Phần mềm cho máy CNC: thiết kế, CAM, chọn mũi phay, tốc độ cắt và gửi G-code

Ba loại phần mềm cho máy CNC phay: CAD, CAM và phần mềm gửi G-code; các kiểu đường dao, công thức tốc độ cắt theo lượng ăn mỗi răng, phay thuận, phay nghịch, cầu giữ chi tiết.

Máy CNC phay cần ba loại phần mềm: CAD để vẽ chi tiết, CAM để biến bản vẽ thành đường chạy dao với mũi phay, độ sâu và tốc độ cụ thể, và phần mềm gửi G-code để điều khiển máy. Khác với máy laser, máy phay có lực cắt thật: chọn sai tốc độ, sai độ sâu là gãy mũi, cháy gỗ, chi tiết bật khỏi bàn.

Bài này giải thích vai trò từng loại phần mềm, các kiểu đường dao cơ bản, cách tính tốc độ chạy dao theo vòng quay và lượng ăn mỗi răng, phay thuận và phay nghịch, cầu giữ chi tiết và các bước chuẩn bị trước khi bấm chạy.

1. CAD, CAM và phần mềm gửi G-code

• CAD: chi tiết phẳng (biển tên, khay, miếng gá) vẽ được bằng phần mềm vẽ vector 2D như Inkscape rồi xuất SVG, DXF. Chi tiết 3D, chi tiết cơ khí cần đúng kích thước thì dùng phần mềm thiết kế như FreeCAD hoặc Fusion.
• CAM: FreeCAD và Fusion có sẵn phần CAM; Estlcam là phần mềm CAM gọn nhẹ (trả phí, có dùng thử); nhiều hãng máy có phần mềm CAM đơn giản đi kèm. Khi xuất G-code, chọn bộ xuất (post processor) loại GRBL.
• Phần mềm gửi: Candle và Universal Gcode Sender (miễn phí) cho máy GRBL: đẩy tay các trục, đặt gốc phôi, dò Z, xem trước đường dao, gửi file và theo dõi. Máy dùng FluidNC còn có giao diện web.

2. Các kiểu đường dao cơ bản

• Viền ngoài (profile, outside): cắt rời chi tiết. CAM dời đường dao ra ngoài nửa đường kính mũi để chi tiết đúng kích thước.
• Viền trong (profile, inside): cắt lỗ, khe. Đường dao dời vào trong. Góc trong của lỗ luôn bo theo bán kính mũi: lỗ vuông không thể có góc nhọn.
• Phay hốc (pocket): bóc hết vật liệu trong một vùng tới độ sâu nhất định. Lượng chồng giữa hai lượt (stepover) thường 30–50 % đường kính mũi.
• Khoan (drill): ăn thẳng xuống tại từng điểm. Lỗ to hơn mũi thì dùng phay viền trong hoặc phay hốc tròn.
• Khắc V (V-carve): mũi V ăn sâu nông khác nhau theo bề rộng nét, tạo chữ khắc sắc nét.
• Phay 3D: mũi đầu cầu đi theo bề mặt cong, lượt thô bằng mũi to rồi lượt tinh bằng mũi nhỏ.

3. Tốc độ cắt: vòng quay, số me, lượng ăn mỗi răng

Mỗi răng (me) của mũi phay cắt đi một lớp vật liệu dày fz mỗi vòng quay. Tốc độ chạy dao:

F (mm/phút) = n (vòng/phút) × z (số me) × fz (mm/răng)

Ví dụ: mũi 2 me, 12 000 vòng/phút, gỗ mềm fz = 0,03 mm
F = 12 000 × 2 × 0,03 = 720 mm/phút

• fz quá nhỏ (chạy quá chậm so với vòng quay): mũi cọ xát thay vì cắt, nóng lên, làm cháy gỗ, nhựa chảy dính mũi, mũi cùn nhanh.
• fz quá lớn: lực cắt lớn, mũi gãy, máy rung, động cơ mất bước.
• Ăn sâu mỗi lượt: với máy mini, khoảng nửa đường kính mũi trong gỗ là điểm bắt đầu; nhôm ăn rất mỏng.
• Các giá trị trong bảng là điểm bắt đầu cho máy nhỏ. Nghe tiếng cắt và nhìn phoi: phoi gỗ dạng vụn nhỏ là tốt; bụi mịn như bột là chạy quá chậm.

4. Phay thuận và phay nghịch

• Phay thuận (climb): lưỡi cắt "lăn" theo cạnh phôi, phoi dày lúc vào, mỏng lúc ra. Bề mặt đẹp, ít nóng, nhưng lực có xu hướng kéo dao vào phôi: máy có khe hở dễ bị giật.
• Phay nghịch (conventional): phoi mỏng lúc vào, dày lúc ra; lực đẩy dao ra khỏi phôi, ổn định hơn với máy mini có khe hở. Mép trên của gỗ dễ xơ hơn.
• Cách hay dùng trên máy mini: lượt thô phay nghịch, lượt tinh mỏng phay thuận. Phần mềm CAM cho chọn kiểu này trong mỗi đường dao.

5. Cắt nhiều lớp và cầu giữ chi tiết

• Tấm lót (spoilboard): tấm MDF đặt dưới phôi để mũi ăn qua đáy phôi mà không cắt vào bàn máy. Phay phẳng tấm lót một lần trước khi dùng (bài 19).
• Lượt cuối ăn sâu hơn đáy phôi khoảng 0,2 mm để chắc chắn cắt đứt.
• Cầu giữ (tab): CAM chừa lại vài đoạn ngắn ở lớp cuối để chi tiết không rơi ra, không bị mũi kéo lệch khi gần đứt. Lấy chi tiết ra rồi cắt cầu bằng dao, chà nhám.
• Phôi mỏng, nhẹ có thể dán băng keo hai mặt xuống tấm lót thay cho kẹp, nhưng vẫn nên có cầu giữ.

6. Các bước trước khi bấm chạy

1. Kẹp phôi phẳng, chắc; kẹp nằm ngoài vùng đường dao.
2. Đặt gốc X, Y đúng chỗ đã chọn trong CAM (thường là góc trái dưới của phôi).
3. Đặt gốc Z trên mặt phôi: hạ mũi từng chút tới khi kẹp nhẹ một tờ giấy đặt trên phôi, hoặc dùng tấm dò Z nối với chân đầu dò (bài 19).
4. Chạy thử trên không: nâng gốc Z lên 10 mm (hoặc dùng chức năng chạy thử của phần mềm) và cho máy chạy để xem đường đi có ra ngoài phôi, đâm vào kẹp không.
5. Chạy thật: đeo kính, bật hút bụi, đứng cạnh máy, tay gần nút dừng.

7. Lỗi thường gặp

8. Xem thêm

• Bài trước trong loạt: Phần mềm cho máy khắc laser. Bài sau: Tự làm máy vẽ 2 trục bằng ESP32.
• Bài 5 (G-code cơ bản, bù bán kính dao), bài 9 (chọn mũi phay), bài 19 (phay phẳng bàn, dò Z) của loạt.
• Dịch vụ gia công xốp chống sốc theo yêu cầu của PYWORLD, nếu cần khay xốp cắt theo hình thiết bị.