Các loại máy chính

Các loại máy CNC

Các công việc khác nhau đòi hỏi các máy khác nhau. Dưới đây là các loại chính bạn sẽ gặp phải trong một xưởng.

CNC Mill: Máy công cụ quay là công cụ chính trong hầu hết các xưởng. Một công cụ cắt quay quanh một vật liệu không di chuyển để loại bỏ vật liệu. Máy mài có thể cắt các mặt phẳng, các khe hở, khe, lỗ và các hình dạng 3D phức tạp. Hầu hết các xưởng sử dụng máy mài đứng, nơi trục của công cụ cắt hướng xuống dưới.

CNC Lathe (Turning Center): Vật liệu quay trong khi một công cụ cắt không di chuyển loại bỏ vật liệu. Máy tiện tạo ra các phần tròn: trục, buồng, kẹp, vít, và bất kỳ phần nào có tính đối xứng quay. Nếu phần này là hình trụ, nó có khả năng được tạo ra từ một máy tiện.

CNC Router: Nhìn giống như một máy mài nhưng được thiết kế cho các vật liệu mềm hơn và các khu vực làm việc lớn hơn. Router cắt gỗ, nhựa, pho mát, và màng nhôm. Thường được sử dụng trong việc tạo chữ, nội thất và chế tạo hợp composites.

EDM (Electrical Discharge Machining): Không có công cụ cắt chạm vào vật liệu. Thay vào đó, các tia điện từ nở ra để ăn mòn vật liệu. EDM có thể cắt thép cứng và tạo ra hình dạng không thể thực hiện được với cắt thông thường: các lỗ nhỏ, các góc trong sắc và các khe hở phức tạp trong die.

3-Axis vs 5-Axis: Một máy mài 3-axis di chuyển công cụ trong X (phải-trái), Y (trước-sau) và Z (lên-xuống). Một máy mài 5-axis thêm hai trục quay, cho phép công cụ tiếp cận vật liệu từ hầu bất kỳ góc nào. Máy 5-axis đắt tiền hơn và khó lập trình hơn, nhưng chúng có thể tạo ra các bộ phận phức tạp trong y tế và hàng không trong một setup duy nhất thay vì cần nhiều setup và dụng cụ.

Chọn Máy Phù Hợp

Khớp Máy với Công Việc

Một công cụ cần phải nhìn vào phần và biết máy nào làm ra nó một cách hiệu quả nhất.

Hệ Tọa Độ và Di Chuyển

G-Code: Ngôn Ngữ của CNC

Mỗi máy CNC đều đọc một chương trình được viết bằng G-code: một ngôn ngữ đơn giản, mỗi dòng告诉 máy này làm gì: di chuyển đến đây, quay trục, bật nước làm mát, đổi công cụ.

G-code sử dụng một tọa độ hệ Cartesian. Trên một máy mài:

- X = trái & phải

- Y = trước & sau

- Z = lên & xuống (Z dương luôn là hướng ra khỏi vật liệu)

Mỗi chương trình đều có một biên độ làm việc: một điểm trên vật liệu mà máy tính được coi là X0 Y0 Z0. Thông thường, đây là một góc hoặc trung tâm của mặt trên. Kỹ thuật viên đặt điểm này bằng cách chạm công cụ vào vật liệu và告诉控制器 vị trí của nó.

Các lệnh di chuyển quan trọng nhất:

- G00: Di chuyển nhanh. Máy di chuyển với tốc độ tối đa đến một vị trí. Dùng cho việc tái định vị, không bao giờ cho cắt. Di chuyển nhanh vào vật liệu sẽ va chạm công cụ.

- G01: Di chuyển dọc theo đường thẳng. Máy di chuyển theo một đường thẳng tại một tốc độ cắt điều khiển. Đây là động thái cắt cơ bản.

- G02: Vòng cung ngược kim đồng hồ. Tạo một vòng cung ngược kim đồng hồ.

- G03: Vòng cung kim đồng hồ. Cùng với G02 nhưng ngược lại.

M-codes kiểm soát các chức năng của máy không phải là di chuyển:

- M03: Động cơ trên, kim đồng hồ

- M05: Dừng động cơ

- M08: Tắt nước làm mát

- M09: Bật nước làm mát

- M06: Thay công cụ

- M30: Kết thúc chương trình và reset

Đọc một khối G-Code

Đọc G-Code

Dưới đây là một đoạn G-code ngắn. Mỗi dòng được gọi là một khối.

G00 X0 Y0 Z1.0
G00 Z0.1
G01 Z-0.25 F10.0
G01 X3.0 F15.0
G00 Z1.0

Giá trị F là tốc độ cắt: tốc độ công cụ di chuyển qua vật liệu, tính bằng inch/phút.

Biên độ công cụ

Độ lệch công cụ & Work Offsets

Mỗi công cụ cắt đều có độ dài khác nhau. Một đầu phun 6 inch ra xa trục hơn một mũi khoan 2 inch. Nếu máy không tính đến sự khác biệt này, nó sẽ cắt quá sâu hoặc không sâu đủ.

Điều này được giải quyết bằng độ lệch công cụ. Thợ máy đo độ dài mỗi công cụ và nhập vào controller. Khi chương trình gọi công cụ đó, máy điều chỉnh tất cả các di chuyển Z để bù lại.

Sai độ lệch công cụ là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra tai nạn. Nếu độ lệch quá ngắn, công cụ đâm sâu hơn dự tính. Nếu nó quá dài, công cụ cắt không khí trên vật liệu.

Work offsets (G54, G55, G56, v.v.) cho biết máy tính vị trí của vật liệu trên bàn. Một thợ máy có thể thiết lập các phần khác nhau với các work offsets khác nhau và chạy chúng theo thứ tự mà không cần nạp lại.

Công cụ cắt CNC

Công cụ cắt & Nhiệm vụ của chúng

Một máy CNC chỉ hiệu quả đến mức công cụ trong trục của nó. Các hoạt động khác nhau cần công cụ khác nhau.

Đầu phun: Công cụ mài mòn đa năng nhất. Chúng cắt ở dưới và hai bên. Một đầu phun phẳng để lại sàn phẳng. Một đầu phun bóng để lại bề mặt tròn, dùng cho 3D contouring. Đầu phun có thiết kế 2-lưỡi, 3-lưỡi và 4-lưỡi: số lưỡi nhiều hơn thì bề mặt mịn hơn nhưng cần tốc độ cấp vật liệu nhanh hơn để duy trì tải chip thích hợp.

Kẹp: Để làm lỗ. Kẹp điểm bắt đầu một lỗ với tâm chính xác. Kẹp xoay khoan sâu lỗ. Kẹp xoay tiếp theo để đưa lỗ lên đường kính chính xác với bề mặt mịn.

Đệm cắt: Các đầu cắt thay thế được gắn vào tay cầm cắt. Thường thấy trên máy tiện và máy mài mặt. Khi mép đệm cắt mòn, bạn sẽ xoay (đánh chỉ số) để sử dụng mép mới hoặc thay thế đầu đệm mà không cần thay đổi toàn bộ công cụ. Điều này giúp tiết kiệm đáng kể chi phí sản xuất.

Chất liệu công cụ: Các công cụ cắt thông thường là thép tốc độ cao (HSS) hoặc carbide. Carbide cứng hơn và có thể chạy ở tốc độ cao hơn nhiều, nhưng nó dễ vỡ và đắt tiền. Có các công cụ bằng ceram và đá quý để sử dụng cho các ứng dụng cao tốc độ chuyên dụng.

Tốc độ và Tần số

Tốc độ và Tần số: Tính toán Cơ bản

Tốc độ (RPM) là tốc độ quay của trục chính. Tần số (IPM: inch mỗi phút) là tốc độ di chuyển của công cụ qua vật liệu. Việc xác định đúng này là khác biệt giữa một đường cắt tốt và một công cụ bị hỏng.

Bắt đầu từ tốc độ bề mặt (SFM: feet mỗi phút), đây phụ thuộc vào vật liệu được cắt và chất liệu công cụ. Nhôm với công cụ carbide có thể chạy ở 800 SFM. Thép không gỉ với carbide có thể chạy ở 400 SFM. Thép không gỉ có thể là 250 SFM.

RPM được tính từ SFM & đường kính công cụ:

RPM = (SFM x 3.82) / Đường kính Công cụ

Lượng chip là độ dày vật liệu mà mỗi vít loại bỏ mỗi vòng quay. Đây là đơn vị cơ bản của cắt. Lượng chip thấp quá có nghĩa là công cụ bị trượt thay vì cắt, sinh nhiệt & tăng tốc độ mòn. Lượng chip cao quá sẽ làm quá tải công cụ và có thể làm nó bị hỏng.

Tốc độ cấp liệu được tính từ lượng chip:

Tần số (IPM) = RPM x Số lượng Vít x Lượng Chip

Những con số này là những điểm bắt đầu. Kỹ sư máy móc điều chỉnh dựa trên những gì họ nghe, thấy và đo được. Một đường cắt tốt nghe êm. Một đường cắt xấu thì kêu, rung, hoặc làm máy rung lên.

Tolerances và GD&T

Tolerances: How Precise Is Precise Enough?

Không có chi tiết nào được tạo ra với kích thước hoàn hảo. Mỗi kích thước trên bản vẽ đều có một tolerance: phạm vi chấp nhận được của sự biến động.

Một kích thước có thể đọc là 2.500 +/- 0.005 inches. Điều này có nghĩa là phần tử thực tế có thể nằm trong khoảng từ 2.495 đến 2.505 inch và vẫn vượt qua kiểm tra. Tolerance đó là +/- năm phần mười: cũng được gọi là 'năm thou.'

Tolerances nhỏ hơn sẽ tốn kém hơn. Một chi tiết được giữ ở +/- 0.0005 inches (một nửa một thou) đòi hỏi máy móc tốt hơn, công cụ sắc hơn, tốc độ cắt chậm hơn, môi trường điều chỉnh nhiệt độ và kiểm tra cẩn thận hơn. Nhiệm vụ của thợ máy là đạt được tolerance, không phải truy tìm sự hoàn hảo vượt quá yêu cầu trên bản vẽ.

GD&T (Geometric Dimensioning & Tolerancing) vượt ra ngoài việc đơn giản +/-. Nó kiểm soát độ chính xác của các đặc tính:

- Flatness: Kích thước phẳng của một mặt? Độ phẳng của một mặt phải nằm giữa hai mặt phẳng song song cách nhau 0.001 inch.

- Concentricity: Độ chính xác của hai đặc tính trụ có cùng tâm trục?

- True Position: Độ gần của một lỗ so với vị trí mà bản vẽ yêu cầu?

GD&T là một ngôn ngữ riêng với các ký hiệu riêng. Việc học nó sẽ mất thời gian nhưng mỗi thợ máy cần biết ít nhất những kiến thức cơ bản.

Đo lường và Kiểm tra

Đo lường những gì bạn đã làm

Bạn không thể đạt được tolerance nếu bạn không thể đo lường.

Calipers: Đo kích thước trong, kích thước ngoài, độ sâu và bước. Một cặp số liệu kỹ thuật số đọc đến 0.0005 inch. Rất tốt cho tolerance +/- 0.005 và looser.

Micrometers: Được sử dụng khi tolerance là +/- 0.001 hoặc chặt hơn. Một micrometer ngoài đọc đến 0.0001 inch. Được sử dụng cho kích thước ngoài, kích thước trong và độ sâu.

Máy đo khoảng cách điều khiển bởi máy tính (CMM): Một cần cậy được điều khiển bởi máy tính chạm vào các điểm trên một chi tiết và tạo ra một bản đồ đo lường 3D. CMM có thể xác minh các yêu cầu GD&T phức tạp mà không có công cụ tay không thể kiểm tra. Chúng đắt tiền nhưng tiêu chuẩn trong sản xuất hàng không và y tế.

Cánh tay cân và khối chuẩn kích thước: Được đánh bóng chính xác đến các kích thước nhất định. Được sử dụng để xác minh đường kính lỗ (cánh tay cân kiểm tra có đi/ko đi) và để hiệu chuẩn các thiết bị khác. Một bộ khối chuẩn kích thước chính xác đến triệu phân một inch có giá hàng nghìn đô la.

Con đường sự nghiệp trong chế tạo CNC

Con đường sự nghiệp trong chế tạo CNC

Chế tạo CNC cung cấp nhiều con đường sự nghiệp với sự pha trộn khác nhau giữa công việc tay nghề và kế hoạch kỹ thuật.

CNC Operator: Điều hành máy móc. Đổ vật liệu, đặt công cụ, bắt đầu chương trình, giám sát cắt, và kiểm tra chi tiết hoàn thành. Vị trí entry-level, nhưng một operator CNC hiểu biết quá trình thì có giá trị bằng trọng lượng carbide. Lương trung bình khoảng 40.000-50.000 đô la, cao hơn trong hàng không và y tế.

CNC Setup Technician: Xử lý phần phức tạp: cố định, offset công cụ, kiểm tra chi tiết đầu tiên, và chuẩn bị một công việc mới. Một khi kỹ thuật viên setup có quá trình chạy, operators giữ nó đi. Kỹ thuật viên setup thường kiếm được 50.000-65.000 đô la.

CNC Programmer: Viết mã G-code, thường sử dụng phần mềm CAM (Tạo mẫu bằng máy tính) tạo ra các đường công cụ từ mô hình 3D. Các programmer quyết định các chiến lược cắt, lựa chọn công cụ và chuỗi chế tạo. Họ cần hiểu biết mạnh mẽ về cả phần mềm và quá trình cắt vật lý. Khoảng lương từ 55.000-80.000 đô la.

Kỹ sư sản xuất: Thiết kế toàn bộ quá trình sản xuất: các máy nào, thứ tự các bước, các dụng cụ cố định, các kiểm tra chất lượng. Họ giải quyết các vấn đề sản xuất và tối ưu hóa về chi phí và chất lượng. Thông thường yêu cầu bằng đại học hoặc kinh nghiệm sâu rộng. Từ 65,000 đến 95,000 đô la.

Chứng nhận NIMS: Viện Quốc gia về Kỹ năng Kim loại cung cấp chứng nhận ngành công nghiệp trong mài CNC, quay CNC và các chuyên ngành khác. Chứng nhận NIMS chứng minh sự thành thạo cho các nhà tuyển dụng và có thể thúc đẩy sự phát triển nghề nghiệp.

Nhiều thợ máy bắt đầu như các vận hành, nhận chứng nhận NIMS, chuyển sang vị trí chuẩn bị hoặc lập trình và cuối cùng lãnh đạo các bộ phận hoặc mở cửa hàng riêng. Con đường từ vận hành đến chủ cửa hàng là con đường được đi lại nhiều trong ngành này.

Con đường phía trước của bạn

Xem xét Con đường Của Bạn

Không có điểm nhập môn duy nhất. Một số người bắt đầu từ các chương trình cao đẳng cộng đồng. Một số qua học kỳ tại các công ty sản xuất. Một số tham gia quân đội và học chế biến kim loại ở đó. Dây chuyền chung là thời gian thực hành tại máy.

Bạn sẽ nhớ điều gì?

Kết thúc

Đây là những gì bạn đã trải qua hôm nay:

- Các máy CNC sử dụng điều khiển bằng máy tính để cắt các chi tiết với độ chính xác hàng nghìn một phần triệu, nhưng thợ máy vẫn quyết định quan trọng

- Máy mài cắt các hình dạng phẳng và phức tạp; máy lathe tạo ra các phần tròn; máy router xử lý các vật liệu mềm lớn; EDM sử dụng các tia điện để làm cứng thép

- G-code là ngôn ngữ của CNC: G00 cho các chuyển động nhanh, G01 cho cắt, G02 / G03 cho các cung, M-codes cho các chức năng của máy

- Tốc độ và feeds được tính từ tốc độ bề mặt, đường kính công cụ, tải chip và số lượng lưỡi cắt

- Tolerances định nghĩa sự biến động chấp nhận được; GD&T kiểm soát hình dạng; công cụ đo lường cần chính xác hơn so với tolerance

- Các đường sự nghiệp từ operator đến kỹ sư sản xuất, với NIMS chứng nhận là tài liệu tham khảo ngành

Machining CNC là một nghề mà toán học, giải quyết vấn đề và kỹ năng tay nghề đều quan trọng. Các máy móc đang ngày càng có khả năng hơn mỗi năm, nhưng chúng vẫn cần người hiểu về vật lý của quá trình cắt kim loại.