Cấu tạo máy CNC về cơ bản bao gồm hai phần chính: Hệ thống điều khiển (MCU) và Phần cơ khí vận hành. Hệ thống điều khiển đóng vai trò là 'bộ não' tiếp nhận mã lệnh (G-code), trong khi phần cơ khí bao gồm thân máy, trục chính (Spindle), bàn máy, hệ thống dẫn hướng và động cơ servo thực hiện việc cắt gọt phôi theo yêu cầu.

Cấu tạo máy CNC là gì? Tổng quan các bộ phận chính

Cấu tạo máy CNC là sự kết hợp phức tạp giữa các linh kiện điện tử điều khiển và hệ thống cơ khí chịu lực. Một chiếc máy CNC chất lượng phải đảm bảo được sự đồng bộ giữa phần cứng và phần mềm để đạt được sai số thấp nhất. Tại Nhật Tiến, chúng tôi luôn chú trọng vào việc cung cấp các dòng máy có kết cấu khung bệ vững chắc cùng hệ điều hành ổn định.

Về cơ bản, máy CNC được chia thành ba khối chức năng chính: khối điều khiển, khối truyền động và khối chấp hành. Mỗi khối đảm nhận một nhiệm vụ riêng biệt nhưng liên kết chặt chẽ thông qua hệ thống dây tín hiệu và các cảm biến phản hồi.

• Khung máy và thân máy: Nâng đỡ toàn bộ các linh kiện, thường được đúc bằng gang hoặc thép chịu lực.
• Trục chính (Spindle): Bộ phận trực tiếp thực hiện việc cắt, khắc với công suất từ 500W đến 3.2kW.
• Hệ thống điều khiển: Giao diện tương tác giữa người dùng và máy.
• Hệ thống dẫn hướng: Gồm thanh ray và con trượt giúp máy di chuyển mượt mà.

Hệ thống điều khiển trung tâm (MCU)

Bộ điều khiển trung tâm (Machine Control Unit - MCU) được coi là cơ quan đầu não của máy CNC. Nó bao gồm bộ vi xử lý, bộ nhớ lưu trữ và các cổng giao tiếp để tiếp nhận dữ liệu từ máy tính thông qua phần mềm chuyên dụng. MCU có nhiệm vụ đọc các dòng mã lệnh G-code và chuyển đổi chúng thành các xung điện gửi đến động cơ.

Ngoài việc điều khiển chuyển động, MCU còn giám sát các thông số vận hành như tốc độ quay của trục chính, trạng thái của các nút dừng khẩn cấp và hệ thống làm mát. Một MCU hiện đại có khả năng xử lý song song nhiều tác vụ, giúp máy vận hành trơn tru ngay cả với những bản vẽ phức tạp.

Các bộ phận cơ khí và hệ thống truyền động

Hệ thống cơ khí quyết định độ bền và độ chính xác vật lý của máy. Trục chính (Spindle) là linh kiện quan trọng nhất trong khối chấp hành, tốc độ quay của trục chính ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt sản phẩm sau khi gia công. Tùy vào dòng máy CNC mini hay máy lớn, công suất Spindle sẽ dao động để phù hợp với vật liệu gỗ, nhựa hay kim loại.

Hệ thống truyền động bao gồm động cơ (Servo hoặc Step motor) và cơ cấu truyền tin (Vitme bi, thanh răng). Động cơ chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động quay, sau đó thông qua vitme bi để chuyển thành chuyển động tịnh tiến cho các trục X, Y, Z. Sự chính xác của vitme quyết định đến độ lặp lại và sai số của máy.

Phân loại cấu tạo máy CNC phổ biến hiện nay

Tùy vào nhu cầu sản xuất, cấu tạo máy CNC được tùy chỉnh theo nhiều dạng khác nhau. Việc phân loại giúp khách hàng dễ dàng lựa chọn dòng máy phù hợp với quy mô xưởng và loại hình sản phẩm gia công.

Phân loại theo số lượng trục tọa độ (3 trục, 4 trục, 5 trục)

Số lượng trục quyết định khả năng linh hoạt của đầu cắt. Cấu tạo máy CNC càng nhiều trục thì khả năng gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp càng cao.

Phân loại theo công năng (Máy phay, tiện, cắt laser)

Mỗi dòng máy có thiết kế đầu cắt và bàn máy riêng biệt để tối ưu hóa quá trình làm việc trên các vật liệu khác nhau.

Quy trình vận hành chuẩn dựa trên cấu tạo máy CNC

Để máy CNC hoạt động bền bỉ, người vận hành cần tuân thủ quy trình làm việc khoa học. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa phần mềm và phần cứng giúp giảm thiểu rủi ro gãy dao hoặc hư hỏng phôi.

Bước 1: Thiết lập bản vẽ CAD và chuyển đổi sang mã G-code

Mọi quy trình đều bắt đầu từ tệp thiết kế kỹ thuật.

• Sử dụng phần mềm CAD (AutoCAD, JDPaint...) để vẽ sản phẩm.
• Dùng phần mềm CAM để lập trình đường chạy dao (Toolpath).
• Xuất file dưới dạng G-code - ngôn ngữ mà hệ thống điều khiển máy CNC có thể hiểu.

Bước 2: Set-up phôi gia công và hiệu chỉnh dao

Đây là bước tương tác vật lý trực tiếp với các bộ phận cơ khí của máy.

• Cố định phôi lên bàn máy bằng vam kẹp hoặc bàn hút chân không.
• Lắp dao cắt vào đầu kẹp (Collet) của trục chính (Spindle).
• Thực hiện lấy gốc tọa độ Z (dò dao) và gốc X-Y cho máy.

Bước 3: Vận hành tự động và kiểm soát quy trình

Sau khi nạp G-code, máy sẽ tự động thực thi các lệnh di chuyển.

• Giám sát tốc độ trục chính và tốc độ di chuyển (Feedrate) qua màn hình điều khiển.
• Kiểm tra hệ thống tưới nguội (với kim loại) hoặc hút bụi (với gỗ).
• Xử lý kịp thời bằng nút dừng khẩn cấp nếu có tiếng động lạ hoặc sự cố cơ khí.

Tiêu chí đánh giá cấu tạo máy CNC chất lượng khi chọn mua

Khi đầu tư máy CNC, việc xem xét kỹ cấu tạo phần cứng sẽ giúp bạn tiết kiệm chi phí sửa chữa và nâng cấp về sau. Nhật Tiến với hơn 10 năm kinh nghiệm khuyên bạn nên tập trung vào các tiêu chí sau:

Độ ổn định của khung máy và vật liệu đúc

Khung máy là nền tảng của mọi chuyển động. Một khung máy nhẹ sẽ gây rung chấn khi trục chính quay ở tốc độ cao, dẫn đến sản phẩm bị răng cưa.

• Ưu tiên khung thép đúc dày hoặc gang để triệt tiêu rung động.
• Kiểm tra trọng lượng tổng thể của máy so với các dòng cùng phân khúc.
• Đảm bảo bề mặt lắp thanh ray được phay phẳng chính xác bằng máy phay giường khổ lớn.

Độ chính xác của hệ thống dẫn động và vitme bi

Linh kiện truyền động quyết định trực tiếp đến sai số gia công.

• Sử dụng thanh dẫn hướng và vitme bi từ các thương hiệu uy tín để đảm bảo độ rơ thấp nhất.
• Hệ thống động cơ nên chọn loại Servo cho các dòng máy lớn để tránh hiện tượng mất bước (lost step).
• Kiểm tra hệ thống bôi trơn dầu tự động cho các trục để bảo vệ linh kiện cơ khí.