Thiết kế và chế tạo mô hình máy gia công gỗ CNC.pdf

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY GIA
CÔNG GỖ CNC
Người hướng dẫn: ThS. BÙI TRƯƠNG VỸ
Sinh viên thực hiện: ĐOÀN ĐỨC HOÀNG
LÊ QUANG TƯƠNG
Đà Nẵng, 2018

TÓM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình gia công gỗ cnc
GVHD: ThS. Bùi Trương Vỹ
Sinh viên thực hiện: Đoàn Đức Hoàng – Lê Quang Tương
Lớp: 13CDT1 – 13CDT2
Số thẻ SV: 101130163 - 101130225
Ngày nay, việc sử dụng các máy CNC nói chung và máy tiện CNC nói riêng để
gia công các chi tiết trở nên ngày cảng phổ biến. Số lượng các máy CNC trong các
xưởng cơ khí ngày càng nhiều, hầu hết các xưởng cơ khí hiện nay đều có ít nhất 1 máy
CNC. Nhưng hầu hết là nhập khẩu, giá thành cao nên sản phẩm tạo ra đăt. Đề tài này đi
vào thiết kế và chế tạo máy gia công gỗ cnc chuyên dụng tạo ra các sản phẩm làm từ gỗ,
mica… Trong phạm vi của đề tài, chúng em nghiên cứu về phương án hệ truyền động
trục, cách điều khiển động cơ bước và chế tạo ra mô hình máy cnc 3 trục . Hệ điều khiển
Arduino Uno được sử dụng để điều khiển máy với Driver Tb6600 được sử dụng để điều
khiển các động cơ bước. Để đánh giá chất lượng máy CNC, tiến hành gia công một số
chi tiết và tiến hành kiểm tra sản phẩm. Qua đó đề xuất các phương án cải tiến và các
hướng phát triển của máy. DUT.LRCC

Đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình máy gia công gỗ CNC
i
LỜI NÓI ĐẦU
Từ xa xưa, gỗ là loại vật liệu gắn bó và không thể thiếu trong đời sống của con
người . Trước đây gỗ chủ yếu được sử dụng để dựng nhà cửa , làm nhiên liệu đốt ,
làm các vật dụng trong gia đình .., tuy nhiên những vật dụng được làm ra từ chính tay
của con người nên năng suất chưa cao , độ chính xác không cao mà độ tinh xảo trong
từng sản phẩm cũng chưa đạt. Ngày nay, khi mà khoa học kĩ thuật ngày càng phát
triển, bên cạnh đó đời sống của người dân được nâng cao , nhu cầu về các sản phẩm
từ gỗ càng lớn với yêu cầu cao về mặt mĩ thuật. Máy móc dần thay thế con người để
đáp ứng yêu cầu đó. Việc gia công gỗ bằng máy làm cho năng suất tăng lên , sản phẩm
đạt độ chính xác cao, tạo hình sản phẩm được hỗ trợ bằng các phần mềm chuyên dụng
cho người kĩ sư có được cái nhìn trực quan ban đầu. Để đáp ứng nhu cầu của con
người và để khắc phục việc gia công gỗ trở nên nhanh hơn thì Đồ Án Tốt Nghiệp
Thiết Kế và Chế Tạo Mô Hình Máy Gia Công Gỗ CNC của nhóm em tạo ra là máy
giá công gỗ bằng phương pháp phay và tạo hình bằng lập trình CNC.
Đồ án của chúng em hướng đến là chế tạo một máy phay CNC 3 trục hoạt động
ổn định , sai số nhỏ. Tuy nhiên do kinh nghiệm còn hạn chế , kinh phí hạn hẹp cũng
như thời gian tìm hiểu còn ít nên máy hoạt động chưa đạt được như mong muốn. Em
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để hoàn thiện đề tài hơn.
Em xin chân thành cám ơn thầy Ths. Bùi Trương Vỹ , các thầy cô trong khoa Cơ
Khí đã hướng dẫn , giúp đỡ và tạo điều kiện tốt để chúng em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp này.
Đà Nẵng , ngày 22 tháng 5 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Lê Quang Tương – Đoàn Đức Hoàng
DUT.LRCC

ii
LỜI CẢM ƠN
Năm cuối đối với mỗi sinh viên là cột mốc quan trọng, là thời gian để củng cố và
vận dụng kiến thức đã học vào thực tế sản xuất. Nhà trường nói chung và Khoa Cơ khí
nói riêng đã tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên tiếp cận với công việc thực tế liên
quan đến ngành học để thích ứng với điều kiện làm việc sau khi ra trường, bố trí thời
gian để sinh viên có thể thực hiện đồ án tốt nghiệp. Cùng với đó là sự giúp đỡ tận tình
từ quý Thầy hướng dẫn, em đã học tập, được nghiên cứu và nắm bắt được nhiều kinh
nghiệm thực tế thông qua việc làm đồ án tốt nghiệp, qua đó em đã hoàn thành xong đề
tài “ Thiết kế và chế tạo máy phay gỗ cnc”.
Em xin chân thành cảm ơn Thầy ThS. Bùi Trương Vỹ, quý Thầy (Cô) giáo trong
Khoa cơ khí, trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng đã hướng dẫn, chỉ bảo,
giúp đỡ và đôn đốc em hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Em xin chân thành cảm
ơn!
DUT.LRCC

iii
CAM ĐOAN
Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo mô hình mày phay gỗ cnc
GVHD : ThS. Bùi Trương Vỹ
Sinh viên thực hiệ: Đoàn Đức Hoàng – Lê Quang Tương
MSSV: 101130163 - 101130225
LỚP: 13CDT1 – 13CDT2
Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp này là công trình do chính
tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được
công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu
hoàn toàn trách nhiệm”.
Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Đoàn Đức Hoàng – Lê Quang Tương
DUT.LRCC

iv
MỤC LỤC
TÓM TẮT......................................................................................................................III
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................. I
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................II
CAM ĐOAN..................................................................................................................III
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN.........................................................1
1.1. Mục đích nghiên cứu đề tài ...............................................................................1
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu......................................................................1
1.2.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................1
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu.......................................................................................1
1.2.3. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................2
1.3. Giới thiệu chung về máy CNC ...........................................................................2
1.4. Một số máy CNC đang có trên thị trường hiện nay ........................................3
1.4.1. Máy khắc mini CNC 3525 .............................................................................3
1.4.2. Máy khắc mini CNC 3040 .............................................................................4
1.4.3.Máy khắc mini CNC 2030 ..............................................................................5
1.4.4. Máy khắc laserbox A4 3W.............................................................................6
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU ..........................................................................8
2.1.Chọn cơ cấu dẫn động. ........................................................................................8
2.1.1.Động cơ dẫn động các trục tọa độ :...................................................................8
2.1.2.Giới thiệu về động cơ bước : ...........................................................................9
2.1.3.Tính và chọn công suất động cơ điện. ...........................................................10
2.2.Lựa chọn phương án di chuyển trục ................................................................11
2.2.1.Phương án phôi cố định.................................................................................11
2.2.2. Lựa chọn phương án thiết kế khung máy......................................................11
2.3.Lựa chọn cơ cấu truyền động............................................................................11
2.3.1.Vít me đai ốc.....................................................................................................11
2.3.2. Kết luận.........................................................................................................13
2.4 Tính thông số bộ truyền cho cơ cấu dẫn hướng các trục ...............................13
2.4.1 Tính toán thông số bộ truyền trục X..............................................................13
2.4.2 Tính toán thông số bộ truyền trục Y ..............................................................15
2.4.3 Tính toán thông số bộ truyền trục Z ..............................................................17
DUT.LRCC

v
2.5 Thiết kế phần cơ khí ..........................................................................................19
2.5.1. Một số chi tiết cơ khí.....................................................................................19
2.5.2. Dao phay chuyên dụng. ..................................................................................21
2.5.3. Máy khi hoàn thành phần cơ khí ..................................................................21
2.6 Thiết kế phần điện tử.........................................................................................22
2.6.1. Kit Arduino UNO R3 ...................................................................................22
2.6.2. Driver điều khiển động cơ bước: Tb6600...................................................24
2.6.3. Động cơ chính .................................................................................................27
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .............................28
3.1 Sơ đồ nguyên lý...................................................................................................28
3.2: Sơ đồ kết nối mạch điện của máy:...................................................................28
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối mạch điện...........................................................................28
3.3. Giới thiệu các phần mềm sử dụng:..................................................................29
3.3.1. Phần mềm Arduino IDE................................................................................29
3.3.2. Phần mềm Aspire..........................................................................................30
3.3.3. Phần mềm bCNC:.........................................................................................30
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH TẠO RA SẢN PHẨM .........................................32
4.1: Lập trình và xuất file Gcode với phần mềm Aspire. .....................................32
4.2. Tiến hành điều khiển máy với phần mềm bCNC...........................................35
4.3. G-code được xuất ra từ phần mềm Aspire cho sản phẩm trên. ...................37
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ .......................................................................................46
DUT.LRCC

vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 2.1: Bước góc của động cơ bước được được chế tạo theo bảng tiêu chuẩn
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật cơ bản
Bảng 2.3: Cài đặt bước cho driver
Hình 1.1: Máy khắc CNC 2535
Hình 1.2: Máy khắc mini CNC 3040
Hình 1.4 : Máy khắc laserbox
Hình 2.1 Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục X
Hình 2.2: Động cơ bước trục X.
Hình 2. 3 Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục Y
Hình 2.4: Động cơ bước trục Y
Hình 2. 5 Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục Z
Hình 2.6: Động cơ bước trục Z. Hình 2.7: Bản vẽ mô hình 2D.
Hình 2.8: Bản vẽ 3D khung máy.
Hình 2.9: Dao phay gỗ chuyên dụng,
Hình 2.10: Máy khi đã hoàn thành
Hình 2.11: Kit Arduino R3
Hình 2.12: Module Tb6600.
Hình 2.13: Chức năng của từng chân driver.
Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý Step Driver Tb6600
Hình 2.15: Động cơ chính
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối mạch điện
Hình 3.3: Logo phần mềm
Hình 3.4: Màn hình làm việc
DUT.LRCC

vii
Hình 3.5: Kết nối với arduino.
Hình 3.6: Logo phần mềm.
Hình 3.7 : Màn hình làm việc của phần mềm Aspire .
Hình 3.8 : Môi trường làm việc của phần mềm bCNC.
Hình 4.1: Giao diện cài đặt thông số phôi.
Hình 4.2 : File 3D được chuyển từ file tranh 2D.
Hình 4.3: dao phay ngón
Hình 4.4 Dao phay cầu
Hình 4.5: Dao côn
Hình 4.6: Thiết lập thông số chạy dao.
Hình 4.7: Thiết lập gia công thô-tinh
Hình 4.8: Mô phong quá trình chạy dao bằng phần mềm.
Hình 4.9 : Chu trình kết nối với máy.
Hình 4.10: Bảng cài đặt thông số máy.
Hình 4.11: Set tọa đồ góc cho máy
Hình 4.12: Load chu trình chạy dao cho máy.
DUT.LRCC

SVTH: Đoàn Đức Hoàng/13CDT1 GVHD: ThS. Bùi Trương Vỹ
Lê Quang Tương/13CDT1 Page 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Mục đích nghiên cứu đề tài
Qua tìm hiểu, chúng em thấy máy CNC phay gỗ là công nghệ rất hay, mới mẻ
được các nước trên thế giới ứng dụng trong việc sản xuất các sản phẩm mỹ nghệ, trang
trí.… Ở trong nước, chỉ có nhập linh kiện, máy móc về lắp ráp để sản xuất, lại chưa áp
dụng rộng rãi do giá thành quá cao. Với mục đích đem những ứng dụng của máy CNC
gần hơn với người Việt Nam, và tạo nên sản phẩm gia công bằng máy CNC giá rẻ trên
thị trường nên chúng em bắt tay vào nghiên cứu chế tạo máy CNC phay gỗ.
Đề tài là bước đầu tìm hiểu, thi công sản phẩm máy CNC thực tế, đồng thời
cũng áp dụng những kiến thức đã được học để giải quyết vấn đề thực tiễn. Thông qua
việc nghiên cứu và làm việc nghiêm túc để rèn luyện tác phong khoa học, cũng như
hoàn thiện phương pháp, tư duy nghiên cứu, giải quyết một vấn đề thực tiễn. Quan
trọng hơn, đề tài còn là bước “tổng kết và hoàn thiện” những kỹ năng còn thiếu sót
trước khi thực sự trở thành người kỹ sư. Về mặt ứng dụng thực tiễn, đề tài có tính ứng
dụng cao, thích hợp với nhiều loại hình sản xuất, giảm thời gian gia công, tăng độ
chính xác và độ đồng đều sản phẩm, giảm hao phí do sản xuất, giảm giá thành sản
phẩm.
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm các module, khối chức năng… làm
sao để chúng có thể hoạt động thống nhất, đồng bộ trên một mô hình. Bao gồm các đối
tượng chính sau:
- Arduino UNO R3 và phần mềm lập trình ứng dụng.
- Driver điều khiển động cơ bước.
- Các phần mềm điều khiển gia công trên máy tính.
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các chức năng cơ bản và có tính ứng dụng cao của các module chức
năng. Và áp dụng chúng vào một sản phẩm thực tế và có tính ứng dụng cao.
- Phần cứng:
DUT.LRCC

+ Thiết kế toàn bộ khung máy, các chi tiết của máy, gia công các chi tiết
cơ khí. Sử dụng gia công bằng CNC để tạo ra các chi tiết của máy.
+ Lắp ráp máy. Setup các chi tiết phần cứng để máy có thể hoạt động
được.
- Phần mềm:
+ Máy sử dụng mã nguồn mở: GRBL.
+ Phần mềm điều khiển: bCNC
+ Phần mềm xuất Gcode: Aspire.
+ Sau đó nạp code đó vào máy CNC.
1.2.3. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về Arduino, lập trình Arduino và các module chức năng.
- Chạy và kiểm tra trên mô hình thật.
1.3. Giới thiệu chung về máy CNC
CNC là viết tắc của Computer Numerical Control điều khiển số bằng máy
tính. Máy công cụ CNC là loại máy gia công sử dụng các chương trình đã được lập
trình sẵn để gia công các chi tiết. Các chương trình gia công được đọc cùng một lúc và
được lưu vào bộ nhớ. Khi gia công, máy tính đưa ra các lệnh điều khiển máy CNC
thực hiện các chức năng như: nội suy đường thẳng, nội suy đường tròn, mặt xoắn, mặt
parabol. Máy CNC cũng có khả năng bù chiều dài và đường kính dụng cụ. Tất cả các
chức năng trên đều được thực hiện nhờ một phần mềm điều khiển đã được cài đặt trên
máy tính. Hiện nay các nước trên thế giới đã chế tạo, sản xuất nhiều máy trong lĩnh
vực cơ khí nói chung và CNC nói riêng, đặc biệt là Đài Loan, Trung Quốc, Nhật Bản,
Cộng Hòa Liên Bang Đức... đã được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực cơ khí chính xác
và chất lượng. Kỹ thuật tự động của CNC giảm thiểu các sai sót và giúp người thao
tác có thời gian cho các công việc khác. Một số máy CNC hiện đại có thể sản xuất
hàng nghìn chi tiết trong vài ngày mà không cần người vận hành. Nó cũng có khả năng
tự kiểm tra lỗi sản phẩm bằng các mắt đọc laser, trong trường hợp máy có lỗi trong lúc
chạy có thể gọi di động đến cho người vận hành. Trong môi trường sản xuất, một loạt
các máy CNC kết hợp thành một tổ hợp, gọi là cell, để có thể làm nhiều thao tác trên
một bộ phận. Máy CNC ngày nay được điều khiển trực tiếp từ các câu lệnh do phần
mềm CAM (Computer Aided Manufacturing) tạo ra, vì thế một bộ phận hay lắp ráp có
thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ in của từng chi tiết. Có
thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot công nghiệp, tức là chúng
được thiết kế để thực hiện nhiều thao các sản xuất.
DUT.LRCC

1.4. Một số máy CNC đang có trên thị trường hiện nay
1.4.1. Máy khắc mini CNC 3525
Máy khắc mini CNC 3525 toàn bộ khung và bàn được chế tác từ vật liệu nhôm.
Máy nhỏ gọn với kích thước di chuyển X:350mm Y:250mm Z:100mm với trọng
lượng khoảng 30kg. Mạch điều khiển và nguồn điện được tích hợp trên khung. Sau khi
cài đặt phần mềm Mach 3, cài driver, chỉ cần cắm điện và kết nối vào cổng máy in
(cổng 25 pin - Parallel) là có thể sử dụng.
Sản phẩm này có thể sử dụng board mạch chuyển đổi thành cổng USB (sài phần
mềm USB CNC controler, sử dụng được cho laptop)
Thông số cơ bản:
- Công suất motor khắc (Spindle): ER240 300W
- Step motor: 57 stepper motor 2A
- Driver board: STK672
- Đầu giữ khoan: ER11 1/8inch = 3.17mm
- Cổng kết nối máy in: Parallel 25pin
- Có nút điều chỉnh tốc độ motor riêng biệt (dùng để chạy bằng tay)
- Có nút dừng khẩn cấp khi máy bị lỗi
Ứng dụng:
- Chế tác các sản phẩm điêu khắc 3D
- Khắc chữ
- Vật liệu sử dụng phù hợp: nhựa, gỗ hoặc các vật liệu mềm. Có thể sử dụng
chạm/khắc cho nhôm, đồng.
DUT.LRCC

Hình 1.1: Máy khắc CNC 2535
1.4.2. Máy khắc mini CNC 3040
Máy khắc mini CNC 3040 toàn bộ khung và bàn được chế tác từ vật liệu nhôm
công nghiệp. Máy nhỏ gọn với kích thước di chuyển X:300mm, Y:400mm, Z:100mm,
trọng lượng khoảng 45kg. Mạch điều khiển và nguồn điện được thiết kế tách rời. Sau
khi cài đặt phần mềm Mach3, cài driver, chỉ cần cắm điện và kết nối vào máy tính là
có thể sử dụng.
- Công suất motor khắc (Spindle): 1500W - Giải nhiệt bằng nước
- Step motor: loại dual shaft 1.5A
- Driver board: Mach3 5 trục cổng LPT (cổng máy in)
- Đầu giữ khoan: ER11, collet 3.17 hoặc 6mm
- Cổng kết nối: LPT - 25 chân
- Hộp điều khiển: Nguồn cấp điện cho Driver 24V-10A, Driver dùng chip
Toshiba THB7128 4A (hoặc TB6600 4A), biến tần 1 pha 220V 1.5KW
- Đặc biệt dùng vít me ball screw 1605, bước vít 5mm, tuổi thọ lâu dài so với các
loại ren khác.
- Khối lượng tĩnh: 45kg
Ứng dụng:
- Sữa chữa điện thoại: phay IC, khoan lỗ
- Phay, khoan mạch in
DUT.LRCC

chạm/khắc cho nhôm, đồng.
1.4.3.Máy khắc mini CNC 2030
Máy khắc mini CNC 2030 được chế tác từ vật liệu nhựa PVC (khung, bàn).
Máy nhỏ gọn với kích thước di chuyển X:200mm ,Y:300mm, Z:80mm, trọng lượng
khoảng 20kg. Mạch điều khiển và nguồn điện nằm tách rời.
- Công suất motor khắc (Spindle): 300W , 12 - 48V, tốc độ 3000 - 12000RPM
- Step motor: 42 stepper motor
- Main board: Mach3 CNC 5 trục
- Đầu giữ khoan: ER11 1/8inch = 3.17mm
- Cổng kết nối máy in: Parallel 25pin
- Kích thước: D x R x C = 410 x 310 x 330mm
- Khoảng chạy: X:200mm, Y:300mm, Z:80mm
Ứng dụng:
- Sữa chữa điện thoại: phay IC, khoan lỗ
- Phay, khoan mạch in
chạm/khắc cho nhôm, đồng (giới hạn)
DUT.LRCC

1.4.4. Máy khắc laserbox A4 3W
Máy khắc laserbox A4 3W có thể dùng để in bất kỳ hình ảnh nào từ file điện tử.
Với phần mềm chuyên dụng, dễ dàng sử dụng, sẽ giúp bạn sáng tác nhiều sản phẩm
hình ảnh, chữ, mã số, logo,... lên các vật liệu gỗ, nhựa, da,...
- Kích thước: DxRxC = 520 x 500 x 170mm;
- Có tích hợp nút tạm dừng, tắt nguồn trên khung.
- Adapter cấp nguồn 12V 5A.
- Cáp Mini port USB kết nối máy tính (có thể dùng cho Win XP, Win7 hoặc cao
hơn).
- Phần mềm chuyên dụng laser, nhiều tính năng, sử dụng đơn giản. Có thể nạp
file thiết kế (đuôi .nc) từ bên ngoài vào để tạo nhiều sản phẩm khắc độc đáo theo cách
riêng của người sủ dụng.
- Tặng kính bảo vệ mắt chuyên dùng cho máy laser.
- Đặc biệt điểm nổi bật của máy là tốc độ nhanh, có thể chạy đến 2000mm/min,
chạy chữ lớn không bị nhiễu bước
DUT.LRCC

Hình 1.4 : Máy khắc laserbox
DUT.LRCC

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ CẤU
2.1.Chọn cơ cấu dẫn động.
2.1.1.Động cơ dẫn động các trục tọa độ :
2.1.1.1.Động cơ bước (stepping motor ).
• Ưu điểm :
− Khi dùng động cơ bước không cần mạch phản hồi cho cả vi điều khiển vị trí
và vận tốc .
− Thích hợp với các thiết bị điều khiển số. Với khả năng điều khiển số trực tiếp,
động cơ bước trở thành thông dụng trong các thiết bị cơ điện tử hiện đại.
− Thường được sử dụng trong các hệ thống máy CNC.
• Nhược điểm :
− Phạm vi ứng dụng là ở vùng công suất nhỏ và trung bình. Việc nghiên cứu
nâng công suất động cơ bước đang là vấn đề rất được quan tâm hiện nay.
− Hiệu suất động cơ bước thấp hơn các loại động cơ khác.
2.1.1.2.Động cơ một chiều (DC motor).
• Ưu điểm:
− Momen xoắn lớn, giá thành rẻ.
• Nhược điểm:
− Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp.
− Phải có mạch phản hồi thì mới nâng cao độ chính xác.
2.1.1.3.Động cơ SERVO:
• Ưu điểm:
Momen xoắn lớn, có cả 2 loại AC và DC.
Tốc độ đáp ứng nhanh, độ chính xác cao.
• Nhược điểm:
Driver phức tạp, giá thành cao.
2.1.1.4.Kết luận :
DUT.LRCC

Ta chọn động cơ bước làm động cơ dẫn động các trục tọa độ với các thống
2.1.2.Giới thiệu về động cơ bước :
2.1.2.1.Khái niệm:
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với
đa số động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ
dùng để biến đổi các tính hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế
tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto có
khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết.
2.1.2.2.Cấu tạo:
Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai động cơ: Động cơ
một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm sóc công suất nhỏ.
2.1.2.3.Hoạt động:
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng
bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ
các bộ chuyển mạch điện từ đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và
một tần số nhất định.
Tổng số góc quay của roto tương ứng với tầng số chuyển mạch, cũng như chiều
quay và tốc độ quay của roto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển
đổi.
2.1.2.4.Ứng dụng :
Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp
hành hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số.
Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong các ngành Tự động hóa, chúng được
ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ: Điều khiển robot,
điều khiển các trục của máy CNC, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học,
điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay…
Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ở đĩa cứng,
ở đĩa mềm, máy in……..
2.1.2.5.Quy ước chế tạo bước của động cơ:
Bảng 2.1: Bước góc của động cơ bước được được chế tạo theo bảng tiêu chuẩn
Step angle Steps per revolution
0.9
1.8
3.6
3.75
7.5
15.0
400
200
100
96
48
24
DUT.LRCC

2.1.2.6.Vấn đề trước sự trượt bước.
Trong điều khiển động cơ thì hai vấn đề cơ bản là tốc độ và độ chính xác về vị
trí. Tốc độ của động cơ bước có khả năng điều khiển một cách khá chính xác
thông qua lượng xung cung cấp cho động cơ. Vấn đề quan trọng đối với động
cơ bước là độ chính xác về vị trí hay còn gọi là sự trượt trong quá trình hoạt
động của động cơ.
Sau khi thực hiện mỗi bước dịch chuyển, rotor của động cơ bước luôn có xu
hướng dao động xung quanh vị trí cân bằng một thời gian. Nó cũng tương tự
như sự giao động trong một hệ thống cơ học, nguyên nhân của sự dao động này
là do tải trọng và do nguồn cấp điện điều chỉnh động cơ . Sự trượt này có thể
được cải thiện bằng cách tăng ma sát hoặc sử dụng hệ thống dập tắt dao động
cơ khí, tuy nhiên sử dụng hai phương pháp này đều làm tăng giá thành và sự
phức tạp của hệ thống. Cách tốt nhất và thường được sử dụng là sử dụng là làm
trễ xung cuối cùng, do đó thời gian tác động của xung cuối cùng bị giảm bớt và
do đó sau khi kết thúc bước cuối cùng động cơ có thế dừng lại cột cách chính
xác hơn.
2.1.3.Tính và chọn công suất động cơ điện.
Việc tính toán lựa chọn động cơ điện phụ thuộc hoàn toàn vào các yêu tố đầu
vào:
− Momen xoắn của trục dẫn động cuối cùng
− Hiệu suất truyền
− Chế độ làm việc
− Loại động cơ điện sử dụng
− Tính momen xoắn của trục dẫn động: tùy vào đặc của mỗi cơ hệ ta tính được
momen xoắn này bằng công thức:
Momen = lực*cánh tay đòn
− Hiệu suất truyền: nếu có một hệ thống giảm tốc với nhiều cặp truyền thì hiệu
suất của hệ thống bằng tích của cc hiệu suất thành phần.
− Các hiệu suất thành phần này được lựa chọn một cách tương đối theo từng bộ
truyền ví dụ như : Trục vít-bánh vít 0.6 => 0.72 , bánh răng thẳng 0.9 => 0.95,
vòng bi 0.99, bạc 0.96 => 0.98….
− Chế độ làm việc liên quan tới tuổi thọ của hộp giảm tốc và động cơ. Sau khi
tính toán sơ bộ phải chú ý đến điều này để chọn loại động cơ hợp lí.
− Chọn động cơ: chọn công suất động cơ theo công thức :
▪ P=T*n/9.55810(exp6)
o Trong đó :
▪ T là momen xoắn trên trục động cơ ( Nmm )
▪ P là công suất động cơ ( KW )
DUT.LRCC

▪ n là số vòng ( vòng/phút )
2.2.Lựa chọn phương án di chuyển trục
2.2.1.Phương án phôi cố định
Trục Y chuyển động trên bệ máy , trục X chuyển động trên trục Y , trục Z
chuyển động trên thân máy :
− Đặc điểm :
− Như trên hình, để trục Y có thể trượt được trên bệ đỡ cần có các thanh trượt,
động cơ, cơ cấu truyền động. Đồng thời nó vừa phải nâng được trục X nên nó
thường phải có kết cấu vũng chắc để toàn bộ phần trượt Y không bị vênh. Xộc
xệch khi di chuyển. Đồng thời 2 thanh trượt đỡ 2 bên phải đủ lớn và cứng
vững để khi gia công thì thanh trượt trượt không bị rơ, công vênh, đảm bảo
trượt ổn định và không sai số.
− Trục X trượt trên trục Y có gắn các hệ số các thanh trượt, cơ cấu truyền động,
động cơ... tất cả các bộ phận này chuyển động cùng với trục Y. Trên trục X có
gắn bàn máy nên yêu cầu thanh trượt phải cứng vững, không bị công vênh khi
chịu tải.
− Trên trục Z trượt trên thân máy nên có các thanh trượt, động cơ, cơ cấu truyền
động cho trục Z.
2.2.2. Lựa chọn phương án thiết kế khung máy.
- Phương án trục X di chuyển trên trục Y, phôi di chuyển trên trục X và dụng cụ
gia công di chuyển theo trục Z .
• Đặc điểm:
− Phần cố định bao gồm khung máy ( hay bệ đỡ), các trục trượt, động cơ và cơ
cấu truyền động của trục Y và trục Z gắn cố định và khung máy.
− Trục Y và trục Z đều trượt trên các thanh trượt gắn cố định ở khung, trục X
trượt trên trục Y, nên trên trục X có các thanh trượt, động cơ và cơ cấu truyền
động của trục Y.
2.3.Lựa chọn cơ cấu truyền động
Có 2 phương án chính là dung vit me đai ốc và dùng đai
2.3.1.Vít me đai ốc
2.3.1.1 Vít me đai ốc thường
− Vít me được gắn đồng trục với động cơ, khi động cơ quay, vít me quay, động
cơ và vít me gắn cố định, làm cho đai ốc sẽ di chuyển dọc theo trục vít me. Đai
ốc thì được gắn chặt vào bộ phận cần chuyển động ( trục X, Y, Z).
DUT.LRCC

− Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và bước ren của trục vit, một
vòng quay của động cơ sẽ làm đai ốc di chuyển một đoạn bằng bước ren của
trục vít, vì vậy tốc độ di chuyển của bộ phận trượt ở phương án này là chậm và
có độ chính xác khi chuyển động không cao vì có độ rơ của đai ốc. Dùng động
cơ bước có bước góc càng nhỏ và trục ren có bước ren càng nhỏ thì độ chính
xác di chuyển càng cao.
− Một số ưu điểm khác là tạo ra lực đẩy lớn khi gia công mẫu vật. Phương án này
được dùng trong các máy CNC công nghiệp, gia công các loại vật lệu cứng,
kích thước lớn …
2.3.1.2.Vít me đai ốc bi.
− Đây là dạng vít me đai ốc thay vì ma sát trượt thong thường tiếp xúc giữa vit
me và đai ốc thong qua các viên bi, được chuyển thành ma sát lăn. Điều này
đem đến một ưu điểm: chỉ cần một lực quay rất nhỏ đã có thể làm cho đai ốc
chuyển động.
− Độ chính xác di chuyển cao do không có độ rơ giữa vitme và đai ốc.
− Trên đây là kết cấu của bộ truyền vít me đai ốc bi. Tuy có kết cấu đa dạng
nhưng các thành phần chủ yếu của bộ truyền bao gồm: vít me; đai ốc ; các viên
bi; và rãnh hồi bi .
− Vấn đề quan tâm trong bộ truyền vit me – đai ốc bi đó là dạng profin răng vit
me và đai ốc. profin răng vít me dạng chữ nhật và hình thang là chế tạo đơn
giản hơn cả nhưng khả năng chịu tải kém. Để tăng khả năng chịu tải, người ta
tăng bề mặt làm việc bằng cách chế tạo profin dạng tròn.
− Một vấn đề cũng rất quan trọng trong kết cấu của bộ truyền đó là kết cấu của
rãnh hồi bi; rãnh hồi bi có thể là dạng ống, hoặc là dạng theo lỗ khoan trong đai
ốc hoặc là dạng rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp.
− Rãnh hồi bi dạng ống có nhược điểm là tăng kích thước bộ chuyền, độ bền mòn
của đầu ống thấp, kẹp chặt ống có độ tin cậy không cao.
− Rãnh hồi bi theo lỗ khoan trên đai ốc có ưu điểm là kết cấu gọn và tính công
nghệ tốt song khả năng tách thành nhiều nhóm hồi bị khó khăn.
− Rãnh hồi bi giữa hai vòng ren kế tiếp: là dạng hồi bi được dung nhiều hơn cả,
có kích thước gọn nhất, không bị mòm nhanh, độ tin cậy cao và chiều dài rãnh
hồi bi lớn
2.3.1.3.Phương án dùng đai.
− Hai đầu của đai được dặt vừa vào hai puli có cùng kích thước răng với đai.
Một cái bắt chặt vào trục động cơ, còn cái còn lại bắt vào trục quay tự do ở
phía dọc theo chiều của trục được dẫn động. Một phần của đai được gắn chặt
với bộ phận của phần trượt. khi động cơ quay, toàn bộ đai dịch chuyển và kéo
theo các bộ phận đó di chuyển.
− Tốc độ di chuyển phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường kính của puli. một
vòng của trục động cơ sẽ làm bộ phận trượt di chuyển một đoạn bằng với chu
DUT.LRCC

vi của puli (thường là 20 – 30 mmm). Rõ ràng phương án này có tốc độ di
chuyển nhanh hơn rất nhiều.
− Nhưng đổi lại, độ chính xác di chuyển sẽ thấp có thể những sai lệch khi gia
công. Và lực đẩy nhỏ nên khi gặp tải lớn sẽ bị trượt bước hoắc dãn đai
2.3.2. Kết luận
− Chọn phương án phôi cố định dung vít me đai ốc bi làm cơ cấu chuyển động.
nhóm quyết định chọn phương án này vì thiết kế cơ khí đơn giản.
− Đảm bảo được các yêu cầu một máy CNC ở mức độ mô hình ứng dụng học
tập sử dụng vít me bi làm cho các trục di chuyển dễ dàng hơn.
2.4 Tính thông số bộ truyền cho cơ cấu dẫn hướng các trục
2.4.1 Tính toán thông số bộ truyền trục X
a. Cấu tạo
Hình 2.1 Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục X
b. Tính chọn trục X:
Bước vit-me: l = 4 (mm).
Chiều dài hành trình lớn nhất: 280 (mm).
Đường kính vit-me: 10 (mm).
Chọn động cơ:
Hệ số ma sát trượt giữa thép và gang là µ = 0.12
Gia tốc trọng trường g = 10m/s2
DUT.LRCC

Khối lượng của phần đai ốc là: m = 1,5 kg.
Góc nghiêng của trục α = 0.
Tỉ số truyền giảm tốc i = 1 ( Do chọn phương án động cơ nối trực tiếp với cit-me
không qua hộp giảm tốc).
Hiệu suất làm việc của mày chọn η = 0,9.
Tốc độ quay lớn nhất của động cơ 2000 vg/ph.
Tính moment ma sát:
Mfric =
m.g.µ.l.cosα
2.π.i.η
=
1,5∗10∗0,12∗0,004∗cos 0̊
2∗π∗1∗0.9
= 0,0013 (N.m)
Tính moment chống trọng lực của kết cấu:
MWZ =
m.g.µ.l.sinα
2.π.i.η
=
1,5∗10∗0,12∗0,004∗sin 0̊
2∗π∗1∗0.9
= 0 (N.m)
=> Vì cơ cấu nằm ngang nên α = 0.
Tính vận tốc dài với đường kính trục vit-me đã được chọn là 10 mm, ta có:
Vmax = =
π.D.n
60.1000
=
π∗10∗2000
60∗1000
= 1.05 (m/s)
Tính tốc độ quay của động cơ bước:
Nnomal =
𝑉𝑚𝑎𝑥.i
l
=
1.05∗1
0.004
= 262.5 (vg/phut)
= > dựa vào tốc độn của motor, ta chọn loại động cơ bước: KH56KMU110
thông số cơ bản:
- Thương hiệu : Janpan servo.
- Góc bước : 1,8 độ/ bước.
- Dòng: 2A
- Loại nam châm vĩnh cữu.
DUT.LRCC

Hình 2.2: Động cơ bước trục X.
2.4.2 Tính toán thông số bộ truyền trục Y
a. Cấu tạo
Hình 2. 3 Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục Y
b. Tính chọn trục Y:
DUT.LRCC

Chọn động cơ:
Khối lượng của phần đai ốc là: m = 2 kg.
Mfric =
m.g.µ.l.cosα
2.π.i.η
=
2∗10∗0,12∗0,004∗cos 0̊
2∗π∗1∗0.9
= 0,0017 (N.m)
MWZ =
m.g.µ.l.sinα
2.π.i.η
=
2∗10∗0,12∗0,004∗sin 0̊
2∗π∗1∗0.9
= 0 (N.m)
=> Vì cơ cấu nằm ngang nên α = 0.
Vmax = =
π.D.n
60.1000
=
π∗10∗2000
60∗1000
= 1.05 (m/s)
Nnomal =
𝑉𝑚𝑎𝑥.i
l
=
1.05∗1
0.004
= 262.5 (vg/phut)
= > dựa vào tốc độn của motor, ta chọn loại động cơ bước: thân tròn size 57.
DUT.LRCC

- Kích thước mặt bích: 57x57 mm.
- Chiều dài thân: 57 mm.
- Dòng chịu tải: 2A
- Góc bước: 1.8°/step
- Động cơ 2pha cũ- loại 6 dây
Hình 2.4: Động cơ bước trục Y
2.4.3 Tính toán thông số bộ truyền trục Z
a. Cấu tạo
Hình 2. 5 Cấu tạo bộ phận di chuyển theo trục Z
DUT.LRCC

b. Tính chọn trục Z:
Chọn động cơ:
Khối lượng của phần đai ốc là: m = 1.5 kg.
Mfric =
m.g.µ.l.cosα
2.π.i.η
=
1.5∗10∗0,12∗0,006∗cos 90
2∗π∗1∗0.9
= 0 (N.m)
MWZ =
m.g.µ.l.sinα
2.π.i.η
=
1,5∗10∗0,12∗0,006∗sin 90
2∗π∗1∗0.9
= 0,0019 (N.m)
Vmax = =
π.D.n
60.1000
=
π∗16∗2000
60∗1000
= 1..68 (m/s)
Nnomal =
𝑉𝑚𝑎𝑥.i
l
=
1.68∗1
0.006
= 280 (vg/phut)
= > dựa vào tốc độn của motor, ta chọn loại động cơ bước: KH56KMU110
thông số cơ bản:
DUT.LRCC

- Thương hiệu : Janpan servo.
- Góc bước : 1,8 độ/ bước.
- Dòng: 2A
- Loại nam châm vĩnh cữu.
Hình 2.6: Động cơ bước trục Z.
2.5 Thiết kế phần cơ khí
2.5.1. Một số chi tiết cơ khí
Các chi tiết cơ bản:
- Thanh nhôm định hình 30x30 mm.
- Nhôm tấm.
- Động cơ bước, Động cơ phay 775.
- Nối trục.
- Thanh trượt, vit-me, đai ốc, gối đỡ.
- Arduino, Driver tb6600….
DUT.LRCC

Hình 2.7: Bản vẽ mô hình 2D.
Hình 2.8: Bản vẽ 3D khung máy.
DUT.LRCC

2.5.2. Dao phay chuyên dụng.
Hình 2.9: Dao phay gỗ chuyên dụng,
2.5.3. Máy khi hoàn thành phần cơ khí
Hình 2.10: Máy khi đã hoàn thành
DUT.LRCC

2.6 Thiết kế phần điện tử
2.6.1. Kit Arduino UNO R3
Hình 2.11: Kit Arduino R3
Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật cơ bản
STT TÊN THÔNG SỐ
1 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit
2 Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
3 Tần số hoạt động 16 MHz
4 Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
5 Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC
6 Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
7 Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
8 Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
9 Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
10 Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
11 Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
12 Bộ nhớ flash
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
13 SRAM 2 KB (ATmega328)
14 EEPROM 1 KB (ATmega328)
DUT.LRCC

❖ Các chân năng lượng
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng
các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với
nhau.
- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
- Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực
dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo
ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ
chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với
việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
❖ Bộ nhớ
- Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
+ 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ
trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này
sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ
nhớ này đâu.
+ 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến
bạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần
nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở
thành thứ mà bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
+ 1Kb cho EEPROM: đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn
có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện
giống như dữ liệu trên SRAM.
(EEPROM: Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory)
❖ Các cổng vào/ra
- Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có
2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân
đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc
định thì các điện trở này không được kết nối).
- Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
DUT.LRCC

+ 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác
thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối
Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân
này nếu không cần thiết
+ Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung
PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28
-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm
analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở
chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân
khác.
+ Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13
(SCK). Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ
liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
+ LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L).
Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với
chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
- Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu
10bit (0 → 210
-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên
board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là
nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện
áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
- Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
2.6.2. Driver điều khiển động cơ bước: Tb6600
Hình 2.12: Module Tb6600.
DUT.LRCC

❖ Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600: sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng
cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây có dòng tải là 4A/42VDC.
Ứng dụng trong làm máy như CNC, Laser hay các máy tự động khác.
❖ Thông số kỹ thuật:
- Nguồn đầu vào là 9V - 42V.
- Dòng cấp tối đa là 4,5A.
- Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.
- Có tích hợp đo quá dòng quá áp.
❖ Cài đặt và ghép nối:
- DC+: Nối với nguồn điện từ 9 - 40VDC
- DC- : Điện áp (-) âm của nguồn
- A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước
- B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ
- PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600
- PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600
- DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600
- DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600
- ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen
giữ và quay nữa
❖ Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung
Bảng 2.3: Cài đặt bước cho driver
DUT.LRCC

Hình 2.13: Chức năng của từng chân driver.
Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý Step Driver Tb6600
DUT.LRCC

2.6.3. Động cơ chính
Hình 2.15: Động cơ chính
Thông số kỹ thuật:
- Tên: Motor 775
- Điện áp định mức: 12V
- Công suất: 100W
- Không tải: 0.27A
- Có tải: 3.25A
- Tốc độ: 7600 Vòng/ phút (12V); 18000 Vòng/ phút (24V)-Chiều cao: 45mm
- Đường kính động cơ bước: 17.5mm
- Chiều dài: 16mm(chiều dài trục ngang trên bước)
- Đường kính trục: 15mm(đường cắt cạnh: 1.5mm; cạnh chiều dài cắt: 13mm)
- Đường kính động cơ: 42mm
- Chiều dài cơ:66.5mm
- Chiều dài đuôi trục động cơ:4.5mm
- Trọng lượng động cơ:350g
- Chất lượng vỏ động cơ: nhôm
DUT.LRCC

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1 Sơ đồ nguyên lý.
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý
3.2: Sơ đồ kết nối mạch điện của máy:
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối mạch điện
Máy cắt kim
loại
Chi tiết gia
công
-Vị trí
-Báo lỗi
Cơ cấu điều
khiển
Tín hiệu
Chương
trình điều
khiển
-Chuyển động
-Vận tốc
Bàn phím
điều khiển
DUT.LRCC

3.3. Giới thiệu các phần mềm sử dụng:
3.3.1. Phần mềm Arduino IDE
Hình 3.3: Logo phần mềm
Phần mềm khi được khởi động lên:
Hình 3.4: Màn hình làm việc
Chúng ta tiến hành cài đặt Driver để board Arduino có thể giao tiếp được với máy tính.
Hình 3.5: Kết nối với arduino.
DUT.LRCC

3.3.2. Phần mềm Aspire
Phần mềm Aspire là phần mềm chuyên dụng dùng để xuất file G-code để nạp
vào phần mềm điều khiển máy CNC để gia công.
Hình 3.6: Logo phần mềm.
Click vào biểu tượng logo và khởi động phần mềm Aspire.
Hình 3.7 : Màn hình làm việc của phần mềm Aspire .
3.3.3. Phần mềm bCNC:
DUT.LRCC

Phần mềm bCNC là phần mềm chuyên dụng dùng để điều khiển và nạp Gcode cho
arduino điều khiển theo như đã lập trình.
Hình 3.8 : Môi trường làm việc của phần mềm bCNC.
DUT.LRCC

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH TẠO RA SẢN PHẨM
4.1: Lập trình và xuất file Gcode với phần mềm Aspire.
Đầu tiên chúng ta khởi động phần mềm, chọn create a new file. Sau đó thiết lập
thông số của phôi.
Hình 4.1: Giao diện cài đặt thông số phôi.
Tiếp theo chúng ta vào tìm đến đường link có chứa file gia công để chọn tranh
cần gia công.
Sau đó chọn mục modeling, chọn biểu tượng để chuyển từ định dạng 2D sang 3D.
Hình 4.2 : File 3D được chuyển từ file tranh 2D.
DUT.LRCC

Tiếp đến chúng ta tiến hành chọn dao. Ở đây phần mềm hỗ trợ hầu hết các loại dao cơ
bản cho điêu khắc như:
- End Mills: là loại dao phay ngón.
Hình 4.3: dao phay ngón
- Ball Nose : Dao phay cầu.
Hình 4.4 Dao phay cầu
- Dao Engraving: Loại dao côn chuyên dụng cho điêu khắc.
Hình 4.5: Dao côn
- Và một số loại dao khác như: dao V-bit, mũi khoan…
DUT.LRCC

Nhấn vào biểu tượng để tùy chọn dao theo yêu cầu. Nhập các thông số dao
mà ta đang sử dụng.
Hình 4.6: Thiết lập thông số chạy dao.
Sau khi chọn dao xong. Ta thiết lập đường chạy dao. Trong phần mềm này hổ trợ các
chu trình phay điển hình như:
- Profile Milling: Phay biên dạng.
- Pocket Milling : Phay hóc.
- Drilling: Khoan lỗ.
Và 2 chu trình gia công cơ bản:
- Gia công thô: 3D roughing Toolpath
- Gia công tinh: 3D Finishing Toolpath .
Hình 4.7: Thiết lập gia công thô-tinh
DUT.LRCC

- Sau khi đã thiết lập xong chu trình gia công, ta bấm Caculate để phần mềm tính
toán đường gia công, và lưu lại file dưới đuôi. tap.
- Để mô phỏng đường dao chạy, ta click vào phần Preview Visable Toolpath.
Hình 4.8: Mô phong quá trình chạy dao bằng phần mềm.
4.2. Tiến hành điều khiển máy với phần mềm bCNC.
Đầu tiên chúng ta khởi động phần mềm bCNC, sau đó chọn cổng COM, tiếp
đến là chọn Baud Rate là 115200, sau đó chọn vào phần Mở để tiến hành kết nối với
máy.
Hình 4.9 : Chu trình kết nối với máy.
Chúng ta cài đặt thông số cơ bản cho máy. Vào mục Công cụ, sau đó chỉnh các
thông số thích hợp.
1
2
Tiến hành kết
nối với máy
DUT.LRCC

Hình 4.10: Bảng cài đặt thông số máy.
Cài đặt điểm gốc cho máy bằng cách di chuyển dao theo các trục X,Y,Z sau đó
nhấn vào Zero Position để set gốc máy.
Hình 4.11: Set tọa đồ góc cho máy
Tiếp đến chúng ta chọn File G-code đã được xuất ra từ phần mềm Aspire trước
đó.
DUT.LRCC

Hình 4.12: Load chu trình chạy dao cho máy.
Và cuối cùng chúng ta bật động cơ chính và nhấn vào bắt đầu đề tiến
hành gia công.
4.3. G-code được xuất ra từ phần mềm Aspire cho sản phẩm trên.
- T1M6
- G17
- G0Z10.000
- G0X0.000Y0.000S12000M3
- G0X-35.000Y-59.868Z2.000
- G1Z-1.500F90.0
- G1X-30.556F300.0
- X-30.510Z-1.493
- X-30.419Z-1.492
- X-30.327Z-1.480
- X-30.281Z-1.480
- X-30.236Z-1.471
- X-30.007Z-1.469
- X-29.961Z-1.445
- X-29.869
- X-29.823Z-1.433
DUT.LRCC

- X-29.686Z-1.430
- X-29.640Z-1.421
- X-29.594Z-1.398
- X-29.548Z-1.394
- X-29.503Z-1.374
- X-29.457
- X-29.365Z-1.359
- X-29.319Z-1.359
- X-29.274Z-1.345
- X-29.228Z-1.339
- X-29.182
- X-29.136Z-1.315
- X-29.045
- X-28.999Z-1.292
- X-28.953Z-1.291
- X-28.907Z-1.285
- X-28.861Z-1.272
- X-28.724Z-1.265
- X-28.632Z-1.244
- X-28.541Z-1.241
- X-28.449Z-1.220
- X-28.220Z-1.217
- X-28.174Z-1.209
- X-28.082
- X-28.037Z-1.203
- X-27.991
- X-27.945Z-1.185
- X-27.808Z-1.183
- X-27.762Z-1.161
- X-27.716
- X-27.624Z-1.114
- X-27.533Z-1.099
- X-27.441Z-1.059
- X-27.395Z-1.027
DUT.LRCC

- X-27.304Z-0.984
- X-27.258
- X-27.212Z-0.961
- X-27.120Z-0.934
- X-27.075Z-0.925
- X-26.983
- X-26.846Z-0.919
- X-26.662Z-0.899
- X-26.616Z-0.897
- X-26.525Z-0.904
- X-26.479
- X-26.433Z-0.908
- X-26.387Z-0.919
- X-26.296
- X-26.250Z-0.925
- X-26.158Z-0.926
- X-26.067Z-0.946
- X-26.021Z-0.958
- X-25.975Z-0.978
- X-25.884Z-0.993
- X-25.838Z-1.006
- X-25.746Z-1.052
- X-25.700
- X-25.654Z-1.078
- X-25.609Z-1.111
- X-25.563Z-1.132
- X-25.517Z-1.173
- X-25.471Z-1.228
- X-25.425Z-1.271
- X-25.380Z-1.326
- X-25.242Z-1.345
- X-25.151Z-1.350
- X-25.105Z-1.359
- X-25.059
DUT.LRCC

- X-25.013Z-1.371
- X-24.967Z-1.389
- X-24.876Z-1.398
- X-24.784Z-1.430
- X-24.738Z-1.433
- X-24.692Z-1.442
- X-24.647Z-1.461
- X-24.601Z-1.463
- X-24.555Z-1.477
- X-24.463Z-1.499
- X-24.418Z-1.500
- X-20.936
- X-20.798Z-1.492
- X-20.753Z-1.487
- X-20.661Z-1.458
- X-20.615Z-1.451
- X-20.478Z-1.414
- X-20.432Z-1.395
- X-20.386Z-1.382
- X-20.295Z-1.367
- X-20.203Z-1.360
- X-20.111Z-1.368
- X-20.065Z-1.380
- X-20.020Z-1.368
- X-19.974Z-1.363
- X-19.928
- X-19.836Z-1.373
- X-19.791
- X-19.745Z-1.369
- X-19.699
- X-19.607Z-1.375
- X-19.470Z-1.373
- X-19.195Z-1.355
- X-19.058Z-1.342
DUT.LRCC

- X-19.012Z-1.340
- X-18.966Z-1.327
- X-18.874Z-1.316
- X-18.783Z-1.318
- X-18.737Z-1.323
- X-18.645Z-1.340
- X-18.554Z-1.346
- X-18.416Z-1.368
- X-18.370Z-1.373
- X-18.279Z-1.399
- X-18.233Z-1.420
- X-18.187Z-1.433
- X-18.050
- X-18.004Z-1.438
- X-17.958Z-1.433
- X-17.912
- X-17.866Z-1.438
- X-17.775Z-1.460
- X-17.592Z-1.500
- X-16.721
- X-16.630Z-1.493
- X-16.538Z-1.491
- X-16.492Z-1.487
- X-16.446Z-1.491
- X-16.401Z-1.500
- X-10.857
- X-10.812Z-1.499
- X-10.766Z-1.480
- X-10.720Z-1.468
- X-10.628Z-1.459
- X-10.582Z-1.448
- X-10.537Z-1.431
- X-10.491Z-1.419
- X-10.399Z-1.415
DUT.LRCC

- X-10.308Z-1.416
- X-10.262Z-1.420
- X-10.124Z-1.457
- X-10.079Z-1.466
- X-10.033Z-1.465
- X-9.987Z-1.469
- X-9.849Z-1.500
- X-9.758
- X-9.620
- X-9.483
- X-9.437
- X-9.391
- X-9.300
- X-9.208
- X-9.071
- X-9.025
- X-4.535
- X-4.490
- X-4.306
- X-4.215
- X-3.344
- X-3.298
- X-3.253
- X-3.207
- X-3.161
- X-2.428
- X-2.382
- X0.000
- Y-59.628
- X-0.733
- X-0.779
- X-0.825
- X-0.916
- X-0.962
DUT.LRCC

- X-1.054
…
…
…
- X-29.961
- X-29.869Z-1.613
- X-28.449
- X-28.403Z-1.622
- X-28.312
- X-28.266Z-1.634
- X-25.746
- X-25.700Z-1.645
- X-24.876Z-1.645
- X-24.830Z-1.634
- X-22.081
- X-22.035Z-1.639
- X-21.806
- X-21.715Z-1.636
- X-20.020
- X-19.974Z-1.646
- X-18.096
- X-18.050Z-1.640
- X-16.950Z-1.637
- X-16.859Z-1.634
- X-15.026
- X-14.935Z-1.626
- X-13.148
- X-13.056Z-1.634
- X-6.414
- X-6.368Z-1.633
- X-6.322Z-1.623
- X-5.406Z-1.622
- X-5.314Z-1.615
- X-4.535Z-1.614
DUT.LRCC

- X-4.444Z-1.610
- X-4.169
- X-4.123Z-1.604
- X-3.848Z-1.603
- X-3.757Z-1.592
- X-2.016
- X-1.970Z-1.587
- X-1.924
- X-1.878Z-1.580
- X-0.870
- X-0.825Z-1.586
- X0.000
- Y-0.108
- X-1.741Z-1.587
- X-1.787Z-1.592
- X-3.757
- X-3.802Z-1.603
- X-4.123Z-1.604
- X-4.169Z-1.610
- X-4.490Z-1.612
- X-4.581Z-1.615
- X-5.314
- X-5.406Z-1.622
- X-6.185Z-1.623
- X-6.276Z-1.627
- X-6.322
- X-6.368Z-1.633
- X-9.162Z-1.634
- X-13.102Z-1.633
- X-13.148Z-1.626
- X-14.935
- X-14.980Z-1.634
- X-16.904
- X-16.950Z-1.639
DUT.LRCC

- X-18.050Z-1.640
- X-18.096Z-1.646
- X-19.974
- X-20.065Z-1.636
- X-21.715
- X-21.806Z-1.639
- X-22.081Z-1.636
- X-22.264Z-1.634
- X-24.830
- X-24.876Z-1.645
- X-25.700Z-1.646
- X-25.792Z-1.634
- X-28.266
- X-28.357Z-1.622
- X-28.449
- X-28.495Z-1.613
- X-29.915
- X-30.007Z-1.610
- X-30.190
- X-30.236Z-1.606
- X-30.923
- X-30.969Z-1.602
- X-31.473
- X-31.564Z-1.598
- X-34.084Z-1.597
- X-34.130Z-1.590
- X-35.000
- G0Z2.000
- G0Z10.000
- G0X0.000Y0.000
M30
DUT.LRCC

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
Qua quá trình hiểu, nghiên cứu để tìm mô hình thích hợp, phương pháp tối ưu,
nghiên cứu về phần cứng cũng như phần mềm để hoàn thiện sản phẩm chúng em đã
gặt hái được rất nhiều kinh nghiệm quý báu, chúng em đã hiểu sâu và rộng hơn về các
mô hình máy CNC, về bộ phận, chức năng, phần mềm lập trình và điều khiển máy.
Mặc dù trong quá trình hoàn thiện sản phẩm chúng em cũng gặp rất nhiều khó
khan, như về phần kinh phí, về việc tìm ra mô hình tối ưu cho sản phẩm, cũng như lắp
ráp phần cứng và sử dụng các phần mềm lập trình cho máy. Nhưng chúng em đã hoàn
thiện máy đúng thời gian quy định, máy đã hoạt động ổn định, và tạo ra các sản phẩm
đẹp, và độ chính xác cao.
Về mô hình hiện tại em xin được đánh giá 1 cách khách quan về ưu và nhược
điểm như sau.
▪ Ưu điểm:
- Máy nhỏ gọn
- Kết cấu cứng vững.
- Động cơ hoạt động êm ái, ít rung lắc.
- Phần mềm hỗ trợ tương đối tốt cho máy.
- Thời gian gia công nhanh hơn rất nhiều so với làm thủ công, và hạn chế được
phế phẩm.
- Các linh kiện của máy dễ tìm kiếm.
- Máy dễ nâng cấp sau này.
▪ Nhược điểm:
- Hành trình của máy vẫn bị hạn chế, chỉ được 18x8 cm.
- Bàn máy vẫn chưa được cân bằng trong lúc gia công.
- Phần mềm xuất G-code vẫn gặp nhiều khó khăn, và Code vẫn có nhiều chỗ bị
thừa trong quá trình gia công, làm cho thời gian gia công bị lâu hơn.
- Bàn gá vẫn chưa tối ưu
- Tốc độ trục chính còn thấp dẫn đến tốc độ tiến dao cũng phải thấp, làm cho thời
gian gia công sản phẩm lâu hơn.
- Phần mềm hỗ trợ cho máy khó tìm kiếm, và thời gian nghiên cứu lâu.
- Các công tắc hành trình hoạt động chưa đúng như mong muốn.
- Động cơ hay bị nóng nếu quá trình gia công quá 15 phút.
- Qúa trình thay dao vẫn phải thực hiện thủ công.
DUT.LRCC

Hướng phát triển trong tương lai
Với đề tài máy CNC phay gỗ trong thời gian tới chúng em sẽ tinh chỉnh máy,
giảm thiểu các nhược điểm đã nói ở trên, đồng thời nâng cấp bộ thay dao tự động cho
máy, giúp cho quá trình gia công không còn phụ thuộc nhiều vào người điểu khiển,
giúp giảm thời gian gia công. Với bộ thay dao tự động chúng em mong muốn máy sẽ
thực hiện 3 nguyên công đó là phay tạo hình, phay mica, tạo hình, cắt khuôn….
DUT.LRCC

Thiết kế và chế tạo mô hình máy gia công gỗ CNC.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Thiết kế và chế tạo mô hình máy gia công gỗ CNC.pdf

Similar to Thiết kế và chế tạo mô hình máy gia công gỗ CNC.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (18)

Thiết kế và chế tạo mô hình máy gia công gỗ CNC.pdf