Gia công cắt kim loại bằng công nghệ CNC là kỹ thuật đang được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực từ y tế đến hàng không vũ trụ. Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu cho bạn đọc về một số thông tin cụ thể hơn về công nghệ này

1. Giới thiệu về công nghệ CNC trong gia công kim loại

CNC (Computer Numerical Control) là một công nghệ gia công hiện đại, sử dụng dụng một loại công cụ cắt trên khối vật liệu rắn (hay còn được gọi là phôi) thành những sản phẩm có các thông số kỹ thuật chính xác. 

Hiện nay, các loại máy CNC kim loại với các chức năng tự động hóa giúp cho việc gia công CNC trở nên dễ dàng hơn, phù hợp với sản xuất một lần và cả sản xuất hàng loạt, số lượng lớn. Các vật liệu có thể gia công CNC bao gồm kim loại, các chất liệu nhựa, gỗ, thủy tinh và vật liệu tổng hợp. 

Trong đó, CNC kim loại là một trong những dịch vụ được ưa chuộng nhất hiện nay. Những vật liệu kim loại như thép, sắt… đều được gia công một cách dễ dàng và có tính thẩm mỹ cao.

Trong lĩnh vực gia công kim loại, công nghệ CNC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề như sản xuất ô tô, cơ khí, đầu máy, điêu khắc, y tế, hàng không, …

Có các kiểu gia công chính hiện nay bao gồm phay, tiện và khoan. 

• Phay CNC là sử dụng công cụ cắt, quay với tốc độ cao để loại bỏ vật liệu theo những thông số nhất định. Đây cũng là loại được sử dụng rộng rãi nhất nhờ tạo ra thành phẩm có độ chính xác cao.
• Tiện CNC là quá trình gia công mà phần phôi sẽ được giữ trong mâm cặp và quay, sau đó dao được đưa vào để loại bỏ vật liệu. Tiện CNC là phương pháp có thể sản xuất thành phẩm với tốc độ cao, chi phí thấp hơn phay CNC. 
• Khoan CNC là phương pháp dùng mũi khoan lên phôi để tạo hình, giúp tạo nên đa dạng sản phẩm từ đơn giản cho đến phức tạp, có thể hoạt động liên tục nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác.

2. Ưu và nhược điểm khi ứng dụng CNC trong gia công kim loại

Một số ưu điểm khi ứng dụng CNC trong gia công kim loại: 

• Độ chính xác cao: Có thể đạt được dung sai khoảng ± 0,02 và ± 0,01 đối với phay CNC và tiện CNC tương ứng. Đồng thời, quá trình gia công tự động, thiết lập các cài đặt sẵn nên có thể gia công lặp lại một cách chính xác.
• Tốc độ hoàn thiện thành phẩm nhanh chóng:‍ Gia công CNC kim loại hạn chế tác động của con người, giúp tăng năng suất và hiệu quả. Máy móc hiện đại có thể hoạt động với công suất cao giúp sản xuất số lượng nhiều dễ dàng và nhanh hơn.
• Giữ được tính chất vật liệu: CNC kim loại sử dụng tiếp xúc vật lý để loại bỏ vật liệu thay vì biến đổi nhiệt (như ép phun), giúp vật liệu giữ được các tính chất nguyên bản nhất.
• Tiết kiệm chi phí: Sử dụng phương pháp gia công CNC sẽ đem lại hiệu quả tốt nhất về mặt kinh tế, giúp tiết kiệm chi phí nhất có thể.

Bên cạnh những ưu điểm trên, CNC kim loại vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như:

• Quyền truy cập công cụ hạn chế: Gia công CNC kim loại không thể gia công đường cắt dưới hay hình học bên trong do quyền truy cập công cụ bị hạn chế. Hơn nữa, nó cũng không thể cắt các góc chính xác bên trong.
• Tạo hình càng phức tạp, càng đòi hỏi sự chính xác nhiều hơn thì sẽ càng tốn kém chi phí.
• Chi phí đầu tư ban đầu tương đối đắt: Để thực hiện CNC kim loại một cách chính xác, cần có chuyên gia trong ngành thực hiện. Đi cùng với đó là sự đầu tư cho máy CNC hiện đại cũng khá tốn kém.

3. Kim loại sử dụng trong gia công CNC

Gia công CNC kim loại có thể được thực hiện trên nhiều loại vật liệu như: 

3.1. Nhôm

Nhôm là kim loại có nhiều đặc tính vật lý nổi trội như mềm, rất nhẹ, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, là một vật liệu thân thiện với môi trường. Bên cạnh đó, nhôm còn rất dễ gia công, có độ bền cao, có thể kết hợp với các nguyên tố khác tạo thành nhiều loại hợp kim nhôm khác nhau. 

Với đặc tính linh hoạt trên, nhôm là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho các thành phần gia công CNC. Nhôm cũng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: sản xuất ô tô, hàng không, vũ trụ, thi công xây dựng, năng lượng mặt trời, sản xuất dây chuyền công nghệ, thiết bị công nghiệp,…

Sử dụng nhôm trong gia công CNC kim loại sẽ có những ưu, nhược điểm như sau:

• Ưu điểm:  Sản phẩm làm từ nhôm có tính cơ học tuyệt vời, có được khả năng chống mài mòn, chịu được lực tác động tốt. Sử dụng nhôm giúp tiết kiệm được nhiều chi phí bởi giá thành của vật liệu này lá rẻ. Có thể thực hiện được công nghệ anodised để làm tăng độ dày của lớp màng oxit tự nhiên trên bề mặt của nhôm.
• Nhược điểm: Nhôm có tính dẫn nhiệt nên chúng khá nhạy cảm với nhiệt, độ bền không bằng thép không gỉ.

Một số hợp kim nhôm phổ biến: Nhôm Al6061, nhôm Al6082, nhôm 6063, nhôm Al7075, nhôm Al5086, nhôm Al5754. 

3.2. Thép không gỉ

Thép không gỉ là một kim loại có những đặc tính vật lý như độ bền cao, chống chịu được mài mòn, có độ dẻo dai khi gặp nhiệt độ thấp tốt. Với những đặc tính như vậy, loại thép này thường được ứng dụng trong chế tạo một số bộ phận, linh kiện trong ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo ô tô, hàng không. Thép không gỉ có thể được đánh bóng bề mặt vì vậy cũng được ứng dụng phổ biến trong ngành y tế và thực phẩm.

Sử dụng vật liệu thép không gỉ trong gia công CNC kim loại có một số ưu và nhược điểm như sau: 

• Ưu điểm: Những sản phẩm gia công từ thép không gỉ sẽ có được nhiều đặc tính vật lý của kim loại này như độ bền cao, chịu lực tốt và chống ăn mòn hiệu quả
• Nhược điểm:  Giá thành cao. Không sử dụng được với công nghệ anodised

Bên cạnh thép không gỉ thì một số hợp kim của thép không gỉ cũng được sử dụng phổ biến như: SUS 316, SUS 304, SUS 304L, SUS 430, SUS 201.

3.3. Thép nhẹ

Thép nhẹ hay còn gọi là thép carbon thấp, là dạng thép phổ biến nhất trên thế giới.  Nó là một vật liệu linh hoạt, có nhiều đặc tính cơ học nổi trội, có thể kể đến như khả năng gia công và tính hàn tuyệt vời, có tính định hình tốt. Thép nhẹ thường được ứng dụng trong việc chế tạo khung xây dựng.

Trong gia công CNC kim loại, sử dụng thép nhẹ mang lại những ưu nhược điểm như sau:

• Ưu điểm: Có được khả năng gia công tuyệt vời. Giá thành thấp hơn so với các kim loại khác được sử dụng trong gia công CNC
• Nhược điểm: Rất dễ bị ăn mòn và bị gỉ sét. Trọng lượng nặng hơn các kim loại khác trong gia công CNC.

Một số hợp kim của thép nhẹ có thể kể đến như: EN8, EN24, EN19.

3.4. Thép hợp kim

Thép hợp kim là một kim loại có những đặc tính vật lý như: có khả năng chịu lực tác động lớn, dẻo dai, độ cứng cao, có khả năng chống mài mòn. Kim loại này được ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như xây dựng, sản xuất chế tạo các loại trục, sản xuất phụ tùng ô tô, sản xuất phụ kiện cho máy móc công nghiệp,…..

Một số ưu và nhược điểm của thép hợp kim:

• Ưu điểm: Đặc tính cơ học nổi trội và phạm vi ứng dụng rộng rãi
• Nhược điểm: Khó gia công và hàn

3.5. Titan

Titan là một kim loại có màu bạc trắng, trọng lượng nhẹ và có thể kéo sợi trong trạng thái nguyên chất, có khả năng chống ăn mòn trong môi trường nước biển. Được ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ, tạo một số bộ phận để thực hiện việc cấy ghép trong y tế. 

Trong lĩnh vực gia công CNC kim loại thì sử dụng titan có những ưu và nhược điểm như sau:

• Ưu điểm: Chịu được ngoại lực tác động tốt nhất trong các kim loại sử dụng trong gia công CNC, có khả năng chống ăn mòn cao.
• Nhược điểm: Có giá thành cao, không thể thực hiện gia công trong môi trường nhiệt độ từ 400 độ C trở lên.

Một số hợp kim của titan được sử dụng phổ biến trong gia công CNC là Titan TC4, Titan TA2. 

3.6. Đồng thau

Đồng thau là một hợp kim của đồng và kẽm, có độ ma sát thấp, khả năng chống ăn mòn hiệu quả, có màu vàng sáng. Chính vì vậy mà đồng thau được sử dụng chủ yếu trong chế tác một số loại nhạc cụ, chi tiết máy, … Ngoài ra hợp kim đồng thau còn được sử dụng để tạo ra các dụng cụ phẫu thuật.

Sử dụng đồng thau trong gia công CNC kim loại có những ưu nhược điểm như sau:

• Ưu điểm: Tạo cho sản phẩm chế tác có vẻ ngoài hấp dẫn, có khả năng chống ăn mòn tốt.
• Nhược điểm: Có độ bền thấp, dễ bị tróc sơn, làm mất thẩm mỹ cho sản phẩm gia công sau một thời gian sử dụng.

Hợp kim đồng thau được sử dụng phổ biến trong gia công CNC như C510, C544, CZ121, CZ122.

3.7. Đồng

Đồng là kim loại có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao, có độ dẻo cao, có khả năng chống ăn mòn, có đặc tính kháng khuẩn. Bên cạnh đó, đồng còn có khả năng chống lại một số loại hóa chất như axit, halogen, sunfua và dung dịch amoniac thấp.

Do đó, nó được ứng dụng để chế tạo linh kiện trong ngành công nghiệp điện, chế tạo hệ thống làm mát và bộ trao đổi nhiệt trong ngành công nghiệp chế tạo ô tô.

Khi sử dụng đồng cho việc gia công CNC thì sẽ mang lại những ưu và nhược điểm như sau:

• Ưu điểm: có tính dẫn điện tốt, tạo sản phẩm có khả năng chống ăn mòn, phù hợp sử dụng trong ngành thực phẩm với đặc tính kháng khuẩn.
• Nhược điểm: có độ bền thấp, sau một thời gian sử dụng khiến sản phẩm có một lớp gỉ xanh.

Một số phân loại đồng được sử dụng trong gia công CNC có thể kể đến như: C101, C172, C14500 / CW118C.

4. Giới thiệu máy CNC kim loại

4.1.Các loại máy CNC gia công kim loại

Máy gia công CNC kim loại được chia thành những loại như sau:

4.1.1. Máy Gia Công Kim Loại CNC 3 Trục 

Có 2 kiểu máy gia công kim loại CNC 3 trục chính: Phay CNC và tiện CNC.

Máy phay CNC 3 trục: Máy CNC này thực hiện việc gia công bằng cách sử dụng công cụ cắt quay với tốc độ cao để loại bỏ vật liệu khỏi phôi cố định. Công cụ được gắn vào một trục chính và có thể di chuyển dọc theo ba trục tuyến tính. 

Máy phay CNC 3 trục là lựa chọn tốt nhất nếu bạn có nhu gia công các chi tiết có dạng hình học tương đối đơn giản và chi phí thấp.

Máy tiện CNC 3 trục: Máy CNC kim loại này thực hiện việc gia công bằng cách sử dụng dao để cắt phôi nguyên liệu giữ trong mâm cặp và quay. Có thể sử dụng một số công cụ để lập trình theo dõi các hình dạng bên ngoài và bên trong của chi tiết từ đó tạo ra hình dạng sản phẩm đúng với mong muốn. Dao cắt của máy tiện không quay và di chuyển xung quanh phôi theo hướng xuyên tâm mà theo chiều dọc.

4.1.2. Máy Gia Công Kim Loại CNC Nhiều Trục

Máy CNC 5 trục hoặc nhiều trục là loại máy gia công CNC kim loại cực kỳ linh hoạt và chính xác nhờ được bổ sung thêm hai trục tự do. 

Có ba loại máy CNC nhiều trục chính: phay CNC chỉ mục 5 trục, phay CNC liên tục 5 trục và gia công phay / tiện 5 trục.

• Máy phay CNC định vị 5 trục: Hoạt động bằng cách quay phôi quanh trục B và C đến vị trí cần thiết. Đối với phôi nguyên liệu, nó vẫn đứng yên trong khi dao cắt sẽ thực hiện các vết cắt mong muốn khi phôi được di chuyển theo ba trục tuyến tính của nó. Khi thay đổi vị trí cắt, trục B và C sẽ định hướng lại phôi và sau đó đứng yên một lần nữa cho vị trí cắt đó. 

Máy phay CNC định vị 5 trục phù hợp để gia công các chi tiết phức tạp, có độ chính xác cao cũng như tốc độ sản xuất cao.

• Máy phay CNC liên tục 5 trục: Loại máy này thực hiện gia công theo nguyên lý tương tự với máy máy phay CNC định vị 5 trục, chỉ khác là phôi nguyên liệu có thể liên tục quay quanh trục B và C trong quá trình gia công.

Máy phay CNC liên tục 5 trục có chi phí khá cao, phù hợp cho các sản phẩm gia công yêu cầu bề mặt, đường nét mịn.

• Máy gia công phay – tiện 5 trục: Máy phay – tiện CNC 5 trục là máy CNC đa chức năng kết hợp của máy phay CNC và máy tiện CNC. Phôi có thể được quay với tốc độ cao trên trục quay để thực hiện tiện CNC, sau đó được xoay và giữ ở một góc chính xác cho các hoạt động phay CNC.

Tùy vào nhu cầu sử dụng cũng như mục đích gia công mà bạn có thể lựa chọn loại máy gia công CNC kim loại phù hợp.

4.2. Cấu tạo máy CNC kim loại

Về tổng thể thì các loại máy gia công CNC kim loại đều gồm hai phần chính như sau:

• Phần chấp hành của máy: Phần này bao gồm các bộ phận trực tiếp tham gia vào quy trình gia công kim loại để thực hiện công việc tạo hình cho chi tiết cần gia công. Bao gồm dụng cụ cắt kim loại, đế máy, thân máy, bàn máy, trục chính, thanh dẫn hướng, bộ thay dao tự động (ATC),… 
• Phần điều khiển của máy CNC kim loại: Đây là một phần vô cùng quan trọng trong máy gia công CNC. Phần này bao gồm các bộ phận thực hiện nhiệm vụ truyền nhận tín hiệu và điều khiển mọi hoạt động của phần chấp hành. Phần điều khiển được chia thành hai phần chính là cụm điều khiển chính trên máy và các động cơ trên máy.  

Mỗi phần của máy gia công CNC kim loại đều thực hiện những nhiệm vụ nhất định, tổng thể mang lại hiệu quả tốt nhất cho việc gia công kim loại.

7. Tổng kết

Hoạt động gia công CNC kim loại đóng vai trò quan trọng và có đóng góp không nhỏ trong nhiều ngành công nghiệp như chế tạo sản xuất ô tô, cơ khí, máy móc công nghiệp, ngành hàng không vũ trụ, y tế,… Tùy vào nhu cầu sản xuất mà doanh nghiệp sẽ cân nhắc lựa chọn và sử dụng công nghệ gia công CNC phù hợp hoặc sử dụng dịch vụ gia công CNC kim loại của một số địa chỉ cung cấp dịch vụ uy tín