Gia công CNC 5 trục đưa sản xuất đa trục lên một tầm cao mới, vì cả năm trục của máy thực sự di chuyển đồng thời trong khi cắt. Điều làm nên sự đặc biệt ở đây là dụng cụ cắt luôn được căn chỉnh đúng cách so với bất kỳ chi tiết nào nó đang gia công, ngay cả khi theo dõi những hình dạng rất phức tạp. Hệ thống hoạt động bằng cách kết hợp ba chuyển động thẳng (X, Y, Z) cùng với hai chuyển động quay, thường được ký hiệu là A và C hoặc đôi khi là B và C. Đối với các xưởng sản xuất các chi tiết có nhiều đường cong và góc cạnh, điều này có nghĩa là họ có thể tạo ra các bộ phận cực kỳ chi tiết mà không cần dừng lại để điều chỉnh vị trí bằng tay. Kết quả? Độ chính xác tổng thể tốt hơn và thời gian sản xuất nhanh hơn so với các phương pháp cũ.
Việc thực hiện chính xác gia công 5 trục thực sự phụ thuộc rất nhiều vào cách máy xử lý các đường dịch chuyển dụng cụ và liệu nó có được trang bị khả năng RTCP hay Rotational Tool Center Point đúng chuẩn hay không. Khi RTCP hoạt động chính xác, điều xảy ra thực sự rất ấn tượng. Bộ điều khiển CNC liên tục hiệu chỉnh để bù đắp cho mọi thay đổi về vị trí thực tế của dụng cụ trong khi các bộ phận quay di chuyển. Điều này giúp duy trì sự căn chỉnh sao cho đầu dụng cụ luôn ở đúng vị trí cần thiết, ngay cả khi toàn bộ máy đang ở những góc độ phức tạp. Nếu thiếu loại hiệu chỉnh theo thời gian thực này, chúng ta sẽ gặp phải vô số sai sót về định vị trong quá trình cắt phức tạp. Và hãy thành thật mà nói, chẳng ai muốn kết quả không đồng nhất từ thiết bị đắt tiền của mình. Khi cả năm trục phối hợp nhịp nhàng với nhau mà không gặp trục trặc gì, dụng cụ sẽ đi theo những quỹ đạo chuyển động một cách tự nhiên xuyên suốt vật liệu. Điều đó có nghĩa là góc cắt bề mặt được tối ưu hơn và cuối cùng tạo ra các chi tiết với độ tinh xảo cao hơn và dung sai chặt chẽ hơn nhiều so với những phương pháp cũ.
Mặc dù cả gia công 5 trục thực sự và gia công 3+2 trục đều liên quan đến năm trục, nhưng có một số khác biệt khá lớn giữa chúng. Với gia công 3+2 trục, còn được gọi là gia công 5 trục định vị, máy sẽ định vị chi tiết bằng hai trục quay trước, sau đó khóa chúng lại trong khi thực hiện cắt 3D thông thường. Nhược điểm ở đây là một khi đã bị khóa, dụng cụ không thể thay đổi góc nghiêng trong suốt quá trình cắt, do đó các hình dạng phức tạp thường cần nhiều lần thiết lập khác nhau. Điều này dẫn đến những vệt bước nhảy khó chịu trên bề mặt và nói chung là chất lượng hoàn thiện thấp hơn. Mặt khác, gia công 5 trục đồng thời thực sự giữ cho cả năm trục chuyển động đồng thời trong suốt toàn bộ quá trình. Chuyển động liên tục này cho phép các đường chạy dao trơn tru, không bị gián đoạn, độ chính xác hình dạng tốt hơn và bề mặt hoàn thiện đẹp hơn nhiều. Những lợi thế này làm cho nó đặc biệt có giá trị trong các ngành như sản xuất hàng không vũ trụ, sản xuất thiết bị y tế và làm khuôn, nơi độ chính xác là yếu tố quan trọng nhất.
Khi làm việc với gia công đồng thời 5 trục, cả các trục chuyển động thẳng (X, Y, Z) lẫn các trục quay (A, C) cần phải được đồng bộ hoàn hảo thông qua điều khiển động học thời gian thực. Điều xảy ra ở đây thực sự đáng kinh ngạc – máy luôn duy trì dụng cụ cắt ở góc độ chính xác so với chi tiết đang được gia công, nhờ đó có thể tạo ra những đường viền 3D phức tạp mà không có khoảng hở hay lỗi nào. Các hệ thống CNC hiện đại về cơ bản thực hiện toàn bộ phép toán cần thiết để xác định vị trí tiếp theo của dụng cụ ngay trong khi nó đang di chuyển. Mức độ chính xác này cho phép các nhà sản xuất chế tạo những sản phẩm như cánh tuabin máy bay với các đường cong mượt mà, các thiết bị cấy ghép y tế vừa khít đúng như thiết kế, hoặc thậm chí là các tác phẩm điêu khắc nghệ thuật mà nếu dùng phương pháp khác sẽ tốn hàng tuần mới hoàn thành. Sự khác biệt so với các kỹ thuật cũ? Ít lãng phí vật liệu hơn và giảm đáng kể thời gian sửa chữa sai sót sau giai đoạn gia công.
Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ đã chuyển sang gia công đồng thời 5 trục thực sự như một yếu tố thay đổi cuộc chơi trong sản xuất các cánh tuabin. Một nhà sản xuất lớn gần đây đã chuyển sang chuyển động liên tục 5 trục khi chế tạo các cánh guồng nén có hình dạng cánh khí động học phức tạp và yêu cầu độ chính xác cực kỳ cao. Với sự phối hợp thời gian thực giữa các trục, quá trình cắt có thể diễn ra liền mạch trên toàn bộ bề mặt cánh mà không cần dừng lại hay định vị lại dụng cụ. Kết quả cho thấy rõ rệt: thời gian sản xuất giảm khoảng 60% so với các phương pháp cũ, đồng thời đạt được độ nhám bề mặt xuống đến Ra 0,4 micron, đáp ứng cả những tiêu chuẩn khí động học khắt khe nhất. Phương pháp này vượt trội hoàn toàn so với kỹ thuật định vị 3+2 truyền thống về cả hiệu suất lẫn chất lượng.
Nghiên cứu về các quá trình gia công cho thấy gia công đồng thời 5 trục thực sự có thể tăng độ chính xác đường đi bề mặt lên khoảng 40 phần trăm so với các kỹ thuật truyền thống 3 cộng 2 trục. Lý do cải thiện này nằm ở chuyển động liên tục của dụng cụ, giúp duy trì áp lực cắt đều trong suốt quá trình. Khi máy dừng và khởi động lại sau khi thay đổi vị trí, chúng thường để lại những bước nhỏ và khuyết điểm mà không xuất hiện trong vận hành liên tục. Đối với các chi tiết yêu cầu đặc tính động lực học chất lỏng hoặc dòng khí tuyệt vời, những khác biệt nhỏ này thực sự quan trọng vì bất cứ điều gì kém hoàn hảo đều có thể làm giảm đáng kể hiệu suất tổng thể.
Khi làm việc trên các bộ phận phức tạp bằng máy truyền thống 3 trục, các xưởng thường cần nhiều lần thiết lập khác nhau trong suốt quá trình gia công. Mỗi lần thay đổi đồ gá và căn chỉnh thủ công như vậy đều làm tăng nguy cơ xảy ra sai sót. Đây chính là điểm mà gia công CNC 5 trục thực sự vượt trội. Những máy này có thể hoàn thành toàn bộ công việc trong một lần vì có thêm các trục quay. Dụng cụ cắt giờ đây có thể tiếp cận được những vị trí khó như phần undercut, khoang sâu và các bề mặt nghiêng kỳ lạ mà không cần phải tháo chi tiết ra khỏi máy. Điều này giúp giảm thiểu các lỗi nhỏ tích tụ qua nhiều lần thiết lập và đảm bảo mọi chi tiết đều được sản xuất đồng nhất, chính xác. Đối với các công ty sản xuất linh kiện máy bay hoặc dụng cụ phẫu thuật, sự khác biệt này rất quan trọng vì sản phẩm của họ đòi hỏi cả độ phức tạp cực cao lẫn độ chính xác tuyệt đối từ đầu đến cuối.
Khi một máy thực hiện chuyển động 5 trục đồng thời, nó giúp giảm thiểu những phút lãng phí giữa các thao tác. Không cần phải dừng lại và định vị lại chi tiết thường xuyên, số lần thay dụng cụ giảm bớt và thời gian ngừng hoạt động tổng thể cũng được rút ngắn. Máy luôn giữ dụng cụ cắt ở vị trí chính xác trong suốt quá trình gia công, nhờ đó đạt được tốc độ tiến nhanh hơn và thoát phoi tốt hơn khỏi chi tiết. Những dụng cụ ngắn nhưng đủ độ cứng hoạt động rất tốt ở các góc nhất định, giúp giảm rung động gây mài mòn dụng cụ nhanh chóng. Tất cả những yếu tố này kết hợp lại giúp tăng tốc độ sản xuất mà không làm giảm độ chính xác hay chất lượng bề mặt của sản phẩm cuối cùng. Các xưởng đã chuyển đổi sang phương pháp này đều ghi nhận sự cải thiện rõ rệt về năng suất.
Khi nói đến gia công đồng thời 5 trục, lợi ích chính là độ chính xác về kích thước tốt hơn vì máy liên tục điều chỉnh vị trí đầu dụng cụ cắt so với chi tiết đang được gia công. Hệ thống tiếp tục thực hiện các điều chỉnh này trong quá trình vận hành, giúp giảm hiện tượng dụng cụ bị cong lệch khỏi quỹ đạo và đảm bảo mỗi lần cắt loại bỏ lượng vật liệu gần như giống nhau mỗi lần. Các hệ thống điều khiển số bằng máy tính (CNC) hiện đại còn tiến thêm một bước nữa. Chúng thực sự bù trừ các yếu tố như sự thay đổi nhiệt độ trong máy và sự khác biệt giữa các mẻ vật liệu khác nhau trong khi đang thực hiện công việc. Điều này có nghĩa là các nhà sản xuất đạt được kết quả ổn định và chất lượng cao ngay cả khi thực hiện các dự án lớn hoặc các chi tiết phức tạp vốn thường khó sản xuất một cách chính xác.
Khi dụng cụ duy trì tiếp xúc ở các góc độ ổn định trong quá trình gia công 5 trục, nó tạo ra bề mặt hoàn thiện rất mịn, thường loại bỏ nhu cầu cho các bước đánh bóng bổ sung. Việc phân bố đều lực cắt giúp giảm thiểu những rung động và hiện tượng rít dao khó chịu, cho phép các kỹ sư đạt được kết quả chất lượng như gương phản chiếu ngay cả trên những hình dạng tự do phức tạp. Một lợi ích khác của thiết lập cắt ổn định này là tuổi thọ dụng cụ kéo dài hơn, vì độ mài mòn được phân bố đồng đều hơn dọc theo lưỡi cắt. Điều này rất quan trọng đối với các dụng cụ carbide và phủ kim cương đắt tiền mà các nhà sản xuất dựa vào để thực hiện những công việc chính xác nhất. Việc các xưởng tiết kiệm chi phí thay thế dụng cụ trong khi vẫn đạt được chất lượng chi tiết tốt hơn là điều mà nhiều xưởng thường đề cập đến khi thảo luận về các kỹ thuật gia công hiện đại.
Khi xử lý các hình dạng và chi tiết phức tạp, phần mềm CAM (Computer-Aided Manufacturing) tiên tiến trở nên thiết yếu để thiết lập các đường dịch chuyển dao 5 trục khó thực hiện. Việc lập trình thủ công không thể đáp ứng được việc quản lý tất cả các thành phần chuyển động trong các thao tác đa trục. Tin vui là các hệ thống hiện đại này thực sự có thể xác định các đường đi giúp tránh va chạm và xử lý ngay cả những hình học phức tạp nhất. Và theo báo cáo từ nhiều xưởng gia công, thời gian lập trình có thể được giảm khoảng 40% khi sử dụng các công cụ này. Điều làm nên giá trị của chúng chính là khả năng kết nối trực tiếp với các mô hình CAD. Mối liên kết này đảm bảo rằng ý tưởng ban đầu của các nhà thiết kế được chuyển đổi chính xác thành các lệnh máy, từ đó làm cho toàn bộ quá trình từ bản phác thảo đến sản phẩm hoàn chỉnh trở nên trơn tru hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống.
Khi cả năm trục cùng di chuyển đồng thời, khả năng cao hơn nhiều là đầu kẹp dụng cụ có thể va vào phôi hoặc vướng vào các đồ gá. Vì vậy, phần mềm CAM hiện nay bao gồm các tính năng như mô phỏng thời gian thực và cảnh báo va chạm ngay trong hệ thống. Các lập trình viên thực sự có thể xem trước toàn bộ chuyển động của máy trong không gian trước khi chạy thử thực tế. Họ phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và điều chỉnh lại các quỹ đạo dao cho phù hợp. Điều này có ý nghĩa gì về mặt thực tiễn? Số lượng sự cố máy móc tốn kém sẽ giảm do không ai bị bất ngờ bởi các điểm tiếp xúc ngoài dự kiến. Các xưởng cũng tiết kiệm chi phí vật liệu bị lãng phí do các lần chạy thử thất bại. Hơn nữa, người lao động an toàn hơn khi làm việc gần thiết bị, và các chi tiết sản phẩm đạt chất lượng tốt hơn vì mọi chuyển động đều tuân theo kế hoạch thay vì xảy ra va chạm ngẫu nhiên.
Làn sóng mới nhất trong lập trình CNC 5 trục liên quan đến việc tích hợp trí tuệ nhân tạo vào phần mềm CAM. Các hệ thống này xem xét dữ liệu gia công trong quá khứ, cách các vật liệu khác nhau phản ứng trong quá trình cắt, và thậm chí cả cách dụng cụ mài mòn theo thời gian để tự động điều chỉnh các thiết lập. Điều làm nên sự thú vị là AI có thể phát hiện sự cố trước khi chúng xảy ra, điều chỉnh tốc độ tiến dao linh hoạt, và thay đổi đường chạy dao nhằm tối ưu hóa từng lần cắt, thường chỉ yêu cầu người vận hành thao tác vài cú nhấp chuột. Những xưởng sản xuất áp dụng các giải pháp AI này báo cáo rằng thời gian thiết lập máy được rút ngắn, lượng vật liệu phế phẩm giảm và các chi tiết luôn đạt yêu cầu ngay từ lần đầu tiên. Đối với các nhà sản xuất xử lý các hình dạng phức tạp và dung sai chặt chẽ, đây chính là yếu tố thay đổi cuộc chơi trong cách tiếp cận gia công chính xác ngày nay.
EN
