Dụng cụ dùng trên máy tiện CNC

​ Tiện bằng điều khiển số bằng máy tính (CNC) là trụ cột cơ bản của nền sản xuất hiện đại. Quá trình này, trong đó dụng cụ cắt bóc vật liệu khỏi chi tiết đang quay để tạo ra các hình dạng trụ, có vai trò then chốt trong các ngành có yêu cầu cao như hàng không vũ trụ, ô tô và y tế. Tiềm năng của máy CNC chỉ được hiện thực hóa khi lựa chọn và sử dụng đúng bộ phận quan trọng nhất của nó: dụng cụ cắt.

Dụng cụ cắt là mắt xích nối giữa máy và chi tiết, là nơi các chỉ dẫn kỹ thuật số trở thành hiện thực vật lý. Việc lựa chọn có hiểu biết về vật liệu dụng cụ, hình học và hệ thống kẹp ảnh hưởng trực tiếp đến mọi chỉ số hiệu suất:

• Độ chính xác kích thước.

• Chất lượng bề mặt gia công.

• Thời gian chu kỳ sản xuất.

• Khả năng sinh lời và sức cạnh tranh của hoạt động sản xuất.

Các loại dụng cụ cho máy tiện CNC

Để hiểu được sự đa dạng của các dụng cụ hiện có, cần phân loại chúng theo chức năng, kết cấu và hướng cắt.

Phân loại theo nguyên công gia công

Cách phân loại này nhóm các dụng cụ theo công việc cụ thể mà chúng được thiết kế để thực hiện. Các nguyên công chính gồm:

• Dao tiện ngoài (tiện trụ): Để giảm đường kính ngoài của chi tiết.

• Dao tiện mặt đầu: Để gia công mặt đầu của chi tiết.

• Dao tiện lỗ: Để mở rộng hoặc gia công tinh đường kính trong.

• Dao tiện rãnh: Để tạo rãnh có bề rộng xác định.

• Dao cắt đứt: Để cắt chi tiết đã hoàn thành khỏi phôi.

• Dao tiện ren: Để tạo ren trong hoặc ren ngoài.

• Dao vát mép: Để tạo cạnh vát.

• Dao tiện định hình: Có biên dạng riêng để tạo hình học phức tạp chỉ trong một lần cắt.

Phân loại theo kết cấu

Cấu tạo vật lý của dụng cụ quyết định độ cứng vững, chi phí và tính mô-đun của nó.

• Loại liền khối: Toàn bộ dụng cụ được chế tạo từ một khối vật liệu duy nhất (ví dụ HSS hoặc cacbua nguyên khối). Có độ cứng vững tuyệt vời, nhưng khi lưỡi cắt bị mòn, toàn bộ dụng cụ phải được thay thế hoặc mài lại.

• Loại hàn: Gồm một mũi bằng vật liệu cứng (ví dụ cacbua) được hàn vào thân dao bằng thép rẻ hơn. Đây từng là giải pháp phổ biến trước khi dụng cụ thay mảnh lên ngôi.

• Loại kẹp cơ khí (cán dao gắn mảnh hay thay mảnh): Đây là hệ thống chủ đạo trong gia công CNC hiện đại. Gồm một cán dao có thể tái sử dụng, kẹp một mảnh cắt (insert) có thể thay thế. Khi lưỡi cắt bị mòn, mảnh cắt được xoay hoặc thay thế nhanh chóng và tiết kiệm.

Phân loại theo hướng chạy dao

“Hướng tay” của dụng cụ quyết định hướng mà nó có thể cắt hiệu quả.

• Dao phải (Right-Hand): Là loại phổ biến nhất, được thiết kế để gia công khi chạy dao từ phía ụ động (bên phải) về phía ụ trục chính (bên trái).

• Dao trái (Left-Hand): Được thiết kế cho nguyên công ngược lại, cắt từ phía ụ trục chính về phía ụ động.

• Dao trung tính: Không có hướng cắt ưu tiên và có thể gia công theo cả hai hướng, hữu ích cho các nguyên công tiện định hình và gia công biên dạng.

Các vật liệu phổ biến nhất cho dụng cụ cắt CNC

Hiệu suất của dụng cụ gắn liền với tính chất vật liệu của lưỡi cắt. Vật liệu lý tưởng phải có sự kết hợp tối ưu giữa độ cứng (khả năng chống mài mòn) và độ dai (khả năng chống nứt vỡ).

• Thép gió (HSS): Là các hợp kim thép phức tạp có độ dai vượt trội so với các vật liệu khác, cho phép chịu va đập và cắt gián đoạn. Được dùng trong các nguyên công tốc độ thấp, trên máy kém cứng vững và cho vật liệu mềm như nhôm hoặc thép cacbon thấp.

• Hợp kim cứng (cacbua thiêu kết): Là loại đa năng và được sử dụng nhiều nhất trong tiện CNC. Gồm các hạt cứng cacbua vonfram (WC) được liên kết trong nền coban (Co). Có độ cứng nóng và khả năng chống mài mòn tuyệt vời, cho phép tốc độ cắt cao hơn nhiều so với HSS.

• Cermet và gốm: Cermet có khả năng chống mài mòn cao hơn cacbua và tạo ra bề mặt gia công đặc biệt tốt, được ưa chuộng cho các nguyên công gia công tinh tốc độ cao. Gốm, còn cứng hơn và chịu nhiệt tốt hơn, cho phép tốc độ cắt cực cao nhưng rất giòn. Được dùng để gia công gang xám và thép đã tôi cứng.

• Vật liệu siêu cứng (CBN và PCD):

• Nitrua bo lập phương (CBN): Là vật liệu cứng thứ hai được biết đến và là lựa chọn cho “tiện cứng” (gia công thép có độ cứng trên 45 HRC), gang và siêu hợp kim.

• Kim cương đa tinh thể (PCD): Là vật liệu dụng cụ cứng nhất hiện có. Có khả năng chống mài mòn vô song. Không phù hợp để gia công thép do phản ứng hóa học với sắt. Ứng dụng tập trung vào vật liệu màu (nhôm, đồng) và vật liệu có tính mài mòn cao (composite, nhựa gia cường).

• Lớp phủ (PVD và CVD): Là các lớp gốm rất mỏng được phủ lên vật liệu nền (thường là cacbua) để cải thiện tính chất bề mặt mà không làm giảm độ dai của lõi.

• CVD (lắng đọng hơi hóa học): Tạo ra lớp phủ dày, lý tưởng cho gia công thô tốc độ cao trên thép và gang.

• PVD (lắng đọng hơi vật lý): Tạo ra lớp phủ mỏng và nhẵn hơn, được ưa chuộng cho các nguyên công gia công tinh và để gia công các vật liệu có xu hướng bám dính vào lưỡi cắt như thép không gỉ và siêu hợp kim.

Cách chọn dụng cụ phù hợp cho từng nguyên công

Việc lựa chọn dụng cụ tối ưu phải theo một quy trình logic và có hệ thống để đảm bảo mọi biến số quan trọng đều được xem xét.

1. Phân tích chi tiết và vật liệu: Điểm xuất phát luôn là chi tiết. Cần xác định vật liệu (thép, thép không gỉ, gang, v.v.) để chọn cấp (vật liệu và lớp phủ) của mảnh cắt. Đồng thời cần phân tích hình học, dung sai và yêu cầu về chất lượng bề mặt.

2. Xác định nguyên công: Cần xác định loại gia công (tiện trụ, tiện rãnh, v.v.) và phân biệt rõ giữa gia công thô (ưu tiên bóc vật liệu) và gia công tinh (ưu tiên độ chính xác và chất lượng bề mặt).

3. Chọn hình học mảnh cắt:

• Góc mũi: Góc lớn (ví dụ 80°) tạo lưỡi cắt bền, lý tưởng cho gia công thô, trong khi góc nhỏ (ví dụ 35°) giúp tiếp cận tốt hơn với các biên dạng phức tạp.

• Kích thước mảnh cắt: Phải tương xứng với chiều sâu cắt để đảm bảo độ ổn định.

• Bán kính mũi (RE): Bán kính lớn cho phép lượng chạy dao lớn hơn và lưỡi cắt bền hơn, nhưng có thể gây rung. Bán kính nhỏ giảm rung và cho bề mặt tốt hơn, nhưng hạn chế lượng chạy dao.

4. Chọn cấp vật liệu và rãnh bẻ phoi: Dựa trên vật liệu và nguyên công, chọn cấp cacbua và lớp phủ (CVD cho gia công thô thép, PVD cho thép không gỉ và gia công tinh). Chọn rãnh bẻ phoi phù hợp với dải lượng chạy dao và chiều sâu cắt để đảm bảo kiểm soát phoi tốt.

5. Chọn cán dao: Cần chọn cán dao có độ cứng vững tối đa (phần nhô ra ngắn nhất có thể) và đảm bảo tiếp cận tự do vùng gia công mà không có nguy cơ va chạm.

Lời khuyên để sử dụng đúng cách dụng cụ máy tiện CNC

Sử dụng và bảo dưỡng đúng cách là yếu tố then chốt để tối ưu hóa tuổi thọ dụng cụ và hiệu quả của quy trình.

Chẩn đoán và quản lý mòn dụng cụ

Mòn là quá trình không thể tránh khỏi, cung cấp thông tin quý giá về quá trình gia công. Theo dõi độ mòn là chìa khóa để ngăn ngừa hư hỏng nghiêm trọng. Các dạng mòn phổ biến và cách khắc phục là:

• Mòn mặt sau: Chủ yếu do tốc độ cắt quá cao. Giải pháp là giảm tốc độ hoặc chọn cấp vật liệu chống mòn tốt hơn.

• Mòn lõm (mòn hố): Hình thành hố lõm trên mặt trước của dụng cụ do nhiệt độ cao. Giải pháp là dùng lớp phủ dày hơn (loại CVD) hoặc giảm tốc độ.

• Lẹo dao (BUE): Vật liệu chi tiết bị hàn dính vào lưỡi cắt, thường gặp ở tốc độ thấp. Giải pháp là tăng tốc độ cắt hoặc dùng lớp phủ nhẵn hơn (loại PVD).

• Mẻ/sứt lưỡi cắt: Các vết nứt vỡ nhỏ trên lưỡi cắt, thường do thiếu độ dai hoặc do rung động. Khắc phục bằng cách chọn cấp vật liệu dai hơn hoặc giảm lượng chạy dao.

Sử dụng dung dịch làm mát

Dung dịch cắt gọt hay dung dịch làm mát có nhiều chức năng: giảm nhiệt độ, bôi trơn, chống ăn mòn và hỗ trợ thoát phoi.

• Làm mát tưới tràn: Là phương pháp truyền thống, cấp một lượng lớn dung dịch làm mát ở áp suất thấp.

• Làm mát áp suất cao (HPC): Phun tia dung dịch làm mát áp suất cao trực tiếp vào lưỡi cắt. Cực kỳ hiệu quả để bẻ và thoát phoi, cho phép tăng đáng kể các thông số cắt.

Bảo trì phòng ngừa cho máy

Một chiếc máy được bảo trì kém có thể gây rung động hoặc sai lệch, dẫn đến dụng cụ bị mòn sớm. Một chương trình bảo trì định kỳ bao gồm vệ sinh, kiểm tra chất bôi trơn, kiểm tra độ thẳng hàng và hiệu chuẩn các trục là yếu tố then chốt để đảm bảo một nền tảng ổn định và chính xác giúp dụng cụ làm việc đúng cách.