Khi nói về hiệu suất gia công CNC, có ba yếu tố chính nổi bật: tốc độ cắt, tốc độ tiến dao và độ sâu cắt của dụng cụ vào vật liệu. Những thông số này ảnh hưởng lớn đến tốc độ loại bỏ vật liệu khỏi phôi (gọi là MRR) cũng như thời gian sử dụng của dụng cụ trước khi cần thay thế. Ví dụ, nếu tăng tốc độ cắt khoảng 15%, người ta có thể thấy cải thiện khoảng 18% về tốc độ loại bỏ vật liệu theo nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Frontiers in Mechanical Engineering vào năm 2024. Tuy nhiên, cũng có một điểm bất lợi ở đây vì điều chỉnh tương tự thường làm mài mòn dụng cụ cắt nhanh hơn khoảng 30% khi máy vận hành liên tục. Việc tìm ra sự cân bằng phù hợp giữa việc hoàn thành công việc nhanh chóng và duy trì độ bền của dụng cụ mà không gặp sự cố bất ngờ vẫn là thách thức mà nhiều xưởng sản xuất phải đối mặt hàng ngày.
Việc đạt được tốc độ loại bỏ kim loại tối đa thực sự phụ thuộc vào việc thiết lập đúng tốc độ trục chính cho bất kỳ vật liệu nào đang được gia công. Lấy hợp kim nhôm 6061 làm ví dụ. Chạy ở khoảng 2.500 vòng/phút với lượng chạy dao khoảng 0,2 mm mỗi răng, hầu hết các xưởng gia công ghi nhận hiệu suất loại bỏ vật liệu cải thiện khoảng 45% so với các thông số an toàn, thận trọng. Dụng cụ vẫn có tuổi thọ khá tốt. Ngày nay, các thiết bị giám sát tiên tiến cho phép thợ cơ khí điều chỉnh linh hoạt trong quá trình gia công. Các hệ thống có thể tự động điều chỉnh lưu lượng dung dịch làm mát và giảm chấn động ngay khi chúng xảy ra. Điều này giúp dụng cụ carbide duy trì độ sắc bén lâu hơn mà không làm chậm tiến độ sản xuất. Các chủ xưởng rất ưa chuộng sự cân bằng giữa tuổi thọ dụng cụ và năng suất cao.
Các thuật toán dự đoán hiện nay cho phép lên lịch thay thế dụng cụ trong phạm vi ±5 phút so với thời điểm hỏng hóc thực tế, giảm thời gian ngừng hoạt động từ 20–35% so với việc thay thế theo định kỳ cố định. Một nghiên cứu trên 120 máy CNC cho thấy các xưởng sử dụng cảm biến mài mòn đã đạt được sản lượng hàng tháng cao hơn 11% nhờ tránh được cả việc thay thế quá sớm lẫn sự cố nghiêm trọng.
Một nhà sản xuất các giá đỡ hàng không vũ trụ đã giảm thời gian chu kỳ từ 47 xuống còn 36,7 phút mỗi đơn vị thông qua việc tối ưu hóa thông số:
Điều chỉnh này giúp duy trì tuổi thọ dụng cụ trong phạm vi 8% so với mức cơ sở, đồng thời đạt mức tiết kiệm hàng năm 216.000 USD trên tổng số 15 máy.
Các hình dạng hình học phức tạp làm tăng trực tiếp thời gian lập trình và gia công. Các đường chạy dao nhiều trục cho các bề mặt cong đòi hỏi thời gian lập trình CAM nhiều hơn 58% so với các chi tiết dạng hộp (Tạp chí Hệ thống Sản xuất 2023). Các đặc điểm như rãnh xoắn ốc hoặc góc phức hợp đòi hỏi phải mô phỏng lặp lại để tránh va chạm, làm tăng thêm 3–8 giờ lao động kỹ thuật cho mỗi dự án.
Các yếu tố lõm bên trong yêu cầu dụng cụ chuyên dụng và 4–6 giai đoạn thiết lập bổ sung để điều chỉnh góc. Gia công khoang sâu bằng các dụng cụ có thể tiếp cận xa làm giảm tốc độ chạy dao xuống còn 65% so với tốc độ tiêu chuẩn để giảm độ võng. Các bộ phận thành mỏng (<1,5 mm) cần các chiến lược phay thô thích ứng để ngăn biến dạng nhiệt, làm tăng thời gian chu kỳ từ 18–35% so với các bộ phận đặc.
Việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến cả tiến độ mua hàng và hiệu quả gia công. Các hợp kim cứng hơn như titanium cấp 5 cần chu kỳ gia công dài hơn 58% so với nhôm do độ mài mòn dụng cụ cao hơn và tốc độ cắt thấp hơn (Tạp chí Công nghệ Chế tạo Tiên tiến Quốc tế 2024). Vật liệu đạt tiêu chuẩn hàng không thường có thời gian chờ từ 3–6 tuần, so với nhôm tiêu chuẩn chỉ cần 72 giờ.
Tính chất vật liệu ảnh hưởng đáng kể đến tiến độ sản xuất:
| Vật liệu | Độ cứng điển hình (HRB) | Thời gian gia công tương đối |
|---|---|---|
| Nhôm 6061 | 95 | 1.0x (Cơ sở) |
| Thép mềm | 200 | 1.8x |
| Titanium 6Al4V | 350 | 3.2x |
| Nhựa PEEK | 120 | 0.7x |
Nhựa cho phép chu kỳ nhanh hơn nhưng có nguy cơ bị nóng chảy, đòi hỏi phải thay dụng cụ thường xuyên. Độ mài mòn của thép làm tăng tần suất thay thế dụng cụ lên 40% so với nhôm—những sự đánh đổi này phải phù hợp với các yêu cầu chức năng.
Các hợp kim niken độ bền cao mang lại độ bền nhưng dẫn nhiệt kém, đòi hỏi giảm tốc độ trục chính 35% để tránh hiện tượng biến cứng khi gia công. Một nghiên cứu năm 2024 cho thấy việc chuyển từ Inconel 718 sang thép maraging giúp giảm thời gian gia công 18% trong khi vẫn giữ được 92% độ bền kéo—đây là giải pháp dung hòa khả thi cho các ứng dụng khắt khe về thời gian.
Việc sử dụng đồ gá tiêu chuẩn hóa giúp giảm thời gian phi sản xuất từ 15–30% nhờ định vị và bố trí điểm kẹp lặp lại được. Các ê-tô mô-đun có hàm kẹp đã hiệu chuẩn sẵn cho phép chuyển đổi giữa các dạng hình học chi tiết trong vòng dưới 10 phút, so với hơn 45 phút bằng phương pháp truyền thống, qua đó giảm thiểu sai sót và nhân công thiết lập.
Phương pháp Đổi Dụng Cụ Trong Vòng Một Phút (SMED) giúp cắt giảm thời gian ngừng máy bằng cách chuyển các công việc thiết lập nội bộ thành công việc bên ngoài. Việc áp dụng SMED đã giảm thời gian thay đổi dụng cụ trung bình từ 68 xuống còn 12 phút trong sản xuất hàng không vũ trụ. Các thực hành chính bao gồm chuẩn bị trước dụng cụ và tiêu chuẩn hóa thông số măng sông trên các công việc khác nhau.
Một nhà cung cấp ô tô cỡ trung đã giảm 40% thời gian không cắt bằng cách sử dụng hệ thống palet từ tính và đồ gá thay nhanh thủy lực. Thời gian thay đồ gá giảm từ 22 xuống còn 2,5 phút mỗi lô, cho phép sản xuất thêm 18 chi tiết phun nhiên liệu mỗi ca. OEE (Hiệu suất Thiết bị Toàn phần) cải thiện 19%, phản ánh việc sử dụng máy móc hiệu quả hơn.
Đơn hàng lớn giúp giảm thời gian xử lý trên mỗi đơn vị nhờ tối ưu hóa thiết lập và hành trình dao. Một lô 500 vỏ nhôm chỉ cần 1–2 cấu hình, trong khi các lô nhỏ hơn cần hơn 10 lần. Các nghiên cứu cho thấy các đơn hàng vượt quá 250 đơn vị đạt tốc độ chu kỳ nhanh hơn 22% do số lần thay dao và điều chỉnh đồ gá ít hơn.
Sản xuất số lượng lớn (5.000+ sản phẩm) sử dụng phần mềm lập kế hoạch tiên tiến để tối đa hóa việc sử dụng trục chính. Các ca làm việc liên tục giúp ổn định điều kiện nhiệt, duy trì độ chính xác ±0,01 mm qua các ca làm việc. Người vận hành báo cáo chi phí mài mòn dụng cụ thấp hơn 18% trong các phiên gia công titan kéo dài 8 giờ liên tục so với các quy trình sản xuất nhỏ lẻ gián đoạn.
Việc lập kế hoạch không hiệu quả tạo ra khoảng trống công suất từ 30–50% giữa các loại máy. Ví dụ, các máy phay 5 trục hoạt động ở mức 90% công suất trong khi các máy tiện hai trục lại không hoạt động đầy đủ ở mức 40% có thể gây ra thiệt hại 740 nghìn USD/năm do mất năng suất (Ponemon 2023). Việc theo dõi OEE theo thời gian thực giúp giải quyết sự mất cân bằng bằng cách phù hợp yêu cầu công việc với khả năng sẵn có của từng máy.
Tích hợp CMM trực tuyến giảm thời gian chờ kiểm soát chất lượng từ hàng giờ xuống còn vài phút bằng cách thực hiện kiểm tra trong quá trình gia công. Kiểm tra tự động cắt giảm 65% các bước xác minh thủ công đồng thời đảm bảo tuân thủ ISO 9001—yếu tố thiết yếu đối với các chi tiết hàng không và y tế yêu cầu truy xuất nguồn gốc đầy đủ.
Các thông số chính ảnh hưởng đến hiệu suất gia công CNC là gì?
Các thông số chính ảnh hưởng đến hiệu suất gia công CNC bao gồm tốc độ cắt, tốc độ tiến dao và chiều sâu cắt, tất cả đều góp phần vào tỷ lệ loại bỏ vật liệu (MRR) và tuổi thọ dụng cụ.
Việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng như thế nào đến gia công CNC?
Việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến thời gian gia công và mài mòn dụng cụ do sự khác biệt về độ cứng và tính chất nhiệt. Ví dụ, titan cần nhiều thời gian hơn nhôm do độ cứng tăng cao.
Những kỹ thuật nào có thể giảm thời gian không cắt trong gia công CNC?
Việc áp dụng đồ gá chuẩn hóa, phương pháp SMED và các đồ gá thay nhanh có thể giảm đáng kể thời gian không cắt.
Số lượng đơn hàng lớn hơn ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất sản xuất CNC?
Các đơn hàng lớn hơn cho phép thiết lập hiệu quả hơn, giảm thay đổi dụng cụ và tối ưu hóa đường đi của dụng cụ, dẫn đến thời gian xử lý trên mỗi đơn vị giảm và cải thiện thời gian chu kỳ.
EN
