Đi sâu vào công nghệ CNC: Cơ chế vận hành & Phân tích chi phí

Giới thiệu nhanh về công nghệ CNC

CNC (Điều khiển số máy tính) Công nghệ là nền tảng của sản xuất hiện đại, cho phép chính xác, quy trình gia công tự động trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Chuyển động công nghệ CNC dựa trên X, Y, và trục Z. Công cụ được định vị bằng động cơ bước hoặc động cơ servo,

hoạt động dựa trên các chuyển động dựa trên mã thu được từ mô hình 3D gốc của bộ phận bạn muốn tạo – được gọi là mã G.

Điều khiển số mô tả tốc độ di chuyển trục chính (bộ phận quay làm quay giá đỡ dụng cụ), di chuyển theo hướng nào,

sử dụng công cụ nào (liệu máy có sử dụng nhiều công cụ và có thể chuyển đổi giữa chúng không), cũng như các yếu tố khác như sử dụng nước làm mát.

Gia công CNC hoạt động như thế nào？

CNC (Điều khiển số máy tính) gia công hoạt động bằng cách dịch dữ liệu thiết kế từ Thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) tập tin thành các lệnh được mã hóa mà bộ điều khiển máy có thể hiểu được.

Các lệnh này hướng dẫn các công cụ máy về vị trí và tốc độ di chuyển.

các Gia công CNC Quá trình: Từ CAD đến các bộ phận

Quá trình này bao gồm một số bước:

• Thiết kế: Tạo thông số kỹ thuật của bộ phận bằng phần mềm CAD.
• chuyển đổi: Chuyển thiết kế thành mã G thông qua CAM (Sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính) phần mềm.
• Cài đặt: Chuẩn bị máy, thiết lập đường chạy dao, và cố định phôi vào đúng vị trí.
• Gia công: Thực thi mã G được lập trình trên vật liệu.
• Xử lý hậu kỳ: Các bước hoàn thiện như mài nhẵn và xử lý bề mặt.

Gia Công CNC Mãthử nghiệm

1. Kim loại trong gia công CNC

Kim loại là một trong những vật liệu được gia công phổ biến nhất do độ bền của chúng, độ bền, và phạm vi thuộc tính. Dưới đây là bảng phân tích các kim loại được sử dụng thường xuyên nhất:

Nhôm

• Của cải: Nhẹ, chống ăn mòn, và dễ gia công. Nó cung cấp một sự cân bằng tốt về sức mạnh và trọng lượng.
• Ứng dụng: Linh kiện hàng không vũ trụ, phụ tùng ô tô, vỏ điện tử, và thiết bị y tế.
• Hợp kim phổ biến: 6061, 7075, Và 2024 nhôm.

thép không gỉ

• Của cải: Có khả năng chống ăn mòn cao, nhiệt, và mặc, làm cho nó bền ngay cả trong môi trường khắc nghiệt.
• Ứng dụng: Thiết bị chế biến thực phẩm, dụng cụ y tế, thùng chứa hóa chất, và phụ tùng ô tô.
• Các lớp phổ biến: 304, 316, Và 17-4 PH.

Titan

• Của cải: Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng đặc biệt, chống ăn mòn, và chịu nhiệt độ cao.
• Ứng dụng: Linh kiện hàng không vũ trụ, cấy ghép y tế, và phụ tùng ô tô.
• Các lớp phổ biến: Cấp 2 (tinh khiết về mặt thương mại) và Ti-6Al-4V (hợp kim).

Thau

• Của cải: Dễ dàng gia công với độ bền tốt và khả năng chống ăn mòn. Đồng thau cũng có tính dẫn điện tuyệt vời.
• Ứng dụng: Linh kiện điện, phụ kiện, và các bộ phận trang trí.
• Hợp kim phổ biến: C360 (gia công đồng thau miễn phí).

đồng

• Của cải: Độ dẫn điện và nhiệt tuyệt vời, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các linh kiện điện tử.
• Ứng dụng: Đầu nối điện, tản nhiệt, và bộ tản nhiệt.
• Hợp kim phổ biến: C110 (đồng nguyên chất) và C182 (đồng crom).

Inconel

• Của cải: Một siêu hợp kim được biết đến với khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và mức độ căng thẳng cao mà không bị biến dạng hoặc bị ăn mòn.
• Ứng dụng: Các bộ phận của tuabin khí và hàng không vũ trụ, ứng dụng hàng hải, và trao đổi nhiệt.
• Các lớp phổ biến: Inconel 718 và Inconel 625.

2. Nhựa trong gia công CNC

Vật liệu nhựa thường được lựa chọn để gia công CNC khi có trọng lượng nhẹ, kháng hóa chất hoặc cách điện là cần thiết. Các loại nhựa thường được sử dụng bao gồm:

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

• Của cải: Mạnh, khó, và chịu va đập. ABS dễ gia công và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
• Ứng dụng: Linh kiện ô tô, sản phẩm tiêu dùng, và vỏ điện tử.

POM (Polyoxymetylen hoặc Acet)

• Của cải: Độ cứng cao, ma sát thấp, và độ ổn định kích thước tuyệt vời.
• Ứng dụng: Bánh răng, vòng bi, và các bộ phận chính xác đòi hỏi độ ma sát thấp.

Nylon

• Của cải: Độ bền và tính linh hoạt cao với khả năng chống mài mòn tuyệt vời.
• Ứng dụng: Các bộ phận cơ khí như bánh răng, vòng bi, và ống lót.

PEEK (Polyether Ether Xeton)

• Của cải: Độ bền cơ học cao, kháng hóa chất, và ổn định nhiệt, làm cho nó trở thành một trong những loại nhựa bền nhất.
• Ứng dụng: Hàng không vũ trụ, thuộc về y học, và linh kiện ô tô, cũng như các bộ phận cách điện.

PTFE (Polytetrafluoroethylene hoặc Teflon)

• Của cải: Ma sát thấp, kháng hóa chất, và chịu nhiệt độ cao.
• Ứng dụng: Con dấu, miếng đệm, và lớp phủ chống dính.

HDPE (Polyethylene mật độ cao)

• Của cải: Bền bỉ, nhẹ, và có khả năng chống va đập và độ ẩm cao.
• Ứng dụng: Xe tăng, đường ống, và thớt.

3. Vật liệu tổng hợp trong gia công CNC

Vật liệu composite ngày càng được sử dụng để gia công CNC do tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, chống ăn mòn, và độ bền. Một số vật liệu composite phổ biến bao gồm:

Polyme cốt sợi carbon (CFRP)

• Của cải: Cực kỳ mạnh mẽ, nhẹ, và chống ăn mòn. Sợi carbon thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi cả độ bền và giảm trọng lượng.
• Ứng dụng: Linh kiện hàng không vũ trụ, thiết bị thể thao, và phụ tùng ô tô.

Polyme cốt sợi thủy tinh (GFRP)

• Của cải: Độ bền và độ cứng cao với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời.
• Ứng dụng: Cánh tuabin gió, phụ tùng ô tô, và vật liệu xây dựng.

4. Gốm sứ trong gia công CNC

Mặc dù ít phổ biến hơn, gốm sứ được sử dụng vì độ cứng đặc biệt của chúng, khả năng chịu nhiệt, và khả năng chống ăn mòn. Những vật liệu này thường được chọn cho các ứng dụng chuyên dụng:

nhôm (Nhôm oxit)

• Của cải: Cực kỳ cứng và chống mài mòn, nhiệt, và ăn mòn.
• Ứng dụng: Dụng cụ cắt, chất cách điện, và thiết bị y tế.

zirconia (Zirconi Dioxide)

• Của cải: Độ dẻo dai tuyệt vời, cách nhiệt, và chống mài mòn.
• Ứng dụng: cấy ghép nha khoa, dụng cụ cắt, và các thành phần nhiệt độ cao.

Chi phí gia công CNC là bao nhiêu?

Chi phí gia công CNC bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm lựa chọn vật liệu, độ phức tạp của thiết kế, thời gian gia công, lựa chọn máy công cụ, khối lượng sản xuất, chi phí lao động, chi phí gián tiếp, và phế liệu và làm lại.

Chi phí vật liệu

Loại và chi phí vật liệu ảnh hưởng đáng kể đến chi phí gia công CNC.

Hợp kim hiệu suất cao, chẳng hạn như titan hoặc thép không gỉ, thường đắt hơn nhựa hoặc kim loại mềm hơn.

Ngoài ra, khả năng gia công của vật liệu ảnh hưởng đến chi phí, vì các vật liệu khó gia công hơn có thể cần nhiều thời gian và nguồn lực hơn.

Độ phức tạp của thiết kế

Sự phức tạp của thiết kế bộ phận ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí gia công. hình học phức tạp, yêu cầu dung sai chặt chẽ,

và các tính năng thiết kế đặc biệt có thể cần đến kỹ thuật gia công tiên tiến và các công cụ chuyên dụng, từ đó làm tăng chi phí.

Thời gian gia công

Thời gian gia công, bao gồm thời gian cắt thực tế và thời gian thiết lập để thay đổi và cấu hình dụng cụ, góp phần vào chi phí.

Thời gian gia công dài hơn dẫn đến chi phí cao hơn. Tối ưu hóa quy trình gia công và nâng cao hiệu quả sản xuất có thể giảm chi phí.

Máy công cụ

Việc lựa chọn và quản lý máy công cụ ảnh hưởng đáng kể đến chi phí. Chi phí dụng cụ cắt, tuổi thọ của họ, và tần suất thay thế tất cả đều ảnh hưởng đến chi phí gia công tổng thể.

Lựa chọn và bảo trì công cụ thích hợp là rất quan trọng để kiểm soát chi phí.

Khối lượng và kích thước lô

Sản xuất số lượng lớn có thể giảm chi phí trên mỗi đơn vị, vì chi phí thiết lập cố định được trải đều trên nhiều phần hơn.

Sản xuất hàng loạt nhỏ có thể dẫn đến chi phí trên mỗi bộ phận cao hơn do tác động lớn hơn tương ứng của thời gian thiết lập.

Chi phí lao động

Tiền lương của người vận hành và kỹ sư lành nghề là một phần của chi phí gia công CNC. Các hoạt động sử dụng nhiều lao động hoặc các bộ phận có yêu cầu phức tạp có thể phải chịu thêm chi phí lao động.

Chi phí gián tiếp

Chi phí gián tiếp liên quan đến gia công CNC, chẳng hạn như chi phí cơ sở vật chất, tiện ích, và chi phí hành chính, cũng ảnh hưởng đến tổng chi phí.

Phế liệu và làm lại

Quy trình kiểm tra và kiểm soát chất lượng hiệu quả có thể giảm thiểu tỷ lệ phế liệu và làm lại, dẫn đến tiết kiệm chi phí.

Làm thế nào để giảm/tiết kiệm chi phí gia công CNC？

Giảm chi phí trong gia công CNC liên quan đến việc tối ưu hóa các khía cạnh khác nhau từ thiết kế đến thực hiện.

Dưới đây là các chiến lược chính giúp quản lý và giảm chi phí gia công CNC một cách hiệu quả:

• Tối ưu hóa thiết kế để giảm thiểu độ phức tạp: Trong giai đoạn thiết kế, tránh các tính năng như bức tường mỏng, khoang sâu, và các góc 90 độ sắc nét, có thể làm tăng độ khó và chi phí gia công.
• Chọn vật liệu phù hợp: Chọn vật liệu dựa trên yêu cầu chức năng của bộ phận, tránh quá đặc điểm kỹ thuật, và lựa chọn những vật liệu dễ gia công hơn và ít tốn kém hơn.
• Giới hạn độ sâu của sâu răng và ren: Thiết kế với độ sâu khoang hạn chế để giảm thời gian và chi phí gia công. Cũng, giữ độ dài luồng ở mức tối thiểu để tránh cần đến các công cụ chuyên dụng và tăng thêm chi phí.
• Tăng độ dày của tường: Thành dày hơn có thể cải thiện độ ổn định gia công và giảm chi phí. Đối với các bộ phận kim loại, độ dày thành tối thiểu được đề xuất lớn hơn 0.8 mm, và cho nhựa, nó còn hơn thế nữa 1.5 mm.
• Sử dụng kích thước công cụ tiêu chuẩn: Thiết kế các bộ phận tương thích với kích thước dao CNC tiêu chuẩn để giảm thiểu việc thay đổi dao và thời gian gia công.
• Tránh dung sai quá mức: Trừ khi thực sự cần thiết, tránh xác định dung sai chặt chẽ, có thể làm tăng độ phức tạp và chi phí gia công.
• Tận dụng sản xuất hàng loạt: Số lượng đặt hàng lớn hơn có thể dàn trải chi phí cố định cho nhiều bộ phận hơn, giảm chi phí trên mỗi đơn vị.
• Giảm thiểu việc hoàn thiện bề mặt: Xử lý bề mặt không cần thiết có thể làm tăng thêm chi phí, vì vậy chúng cần được xác định dựa trên nhu cầu thực tế của bộ phận.
• Đầu tư vào Tự động hóa và Đổi mới công nghệ: Chi tiêu cho tự động hóa robot và công nghệ CNC hiện đại có thể nâng cao hiệu quả, giảm chi phí lao động, và nâng cao chất lượng sản xuất.
• Tối ưu hóa các thông số gia công: Bằng cách tinh chỉnh các thông số như tốc độ cắt, tốc độ nạp liệu, và tốc độ trục chính, bạn có thể duy trì chất lượng trong khi giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí.

Các loại máy CNC

CNC (Điều khiển số máy tính) máy móc có nhiều loại, mỗi thiết kế cho các chức năng cụ thể trong sản xuất. Dưới đây là các loại khóa:

1. Phay CNC Máy móc: Được sử dụng để loại bỏ vật liệu khỏi phôi bằng dụng cụ cắt quay. Họ có thể tạo ra các hình dạng phức tạp và các bộ phận có độ chính xác cao với nhiều trục (lên đến 5 trục).
2. Máy tiện CNC: Chuyên sản xuất các chi tiết hình trụ bằng cách quay phôi trong khi dụng cụ cắt cố định loại bỏ vật liệu. Chúng rất lý tưởng để chế tạo các bộ phận đối xứng như trục và phụ kiện.
3. Máy cắt plasma CNC: Sử dụng huyết tương (khí bị ion hóa ở nhiệt độ cao) để cắt xuyên qua kim loại như thép, nhôm, và đồng thau. Chúng thường được sử dụng trong các cửa hàng chế tạo để cắt kim loại tấm.
4. Máy cắt Laser CNC: Sử dụng chùm tia laser tập trung để cắt hoặc khắc vật liệu có độ chính xác cao. Chúng hoàn hảo cho các thiết kế phức tạp và thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ và điện tử..
5. Bộ định tuyến CNC: Được thiết kế để cắt, chạm khắc, và vật liệu khắc như gỗ, nhựa, và kim loại mềm. Chúng thường được sử dụng trong tủ, làm biển hiệu, và mô hình kiến ​​trúc.
6. Máy mài CNC: Sử dụng bánh xe mài mòn để hoàn thiện bề mặt hoặc đạt được độ hoàn thiện tốt. Những máy này rất cần thiết để đạt được các bộ phận có dung sai cao trong các ngành công nghiệp như ô tô và hàng không vũ trụ.
7. Máy phóng điện CNC (EDM): Sử dụng sự phóng điện hoặc tia lửa điện để tạo hình kim loại bằng cách ăn mòn vật liệu từ phôi. Chúng rất lý tưởng để tạo các khoang hoặc hình dạng phức tạp trên vật liệu cứng như thép.
8. Máy cắt tia nước CNC: Sử dụng nước áp lực cao (thường trộn với chất mài mòn) để cắt vật liệu. Tia nước được sử dụng để cắt các loại vật liệu khác nhau, bao gồm cả kim loại, nhựa, và đá, không tạo ra nhiệt.

Trung tâm gia công CNC vs. CNC thông thường

Máy CNC đã cách mạng hóa sản xuất, và có các loại riêng biệt như trung tâm gia công CNC và máy CNC thông thường.
Mặc dù cả hai đều cung cấp độ chính xác, tự động hóa, và hiệu quả, chúng phục vụ các mục đích và chức năng khác nhau trong quá trình sản xuất.
Hãy phân tích những điểm khác biệt chính giữa trung tâm gia công CNC và máy CNC thông thường.

1. Định nghĩa và chức năng

• Trung tâm gia công CNC: Trung tâm gia công CNC là một thiết bị tiên tiến, máy đa chức năng được thiết kế cho nhiều hoạt động khác nhau như phay, khoan, khai thác, và nhàm chán, tất cả trong một thiết lập duy nhất.
  Nó được tự động hóa cao và được trang bị ổ chứa dao để thay đổi dao tự động, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các bộ phận phức tạp và quy trình sản xuất nhiều bước.
• Máy CNC thông thường: Thường đề cập đến các thiết bị CNC cơ bản như máy tiện CNC hoặc máy phay tập trung vào các nhiệm vụ cụ thể (ví dụ., quay, xay xát).
  Những máy này thường bị hạn chế hơn về chức năng, chỉ có khả năng thực hiện một hoặc hai thao tác cùng một lúc, với ít tính năng tự động hơn.

2. Công suất công cụ và khả năng thay đổi

• Trung tâm gia công CNC: Đi kèm với bộ thay đổi công cụ tự động (ATC) cho phép hoán đổi nhiều công cụ trong khi vận hành mà không cần can thiệp thủ công.
  Tính năng này cho phép máy thực hiện nhiều tác vụ trong một lần thiết lập, giảm đáng kể thời gian ngừng hoạt động và tăng hiệu quả sản xuất.
• Máy CNC thông thường: Hầu hết các máy CNC thông thường đều yêu cầu thay đổi công cụ thủ công, đặc biệt là các mẫu cấp thấp hơn.
  Mặc dù họ cung cấp khả năng gia công chính xác, việc thiếu ATC hạn chế tính linh hoạt và đòi hỏi sự tham gia của người vận hành thường xuyên hơn, làm chậm quá trình nhiều bước.

3. Độ phức tạp phôi

• Trung tâm gia công CNC: Lý tưởng cho các phôi có độ phức tạp cao đòi hỏi nhiều nguyên công gia công.
  Những máy này có thể xử lý các hình học phức tạp, bề mặt góc cạnh, và những lỗ sâu, làm cho chúng trở nên cần thiết cho các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô, và sản xuất thiết bị y tế.
• Máy CNC thông thường: Phù hợp nhất cho các bộ phận và nguyên công đơn giản hơn không yêu cầu nhiều bước gia công.
  Những máy này có hiệu quả đối với những công việc ít phức tạp hơn như quay, phay đơn giản, hoặc cắt.

4. Trục chuyển động

• Trung tâm gia công CNC: Thường bao gồm khả năng đa trục, chẳng hạn như 3 trục, 4-trục, hoặc thậm chí gia công 5 trục.
  Điều này cho phép chuyển động linh hoạt và năng động hơn, cho phép sản xuất các bộ phận phức tạp mà không cần phải định vị lại phôi nhiều lần.
• Máy CNC thông thường: Thường hoạt động trên ít trục hơn, chẳng hạn như 2 trục hoặc 3 trục.
  Trong khi vẫn chính xác, những máy này bị hạn chế hơn khi tạo ra các bộ phận có hình dạng phức tạp hoặc nhiều tính năng.

5. Tự động hóa và hiệu quả

• Trung tâm gia công CNC: Tự động hóa cao với đầu vào của người vận hành tối thiểu, có khả năng chạy chu kỳ sản xuất liên tục.
  Việc tích hợp ATC và nhiều trục làm tăng đáng kể hiệu quả của quy trình gia công.
• Máy CNC thông thường: Yêu cầu can thiệp thủ công hơn, đặc biệt là khi thay đổi công cụ hoặc chuyển đổi giữa các nguyên công gia công.
  Trong khi hiệu quả cho các nhiệm vụ cụ thể, tự động hóa tổng thể và năng suất thấp hơn so với các trung tâm gia công.

6. Ứng dụng

• Trung tâm gia công CNC: Được sử dụng rộng rãi trong các ngành đòi hỏi các bộ phận phức tạp với độ chính xác cao, như hàng không vũ trụ, ô tô, và sản xuất công nghệ cao.
  Khả năng thực hiện nhiều thao tác trong một thiết lập giúp tiết kiệm thời gian và giảm sai sót.
• Máy CNC thông thường: Phù hợp với những ngành yêu cầu đơn giản hơn, phần ít phức tạp hơn, chẳng hạn như các thành phần cơ khí nói chung, phụ kiện cơ bản, và trục.
  Những máy này rất phù hợp cho các xưởng hoặc công việc nhỏ mà mức độ phức tạp không phù hợp với việc sử dụng trung tâm gia công.

Các yếu tố ảnh hưởng đến giá của máy CNC

• Công nghệ
• Chi phí vật liệu
• Chi phí sản xuất
• Cấu hình
• Đảm bảo thương hiệu và chất lượng
• Dịch vụ hậu mãi

Hướng dẫn về giá máy CNC hoàn chỉnh – Ở mọi mức giá

Giá của một máy CNC có thể rất khác nhau, từ vài trăm đô la đến vài chục thậm chí hàng trăm nghìn đô la.

Phạm vi giá đáng kể này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có các loại máy CNC, kích thước và độ cứng của nó, khả năng công suất và mô-men xoắn, số lượng trục, và các tính năng bổ sung.

 

Máy CNC	Giá
Bộ định tuyến CNC cấp độ sở thích	$200 – $3000
Bộ định tuyến CNC chuyên nghiệp	$3K – $10K
Bộ định tuyến CNC công nghiệp	$40K – $200K
Bộ định tuyến CNC sản xuất	$200K – $400K
Máy phay CNC cấp độ sở thích	$2K – 7K
Máy phay CNC chuyên nghiệp	$7K – $50K
Máy Phay 3 Trục Công Nghiệp	$60K – $100K
Máy Phay 5 Trục Công Nghiệp	$200K – $500K
Nhà máy sản xuất (Trung tâm gia công dọc)	> $500K
Máy tiện CNC cấp độ sở thích	$2K – $12K
Máy tiện CNC 2 trục chuyên nghiệp	$15K – $50K
Máy tiện CNC 2 trục công nghiệp	$60K – $100K
Máy tiện CNC sản xuất (Trung tâm gia công ngang với 7-13 Trục)	> $500K