Cấu tạo máy CNC là gì? Tìm hiểu từ A-Z cho người mới

Máy CNC được ví như “bộ não” của sản xuất hiện đại nhờ khả năng điều khiển tự động, chính xác và linh hoạt trong gia công cơ khí. Hiểu rõ cấu tạo máy CNC là yếu tố then chốt giúp bạn lựa chọn thiết bị phù hợp, vận hành tối ưu và bảo trì hiệu quả, từ đó nâng cao chất lượng sản xuất và tiết kiệm chi phí. Bài viết dưới đây cam kết mang đến cho bạn một cái nhìn toàn diện về cấu tạo máy CNC!

Ảnh cấu tạo máy CNC là gì? Tìm hiểu từ A-Z cho người mới

Tổng quan về máy CNC

Máy CNC viết tắt của cụm từ "Computer Numerical Control", rõ ràng máy CNC là một khái niệm chung, về cơ bản nó là tên gọi của bất kỳ thiết bị gia công tự động nào được điều khiển thông qua máy tính, chuyên dùng để phay, tiện, cắt hoặc khoan các vật liệu kim loại và phi kim với độ chính xác cao và hiệu suất vượt trội. Thông thường, độ dung sai máy CNC ~±0.001 mm so với máy truyền thống ±0.05 mm.  

Các loại máy CNC phổ biến hiện nay có khả năng tự động hóa cao. Chúng mang lại năng suất sản xuất lớn và hạn chế sai sót do con người. Đồng thời, máy CNC giúp gia công các chi tiết phức tạp với độ hoàn thiện tốt. Nhờ ứng dụng công nghệ CNC, doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí nhân công và rút ngắn thời gian sản xuất. Ngoài ra, máy CNC giúp duy trì chất lượng sản phẩm đồng đều. Máy CNC cũng có tính linh hoạt cao khi dễ dàng thay đổi chương trình. Do đó, chúng có thể gia công nhiều sản phẩm khác nhau mà không cần điều chỉnh cơ học nhiều.

Cấu tạo chi tiết từng bộ phận trong máy CNC

Cấu tạo máy CNC là sự kết hợp của các bộ phận. Các bộ phận này tạo nên nền tảng vận hành ổn định và chính xác. Một máy CNC điển hình luôn bao gồm các bộ phận chính. Cấu tạo này không thay đổi, dù chúng được sản xuất theo các tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau.

1. Thiết bị đầu vào (Input devices)

Về cơ bản, đây là cách các chương trình CNC được tải vào máy. Nó có thể đơn giản như một bàn phím (để nhập trực tiếp các lệnh G-code), một ổ đĩa flash USB chứa sẵn chương trình đã hoàn thành, hoặc một hình thức giao tiếp không dây nào đó nếu bạn muốn tải chương trình từ một máy tính khác.

2. Cụm điều khiển chính của máy CNC (Machine control unit)

Bộ điều khiển CNC (MCU) là một tập hợp phần mềm và phần cứng chịu trách nhiệm đọc mã G-code từ thiết bị đầu vào và dịch mã này thành các lệnh thực tế cho máy và tất cả các công cụ của nó tuân theo. MCU đảm bảo mỗi thao tác được thực hiện với độ chính xác cao, quản lý sự phối hợp chuyển động giữa các bộ phận máy khác nhau và cung cấp phản hồi theo thời gian thực để duy trì độ chính xác.

Ảnh hệ thống điều khiển máy CNC

3. Chi tiết gia công (Machine tools)

Đây là bộ phận thực hiện các thao tác gia công thực tế trên phôi. Các công cụ này bao gồm nhiều loại dụng cụ cắt, mũi khoan và dao phay. Mỗi dụng cụ được thiết kế cho các nhiệm vụ và vật liệu cụ thể, đảm bảo hiệu suất và độ chính xác tối ưu. 

(*) Ví dụ: máy tiện CNC giữ nguyên chi tiết này và di chuyển phôi quay vào máy để thực hiện các đường cắt. Máy phay CNC thì ngược lại, di chuyển các chi tiết quay về phía phôi cố định. Tuy nhiên, một số máy 5 trục phức tạp hơn sẽ có cách cách di chuyển đặc thù riêng để gia công chi tiết.

Ảnh Chi tiết gia công

4. Cụm dẫn động trong máy CNC (driving systerm)

Bộ dẫn động là một hệ thống phức hợp. Nó đóng vai trò là bộ não điều khiển toàn bộ hoạt động của máy CNC. Nó là sự kết hợp của nhiều thành phần bao gồm động cơ, cảm biến phản hồi, bộ điều khiển, bộ khuếch đại và hệ thống truyền động.

• Động cơ: Bao gồm động cơ servo, động cơ bước, động cơ một chiều hoặc động cơ xoay chiều, dùng để tạo chuyển động quay hoặc tịnh tiến cho các trục máy.
• Cảm biến phản hồi: Giám sát vị trí, tốc độ, trạng thái của các trục và trả thông tin này về bộ điều khiển để điều chỉnh chính xác.
• Bộ khuếch đại: Tăng cường tín hiệu điều khiển đến động cơ để đạt hiệu suất cao.
• Hệ dẫn động cơ khí: Gồm trục vít me, đai truyền, bánh răng,... truyền lực từ động cơ đến bộ phận cơ khí chuyển động.

Chức năng chính của bộ dẫn động là xử lý và thực thi các lệnh từ chương trình CNC. Nó tiếp nhận dữ liệu đầu vào. Dữ liệu này đến từ lệnh lập trình hoặc tín hiệu từ người vận hành. Sau đó, nó xử lý dữ liệu. Tiếp theo, nó gửi tín hiệu đầu ra điều khiển tới các bộ phận truyền động và thiết bị thực thi. Các thiết bị này bao gồm trục chính và bàn máy. Điều này giúp chúng di chuyển chính xác.

Cuối cùng, nó thực hiện chức năng ghép nối, kết nối và giao tiếp. Nó kết nối với các thành phần phần cứng khác của máy. Điều này đảm bảo mọi hoạt động diễn ra đồng bộ và hiệu quả.

(*) Ví dụ: Trong máy phay CNC, bệ máy di chuyển theo chiều ngang dọc theo trục X và Y, trong khi dụng cụ cắt di chuyển theo chiều dọc dọc theo trục Z. Động cơ bước thường được sử dụng để điều khiển chính xác các chuyển động nhỏ, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các tác vụ gia công. Mặt khác, động cơ servo cung cấp mô-men xoắn và tốc độ cao hơn, phù hợp cho các hoạt động đòi hỏi khắt khe hơn. Hệ thống truyền động đảm bảo dụng cụ đi theo đường dẫn đã lập trình với độ chính xác cao, điều này rất quan trọng để tạo ra kết quả chính xác và lặp lại.

5. Hệ thống phản hồi (Feedback systerm)

Hệ thống phản hồi trong máy CNC bao gồm các cảm biến và cơ chế điều chỉnh thời gian thực. Các cảm biến này liên tục theo dõi hoạt động của máy và cung cấp dữ liệu cho bộ điều khiển máy (MCU). MCU sử dụng dữ liệu này để thực hiện các điều chỉnh tức thời, đảm bảo máy duy trì dung sai và độ chính xác mong muốn.

Hệ thống phản hồi có thể bao gồm nhiều loại cảm biến khác nhau, chẳng hạn như bộ mã hóa, đo vị trí và tốc độ của các bộ phận máy và cảm biến lực, theo dõi lực tác dụng trong quá trình gia công. Phản hồi thời gian thực này rất cần thiết để đạt được độ chính xác và tính nhất quán cao, đặc biệt là trong các quy trình gia công phức tạp.

Ảnh Hệ thống phản hồi

6. Màn hình hiển thị (Display unit)

Màn hình hiển thị trong máy CNC là một thành phần quan trọng cho cả giao diện người dùng và phản hồi của máy. Màn hình cung cấp thông tin quan trọng cho người vận hành, chẳng hạn như trạng thái máy, thông số vận hành và thông báo lỗi. Màn hình độ phân giải cao có thể hiển thị đồ họa chi tiết và dữ liệu toàn diện, hỗ trợ kiểm soát và giám sát chính xác quá trình gia công. Ngược lại, màn hình nhỏ hơn, độ phân giải thấp có thể chỉ hiển thị thông tin cần thiết nhưng vẫn rất quan trọng cho các thao tác cơ bản. 

Ảnh Màn hình hiển thị

7. Bàn máy CNC (Bed)

Bàn máy là nơi đặt nguyên liệu thô, và nó chứa một loạt các lỗ hoặc khe chữ T cho các đồ gá giữ vật thể cố định. Nhiều bàn máy truyền thống chỉ di chuyển theo chiều ngang (trục x và trục y). Đóng vai trò là khung sườn vững chắc, bàn máy dùng để lắp đặt và hỗ trợ các bộ phận khác. Các bộ phận này bao gồm trục chính, bàn làm việc và hệ thống dẫn hướng. Thân máy được làm từ các vật liệu cứng, như gang đúc hoặc bê tông polymer. Chức năng của nó là giảm thiểu rung động. Nhờ đó, máy đảm bảo độ chính xác hình học và chất lượng bề mặt sản phẩm.

Ảnh bàn máy CNC

8. Đầu máy (Headstock)

Đầu máy nằm ở bên trái của máy tiện CNC. Nó chứa bộ truyền động chính, ổ trục và bánh răng quay mâm cặp. Đầu máy được bao bọc kín, nhưng có thể tiếp cận bằng cách tháo một số tấm kiểm tra.

9. Đuôi máy (Tailstock)

Đây là bộ phận dung để đỡ một đầu của phôi hình trụ dài, trong khi mâm cặp giữ và quay đầu còn lại. Đây là một bộ phận quan trọng của máy, giúp vật liệu không bị uốn cong trong quá trình gia công. Nó có thể di chuyển lên xuống theo trục z để phù hợp với các chiều dài vật liệu khác nhau và đặc biệt hữu ích cho các chi tiết như trục hoặc vít.

10. Ống kẹp ụ sau (Tailstock quill)

Ống kẹp nằm bên trong ụ sau và là một cấu trúc hình nón được căn chỉnh với trục chính và mâm cặp. Nó quay tự do và giữ vật liệu ở vị trí trung tâm. Đối với các chi tiết dài, một lỗ to thường được khoan vào đầu chi tiết để ống kẹp có thể vừa khít bên trong, tạo điểm tựa. Sau khi ụ sau được đặt đúng vị trí - gần với phôi - ống kẹp được đẩy vào bằng áp suất khí nén hoặc thủy lực.

11. Bàn đạp chân (Footswitch or Pedal)

Bàn đạp chân, hay còn gọi là công tắc chân, là một bộ phận điều khiển thiết yếu trong nhiều máy CNC. Nó cho phép người vận hành điều khiển một số chức năng của máy bằng chân, rảnh tay để xử lý các công việc khác. Thông thường, bàn đạp chân được sử dụng để khởi động hoặc dừng máy, điều khiển tốc độ trục chính hoặc khởi động dụng cụ cắt.

(*) Ví dụ: Những bàn đạp này thường chỉ có trên máy tiện vì chúng kích hoạt và vô hiệu hóa mâm cặp và ống kẹp ụ. Về cơ bản, chúng cho phép người vận hành nạp phôi vào máy và dỡ các chi tiết đã hoàn thiện. Máy phay CNC thường không cần bàn đạp hoặc công tắc chân vì các chi tiết đã được đỡ trên bệ máy, và người vận hành không cần phải rảnh cả hai tay khi nạp và dỡ chi tiết.

12. Mâm cặp (Chuck)

Mâm cặp là một bộ phận quan trọng được sử dụng để giữ và cố định phôi gia công tại chỗ trong quá trình gia công. Có nhiều loại mâm cặp khác nhau, mỗi loại phù hợp với các ứng dụng và vật liệu khác nhau.

• Đầu kẹp ba chấu: Đây là loại phổ biến nhất, được biết đến với khả năng tự định tâm. Nó lý tưởng để kẹp phôi tròn hoặc lục giác.
• Đầu kẹp bốn chấu: Loại này cung cấp chuyển động hàm độc lập, cho phép căn chỉnh chính xác các phôi có hình dạng không đều.
• Đầu kẹp Collet: Đầu kẹp này có độ chính xác cao và thường được sử dụng cho các phôi nhỏ, có độ chính xác cao.
• Đầu kẹp từ tính: Loại này được sử dụng để giữ các vật liệu sắt từ và đặc biệt hữu ích cho các bộ phận phẳng hoặc có hình dạng không đều.

Ảnh Mâm cặp

13. Hệ thống làm mát (Coolant system)

Hệ thống làm mát trong máy CNC rất cần thiết để quản lý nhiệt sinh ra trong quá trình gia công. Nó đảm nhiệm một số chức năng quan trọng như kiểm soát nhiệt độ, bôi trơn các dụng cụ cắt/ phôi, loại bỏ phoi kim loại và mảnh vụn khỏi khu vực cắt,...

Phân loại các dòng máy CNC trên thị trường hiện nay

a, Phân loại theo phương pháp cắt gọn

Các loại máy CNC này có cấu tạo cơ bản giống nhau ở phần hệ thống điều khiển và truyền động, nhưng khác biệt chủ yếu ở đầu cắt và nguồn năng lượng sử dụng để gia công.

b, Phân loại theo dạng máy công cụ

Nhóm này có cấu tạo tương tự với các máy công cụ truyền thống nhưng được tích hợp thêm hệ thống điều khiển tự động (CNC) để tự động hóa quá trình gia công. Sự khác biệt chủ yếu nằm ở cơ cấu chuyển động và bộ phận gia công chính.

Quy trình gia công cơ bản máy CNC

Quy trình gia công (Nguyên lý hoạt động) của máy CNC dựa trên việc điều khiển tự động các chuyển động của dụng cụ cắt và chi tiết gia công theo chương trình đã lập trình sẵn, thường là dạng mã lệnh G-code. Quá trình hoạt động chính của máy CNC gồm các bước cơ bản sau:

1. Thiết kế mô hình CAD

• Kỹ sư thiết kế sử dụng phần mềm CAD (ví dụ: SolidWorks, AutoCAD, Fusion 360) để tạo mô hình 2D hoặc 3D, xác định kích thước, dung sai và vật liệu của sản phẩm.

Ảnh thiết kế bản vẽ chi tiết máy CNC

2. Chuyển đổi dữ liệu tệp CAD thiết kế sang chương trình CNC (CAM & lập trình)

• Dữ liệu từ CAD được chuyển sang phần mềm CAM để tạo đường chạy dao và xuất ra mã G-code hoặc mã NC phù hợp với từng loại máy CNC.
• Người lập trình lựa chọn dao cụ, set chế độ cắt (tốc độ trục chính, lượng chạy dao) và lên quy trình công nghệ hợp lý cho từng nguyên công.

3. Chuẩn bị máy CNC

• Chọn vật liệu và xác định kích thước phôi phù hợp với yêu cầu gia công.
• Gá phôi lên bàn máy bằng đồ gá chuyên dụng (ê tô, mâm cặp, bàn hút, v.v.) để đảm bảo cố định, đúng vị trí.
• Gắn dao cắt lên trục chính, kiểm tra chiều dài, loại dao, thực hiện “set dao” và nhập thông số bù dao vào máy, đảm bảo kích thước gia công chính xác.
• Tải và kiểm tra chương trình G-code vào máy CNC, cài đặt các gốc tọa độ chuẩn G54, G55 hoặc được chỉ định trên phôi.

4. Tiến hành thực hiện hoạt động gia công

• Bộ điều khiển đọc mã lệnh, giải mã và phát tín hiệu điều khiển các động cơ servo, vít me bi để di chuyển trục X, Y, Z đúng quỹ đạo.
• Trục chính quay dụng cụ cắt với tốc độ phù hợp, máy di chuyển dao cắt và chi tiết theo các trục được lập trình.
• Thường máy CNC làm việc đồng thời trên từ 3 đến 5 trục, đảm bảo gia công chính xác và phức tạp.

Ảnh vận hành chạy máy CNC

5. Giám sát hoạt động gia công

• Giám sát các thông số quan trọng như thời gian chạy, tốc độ trục chính, vị trí các trục, tốc độ tiến dao, nhiệt độ và áp suất. Phát hiện sự cố cảnh báo khi máy gặp lỗi, rung lắc bất thường, dao cụ bị mòn hoặc hư hỏng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 
• Quan sát quá trình gia công để đảm bảo chi tiết gia công đúng kích thước, bề mặt đạt yêu cầu. 
• Ghi lại dữ liệu vận hành, sản lượng, hiệu suất để đánh giá hiệu quả sản xuất và dự báo bảo trì.

6. Kiểm tra, hoàn thiện sản phẩm

• Sau khi gia công xong, lấy phôi ra, đo kiểm lại kích thước, độ nhám, chất lượng bề mặt.
• Nếu đạt tiêu chuẩn, tiến hành làm sạch, hoàn thiện sản phẩm; nếu không đạt thì xác định lỗi, điều chỉnh quy trình hoặc chương trình gia công rồi chạy lại.

Các thông số cơ bản của máy CNC bạn cần biết

1. Thông số về kích thước và hành trình

• Kích thước bàn máy
• Hành trình tối đa của các trục chính (X, Y, Z)
• Khoảng cách từ mũi trục chính đến bàn máy

2. Thông số về tốc độ và công suất

• Tốc độ quay tối đa của trục chính
• Công suất của động cơ trục chính
• Tốc độ tiến sao
• Tốc độ di chuyển không tải của các trục khi không gia công

3. Thông số về độ chính xác

• Sai số tối đa giữa vị trí được lập trình và vị trí thực tế của các trục
• Độ lặp lại của máy quay trở lại cùng một vị trí đã được lập trình với sai số nhỏ nhất

4. Các thông số khác

• Hệ điều hàng của máy
• Số lượng dao mà máy có thể lưu trưc và thay dao tự động
• Nguồn điện áp và tần số để máy hoạt động
• Hệ thống làm mát

Việc nắm vững cấu tạo máy CNC không chỉ giúp bạn hiểu rõ nguyên lý vận hành, mà còn là nền tảng để lựa chọn, sử dụng và bảo trì thiết bị hiệu quả trong môi trường sản xuất hiện đại. Từ hệ thống cơ khí đến hệ thống điều khiển, mỗi bộ phận đều giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác, năng suất và độ bền của máy. Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp tư vấn, thiết bị hoặc dịch vụ liên quan đến máy CNC, đừng ngần ngại liên hệ Kỷ Nguyên Máy - đơn vị uy tín chuyên cung cấp thiết bị và giải pháp kỹ thuật cơ khí. Hotline hỗ trợ: 077.209.8686.

>> Có thể bạn quan tâm:

• Top 10 Các Loại Máy CNC Gỗ Được Ưa Chuộng Nhất Hiện Nay
• Các Loại Máy Phay Fanuc CNC Phổ Biến Nhất Hiện Nay
• Tìm Hiểu Cấu Tạo Máy Cắt Plasma CNC Dành Cho Người Mới
• Cấu Tạo Máy CNC 3 Trục - Bí Quyết Nâng Cao Năng Lực Sản Xuất
• Khám Phá Cấu Tạo Máy Phay CNC Và Chức Năng Từng Bộ Phận
• Cấu Tạo Trục Chính Máy Phay CNC: Phân Tích Chuyên Sâu A-Z
• Máy Tiện Vạn Năng Là gì? Nguyên Lý Và Cấu Tạo Máy Tiện Vạn Năng
• Phân Tích Cấu Tạo Trục Chính Máy Tiện CNC Và Vai Trò Từng Bộ Phận
• Máy Tiện Kim Loại Là Gì? Top 5 Máy Tiện Kim Loại Mini Phổ Biến Hiện Nay
• Phân Loại Máy Tiện Cơ Khí: Tất Cả Những Gì Bạn Cần Biết Từ A-Z
• Máy Tiện Chép Hình Là Gì? Toàn Tập Về Cấu Tạo, Nguyên Lý Và Ứng Dụng
• Máy Tiện Đứng CNC Là Gì? Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Chi Tiết