CNC là ứng dụng máy tính và các phần mềm máy tính vào việc điều khiển các máy móc cơ khí, giúp gia tăng độ chính xác và rút ngắn thời gian hoàn thành công việc. Công nghệ này đã cách mạng hóa sản xuất trong ngành cơ khí, cho phép tăng hiệu quả, độ chính xác và tốc độ gia công. Với sự phát triển nhanh chóng của KH&CN, ngày càng nhiều máy móc, thiết bị ứng dụng công nghệ CNC được sáng tạo ra, giúp công tác gia công cơ khí trở nên đơn giản, nhanh chóng và an toàn hơn.

Ứng dụng của công nghệ CNC trong sản xuất công nghiệp

Theo báo cáo của Grandviewresearch, quy mô thị trường thiết bị CNC toàn cầu đạt 56,4 tỷ USD năm 2021, dự kiến mức tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 10,2% trong giai đoạn từ năm 2022 đến năm 2030. Dự báo doanh thu năm 2030 sẽ đạt khoảng 132,93 tỷ USD.

Hình 1. Dự báo về thị trường thiết bị CNC đến năm 2030 (Nguồn: researchandmarkets)

Công nghệ CNC hiện đang ngày càng trở nên phổ biến, được ứng dụng trong ngành công nghiệp trên thế giới và ở nước ta để tạo ra các sản phẩm có hình dạng và thiết kế phức tạp, khó hoặc không thể sản xuất bằng các kỹ thuật sản xuất truyền thống.

Máy CNC hoạt động nhờ sự điều khiển của chương trình máy tính được cài đặt sẵn. Khi máy hoạt động, chương trình này sẽ xử lý dữ liệu và điều khiển các bộ phận dao cắt di chuyển đến các vị trí khác nhau, thực hiện công việc cắt gọt phôi cơ khí theo đúng chương trình đã cài đặt sẵn trước đó. Máy CNC có nhiều loại khác nhau, nhưng chúng đều có chung nguyên lý hoạt động như sau:

• Dao cắt được gắn trên trục chính của máy (máy có thể có một hoặc nhiều trục chính). Trục chính di chuyển mang dao cắt đến các vị trí khác nhau dưới sự điều khiển của máy tính.
• Phôi cần cắt được giữ cố định trên giá đỡ có thể cố định hoặc quay quanh trục để hướng lưỡi cắt đến các vị trí khác nhau.

Do máy CNC rất linh hoạt, cho phép người sử dụng dễ dàng chuyển đổi các công việc khác nhau trên cùng một máy (ví dụ như máy phay CNC có thể sử dụng nhiều dao cắt khác nhau để tạo hình phôi, hoặc các nguyên công khác như khoan, tarô ren,…) nên trong những năm gần đây, máy CNC được nhiều nhà sản xuất sử dụng để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, từ đó, nâng cao khả năng cạnh tranh.

Nói chung, công nghệ CNC đã cách mạng hóa sản xuất, cho phép sản xuất các cơ phận và sản phẩm có độ phức tạp và chính xác cao trong nhiều ngành công nghiệp.

Nghiên cứu, chế tạo máy móc, thiết bị CNC tại TP.HCM

Là một trong những trung tâm kinh tế hàng đầu của Việt Nam, TP.HCM có nhiều khu công nghệ cao (công nghiệp công nghệ cao, nông nghiệp công nghệ cao), khu chế xuất, khu công nghiệp lớn, tập trung nhiều chuyên gia đa ngành, nên việc nghiên cứu và ứng dụng KH&CN tại TP.HCM khá phát triển. Nhiều hướng nghiên cứu, chế tạo máy móc, thiết bị ứng dụng công nghệ cao, trong đó có công nghệ CNC, được đội ngũ khoa học nơi đây sáng tạo đã cho thấy có tiềm năng kinh tế lớn và khả năng ứng dụng rộng rãi vào sản xuất, đặc biệt là trong năm 2022.

Trong tháng 2/2022, TS. Trần Thanh Vũ (Phân viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa tại TP.HCM) đã báo cáo kết quả nhiệm vụ nghiên cứu KH&CN cấp Thành phố: “Nghiên cứu thiết kế và điều khiển cụm truyền động tịnh tiến trong máy CNC” nhằm nghiên cứu, thiết kế cụm truyền động trục X, Y, Z cho máy phay CNC và bộ driver công suất 4KW để điều khiển các trục X,Y,Z. Các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra bộ cơ cấu truyền động tịnh tiến X,Y,Z cho máy phay CNC; phần mềm điều khiển và bộ tài liệu kỹ thuật liên quan.

Tháng 3/2022, TS. Dương Văn Tú (Phòng thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số và kỹ thuật hệ thống, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM) đã báo cáo hoàn tất nhiệm vụ “Nghiên cứu công nghệ lắp ráp gia công máy phay CNC”, xây dựng các quy trình công nghệ lắp ráp (các thao tác, trình tự lắp ráp, nguyên công lắp ráp,…) và kiểm tra (các mối lắp ghép, chức năng hoạt động của các cụm chi tiết, độ chính xác gia công,…) cho máy phay CNC. Cũng tại Phòng thí nghiệm trọng điểm này, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Duy Hùng đã thực hiện thành công nhiệm vụ nghiên cứu: “Giải pháp tối ưu cho hệ thống tưới nguội và bôi trơn trong máy CNC” để hoàn thành các sản phẩm như hệ thống phụ trợ trong máy CNC, hệ thống tưới bơm làm mát,…

Phòng thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số và kỹ thuật hệ thống (Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM) tiếp tục thể hiện là đơn vị đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng công nghệ CNC, khi đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và điều khiển cụm thay dao trong máy phay CNC” được nhóm nghiên cứu của PGS.TS Bùi Trọng Hiếu hoàn thành vào tháng 5/2022. Kết quả, các nhà nghiên cứu đã làm chủ hoàn toàn công nghệ thiết kế, chế tạo và điều khiển cụm thay dao trong máy phay CNC 3 trục (chuôi dao BT40, mâm chứa 16 dao, thời gian thay dao là 7 giây) với đầy đủ các tính năng như sản phẩm của các hãng nổi tiếng trên thế giới, hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp.

Hình 2. Mâm dao dạng đứng chứa 16 đầu dao (Nguồn: dost.hochiminhcity.gov.vn)

Các nghiên cứu đề cập ở trên tập trung theo hướng tối ưu hóa khả năng hoạt động của từng bộ phận công tác trên máy CNC. Đến tháng 7/2022, phối hợp kết quả nghiên cứu của 7 nhiệm vụ KH&CN, đội ngũ chuyên gia, các nhà khoa học và kỹ sư tại TP.HCM đã công bố sản xuất thành công “Máy phay đứng CNC SG-460M” và sẵn sàng triển khai sản xuất hàng loạt để cung cấp cho thị trường với giá thành hợp lý. Theo nhận định của PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến (Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm Điều khiển số và Kỹ thuật hệ thống - Đại học Bách Khoa TP.HCM), SG-460M là kết quả mang tính nền tảng, có thể phối hợp với các doanh nghiệp chế tạo để đưa nhanh vào ứng dụng trong thực tế, góp phần cải thiện, nâng cao khả năng chế tạo và làm chủ công nghệ sản xuất máy công cụ trong nước.

Hình 3. Hội đồng tư vấn nghiệm thu các nhiệm vụ KH&CN góp phần hoàn thiện máy phay đứng CNC 3 trục SGM-460M (Nguồn: dost.hochiminhcity.gov.vn)

Cũng liên quan đến việc ứng dụng công nghệ CNC vào công tác chế tạo máy, trong năm 2022, Sở KH&CN TP.HCM đã nghiệm thu nhiệm vụ KH&CN: "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị uốn ống CNC". Theo ThS. Bùi Quang Vinh (Trung tâm Nghiên cứu - Triển khai, Khu Công nghệ cao) chủ nhiệm đề tài, việc phát triển công nghệ và thiết bị uốn ống CNC theo nguyên lý biến dạng tạo hình với nhiều ưu điểm sẽ giúp phát triển lĩnh vực tạo hình ống. Từ đó, các lĩnh vực công nghiệp mũi nhọn hiện nay của Việt Nam như ô tô, thực phẩm, dầu khí, thiết kế, chế biến thực phẩm, chế tạo và bảo trì máy,… có điều kiện chủ động hơn các trang thiết bị và nguồn vật tư trong sản xuất, gia tăng tỷ lệ nội địa hóa các chi tiết trên sản phẩm hoàn chỉnh. Sản phẩm của nhiệm vụ đã hoàn thiện về phần cơ, và là một hướng tiếp cận mới cho ngành công nghiệp phụ trợ liên quan đến uốn ống kim loại, với khả năng tự động hóa và độ chính xác cao, giá thành hợp lý.

Hình 4. Máy uốn ống CNC điều khiển bằng máy tính. (Nguồn: dost.hochiminhcity.gov.vn)

Cùng với sự nỗ lực của các nhà nghiên cứu và sự tài trợ hợp lý từ Thành phố, thông qua Sở KH&CN, chỉ trong vòng 2 năm gần đây, một số thiết bị CNC đã được nghiên cứu hoàn thiện, có khả năng đưa vào sản xuất hàng loạt và có thể chuyển giao công nghệ cho các đơn vị sản xuất tại Thành phố và cả nước. Có thể thấy, công tác đầu tư có trọng tâm, trọng điểm của Nhà nước, cùng năng lực sáng tạo cao của đội ngũ chuyên gia tại TP.HCM, đã mang lại nhiều kết quả hữu hiệu, góp phần nâng cao năng lực sản xuất cho doanh nghiệp, thúc đẩy sự phát triển kinh tế - xã hội tại Thành phố. Với tiền đề này, Thành phố sẽ ngày càng có nhiều nghiên cứu, ứng dụng công nghệ CNC hiệu quả hơn vào thực tế, khẳng định vị trí, vai trò là một trong những trung tâm KH&CN hàng đầu trong cả nước.

Thư Nguyễn

--------------------------------------------------------------------------------

Tài liệu tham khảo chính

[1] GrandviewResearch. Computer numerical control machines market size, share & trends analysis report by type (Laser machines, Milling machines, Laser machines), by end use, by region, and segment forecasts, 2022-2030. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/computer-numerical-controls-cnc-market
[2] Sở KH&CN TP.HCM. Sản xuất thành công máy phay đứng CNC hoàn toàn do kỹ sư Việt Nam chế tạo. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/san-xuat-thanh-cong-may-phay-dung-cnc-hoan-an-do-ky-su-viet-nam-che-tao/
[3] Sở KH&CN TP.HCM. Tiềm năng lớn từ thiết bị uốn ống CNC do kỹ sư Việt Nam chế tạo. https://dost.hochiminhcity.gov.vn/hoat-dong-so-khcn/tiem-nang-lon-tu-thiet-bi-uon-ong-cnc-do-ky-su-viet-nam-che-tao/
[4] Các cơ sở dữ liệu KH&CN của CESTI. http://www.cesti.gov.vn/trang-chu-thu-vien/