CNC là viết tắt của điều khiển số bằng máy tính: thay vì người thợ quay tay các vô lăng, máy tự di chuyển dao cắt theo một chuỗi lệnh toạ độ. Một chi tiết đi qua ba bước: vẽ mô hình trên máy tính, dùng phần mềm lập đường chạy dao để chọn dao và cách cắt, rồi máy đọc chuỗi lệnh đó và chạy. Máy không nghĩ; mọi quyết định quan trọng nằm ở người lập đường chạy dao.
Chào bạn, đây là Nhà Chế Tạo. Chữ CNC nghe như một thế giới cao siêu, nhưng khi hiểu nó thật ra chỉ là một cái máy phay hay máy tiện được gắn động cơ và bộ điều khiển, mọi thứ trở nên gần gũi hơn nhiều. Tập này mình đi theo một chi tiết từ bản vẽ tới lúc nó rơi ra khỏi máy.
Máy CNC thật ra là cái gì?
Lấy một máy phay thường: có một trục chính quay dao, một bàn kẹp phôi di chuyển được theo chiều trái phải, trước sau, và dao lên xuống. Người thợ quay tay các vô lăng để di chuyển. Giờ thay các vô lăng bằng động cơ, và gắn một bộ điều khiển đọc lệnh, bạn có máy CNC.
Ba chiều di chuyển đó gọi là ba trục. Máy ba trục cắt được phần lớn chi tiết từ trên xuống. Máy nhiều trục hơn có thêm chiều xoay, cắt được những mặt nghiêng phức tạp mà không phải kẹp lại phôi.
Cùng nguyên lý đó áp dụng cho máy tiện CNC, máy cắt plasma, máy cắt laser, máy router cắt gỗ, và cả máy in 3D. Tất cả đều là một thứ công cụ di chuyển theo toạ độ.
Cái máy mang lại không phải là kỹ năng thay thợ, mà là sự lặp lại. Làm đúng một lần, máy làm đúng y như vậy lần thứ hai, thứ một trăm.
Bước một: vẽ mô hình và bản vẽ
Mọi chi tiết bắt đầu từ một mô hình vẽ trên máy tính. Với chi tiết phẳng như tấm đế, có khi chỉ cần bản vẽ hai chiều. Với chi tiết có hốc, bậc, mặt cong, cần mô hình ba chiều.
Người vẽ cho CNC phải nghĩ như dao cắt. Dao phay là hình trụ tròn, nên góc trong của một hốc không bao giờ vuông sắc được; nó luôn có bán kính bằng bán kính dao. Vẽ góc trong vuông là vẽ một thứ máy không làm được.
Hốc càng sâu so với chiều rộng, càng cần dao dài và mảnh, càng dễ rung và gãy. Người vẽ có kinh nghiệm để góc trong có bán kính rộng rãi và hốc không quá sâu.
Chi tiết cũng phải kẹp được. Nếu bạn vẽ một khối không có mặt nào phẳng để kẹp, hoặc cần gia công cả sáu mặt, hãy nghĩ trước sẽ kẹp nó bao nhiêu lần và kẹp vào đâu.
Bước hai: lập đường chạy dao
Phần mềm lập đường chạy dao nhận mô hình và hỏi bạn: dùng dao nào, cắt vật liệu gì, bóc bao nhiêu mỗi lớp, chạy nhanh bao nhiêu, đi theo kiểu nào. Từ đó nó tính ra đường đi chính xác của tâm dao.
Thường có hai giai đoạn. Phá thô dùng dao to, ăn sâu, bóc nhanh phần lớn vật liệu, để lại một lớp mỏng. Tinh dùng dao nhỏ hoặc cùng dao, ăn nhẹ, cho kích thước và bề mặt cuối cùng.
Tốc độ quay và tốc độ ăn dao là cặp số quan trọng nhất. Quá chậm, dao cọ thay vì cắt, nóng và cùn. Quá nhanh, dao bị quá tải và gãy. Nhà sản xuất dao thường có bảng khuyến nghị theo vật liệu; đó là điểm xuất phát.
Phần mềm cho bạn xem mô phỏng quá trình cắt. Hãy xem kỹ. Những cú đâm dao xuống thẳng đứng vào vật liệu, những đoạn dao đi nhanh xuyên qua phôi hay qua kẹp, đều hiện ra trên mô phỏng trước khi xảy ra thật.
Bước ba: mã lệnh và chạy thử trên không
Kết quả của phần mềm là một tệp mã lệnh: từng dòng nói máy đi tới toạ độ nào, nhanh bao nhiêu, bật tắt trục chính, bật tắt làm mát. Mỗi bộ điều khiển hiểu một phương ngữ hơi khác, nên phần mềm có bộ chuyển đổi riêng cho từng loại máy.
Trước khi cắt thật, người vận hành đặt gốc toạ độ, tức nói cho máy biết điểm không của bản vẽ nằm ở đâu trên phôi. Đặt sai gốc là cắt sai chỗ, hoặc đâm dao vào kẹp.
Chạy thử trên không là thói quen cứu nhiều máy: nâng dao lên cao hơn phôi một khoảng an toàn rồi cho máy chạy toàn bộ chương trình, nhìn dao đi. Nếu nó đi đúng hình, đúng chỗ, không đâm vào đâu, mới hạ xuống cắt thật.
Khi cắt thật, tay luôn ở gần nút dừng khẩn cấp, ít nhất trong những phút đầu. Âm thanh lạ, rung bất thường, phoi đổi màu, là lúc bấm dừng rồi mới tìm hiểu.
Máy làm gì, người làm gì?
Máy làm tốt những việc lặp lại, những đường cong phức tạp mà tay không theo kịp, và những kích thước cần chính xác qua nhiều chiếc.
Người vẫn quyết định gần như mọi thứ quan trọng: chọn vật liệu, chọn cách kẹp, chọn dao, chọn thứ tự cắt, nghe tiếng máy để biết có ổn không, kiểm tra chi tiết sau khi cắt.
Nhiều người mới nghĩ có máy CNC là không cần học gia công truyền thống. Thực tế, người hiểu tay nghề phay, tiện thủ công thường lập đường chạy dao tốt hơn hẳn, vì họ biết dao cảm thấy thế nào khi cắt.
Máy CNC không làm bạn thành thợ giỏi. Nó làm cho thợ giỏi làm được nhiều hơn.
Câu hỏi thường gặp
Máy CNC có tự làm được mọi thứ không?
Không. Máy chỉ làm đúng theo lệnh, và lệnh do người lập ra. Chọn dao, kẹp phôi, đặt gốc toạ độ và kiểm tra đều cần người có hiểu biết. Lệnh sai thì máy làm sai rất chính xác.
Học CNC nên bắt đầu từ đâu?
Bắt đầu từ hiểu gia công cơ bản: vật liệu, dao cắt, tốc độ, kẹp phôi. Song song học một phần mềm vẽ và một phần mềm lập đường chạy dao. Tập trên vật liệu mềm như gỗ, nhựa, nhôm trước.
Máy CNC có nguy hiểm không?
Có. Dao quay rất nhanh, phoi văng, chi tiết có thể bật khỏi kẹp. Máy công nghiệp có cửa che và khoá liên động, máy nhỏ tự làm thường không. Đeo kính, không thò tay vào vùng cắt khi máy chạy, biết vị trí nút dừng khẩn cấp.
Máy CNC ba trục và năm trục khác nhau thế nào?
Máy ba trục di chuyển dao theo ba chiều thẳng, cắt từ một hướng. Máy năm trục thêm hai chiều xoay, cắt được nhiều mặt nghiêng trong một lần kẹp. Máy năm trục đắt và phức tạp hơn nhiều, chủ yếu dùng cho chi tiết phức tạp.
Bản vẽ giấy có dùng cho CNC được không?
Máy cần dữ liệu số. Bản vẽ giấy phải được vẽ lại trên máy tính trước. Tuy vậy, bản vẽ có ghi dung sai và yêu cầu bề mặt vẫn rất quan trọng để người lập trình biết chỗ nào cần chính xác.
