Thiết kế CNC đóng vai trò then chốt trong quy trình gia công, là bước nền tảng quyết định đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Việc tuân thủ chặt chẽ các nguyên tắc thiết kế không chỉ giúp nâng cao độ chính xác và tính thẩm mỹ của sản phẩm mà còn tối ưu chi phí sản xuất cho doanh nghiệp. Đồng thời, giai đoạn này còn hỗ trợ người vận hành xác định rõ các bước thực hiện và lựa chọn những dụng cụ phù hợp, đảm bảo quá trình gia công diễn ra hiệu quả và trơn tru.

Thiết kế CNC là gì?

Thiết kế CNC là quá trình mà người thiết kế tạo ra các bản vẽ chi tiết cho những bộ phận cần gia công. Các bản vẽ này bao gồm đầy đủ thông số kỹ thuật cùng các tiêu chuẩn chất lượng cần đạt được trong quá trình sản xuất.

Khi thực hiện thiết kế CNC, người thiết kế cần chú trọng tuân thủ những nguyên tắc cơ bản nhằm đảm bảo bản vẽ không chỉ chính xác mà còn đáp ứng đầy đủ yêu cầu từ phía khách hàng.

Các yếu tố cần quan tâm khi thiết kế CNC

Dưới đây là các yếu tố cần quan tâm trước khi thực hiện thiết kế CNC.

3.1. Dung sai
Trong thiết kế CNC, dung sai cơ khí đóng vai trò quan trọng trong việc xác định kích thước chính xác của các bộ phận gia công. Các kích thước này phải tuân theo thông số kỹ thuật được thể hiện trên bản vẽ. Dung sai càng chặt chẽ, yêu cầu về độ chính xác kích thước càng cao.

Tuy nhiên, không phải mọi bộ phận đều đòi hỏi dung sai cực kỳ nhỏ. Ví dụ, đối với các chi tiết không thuộc hệ thống cơ học, một sai số nhỏ vài micromet thường không ảnh hưởng đến chức năng tổng thể.

Tương tự, các nguyên mẫu thường được gia công với dung sai linh hoạt hơn để tiết kiệm thời gian và chi phí. Khi cần, dung sai này có thể được điều chỉnh chặt chẽ hơn trong các giai đoạn hoàn thiện cuối cùng.

3.2. Số lõi
Nhiều chi tiết gia công CNC được thiết kế với các khoang rỗng để phục vụ mục đích lắp ráp hoặc giảm trọng lượng. Tuy nhiên, kích thước và hình dạng của các khoang này phụ thuộc vào kích cỡ dụng cụ cắt được sử dụng.

Thông thường, độ sâu của một khoang không nên vượt quá bốn lần chiều rộng của nó. Quy tắc này giúp hạn chế hiện tượng lệch dụng cụ cắt và tránh làm kẹt phôi trong quá trình gia công, qua đó đảm bảo chất lượng thành phẩm.

3.3. Độ dày
Mặc dù máy CNC có thể tạo ra những đường cắt cực kỳ nhỏ và tinh vi, nhưng việc gia công các thành mỏng lại tiềm ẩn nguy cơ thiếu ổn định. Đặc biệt, khi gia công nhựa, thành mỏng dễ bị biến dạng do độ bền cơ học thấp. Vì vậy, cần duy trì độ dày hợp lý để đảm bảo độ bền và ổn định của chi tiết.

Độ dày tối thiểu của thành còn phụ thuộc vào loại vật liệu và công nghệ gia công. Với kim loại, nhờ tính đàn hồi cao, thành có thể mỏng tới 0,5mm. Trong khi đó, thành nhựa thường cần độ dày ít nhất gấp đôi mức này để đảm bảo chất lượng.

3.4. Ren

Các bộ phận gia công CNC thường được thiết kế với ren để lắp đặt vít hoặc các chốt liên kết khác. Khác với công nghệ in 3D, ren trên các chi tiết CNC được tạo ra bằng cách khoan hoặc cắt ren trực tiếp. Quá trình này đảm bảo độ chính xác và khả năng chịu lực tốt hơn. Tuy nhiên, ren chỉ nên đi sâu vào phần gia công trong phạm vi cần thiết để duy trì độ bền và tính ổn định.

3.5. Lỗ
Trong thiết kế CNC, các bộ phận gia công thường có lỗ tròn được tạo ra bằng mũi khoan hoặc dao phay ngón. Tuy nhiên, độ sâu của các lỗ này bị giới hạn bởi đặc tính của dụng cụ cắt.

Dao phay ngón mang lại bề mặt hoàn thiện mịn hơn và cho phép linh hoạt hơn về kích thước lỗ. Tuy vậy, chúng thường bị hạn chế về độ dài, nên cần được lựa chọn phù hợp với yêu cầu thiết kế.

3.6. Văn bản (Text)
Việc khắc văn bản lên bề mặt bộ phận gia công giúp dễ dàng nhận diện và đánh dấu sản phẩm. So với văn bản nổi, văn bản chìm thường được gia công nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn.

Khoảng cách tối thiểu giữa các ký tự nên là 0,5mm để tránh hiện tượng biến dạng. Bên cạnh đó, phông chữ sans serif được khuyến nghị sử dụng để đảm bảo độ rõ nét và dễ đọc.

Xem thêm: Tổng hợp các mã lệnh trong máy tiện CNC Fanuc đầy đủ từ A-Z

3.7. Các cạnh bên trong
Khi thiết kế các góc cạnh bên trong, bán kính góc dọc được khuyến cáo nên bằng ít nhất một phần ba độ sâu của khoang. Điều này giúp giảm thiểu áp lực lên dụng cụ cắt và cải thiện độ chính xác.

Để tạo ra bề mặt hoàn thiện mượt mà, bán kính góc nên được tăng thêm một chút so với mức tối thiểu được đề xuất. Điều này cho phép dao cắt di chuyển theo đường tròn thay vì phải tạo ra các góc vuông 90 độ. Nếu cần một góc 90 độ, nên sử dụng phương pháp cắt rãnh hình xương chữ T để tránh giảm bán kính góc quá mức.

3.8. Đường cắt (Undercuts)
Undercuts bao gồm hai loại chính: rãnh chữ T và rãnh xiên (dovetail undercuts).

• Rãnh chữ T được tạo bằng dụng cụ cắt ngang với lưỡi cắt gắn trên trục quay thẳng đứng. Nhờ đó, máy CNC 3 trục thông thường có thể tạo ra các đường cắt ngang dễ dàng mà không cần đến các hệ thống phức tạp hơn.
• Rãnh xiên (dovetail undercuts) có các góc nghiêng được tạo ra bằng dụng cụ cắt hình nón. Những công cụ này thường có góc nghiêng phổ biến là 45° hoặc 60°, giúp tạo ra các rãnh đặc biệt dùng cho mục đích lắp ghép hoặc tăng độ bền cấu trúc.

Những điều cần tránh trong thiết kế CNC

Thiết kế CNC đòi hỏi việc tạo ra các bản vẽ kỹ thuật cơ khí chính xác. Tuy nhiên, trong quá trình này, các sai sót có thể xảy ra, gây ảnh hưởng đến chất lượng gia công và sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc nắm rõ những hạn chế tiềm ẩn trong thiết kế CNC là điều cần thiết để giảm thiểu sai lệch và lỗi không mong muốn.

Nhìn chung, các giới hạn trong thiết kế CNC chủ yếu bắt nguồn từ tính chất cơ học của quy trình gia công, đặc điểm hình dạng của dụng cụ cắt, và phạm vi tiếp cận của công cụ.

2.1. Hình dạng của dụng cụ cắt

Phần lớn các dụng cụ cắt CNC có dạng hình trụ với chiều dài cắt giới hạn. Khi dụng cụ cắt loại bỏ vật liệu từ phôi, chúng sẽ chuyển đặc điểm hình học của mình lên chi tiết gia công.

Ví dụ, các góc bên trong của chi tiết luôn có bán kính, ngay cả khi sử dụng công cụ cắt nhỏ nhất. Đây là một hạn chế cơ bản trong thiết kế CNC vì không thể vượt qua giới hạn về hình dạng mà dụng cụ cắt tạo ra trên phôi.

2.2. Khả năng tiếp cận của dụng cụ

Phạm vi tiếp cận của các dụng cụ gia công CNC bị giới hạn, dẫn đến một số rào cản nhất định trong thiết kế. Dụng cụ cắt chỉ có thể hoạt động trực tiếp từ các hướng xác định trước, chủ yếu là từ phía trên hoặc theo hướng song song với trục cắt.

Do đó, bạn cần điều chỉnh thiết kế sao cho phù hợp với khả năng tiếp cận của công cụ. Ví dụ, bố trí tất cả các chi tiết của sản phẩm theo một trong sáu hướng chính sẽ giúp tránh được những khó khăn liên quan đến việc tiếp cận dụng cụ cắt.

Phần mềm thiết kế CNC phổ biến hiện nay

Khi thiết kế CNC, thông thường lập trình viên sử dụng những phần mềm thiết kế phổ biến sau.

5.1. Phần mềm AutoCAD

AutoCAD là một trong những công cụ thiết kế CNC được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ khí hiện nay. Phần mềm này kết nối trực tiếp với máy tính để hỗ trợ mô phỏng và trình bày bản vẽ dưới dạng 2D hoặc 3D, giúp tạo ra các mô hình chi tiết một cách trực quan.

Ngoài ra, AutoCAD còn có khả năng tích hợp và làm việc với nhiều phần mềm khác như Mechanical Desktop, Moldflow, Visi,…, giúp mở rộng khả năng thiết kế và gia công.

Một số tính năng nổi bật của AutoCAD bao gồm:

• Ghi kích thước một cách thông minh và chính xác.
• Tự động đánh số các chi tiết và tạo danh mục vật liệu (BOMs).
• Hệ thống quản lý Layer linh hoạt và dễ sử dụng.
• Tính toán và tối ưu hóa các chi tiết máy.
• Xuất bản vẽ 2D từ các tệp định dạng như Autodesk Inventor, IGES, STEP.
• Tích hợp phân tích tĩnh bằng công cụ SolidWorks Simulation để hỗ trợ đánh giá chất lượng thiết kế.

5.2. Phần mềm Siemens NX

Siemens NX là một giải pháp toàn diện kết hợp CAD, CAM và CAE, giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế, gia công và phân tích kỹ thuật một cách hiệu quả.

Các tính năng nổi bật của Siemens NX bao gồm:

• Modeling: Tạo và chỉnh sửa các mô hình 3D, hỗ trợ cả thiết kế khối (Solid) và bề mặt (Surface).
• Shape Studio: Bộ công cụ chuyên dụng để mô hình hóa và phân tích bề mặt chi tiết.
• Sheet Metal: Hỗ trợ thiết kế tấm kim loại trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm NX Sheet Metal, Aerospace Sheet Metal và các công cụ tạo hình/phẳng hóa.
• Assembly: Tính năng lắp ráp chi tiết nhỏ thành cụm máy lớn, phục vụ cho các hệ thống phức tạp.
• Synchronous Modeling: Cho phép chỉnh sửa kích thước, kết cấu nhanh chóng thông qua các tệp CAD hoặc từ phần mềm khác.
• Manufacturing: Tạo chương trình gia công cho máy CNC, đảm bảo độ chính xác cao.
• Routing Electrical: Hỗ trợ thiết kế mạch điện.
• PCB Xchange: Công cụ thiết kế mô hình bo mạch CPU.
• Routing Mechanical: Tính năng thiết kế đường ống cơ khí chi tiết và chính xác.
• Mold Wizard: Tích hợp thư viện khuôn ép nhựa với các công cụ hỗ trợ thiết kế chuyên sâu.
• Progressive Die Wizard: Giải pháp thiết kế khuôn dập liên hoàn, tối ưu hóa quá trình sản xuất.
• NX Human: Tạo và mô phỏng mô hình cơ thể người, phục vụ cho thiết kế ô tô và sản phẩm có liên quan đến con người.
• Weld Assistant: Công cụ hỗ trợ tính toán và thiết kế các mối hàn trong sản xuất cơ khí.
• Ship Design: Phần mềm chuyên dụng cho thiết kế tàu thuyền.

Xem thêm: Bộ truyền DNC là gì? Các loại bộ truyền dữ liệu cho máy CNC phổ biến nhất

5.3. Phần mềm Solidworks

Solidworks là một phần mềm thiết kế 3D theo tham số, cho phép tạo mô hình chi tiết, lắp ghép và mô phỏng chuyển động một cách linh hoạt.

Các phiên bản và tính năng mở rộng của Solidworks:

• Solidworks Professional: Cung cấp thêm các công cụ hỗ trợ như thư viện chi tiết tiêu chuẩn, tính toán giá thành sản phẩm tự động, kiểm tra lỗi thiết kế và tính năng kết xuất hình ảnh chân thực với PhotoView 360.
• Solidworks Premium: Tích hợp đầy đủ các tính năng CAD, bản vẽ 2D, thiết kế tái sử dụng và tự động hóa mô phỏng hoạt cảnh (Animation) cũng như trực quan hóa (Visualization). Ngoài ra, phần mềm này còn hỗ trợ chuyển đổi định dạng CAD và các công cụ phân tích hiệu suất đơn giản.
• Solidworks Visualize: Cho phép tạo hình ảnh chất lượng cao, ảnh động và nội dung 3D nhanh chóng, chỉ trong vài phút hoặc vài giây.
• Solidworks Electrical: Kết hợp thiết kế cơ khí và thiết kế điện, giúp tích hợp các hệ thống điện vào sản phẩm.
• Solidworks PCB: Được trang bị các tính năng vẽ và thiết kế mạch điện tử dựa trên công nghệ Altium, hỗ trợ tối ưu cho việc phát triển sản phẩm điện tử.

Các tính năng cơ bản của Solidworks:

• Thiết kế mô hình 3D chi tiết.
• Tạo và lắp ghép cụm chi tiết.
• Xuất bản vẽ 2D nhanh chóng.
• Tính năng Tab và Slot hỗ trợ ghép nối chính xác.
• Công cụ gia công CAD tiện lợi.
• Phân tích động lực học để kiểm tra hiệu suất sản phẩm.

Thiết kế CNC là một quy trình phức tạp, đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác để tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu về hình dáng và chất lượng. Người vận hành cần nắm vững các nguyên tắc thiết kế cùng những yếu tố kỹ thuật quan trọng nhằm đảm bảo quá trình gia công diễn ra suôn sẻ và đạt hiệu suất cao. Đừng quên theo dõi TULOCTECH để cập nhật thêm nhiều thông tin hữu ích về gia công CNC!

CÔNG TY TNHH MTV KỸ THUẬT TÚ LỘC

• Trụ Sở Chính TLT – Hồ Chí Minh
  354 Quốc Lộ 1A, P. Bình Hưng Hòa B, Q. Bình Tân, Tp. Hồ Chí Minh
• Chi nhánh Gia Công TLT – Hồ Chí Minh
  356/1 Quốc Lộ 1A, P. Bình Hưng Hòa B, Q. Bình Tân, Tp. Hồ Chí Minh
• Chi Nhánh TLT – Hà Nội
  Km 6 Võ Văn Kiệt, Thôn Đoài, X. Nam Hồng, H. Đông Anh, Thủ đô Hà Nội
• Chi nhánh TLT – Bắc Ninh
  Đ. Lê Thái Tổ, P. Võ Cường, TP. Bắc Ninh (Kế bên Honda, đối diện Toyota)
• Hotline: 1900.989.906