Cách tính chế độ cắt khi phay CNC: tốc độ trục chính, tốc độ tiến, chip load và mỏng phoi

Cách tính chế độ cắt khi phay CNC: tốc độ cắt Vc ra vòng quay, chip load fz ra tốc độ tiến F, chiều sâu, bước ngang, hiệu chỉnh mỏng phoi, công suất; bảng cho gỗ, MDF, mica, nhôm, script Python.

Chạy CNC với tốc độ tiến (F) và vòng quay trục chính (S) chọn đại thì hoặc mũi phay cọ xát làm cháy gỗ, chảy mica, hoặc mũi gãy, máy rung, mất bước. Bài này hướng dẫn cách tính chế độ cắt khi phay theo đúng trình tự: tốc độ cắt Vc ra vòng quay, lượng ăn mỗi răng fz (chip load) ra tốc độ tiến, chọn chiều sâu và bước ngang, hiệu chỉnh mỏng phoi khi bước ngang nhỏ, kiểm tra công suất. Kèm script Python tính sẵn cho gỗ, MDF, mica, nhôm trên máy CNC mini, và cách chỉnh theo tiếng cắt và phoi.

Công thức cơ bản F = n × z × fz đã có trong bài phần mềm cho máy CNC: CAM, chọn mũi phay, tốc độ cắt. Bài này đi sâu vào từng con số.

1. Năm con số của chế độ cắt

• Vc (m/phút, tốc độ cắt): tốc độ mép cắt chạy qua vật liệu, tra theo vật liệu và loại mũi. Từ đó tính vòng quay: n = 1000 × Vc / (π × D).
• fz (mm/răng, chip load): độ dày phoi mỗi me cắt ra. Tra theo vật liệu và đường kính mũi. Tốc độ tiến: F = n × z × fz, z là số me (số lưỡi) của mũi.
• ap (chiều sâu mỗi lượt) và ae (bước ngang): quyết định lực cắt. Lượng vật liệu bóc đi mỗi phút: ap × ae × F.

Thứ tự đúng: chọn Vc, tính n; chọn fz, tính F; rồi chọn ap, ae cho vừa sức máy. Không làm ngược kiểu giữ F cố định rồi tăng giảm vòng quay tùy hứng: fz đổi theo, chất lượng cắt đổi theo.

2. Vòng quay và giới hạn trục chính

Gỗ, MDF với mũi carbide chịu được Vc vài trăm m/phút; mũi 3 mm cần trên 40 000 vòng/phút mới đạt, vượt xa trục chính của máy mini (thường 10 000–12 000 vòng/phút, router lớn 24 000). Khi đó cứ chạy tối đa vòng quay của trục chính, rồi tính F theo vòng quay thật, không theo vòng quay lý thuyết. Nhôm thì ngược lại: Vc thấp hơn, mũi 6 mm có thể cần giảm vòng quay. Lệnh trong G-code: S12000 M3 đặt vòng quay, G1 F735 đặt tốc độ tiến.

3. Bảng điểm bắt đầu cho máy mini

• Chiều sâu mỗi lượt cho máy khung nhôm cỡ 3018: gỗ, MDF khoảng nửa đường kính mũi; mica khoảng một phần ba; nhôm khoảng một phần năm hoặc nhỏ hơn.
• Mica nên dùng mũi 1 me (loại rãnh chữ O): rãnh rộng, phoi thoát nhanh, đỡ chảy dính.
• Nhôm cần máy cứng, kẹp phôi chắc, bôi trơn (cồn, dầu cắt) và thổi phoi; máy mini khung yếu thì giảm thêm ap và ae.
• Mũi nhỏ (dưới 2 mm) rất dễ gãy: giảm fz và ap nhiều hơn tỷ lệ.

4. Mỏng phoi khi bước ngang nhỏ

Khi bước ngang nhỏ hơn nửa đường kính mũi, mỗi me chỉ cắt một cung ngắn và phoi mỏng hơn fz đặt vào. Phoi quá mỏng thì mũi cọ xát thay vì cắt: nóng, cùn nhanh. Để giữ độ dày phoi, nhân fz với hệ số 1 / √(1 − (1 − 2·ae/D)²). Ví dụ phay tinh nhôm bằng mũi 6 mm với bước ngang 10 % đường kính: fz tăng khoảng 1,67 lần. Đây cũng là lý do các kiểu đường dao "bước ngang nhỏ, cắt sâu" (adaptive, trochoidal) chạy với tốc độ tiến cao.

5. Script tính chế độ cắt

Sửa MAY (dải vòng quay, công suất trục chính) và VAT_LIEU theo máy và mũi đang dùng, chạy bằng Python 3. Script in vòng quay (đánh dấu khi bị giới hạn), tốc độ tiến, chiều sâu, bước ngang, lượng bóc và công suất cần ước lượng từ lực cắt riêng kc:

# PYWORLD.VN - Tính chế độ cắt khi phay CNC: vòng quay từ tốc độ cắt Vc, tốc độ tiến từ lượng ăn mỗi răng fz, hiệu chỉnh mỏng phoi khi bước ngang nhỏ
# PYWORLD.VN - Kèm lượng bóc vật liệu và công suất trục chính cần, để biết máy có kéo nổi không; in dòng G-code S, F để dán vào CAM
# PYWORLD.VN - Chạy: python che_do_cat.py      (sửa MAY và VAT_LIEU theo máy, mũi phay của bạn; số trong bảng là điểm bắt đầu, không phải giới hạn)
"""Vc, fz, kc là giá trị khởi đầu thường dùng cho mũi carbide trên máy CNC mini, máy router nhỏ; chỉnh theo tiếng cắt và phoi."""
import math

MAY = {"n_min": 3000, "n_max": 12000, "cong_suat_W": 500, "hieu_suat": 0.7}   # trục chính 500 W, 12 000 vòng/phút

# vật liệu: Vc (m/phút), fz (mm/răng) cho mũi 3 mm và 6 mm, số me z, kc (N/mm²), chiều sâu ap/D và bước ngang ae/D mỗi lượt cho máy mini
VAT_LIEU = {
    "go mem, go thong": {"vc": 400, "fz": {3: 0.03, 6: 0.06}, "z": 2, "kc": 40, "ap": 0.5, "ae": 0.4},
    "MDF, van ep":      {"vc": 400, "fz": {3: 0.04, 6: 0.08}, "z": 2, "kc": 50, "ap": 0.5, "ae": 0.4},
    "mica (acrylic)":   {"vc": 250, "fz": {3: 0.04, 6: 0.08}, "z": 1, "kc": 80, "ap": 0.3, "ae": 0.4},
    "nhom 6061":        {"vc": 150, "fz": {3: 0.012, 6: 0.025}, "z": 2, "kc": 700, "ap": 0.2, "ae": 0.2},
}


def vong_quay(vc: float, d: float) -> tuple[float, bool]:
    """n = 1000·Vc/(π·D), giới hạn trong dải của trục chính. Trả về (n, có bị giới hạn không)."""
    n = 1000 * vc / (math.pi * d)
    n_gioi_han = min(max(n, MAY["n_min"]), MAY["n_max"])
    return n_gioi_han, abs(n_gioi_han - n) > 1


def fz_mong_phoi(fz: float, d: float, ae: float) -> float:
    """Bước ngang ae < D/2 thì phoi mỏng hơn fz; tăng fz để phoi vẫn đủ dày (chip thinning)."""
    if ae >= d / 2:
        return fz
    return fz / math.sqrt(1 - (1 - 2 * ae / d) ** 2)


def tinh(ten: str, d: float, ae_d: float | None = None) -> dict:
    v = VAT_LIEU[ten]
    z = v["z"]
    n, bi_gioi_han = vong_quay(v["vc"], d)
    ap, ae = v["ap"] * d, (ae_d if ae_d is not None else v["ae"]) * d
    fz = fz_mong_phoi(v["fz"][int(d)], d, ae)
    f = n * z * fz
    mrr = ap * ae * f / 1000                              # cm³/phút
    p = ap * ae * f * v["kc"] / 60e3 / MAY["hieu_suat"]   # W
    return {"z": z, "n": n, "gioi_han": bi_gioi_han, "vc_thuc": math.pi * d * n / 1000, "fz": fz, "f": f, "ap": ap, "ae": ae,
            "mrr": mrr, "p": p, "du_suc": p <= 0.8 * MAY["cong_suat_W"]}


if __name__ == "__main__":
    for ten in VAT_LIEU:
        for d in (3, 6):
            k = tinh(ten, d)
            print(f"{ten:18s} D{d} {k['z']} me: S{k['n']:.0f}{' (gioi han)' if k['gioi_han'] else ''} F{k['f']:.0f}"
                  f"  ap {k['ap']:.2f} ae {k['ae']:.2f} mm  bo {k['mrr']:.2f} cm3/ph  can {k['p']:.0f} W{'' if k['du_suc'] else '  <- qua suc'}")
    k = tinh("nhom 6061", 6, ae_d=0.1)
    print(f"Nhom D6, buoc ngang 10 % D: fz hieu chinh {k['fz']:.3f} mm -> F{k['f']:.0f}")

Công suất cần tính được thường nhỏ hơn nhiều so với công suất ghi trên trục chính. Trên máy mini, giới hạn thật là độ cứng khung, độ rơ trục, mũi nhỏ bị uốn; công suất chỉ là giới hạn khi phay nhôm sâu với máy router lớn.

6. Chỉnh theo tiếng cắt và phoi

Cách thử nhanh: chạy một rãnh ngắn với số tính được, quan sát phoi. Phoi gỗ dạng vụn nhỏ, mica dạng sợi hoặc vảy, nhôm dạng xoắn nhỏ sáng màu là tốt. Phoi mịn như bột là tốc độ tiến quá chậm so với vòng quay; tăng F 10–20 % mỗi lần cho tới khi phoi đẹp mà máy chưa rung. Mất bước, sai kích thước có ở bài sửa lỗi và nâng cấp máy CNC tự chế.

An toàn: đeo kính khi phay, không đứng thẳng hướng phoi văng, có hút bụi khi cắt MDF (bụi keo hại phổi); nhôm phoi nóng và sắc. Xem thêm bài an toàn khi dùng máy CNC, máy laser.

Xem thêm: spindle và mũi phay; tự lắp máy CNC mini 3018.

Bài cùng cụm chủ đề: phay mạch in bằng CNC; FlatCAM; Fusion 360 CAM; Mach3.