loại máy được sử dụng sớm nhất dùng để sản xuất các bộ phận theo kiểu bán tự động. Cho đến hiện nay, hầu hết các công ty đều cung cấp dich vụ tiện CNC. Điều này có nghĩa là phần lớn quá trình được tự động hóa từ đầu đến cuối.

CNC (computer numerical control) được hiểu đơn giản là máy móc được điều khiển bởi máy tính, có nghĩa là các hệ thống máy tính sẽ điều khiên máy móc. Đầu vào là mã kỹ thuật số (GCODE). Máy tính sẽ kiểm soát tất cả các chuyển động của máy và tốc dộ quay cũng như các hoạt động hỗ trợ khác như sử dụng chất làm mát,… .

+ Quy trình tiện CNC

Quá trình tiện thực sự bao gồm những gì? mặc dù bản thân quá trình cắt gọt khá đơn giản, nhưng chúng ta sẽ xem xét toàn bộ trình tự ở đây thực sự bắt đầu từ việc tạo dựng chi tiết trên nền tảng cad.

* Các bước của quy trình tiện CNC là:

• Thiết kế chi tiết trên phần mềm CAD
• Tạo mã code (gcode) từ các tệp CAD
• Thiết lập máy CNC (gá đặt, lắp dao,…)
• Tiến hành sản xuất.

+ Thiết kế CAD và mã code:

2 bước đầu tiên có thể được xem là tách biệt hoặc song song với nhau. Một cách là chỉ sử dụng phần mềm CAD để tạo tệp và gửi chúng vào sản xuât. Sau dó, kỹ sư chế tạo sẽ chuyển qua mã code cho công việc gia công.

Một cách khác là sử dụng phần mềm CAD-CAM, các phần mềm cho phép kỹ sư thiết kế kiểm tra khả năng sản xuất của chi tiết. Với các cộng cụ mô phỏng mạnh mẽ, kĩ sư  có thể hình dung toàn bộ quá trình sản xuất sản phẩm từ nguyên liệu thô đến sản phẩm cuối cùng, thậm chí là các yêu cầu kĩ thuật.

Mặt khác, cũng có một cách thủ công để tạo ra mã GCODE để điều khiển các máy CNC. 

Ngay cả những chương trình CAM mạnh mẽ có thể không phải lúc nào cũng có mọi thứ ngay lập tức, vì vậy bạn nên kiểm tra phần mã xem có đúng yêu cầu gia công hay không.

+ Thiết lập máy tiện:

    Tiếp theo là thiết lập máy. Đây là lúc vai trò của người vận hành máy trở nên rõ ràng. Mặc dù máy tiện CNC hiện đại thực hiện hầu hết công việc một cách tự động, người vận hành vấn đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác,….

* Các bước thiết lập tiện CNC

• Đảm bảo rằng nguồn đã tắt.

Bởi vì gia công CNC có thể nguy hiểm, vì vậy cần phải đảm bảo an toàn và kiểm tra công tắc nguồn là cơ sở cho điều đó.

• Gá đặt bộ phận vào mâm cặp.

Mâm cặp sẽ quay trong  troàn bộ quá trình làm việc. Việc gá đặt không đúng cách vừa có thể gây ra nguy hiểm vừa có thể dẫn đến chi tiết sau khi gia công có kích thước sai.

• Chọn dao từ từ bàn dao

Tiện bao gồm nhiều bước, vì vậy hãy đảm bảo chọn đúng dao để hoàn thiện sản phẩm. Bàn dao có thể chứa nhiều công cụ cùng một lúc để hoạt động liền mạch từ đầu đến cuối.

• Điều chỉnh máy

Cả dao và phôi phải được thiết lập đúng cách. Nếu bất cứ bước thiết lập nào bị thiếu sót, kết quả sẽ không đáp ứng nhu cầu hoặc sẽ xảy ra lỗi.

• Tải mã code đã được tạo bởi máy tính vào máy CNC

Bước cuối cùng trước khi nhấn nút khởi động là tải mã code lên máy CNC.

Gia công chi tiết  

Tùy thuộc vào độ phức tạp của chi tiết, có thể cần một hoặc nhiều công đoạn, Tính toán thời gian của mỗi công đoạn để xác định thời gian tổng thể để gia công chi tiết, từ đó chúng ta có thể tính toán được chi phí cần thiết cho sản xuất. Thời gian mỗi công đoạn sản xuất bao gồm:

• Thời gian gá đặt. Chúng tôi đã xem nó như một phần của quá trình thiết lập máy nhưng mỗi công đoạn có thể đòi hỏi một cách gá đặt khác nhau vì vậy có thể phải gá đặt nhiều lần.
• Thời gian cắt gọt. Thời gian cần thiết phụ thuộc vào độ sâu cắt và tốc độ tiến dao.
• Thời gian nhàn rỗi. Thời gian nhàn rỗi là thời gian mà dao không ăn vào phôi, thời gian máy không thực hiên việc cắt gọt, ví dụ: thay đổi cài đặt của máy tiện, di chuyển dao nhanh giữa 2 vị trí, v.
• Tuổi thọ của dụng cụ. Mặc dù mỗi chu kỳ không làm hao mòn hoàn toàn dụng cụ, nhưng thời gian cắt sẽ được tính đến so với tuổi thọ tổng thể của dụng cụ để tính nó vào chi phí cuối cùng

Chế độ căt

          Các thông số của tiện CNC phụ thuộc vào các khía cạnh khác nhau. Chúng bao gồm vật liệu của bộ phận và dụng cụ, kích thước dụng cụ, yêu cầu hoàn thiện, v.v.

Các thông số chính

• Tốc độ quay

Đơn vị là số vòng quay trên phút (vòng / phút), nó cho biết tốc độ quay của trục chính (N). Tốc độ trục chính tương quan trực tiếp với tốc độ cắt, cũng có tính đến đường kính. Do đó, tốc độ trục chính phải thay đổi để duy trì tốc độ cắt không đổi nếu đường kính thay đổi đáng kể

• Đường kính phôi

Như đã nói, điều này đóng một vai trò quan trọng để đạt được tốc độ cắt phù hợp. Ký hiệu là D và đơn vị là mm.

• Tốc độ cắt

Phương trình tính tốc độ cắt là V = πDN / 1000. Nó cho thấy tốc độ tương đối của phôi với dụng cụ cắt.

• Bước tiến

Đơn vị là mm / vòng quay và ký hiệu là s. Bước tiến cho biết khoảng cách mà dụng cụ cắt di chuyển trên một vòng của phôi. Khoảng cách được đo theo trục.

• Chiều sâu bước tiến

Nói một các dễ hiểu là độ sâu của một vết cắt theo hướng trục. Nó là tham số chính cho việc cắt gọt. Tốc độ tiến dao cao hơn gây áp lực nhiều hơn lên dụng cụ cắt, rút ​​ngắn tuổi thọ của nó.

• Chiều sâu cắt

Ngược lại với cắt dọc trục, nó thể hiện chiều sâu cắt vuông góc với trục. Một lần nữa, chiều sâu cắt càng ít, càng giúp kéo dài tuổi thọ của các công cụ và đảm bảo hoàn thiện tốt hơn.

Các bộ phận chính của máy tiện CNC

         Bây giờ, hãy xem các thành phần chính của máy tiện CNC

• Bệ đỡ

Bệ đỡ của máy tiện CNC tạo nên phần trước của máy. Đây là nơi đặt động cơ truyền động dọc theo các cơ chế để cung cấp năng lượng cho trục quay.

Mâm cặp hoặc ống kẹp gắn vào trục chính. Lần lượt, một trong hai sẽ giữ phôi trong quá trình quay

• Mâm cặp

Mâm cặp kẹp chặt phần được gia công bằng các ngàm của nó. Nó gắn trực tiếp vào trục chính nhưng có thể thay thế được nên có thể gia công các bộ phận có kích thước khác nhau.

Collet về cơ bản là một phiên bản nhỏ hơn của mâm cặp. Kích thước bộ phận phù hợp với ống kẹp lên đến 60 mm. Chúng đảm bảo kẹp chặt tốt hơn cho các bộ phận nhỏ.

• Ụ chống tâm

Ở phía bên còn lại của bàn máy tiện CNC, một ụ chống tâm gắn trực tiếp vào bàn máy với mục đích của nó là hỗ trợ cho các phôi dài hơn định vị không lệch tâm.

Động lực vẫn đến từ trục chính và ụ chỉ chạy cùng bộ phận. Sử dụng một chiếc ụ không phù hợp khi cần quay mặt gia công, vì nó sẽ gây ra cản trở.

• Bàn máy

Bàn máy chỉ là tấm chân đế kê lên mặt bàn, nâng đỡ các chi tiết máy khác. Xe chạy trên bàn máy được xử lý nhiệt để chịu được các tác động gia công.

• Con trượt

Bộ phận nằm trên các đường trượt dọc theo phôi quay. Nó chứa các công cụ, cho phép quá trình cắt diễn ra.

• Bàn dao

Các máy mới hơn thường đi kèm với một bàn giao. Nó có thể chứa nhiều công cụ hơn cùng lúc, giúp việc chuyển đổi từ thao tác này sang thao tác khác ít tốn thời gian hơn.

Các máy CNC đều có thể đi kèm với dụng cụ khác. Trong khi một dụng cụ cắt có thể thích hợp cho hầu hết các quy trình tiện, các dụng cụ khác này có thể là máy phay, máy khoan,… . Điều này cho phép tạo ra các rãnh hoặc lỗ vuông góc với trục chi tiết mà không cần sử dụng bất kỳ máy móc nào khác trong quá trình gia công.

Bảng điều khiển

Đây là nơi khởi động điều khiển số bằng máy tính. Bộ não của máy tiện CNC nằm ngay sau bảng điều khiển. Bản thân bảng điều khiển cho phép người vận hành điều chỉnh chương trình và khởi động nó.

Các loại máy tiện

Một loạt các máy tiện cung cấp nhiều khả năng khác nhau. Mỗi tính năng đi kèm với một bộ tính năng độc đáo trong khi một số tính năng tự động hơn những tính năng khác. Vì vậy, mọi thứ đều có vị trí của nó, cho dù là một vài công việc đơn chiếc hay sản xuất hàng loạt với số lượng lớn hơn

• Máy tiện bàn

Tên cho thấy rằng nó đủ nhỏ để gắn nó vào một bàn làm việc được thiết kế riêng. Chúng vẫn lớn hơn máy tiện siêu nhỏ hoặc máy tiện mini.

Một cách tuyệt vời để thực hiện gia công nói chung hoặc một công cụ đặc biệt cho người có sở thích, nó có thể thực hiện nhiều thao tác cần thiết. Một máy tiện để bàn đòi hỏi một thợ máy khéo léo vì có rất ít hoặc không có tự động hóa, đặt nhiều trách nhiệm hơn cho người vận hành.

• Máy tiện động cơ

Loại máy tiện thông dụng nhất. Cái tên này đã được đặt ra từ thế kỷ 19 khi một động cơ hơi nước làm cho mẫu vật này trở nên nổi bật giữa các máy tiện thủ công khác. Kể từ đầu thế kỷ 20, việc chuyển đổi sang động cơ điện đã bắt đầu.

Sử dụng hộp giảm tốc trong đầu máy làm cho việc lựa chọn tốc độ trục chính trở nên dễ dàng và máy công cụ tốc độ cao trở thành tiêu chuẩn. Sức mạnh mới được tìm thấy đã thúc đẩy ngành công nghiệp phát minh ra những cách mới để tăng tuổi thọ của dụng cụ

Do đó, máy tiện động cơ có thể thực hiện gia công CNC ở tốc độ cao, dẫn đến rút ngắn thời gian sản xuất và hạ giá thành. Mặc dù vẫn còn phổ biến trong các xưởng, máy tiện động cơ đã đặt nền tảng cho việc cải thiện hiệu suất và tự động hóa gia công.

• Máy tiện toolroom

Tương tự như máy tiện động cơ với một vài điểm khác biệt. Thông thường, chúng có kích thước nhỏ hơn để phù hợp với không gian chật hẹp hơn. Đồng thời, có một số tính năng bổ sung có sẵn, làm cho nó trở thành một chiếc máy cao cấp hơn, không phải là một chiếc máy phù hợp với mức thấp.

Máy tiện toolroom bao gồm mâm cặp và ống kẹp, bộ phận gắn côn và những thứ khác, ví dụ, máy tiện bàn đơn giản hơn không có.

• Máy tiện turret and capstan

Các loại máy tiện này có thể hoán đổi cho nhau dựa trên các thao tác mà chúng có thể thực hiện. Như bạn đã biết trước đây, việc sử dụng tháp pháo mở ra nhiều khả năng tự động hóa. Ngoài ra, nhiều thao tác khác có thể được thực hiện trên một bàn làm việc.

Từ tiện và doa cho đến khoan, tạo ren và tạo rãnh then, mọi thứ đều có thể thực hiện được mà không cần thay công cụ. Ụ công cụ có thể chứa tất cả các dụng cụ cần thiết cùng một lúc, vì vậy bạn có thể dễ dàng đi từ quá trình này sang quá trình tiếp theo

Khớp nối CNC với ít công việc thủ công hơn, sản xuất các bộ phận được gia công gần như giống hệt nhau theo lô là một điểm mạnh của loại máy tiện này.

• Máy tiện nhiều trục

Còn được gọi là máy trục vít, máy tiện nhiều trục chính có nhiều hơn một trục chính. Công suất bổ sung đặc biệt thích hợp cho sản xuất số lượng lớn.

Ngoài ra còn có các phiên bản nhỏ hơn của những máy này, được gọi là máy vít. Ngoài ra, các máy lớn hơn được gọi là mâm cặp.

• Máy tiện CNC

Mặc dù một số kiểu nói trên cũng có hệ thống CNC, nhưng máy tiện CNC xứng đáng được đề cập riêng.

CNC đề cập đến điều khiển số máy tính, đảm nhận việc vận hành máy ở một mức độ nào đó. Điều này phụ thuộc vào máy móc cụ thể, vì chúng có thể hoàn toàn hoặc bán tự động.

Máy tiện CNC bán tự động cần thêm một chút công việc từ người vận hành máy trong khi các máy tiên hoàn toàn tự động có thể thực hiện mọi thứ từ lắp phôi đến thay đổi công cụ.

Các máy CNC có độ chính xác cao là loại máy tốt nhất mà ngành công nghiệp đương đại cung cấp. Có thể số hóa toàn bộ quá trình từ khi tạo CAD đến một phần hoàn chỉnh. Ngoài ra, các thùng máy làm giảm đáng kể rủi ro trong quá trình gia công, vì công nhân không thực sự tiếp xúc với bất kỳ thành phần chuyển động nào, mà thay vào đó sẽ điều khiển bất kỳ thứ gì cần thiết từ màn hình máy tính.

Nhận dạng trục trong máy tiện CNC

– Cách phổ biến nhất để xác định các trục trên máy tiện CNC truyền thống là như sau:

Trục Z chạy song song với trục trên phôi. Vì vậy dao có thể di chuyển dọc theo mặt của vật liệu trong khi chi tiết đang quay quanh trục Z (C). Chuyển động dọc theo trục Z xác định độ dài cần gia công.

Như bạn thấy, trục X vuông góc với trục Z. Do đó, dao có thể di chuyển đến và đi từ chi tiết trên trục X để xác định đường kính của chi tiết.

Hoạt động của máy tiện

    Tiện CNC phù hợp để thực hiện một loạt các hoạt động. Chúng tôi đã nêu tên một số trong số chúng nhưng bây giờ hãy xem xét kỹ hơn để làm rõ hơn các khả năng của máy tiện.

• Tiện ngoài

Hoạt động tiện phổ biến nhất. Một công cụ một điểm di chuyển dọc theo trục của phôi để loại bỏ vật liệu khỏi bề mặt chi tiết. Nó có thể tạo ra các biên dạng khác nhau, như bước, côn, v.v. Thông thường, cần phải có một vài đường chuyển để đạt được kết quả cuối cùng.

Do có thể đạt được độ chính xác cao khi tiện, các giới hạn và sự phù hợp thường được chọn trên hệ thống cơ sở lỗ. Đạt được dung sai chặt chẽ khi tiện sẽ dễ dàng hơn so với khi khoan lỗ.

• Tiện mặt đầu

Việc tiện mặt đầu loại bỏ một lớp vật liệu từ phần cuối của phôi. Thông thường, mục đích là đạt được bề mặt hoàn thiện mong muốn. Vì chiều sâu cắt không cần phải quá sâu, một đường chuyển duy nhất có thể thực hiện điều đó. Chuyển động của dụng cụ cắt vuông góc với trục quay.

• Tạo rãnh

Tương tự như tiện mặt đầu, dao di chuyển vuông góc với trục quay. Thay vì cắt phần cuối của phôi, cắt rãnh được thực hiện ở đâu đó dọc theo mặt bên. Một công cụ tiện điểm duy nhất có thể thực hiện đường cắt trong một đường chuyền duy nhất, nếu chiều rộng của vết cắt giống với chiều rộng của dao. Nếu không, nhiều lần cắt là cần thiết.

• Tiện cắt đứt

Bản thân quá trình này trông giống như tạo rãnh nhưng công cụ cắt sẽ cắt hết đường kính của phôi. Có nghĩa là nó cắt rời một đoạn của phôi.

• Tiện ren

Ở đây chúng ta vẫn đang nói về một hoạt động tiện ngoài. Vì vậy ren được dùng để cắt ren trên bề mặt của chi tiết. Các chi tiết cụ thể của luồng có thể được định cấu hình và để đạt được kết quả cuối cùng có thể yêu cầu một số lần chạy không cắt.

• Khoan

Hoạt động tạo lỗ đầu tiên trong danh sách này. Khi nói về tiện truyền thống, khoan có thể được thực hiện trên phần cuối của phôi, ngay trên trục. Vì bộ phận này vẫn quay, nên bit dao có thể đứng yên. Các máy tiện CNC mới hơn có thể sử dụng dụng cụ trực tiếp để tạo ra các lỗ vuông góc ở các mặt bên hoặc ở những nơi khác.

• Tiện mặt trong

Ngược lại của tiện ngoái. Tất cả các tính năng tương tự có thể được thực hiện, chỉ là trên bề mặt bên trong. Việc tiện lỗ trước tiên cần phải khoan để có chỗ cho dao đi vào trong và tiến hành cắt. Từ đó, có thể mở rộng lỗ bằng máy cắt một điểm, cùng với việc thêm các bước, vát mép, v.v

• Doa

Doa là một quá trình gia công trong đó một dụng cụ có nhiều răng đi vào một lỗ có sẵn để làm cho nó lớn hơn (Chính xác hơn). Kết quả là bề mặt hoàn thiện rất mịn với dung sai kỹ thuật chặt chẽ. Bản thân hoạt động trông tương tự như khoan ngay từ đầu.

• Khoan taro

Tương tự như doa, yêu cầu một lỗ đã khoan trước đó. Một đầu taro vào lỗ để tạo một đường ren cho lỗ ren. Yêu cầu đối với lỗ hiện có liên quan đến kích thước ren – nó phải gần với đầu của răng ren.