Khi nhìn vào thế giới công nghệ ngày nay, chúng ta không thể không ngạc nhiên trước những cải tiến đáng kinh ngạc mà con người đã đạt được. Công nghệ CNC (Computer Numerical Control) chẳng hạn, đã trở thành một trong những phát minh tuyệt vời nhất của thời đại này. Với khả năng chế tạo các bộ phận chính xác, việc sử dụng máy CNC đã thay đổi cách chúng ta làm việc, nâng cao hiệu suất và đạt được những kết quả tuyệt vời.
Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi mình, liệu có cách nào để bạn tự chế tạo một chiếc máy CNC không? Đó là câu hỏi tôi đã đặt ra cho chính mình, và sau nhiều nỗ lực nghiên cứu và thử nghiệm, tôi rốt cuộc đã tìm ra câu trả lời. Trong bài viết này, tôi sẽ chia sẻ với bạn những bước hướng dẫn chi tiết để chế tạo một chiếc máy CNC từ đầu đến cuối. Hãy cùng nhau khám phá cách biến giấc mơ sở hữu một máy CNC thành hiện thực!”
Bộ điều khiển CNC phổ biến cho máy
Bộ điều khiển CNC (Computer Numerical Control) là một thành phần quan trọng trong hệ thống máy CNC, đóng vai trò như bộ não để điều khiển các hoạt động của máy. Bộ điều khiển CNC có nhiệm vụ điều khiển chuyển động của các trục máy, vận hành spindle, điều khiển các thiết bị phụ như bơm nước làm mát, và thực hiện gia công chi tiết dựa trên mã lệnh G-code.
Dưới đây là một số bộ điều khiển CNC phổ biến:
Bộ điều khiển Mach3 LPT
Đây là một loại bộ điều khiển sử dụng mạch đệm (BOB) kết nối với máy tính thông qua cổng LPT và chạy phần mềm Mach3. Loại này thường được sử dụng cho các dự án DIY (tự làm) và có giá phải chăng. Mach3 là một phần mềm nổi tiếng và phổ biến được sử dụng bởi nhiều người chơi CNC.
Bộ điều khiển Planet CNC USB
Bộ điều khiển này được sử dụng với phần mềm của hãng Planet CNC. Giao diện của phần mềm này dễ sử dụng và bộ điều khiển cũng dễ thiết lập. Có các phiên bản như Mk1 và Mk2, hỗ trợ từ 4 đến 5 trục và có nhiều tính năng khác nhau.
Ncstudio V5 card
Loại bộ điều khiển này kết nối với máy tính thông qua cổng PCI và được sử dụng rộng rãi trên các máy CNC hiện nay. Nó có giá cả phải chăng, dễ thay thế và hoạt động ổn định. Thường được sử dụng trên các máy chạm gỗ, đá và không yêu cầu nhiều tùy chỉnh DIY (tự làm).
Bộ điều khiển DDCSV 2.1
Đây là một bộ điều khiển chuyên nghiệp với chip DSP 32 bit, màn hình LCD, tần số phát xung cao và hỗ trợ tay cầm, bàn phím số đầy đủ. Bộ điều khiển này có thể được sử dụng để nâng cấp các máy CNC cũ hoặc DIY. Tuy nhiên, không hỗ trợ chức năng thay dao tự động.
Bộ điều khiển cầm tay A11 và A18
Loại bộ điều khiển này cho phép điều khiển 3 hoặc 4 trục và có thể kết nối với máy tính thông qua cổng USB. Tuy tiện dụng, nhưng không có chức năng mô phỏng lệnh trước khi chạy thực tế.
Bộ điều khiển GSK928
Bộ điều khiển này tương đương với hệ thống điều khiển FANUC nổi tiếng của Nhật Bản và thường được sử dụng trên các máy CNC công nghiệp chuyên nghiệp. Nó có khả năng kiểm soát chính xác vị trí và tốc độ trục chính, hỗ trợ thay dao tự động và lập trình PLC.
Các loại bộ điều khiển CNC có tính năng và ứng dụng khác nhau, và lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào loại máy CNC và nhu cầu sử dụng của bạn.
Động cơ dẫn động các trục máy CNC
Đúng như bạn đã mô tả, động cơ dẫn động các trục máy CNC có thể được chia thành ba loại chính: động cơ bước, động cơ servo và động cơ servo lai (hybrid servo). Dưới đây là thông tin chi tiết về từng loại động cơ này:
Động cơ bước (Step motor)
- Động cơ bước có thể có loại 2 pha, 3 pha và 5 pha. Các loại 2 pha và 3 pha thường xuất xứ từ Trung Quốc và có giá thành rẻ. Đặc biệt, loại 3 pha có thể đạt momen xoắn cực kỳ lớn (lên đến 50Nm) và thích hợp cho việc chịu tải nặng và gia tốc thấp.
- Đối với máy lớn (như cỡ 6090 trở lên), thường sử dụng động cơ bước size 86 với momen xoắn từ 4-8Nm và thân dài từ 80-150mm. Còn đối với máy nhỏ hơn và loại mini như 2030, thường sử dụng động cơ bước size 57 với momen xoắn từ 1.8-2.5Nm và thân dài từ 50-110mm.
- Loại động cơ bước 5 pha thường là các sản phẩm của hãng Oriental Motor Vexta (Nhật Bản). Đặc điểm của loại này là độ hoàn thiện cao, độ bền và độ chính xác tốt. Tuy nhiên, động cơ bước 5 pha của hãng này có giá thành cao, đặc biệt đối với các sản phẩm mới.
Động cơ servo (Servo motor)
- Động cơ servo là loại cao cấp nhất và đạt đến đỉnh cao của công nghệ điều khiển. Các thương hiệu phổ biến của động cơ servo là Yaskawa, Mitsubishi, Panasonic (Nhật Bản) và Delta (Đài Loan). Động cơ servo có độ chính xác cao, độ phân giải encoder lên tới hàng triệu, chạy êm, không nóng, gia tốc lớn và tốc độ cao. Tuy nhiên, động cơ servo có giá thành cao hơn và yêu cầu kinh nghiệm để kết nối điều khiển với hệ thống máy CNC.
Động cơ servo lai (Hybrid servo)
- Động cơ servo lai kết hợp giữa động cơ bước và điều khiển có phản hồi của động cơ servo, giúp khắc phục hoàn toàn nhược điểm của động cơ bước truyền thống. Động cơ servo lai rất mạnh mẽ, chính xác và không bị mất bước ở tốc độ cao. Nó cũng có giá thành thấp hơn so với động cơ servo. Các thương hiệu đáng chú ý của động cơ servo lai là Alpha Step Vexta của Oriental Motor (như ASD12A-C, ASD20A-C) và dòng hybrid servo của Trung Quốc như Yako, Leadshine, JMC.
Nếu bạn không thể tìm được động cơ Nhật, thì có thể lựa chọn các loại hybrid servo mới của Trung Quốc, giá thành rẻ và chất lượng tốt. Dòng sản phẩm Leadshine như HBS86H, HBS758 và HBS2206 được sử dụng khá phổ biến.
Tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của bạn, bạn có thể lựa chọn loại động cơ phù hợp cho máy CNC của mình.
Phương pháp chuyển động chính trong máy CNC
Có ba phương pháp chuyển động chính được sử dụng trong máy CNC: vít me bi, thanh răng – bánh răng và dây đai răng. Dưới đây là thông tin chi tiết về từng phương pháp:
Vít me bi
- Vít me bi của TBI (Đài Loan) là một lựa chọn phổ biến trong máy CNC. Loại vít me bi này có giá thành hợp lý, độ chính xác cao và khả năng chịu mòn tốt. Trong máy CNC, cấp chính xác thường được sử dụng là C7. Cấp C5 và C3 ít được sử dụng do giá cao hơn.
Thanh răng – bánh răng
- Phương pháp truyền động này sử dụng các thanh răng và bánh răng. Các răng được lăn và nhiệt luyện, mài để đảm bảo độ chính xác và độ cứng. Phương pháp truyền động này cung cấp độ chính xác cao và thường được sử dụng trong máy đục gỗ CNC, máy khắc gỗ CNC, máy khắc đá, máy đục tượng và các ứng dụng tương tự. Thanh răng có thể ghép lại để tạo chiều dài vô hạn. Kích thước module răng thông dụng là 1.25 và chiều dài thanh răng thường là 671mm hoặc 1.4m. Thường đi kèm với thanh răng là hộp số dây đai hoặc bộ bánh răng nhựa.
Dây đai răng
- Phương pháp truyền động này thường được sử dụng trong máy khắc laser, máy cắt plasma CNC, máy cắt laser và máy khắc laser mini do khả năng đạt tốc độ cao. Tuy nhiên, phương pháp này thích hợp chỉ với tải nhẹ.
Ngoài ra, còn có phương pháp sử dụng thanh ray trượt dẫn hướng:
- Thanh ray trượt vuông từ các thương hiệu Hiwin hoặc TBI được đánh giá cao về chất lượng và sự phổ biến. Khi cần thay thế, dễ dàng tìm được các bộ phận thay thế cho các thanh ray trượt này.
- Thanh ray trượt tròn là một lựa chọn phổ biến trong ngành gỗ do giá thành thấp. Tuy nhiên, độ chính xác và khả năng chịu tải của thanh ray trượt tròn thường kém hơn so với thanh ray trượt vuông, do đó không phù hợp khi lắp đặt vào các máy khắc CNC đòi hỏi độ sắc nét cao cho các chi tiết nhỏ.
Trục chính (spindle) trong máy CNC và các đặc điểm quan trọng
Trục chính (spindle) là một phần quan trọng trong máy CNC và có một số đặc điểm quan trọng như sau:
Loại trục chính
Trục chính thường được chia thành hai loại chính là giải nhiệt bằng nước hoặc gió. Các loại giải nhiệt này giúp duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định của trục chính.
Tốc độ
Tốc độ của trục chính được đo bằng vòng/phút (RPM). Trục chính có thể có tốc độ từ 24.000 vòng/phút đến 60.000 vòng/phút, tùy thuộc vào yêu cầu và tính năng của máy CNC.
Vòng bi
Trục chính thường được trang bị 3-4 vòng bi. Giá thành của trục chính phụ thuộc vào chủng loại và thương hiệu của vòng bi lắp trên trục chính. Loại vòng bi đắt nhất là vòng bi gốm 7xxx với cấp chính xác P4, trong khi loại vòng bi rẻ nhất là vòng bi 6xxx. Do đó, trục chính có thể chênh lệch về giá từ vài triệu đến vài chục triệu đồng, tùy thuộc vào loại vòng bi sử dụng.
Công suất
Trục chính có công suất dải rộng từ 800W đến 7kW. Công suất của trục chính phụ thuộc vào yêu cầu gia công và ứng dụng của máy CNC.
Ngoài ra, nếu bạn định chế lại máy phay CNC kim loại và sử dụng đầu BT30, BT40 hoặc BT50, bạn có thể tham khảo động cơ kéo chuyên dụng có hỗ trợ định vị trục chính trong quá trình thay dao tự động. Đối với máy mini chạy PCB nhỏ và có nguồn tài chính hạn chế, bạn có thể sử dụng loại spindle mini DC brushless. Loại này có tốc độ lên tới 9000 vòng/phút, sử dụng collet chuẩn ER11 và có giá thành phù hợp.
Lựa chọn biến tần phù hợp cho máy CNC
Biến tần là một thành phần quan trọng trong máy CNC được sử dụng để điều khiển tốc độ của trục chính (spindle). Trên thị trường, có nhiều loại biến tần phổ biến được sử dụng trong máy CNC, như Best, Fuling và các loại biến tần hàng Nhật bãi.
Các dòng máy CNC router như máy khắc gỗ vi tính, máy khắc đá thường được trang bị biến tần Best, Fuling vì chúng được đánh giá là bền và tin cậy. Trong khi đó, ở miền Nam Việt Nam, người ta thường lắp đặt biến tần hàng Nhật bãi. Tuy nhiên, việc lựa chọn biến tần mới hay cũ phụ thuộc vào sở thích và tài chính của mỗi người.
Tuy nhiên, theo ý kiến của tôi, việc sử dụng biến tần mới cũng có những lợi ích riêng của nó. Việc sử dụng thiết bị mới thường đảm bảo tính sẵn sàng và hiệu suất tốt hơn so với các thiết bị đã qua sử dụng.
Tóm lại, việc lựa chọn biến tần phù hợp cho máy CNC của bạn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể và nguồn tài chính. Mục tiêu là lựa chọn một biến tần đáng tin cậy và phù hợp với nhu cầu sử dụng của bạn.
Phụ kiện cơ bản trong máy CNC và vai trò của chúng
Dưới đây là một số phụ kiện phổ biến trong máy CNC:
- Kẹp spindle: Được sử dụng để gắp và giữ trục chính (spindle) và các dụng cụ cắt như dao phay, mũi khoan, hoặc đầu khắc.
- Bơm dầu: Dùng để cung cấp dầu bôi trơn cho các bộ phận chuyển động của máy CNC như vít me bi, thanh răng – bánh răng để giảm ma sát và mòn.
- Cảm biến hành trình: Được sử dụng để theo dõi và đo lường vị trí và hành trình của các trục di chuyển trên máy CNC, giúp đảm bảo độ chính xác và định vị.
- Xích nhựa luồn dây: Sử dụng để dẫn dây điện, cáp tín hiệu và ống dẫn nước trong máy CNC, giữ chúng gọn gàng và an toàn.
- Bơm nước làm mát spindle: Dùng để cung cấp nước làm mát cho trục chính (spindle) trong quá trình gia công, giúp kiểm soát nhiệt độ và bảo vệ spindle khỏi quá nhiệt.
- Khớp nối: Được sử dụng để kết nối các bộ phận trong máy CNC, như kết nối giữa motor và trục chính, giữa trục chính và dụng cụ cắt, đảm bảo truyền động chính xác và ổn định.
Đây chỉ là một số phụ kiện cơ bản trong máy CNC và còn nhiều phụ kiện khác tùy thuộc vào loại máy và ứng dụng cụ thể.
