THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VẼ TRANH ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ MÁY CNC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VẼ TRANH
ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ MÁY CNC

TÁC GIẢ

Phan Trọng Nghĩa
Nguyễn Văn Tính

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:

ThS. Đào Duy Vinh

Tháng 6 năm 2018
1


LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất cả quý thầy cô trường Đại Học Nông Lâm
TP.HCM, quý thầy cô khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã tạo mọi điều kiện, trang bị cho
chúng em kiến thức quý báu để có thể thực hiện đề tài một cách tốt nhất. Đặc biệt,
chúng em xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô bộ môn Cơ Điện Tử đã hỗ trợ em rất
nhiều trong quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em xin dành lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS. Đào Duy Vinh đã tận
tình hướng dẫn, góp ý trong suốt quá trình thực hiện khóa luận để chúng em có thể
hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân, các anh chị đi
trước cũng như là bạn bè đã ủng hộ, động viên và giúp đỡ trong suốt quá trình làm đề
tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện.

PHAN TRỌNG NGHĨA

NGUYỄN VĂN TÍNH

2


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu: “ Thiết kế chế tạo mô hình Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý
máy CNC ” được thực hiện tại xưởng cơ khí CK6 trường Đại Học Nông Lâm
TP.HCM. Đề tài được thực hiện từ tháng 12 năm 2017 đến tháng 6 năm 2018 với sự
hướng dẫn của Ths. ĐÀO DUY VINH.
Với việc tìm tòi và nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy CNC cùng với các
máy vẽ tranh trong nước và ngoài nước, từ đó đã phác thảo được bản vẽ chi tiết của
máy.
Ứng dụng phần mềm Solidworks để vẽ và thiết kế mô hình dạng 3D của máy, mô
phỏng một số chuyển động từ đó nắm bắt được nguyên lý hoạt động.
Biết cách sử dụng và nắm bắt được các phần mềm điều khiển, từ đó có thể thay thế
và hiểu chỉnh các chức năng trên phần mềm sao cho phù hợp với yêu cầu.
Xây dựng thành công mô hình và đảm bảo độ ổn định trong vận hành máy, tạo ra
nhưng sản phẩm với chất lượng và độ chính xác đạt với yêu cầu đặt ra .
Dựa trên những gì thu được sau khi hoàn thành. Chúng em hy vọng từ đề tài này
có thể giúp sinh viên tiếp cận dễ hơn đến nghành công nghiệp hiện đại, biết ứng dụng
nó vào trong học tập và nghiên cứu dựa trên nên tảng mô hình để phát triển và đưa vào
thực tế hơn.

3

MỤC LỤC

4


DANH SÁCH HÌNH

5


DANH SÁCH BẢNG

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đê
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ và đặc biệt
trong lĩnh vực thiết kế chế tạo, sự xuất hiện của các máy CNC đã và đang nhanh chóng
chiếm giữ vị trí, vai trò không thể thiếu trong việc sản xuất và chế tạo với những ưu
điểm là độ chính xác cao, tốc độ nhanh và hoặt động ổn định. Máy CNC được ứng
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực gia công chế tạo các thiết bị cơ khí, kim loại, điêu
khắc, vẽ tranh…
6


Với việc điều khiển bằng máy tính, máy CNC có thể cắt, tiện, gia công kim loại
theo những đường thẳng, đường cong và có thể khoăn lỗ bên trong khối phôi tạo ra
những đường hoa văn có độ chính xác cao và đẹp mắt. Máy CNC được phân theo
nhiều loại: 3 trục, 4 trục, 5 trục trong đó có 3 trục cơ bản là trục X, Y, Z. Các máy cắt

decal, máy in 3D, máy khắc… cũng được chế tạo dựa trên nguyên lý máy CNC.

a) Máy tiện CNC

b) Máy phay CNC
Hình 1.1 Máy CNC

Tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam, các máy CNC còn bị hạn chế bởi giá thành cao và
chỉ được sử dụng phổ biến là những máy có kích thước lớn, đặt cố định, vì vậy việc

7


ứng dụng máy CNC vào học tập và thực hành đang gặp nhiều khó khăn. Việc chế tạo
và phát triển ra Robot vẽ tranh hoạt động theo nguyên lý máy CNC đang rất cần thiết
để sinh viên và học sinh có thể hiểu rõ hơn về nguyên lý làm việc cũng như cấu tạo sơ
bộ của máy CNC công nghiệp ngoài thực tế. Vì thế chúng em đã được Thầy Ths Đào
Duy Vinh trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh hướng dẫn, tìm tòi,
nghiên cứu và chế tạo Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC.
1.2 Mục đích đê tài.
Nhằm nâng cao khả năng lập trình các chương trình trên nền tảng board Arduino
và khả năng vẽ, thiết kế trên các phần mềm thiết kế. Biết điều chỉnh, sử dụng các linh
kiện và thiết bị điện tử.
Tìm hiểu tham khảo các mô hình trong nước và ngoài nước, áp dụng lí thuyết đã
học để ứng dụng vào trong thực tế, tạo ra những sản phẩm có tính ứng dụng trong cuộc
sống hằng ngày.
Việc nghiên cứu chế tạo Robot vẽ tranh theo nguyên lý máy CNC di động dùng để
vẽ các hình ảnh trên giấy đã được chế tạo thành sản phẩm, góp phần cải tiến và nâng
cao sự hiểu biết về kĩ năng sử dụng máy CNC ngoài thực tế, dễ dàng học tập và nghiên
cứu dựa trên mô hình. Đặc biệt có thể vẽ lại các bức tranh dựa trên hình ảnh có sẵn với

chất lượng và độ chính xác tương đối cao.
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Về mặt khoa học: Đề tài vận dụng những kiến thức và kỹ thuật trong lĩnh vực cơ
điện tử nhằm giải quyết công việc một cách hiệu quả.
Về mặt thực tiễn: Kết quả nghiên cứu được ứng dụng một cách hữu ích cho việc
thiết kế và tạo ra hình ản


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan vê mô hình Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC.
Đất nước ta đang bước vào thời kỳ đổi mới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước với những cơ hội và thách thức lớn. Sự phát triển nhanh chóng của cách mạng
khoa học kĩ thuật nói chung, trong lĩnh vực điện – điện tử nói riêng đã và đang có đà
phát triển theo cách tích cực và được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Với các thiết
bị thông minh thay thế sức lao động của con người như Robot, máy CNC, máy giặt,
máy lau nhà... cơ điện tử đang dần chứng minh được vị thế và tầm quan trọng của sự
phát triển đất nước.
Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC là sản phẩm cho phép sử dụng máy
tính kết hợp với những phần mềm đã được lập trình để tạo ra những bức tranh từ hình
ảnh có sẵn, hoặc những nét chữ giống như thật bởi cơ cấu máy sử dụng bút viết và có
thể cầm nắm hầu hết các loại bút viết với độ tương thích của nó. Cho phép người dùng
có thể sử dụng để vẽ 1 bức tranh trang trí, vẽ chân dung, viết chữ…
Robot vẽ tranh hoạt động thông qua một chương trình đồ họa vector Inkscape với
mã nguồn mở, do đó người dùng hoàn toàn có thể viết lại các ứng dụng cho riêng
mình. Sản phẩm này có thể được sử dụng trên khổ giấy lớn như A4, hoặc cũng có khả
năng viết lên những thứ có diện tích nhỏ hơn như thẻ hay phong bì…
2.2 Giới thiệu một số máy hoạt động ứng dụng nguyên lý máy CNC
2.2.1 Máy in tranh tường 3D
Máy in tranh tường sử dụng công nghệ in hiện đại, thay thế việc vẽ tranh tường

bằng tay, trang trí bằng giấy dán tường với tranh ảnh phức tạp, đề can dán tường, thay
thế tranh phong cảnh.
Máy in tranh tường 3D có thể in trên mọi chất liệu và chuyên dùng in tranh lên
tường, in tranh logo, slogan, trang trí phòng khách, phòng ăn, phòng ngủ.... có thể in
bất cứ hình ảnh nào lên tường với kích thước tùy chọn.


Hình 2.1 Máy in tranh tường 3D: ZKMC - W8
2.2.2 Máy in 3D
In 3D là in ấn ra một vật thể 3D mà ta có thể cầm nắm, quan sát hay sử dụng nó.
Ngày nay máy in 3D được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày cũng như phục
vụ nhu cầu sản xuất chế tạo trong nhiều lĩnh vực như: Sản xuất tạo mẫu công nghiệp,
thiết kế nội thất, sản xuất tiêu dùng, giáo dục, thời trang và các mô hình như: Xe hơi,
ốc vít, chai nước, lọ hoa, giày, quần áo, ngôi nhà, đôi giày…

Hình 2.2 Máy in 3D
Một số sản phẩm của máy in 3D


Hình

2.3

Sản phẩm của

máy in 3D
2.3 Tình hình nghiên cứu Robot vẽ tranh
2.3.1 Tình hình nghiên cứu Robot vẽ tranh trong nước
Ở nước ta hiện nay, Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên máy CNC đã có nhưng còn
hạn chế. Tuy nhiên vì tính cấp thiết của đề tài và muốn hiểu rõ hơn được nguyên lý

hoạt động cũng như cấu tạo sơ bộ của máy CNC, nên đã và đang có nhiều Blog được
tạo ra để tìm hiểu và phát triển Robot vẽ tranh ngày một hoàn thiện hơn.
Giới thiệu một số Robot vẽ tranh CNC trong nước.

a) Robot vẽ tranh của trang Blogin3D

b) Robot vẽ tranh của trang Arduino vn

Hình 2.4 Máy vẽ tranh trong nước


2.3.2 Tình hình nghiên cứu Robot vẽ tranh ở ngoài nước.
Ở nước ngoài, đề tài về Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý CNC không mới, đặc
biệt Robot vẽ tranh được nghiên cứu rất phổ biến và đưa vào thương mại hóa nhiều.
Giới thiệu một số Robot vẽ tranh ở nước ngoài.

a) Robot vẽ AxiDraw V3

b) Robot vẽ của DanChenLap

Hình 2.5 Robot vẽ tranh ngoài nước
Thông số kỹ thuật Robot vẽ AxiDraw V3 được thể hiện như bảng 2.1.
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Robot vẽ AxiDraw V3
Tên sản phẩm
Kích thước
IC Driver
Nguồn
Cường độ dòng điện
Tốc độ di chuyển tối đa
Độ phân giải

Robot vẽ tranh AxiDraw V3
22 * 8,5 inch
Allegro A4983
9 – 25 VDC
46 mA – 1,25 A
11 inch / giây
2,032 bước / inch

Hiện nay trên thị trường, Robot vẽ AxiDraw được bán với giá 600 USD / máy.
2.3.3 Sản phẩm từ Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC
Việc nghiên cứu chế tạo Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC di động
dùng để vẽ các hình ảnh trên giấy đã được chế tạo thành sản phẩm sẽ góp phần cải tiến
và nâng cao sự hiểu biết và kĩ năng sử dụng máy CNC ngoài thực tế. Đặc biệt có thể
vẽ lại các bức tranh dựa trên hình ảnh có sẵn với chất lượng và độ chính xác tương đối
cao.


Một số sản phẩm từ Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC

Hình 2.6 Sản phẩm từ Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC
2.4 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đê tài
2.4.1 Mạch vi điêu khiển Atmega 328.
Mạch vi điều khiển Atmega 328 họ 8bit được tích hợp trên board mạch Arduino
Uno, có nhiệm vụ chứa các chương trình điều khiển đồng thời xử lý, xuất tín hiệu điều
khiển và tương tác với cơ cấu chấp hành trên toàn bộ hệ thống.

Hình 2.7 Arduino Uno R3
Những chân thường được sử dụng trong Arduino Uno R3:
GND: Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi dùng các thiết bị sử

dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.
5V: Cấp điện áp đầu ra 5V. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
3.3V: Cấp điện áp đầu ra 3.3V. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.


Vin: Để cấp nguồn ngoài cho Arduino Uno được nối với cực dương của nguồn,
cực âm của nguồn được nối với chân GND.
RESET: Được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ để reset vi điều khiển.
Các chân từ A0 → A5 được gọi là chân analog, dùng để cung cấp độ phân giải
tín hiệu 10bit (0 → 210-1) đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V.
Các chân từ 0 -13 được gọi là chân digital, dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu.
Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào và ra tối đa trên mỗi chân là
40mA.
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
Chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Dùng để gửi và nhận dữ liệu TTL Serial.
Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này.
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: Cho phép xuất ra xung PWM với độ phân
giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
Chân giao tiếp SPI: 10, 11, 12, 13. 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: Arduino Uno có 1 đèn led màu cam được tích hợp trên chân số 13. Khi
bấm nút Reset, đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Khi chân này được sử dụng, LED sẽ
sáng.
Thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 được thể hiện như bảng 2.1
Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật Arduino Uno R3
Vi điều khiển

Atmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động

5 VDC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Dòng tiêu thụ

30 mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12 VDC

Điện áp vào giới hạn

6-20 VDC

Số chân Digital I/O

14 chân (trong đó có 6 chân cung cấp PWM)

Số chân Input Analog

6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V)

50 mA

Bộ nhớ flash

32 KB


SRAM

2 KB (Atmega328)

EEPROM

1 KB (Atmega328)

2.4.2 Arduino Shield V3
Board Arduino CNC Shield V3 là board mở rộng của Arduino Uno R3 dùng để
điều khiển các máy CNC mini. Board có 4 khay dùng để cắm các mô đun điều khiển
động cơ bước A4988, khi đó board có thể điều khiển 3 trục X, Y, Z và thêm một trục
thứ 4 tùy chọn trên các máy CNC mini.

Hình 2.8 Arduino Shield V3
Nguyên lý hoạt động của Arduino Shield V3 tương tự như nguyên lý hoạt động
của Arduino Uno.
Một số đặc điểm nổi bật:
Tương thích GRBL (mã nguồn mở chạy trên Arduino Uno R3 để điều khiển CNC
mini)
Hỗ trợ lên tới 4 trục (trục X, Y, Z và một trục thứ tư tùy chọn)
Hỗ trợ tới 2 Endstop (cảm biến đầu và cuối) cho mỗi trục
Tính năng điều khiển Spindle

Tính năng điều khiển dung dịch làm mát khi máy hoạt động
Sử dụng các module điều khiển động cơ bước, giúp tiết kiệm chi phí khi thay thế,
nâng cấp
Thiết lập độ phân giải bước động cơ bằng jump đơn giản
Thiết kế nhỏ gọn, các đầu nối tiêu chuẩn thông dụng


Điện áp nguồn cấp đa dạng từ 12V tới 36V
2.4.3 Driver điêu khiển động cơ bước A4988
A4988 là driver điều khiển động cơ bước cực kỳ nhỏ gọn, hỗ trợ nhiều chế độ làm
việc, điều chỉnh được dòng ra cho động cơ, tự động ngắt điện khi quá nóng và được sử
dụng để điều khiển vi bước cho động cơ bước. Sơ đồ cấu tạo của driver A4988 được
thể hiện như hình 2.9.

Hình 2.9 Driver điều khiển động cơ bước A4988
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Driver A4988.
Để driver A4988 hoạt động, các chân 1, 2 trên driver phải được kết nối với bộ
nguồn tương ứng từ 3 – 5,5 V. Các chân 1A, 1B tương ứng với chân 3 và 4 được kết
nối với cùng một cuộn dây và các chân 2A, 2B tương ứng với chân 5 và chân 6 cũng
được kết nối với cùng một cuộn dây khác của động cơ bước. Sử dụng bộ nguồn từ 8 –
35V dùng để cấp nguồn cho động cơ bước thông qua các chân 7, 8 tương ứng với
GND và VMOT, sử dụng một tụ điện ít nhất 47 μF để bảo vệ driver khỏi điện áp quá
mức.


Các chân 15, 16 tương ứng với chân STEP và DIR của driver được kết nối với
Arduino Shield V3 để cấp xung và điều khiển hướng quay cho động cơ, với mỗi xung
nhận được động cơ sẽ dịch chuyển một bước tương ứng. Hai chân 13, 14 tương ứng
với RST và SLP được nối với nhau để chúng duy trì ở mức thấp làm giảm thiểu tiêu
thụ điện năng không cần thiết. Các chân 10, 11, 12 tương ứng với các chân MS1, MS2

và MS3 trên driver được sử dụng để điều khiển động cơ bước hoạt động ở chế độ vi
bước, mỗi chân MS1, MS2, MS3 được kích ở mức cao sẽ tăng số bước của động cơ
lên tùy thuộc vào số chân được kích, vì số bước của động cơ được chia nhỏ nên động
cơ sẽ hoạt động mềm mại và chính xác hơn. Chân 9 tương ứng với EN được sử dụng
để bật hoặc tắt đầu ra của driver, vì vậy khi hoạt động ở mức cao các đầu ra của driver
sẽ bị vô hiệu hóa.
2.4.4 Động cơ bước KH42KM2R015F.
Động cơ bước là động cơ đồng bộ, dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới
dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các
chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor vào những vị trí cần thiết. Sơ đồ cấu
tạo của động cơ bước được thể hiện như hình 2.10.

a)

b)

c)

1. Rotor; 2. Trục động cơ; 3. Stator; 4. Pha1; 5. Pha2; 6. Pha3; 7. Pha4; 8. Pha5
Hình 2.10 Cấu tạo động cơ bước KH42KM2R015F.
Nguyên lý hoạt động:
Động cơ bước làm việc dựa trên bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều
khiển vào stator theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rotor
tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay và tốc độ quay của rotor dựa vào thứ tự
chuyển đổi và tần số chuyển đổi của điện – từ trường, các cực cùng dấu đẩy nhau và


các cực khác dấu hút nhau. Chiều quay được xác định bởi từ trường của stator, từ
trường này là do dòng điện chạy qua lõi cuộn dây gây nên. Khi hướng của dòng thay
đổi thì cực từ trường cũng thay đổi theo, gây nên chuyển động ngược lại của động cơ

(đảo chiều). Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stator của động cơ thì rotor của
động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, đó là một bước quay của động cơ. Khi các xung
điện áp đặt vào các cuộn dây stator thay đổi liên tục thì rotor sẽ quay liên tục. Nhưng
thực chất chuyển động đó vẫn là chuyển động từ các bước rời rạc kết hợp lại với nhau.
Thông số kỹ thuật của động cơ bước được thể hiện như bảng 2.3.
Bảng 2.3 Bảng thông số kỹ thuật của động cơ bước KH42KM2R015F.
Mô men xoắn
Bước góc
Điện trở
Nhiệt độ môi trường
Giai đoạn
Điện áp
Cảm kháng
Mô men xoắn tĩnh tối đa
Mô men quán tính
Chiều dài thân
Chiều dài trục
Đường kính trục

6 N.m
1,8°
500 VDC – 1000 M/Min
0°C - 50°C
2 giai đoạn
3,72 V
3,1 mH
2,5 (kg.cm)
2700 (g.cm2)
76 mm
34 mm

12,7/14 (tùy chọn) với rãnh then

Nguyên tắc điêu khiển động cơ bước:
Điều khiển đủ bước:
Điều khiển đủ bước là mỗi lần cấp điện áp cho các cuộn dây, động cơ sẽ quay đủ 1
bước (1.8°), khi cấp xung điều khiển theo thứ tự từ trái sang phải của các cuộn dây,
động cơ bước quay theo chiều thuận và ngược lại, khi đảo thứ tự xung kích từ phải
sang trái động cơ quay theo chiều ngược lại.
Bảng 2.4 Điều khiển động cơ bước quay đủ bước
Bước
1
2
3
4
Điều khiển nửa bước:

Pha A
0
1
1
0

Pha B
1
1
0
0

Pha C
1

0
0
1

Pha D
0
0
1
1


Điều khiển nửa bước là mỗi lần cấp điện áp cho các cuộn dây, động cơ sẽ quay 1/2
bước (0.9°), khi cấp xung điều khiển theo thứ tự từ trái sang phải của các cuộn dây,
động cơ bước quay theo chiều thuận và ngược lại, khi đảo thứ tự xung kích từ phải
sang trái động cơ quay theo chiều ngược lại.
Bảng 2.5 Điều khiển động cơ bước quay nửa bước.
Bước
1
2
3
4
5
6
7
8

Pha A
1
1
0

0
0
0
0
1

Pha B
0
1
1
1
0
0
0
0

Pha C
0
0
0
1
1
1
0
0

Pha D
0
0
0

0
0
1
1
1

Khi điều khiển động cơ bước quay nửa bước, động cơ sẽ chạy mượt hơn so với khi
chạy đủ bước.
Điều khiển vi bước.
Sử dụng driver motor A4988 để điều khiển vi bước cho động cơ. Các chân 10, 11,
12 tương ứng với các chân MS1, MS2 và MS3 trên driver được sử dụng để điều khiển
động cơ bước hoạt động ở chế độ vi bước. Mỗi chân SM1, SM2, SM3 được kích ở
mức cao sẽ tăng số bước của động cơ lên tùy thuộc vào số chân được kích, độ phân
giải các bước được thể hiện như bảng sau:
Bảng 2.6 Điều chỉnh các bít qui định độ phân giải điều khiển theo kiểu vi bước
MS1
0
1
0
1
1

MS2
0
0
1
1
1

MS3

0
0
0
0
1

Vi bước
1
1/2
1/4
1/8
1/16

Trong Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC, Sử dụng vi bước 1/16, tương
ứng với mỗi động cơ bước có 200 bước sẽ được chia nhỏ mỗi bước lớn thành 16 bước
nhỏ, khi đó số bước của động cơ sẽ được nâng lên là:


Số bước bước.
Vì số bước của động cơ được chia nhỏ nên động cơ sẽ hoạt động mềm mại và
chính xác hơn.
Ứng dụng của động cơ bước:
Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành
đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện chính xác các lệnh đưa ra dưới dạng số.
Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành tự động hóa, cơ điện tử. Chúng
được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác như điều khiển robot, điều
khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điều
khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết
bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay…
2.4.5 Trục vít me – đai ốc bi.

Vít me đai ốc là một hệ thống chuyền động, được gia công chính xác để biến đổi
chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo nguyên lý ăn khớp của cặp ren
(giữa ren trong trên đai ốc với ren ngoài trên vít me). Tiếp xúc giữa trục vít và đai vít
là một lớp bi thép để giảm tối đa lực ma sát, giúp chuyền động một cách trơn tru và
chính xác, hoạt động liên tục bền bỉ trong thời gian dài. Sơ đồ cấu tạo của trục vít me
đai ốc được thể hiện như hình 2.11.

1. Trục vít me; 2. Máng đổi hướng bi; 3. Đai ốc; 4. Rãnh hồi bi
Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo trục vít me – đai ốc bi
Nguyên lý hoạt động:


Khi trục vít me quay thì ổ bi gồm vỏ ngoài, các viên bi thép chạy dọc trên các rãnh
hồi bi được tiện ren bên trong ổ thông qua các vòng hồi bi tạo thành các vòng tuần
hoàn kín hoặc hở, lớp bi thép này để giảm tối đa lực ma sát . Giúp chuyền động một
cách trơn tru và chính xác, hoạt động liên tục bền bỉ trong thời gian dài. Đai ốc kết hợp
với trục vit me để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, tạo thành
lực kéo hoặc lực đẩy.
Thông số kỹ thuật bộ vít me 8mm:
Bảng 2.7 thông số kỹ thuật của vít me – đai ốc bi
Loại sản phẩm
Đường kính ren
Vật liệu trục
Vật liệu đai ốc
Chiểu dài
Bước ren (P)
Số mối ren (Z)

Vít me - đai ốc bi
8 mm

Thép không gỉ
Đồng
50 mm
2 mm
4

Một số tính năng của vít me – đai ốc bi:
Thiêt kế nhỏ gọn và định vị cao:
Thao tác lắp ráp đơn giản
Truyền động nhanh:.
Độ cứng và độc bền cao:
Hoạt động trơn tru, ít gây ra tiếng ồn.
Mối liên hệ giữa vận tốc tịnh tiến của vít và số vòng quay trong một phút của đai
ốc
Trong đó: n – Số vòng quay
Z – Số mối ren
P – Bước ren, mm
Ứng dụng:
Để biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ chế vít me đai
ốc hoặc ngược lại.
Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điều khiển chính xác như Robot, các máy
nâng, máy CNC, máy in, máy photo, các thiết bị vận chuyển…


2.4.6 Nhôm định hình.
Nhôm định hình là những loại nhôm đã qua quá trình xử lý kim loại nhằm phát
huy tối đa các đặc tính vật lý của nhôm, phù hợp cho thiết kế sản xuất. Nhôm định
hình ngày càng được ứng dụng và phổ biến rộng rãi trong các ngành công nghiệp bởi
những ưu điểm vượt trội của nó.
Hình 2.12 Nhôm

định hình.
Một số ưu điểm
nổi bật:
Những

sản

phẩm

từ nhôm

định

hình được xử lý bởi không gian tinh tế, sáng
tạo ra những kiểu trang trí hiện đại, ấn tượng
và mới lạ mang phong cách hiện đại.
Được thiết kế và chế tạo rất vững chắc, có thể chịu được mọi sức ép từ môi
trường, không bị công vênh, co ngót, oxi hóa và han gỉ theo thời gian.
Nhôm định hình còn rất dễ lắp ghép với nhiều loại kính và khóa khác nhau, tạo ra
nhiều sự lựa chọn hơn cho người dùng.
2.4.7 Khớp nối mêm.
Khớp nối mềm là một phụ kiện quan trọng dùng để liên kết các chi tiết lại với
nhau đồng thời thực hiện nhiệm vụ truyền chuyển động từ chi tiết này sang chi tiết
khác đảm bảo sự ổn định của hệ thống vận hành

Hình 2.13 Khớp nối mềm


Khớp nối mềm có thể biến dạng cũng như đàn hồi rất tốt làm giảm các lực tác
dụng như va đập… và làm giảm đáng kể tải trọng động, ngăn ngừa tình trạng quá tải

cũng như bù sai lệch tâm giữa các trục.
Thông số kỹ thuật của khớp nối mềm được thể hiện như bảng 2.8
Bảng 2.8 Thông số kỹ thuật của khớp nối mềm
Loại sản phẩm
Đường kính trục vào
Đường kính trục ra
Chiều dài khớp nối
Vật liệu
Số lượng vít trí

Khớp nối mềm
5 mm
8 mm
25 mm
nhôm
4 (2 vít mỗi đầu)

Ứng dụng:
Khớp nối mềm thường được sử dụng trên các máy in 3D, CNC và laser mini để
nối trục động cơ với đầu vào vít me, trục ren... giúp điều khiển các trục một cách chính
xác và giảm tải trọng động lên hệ thống dẫn động.
2.4.8 Gối đỡ ổ bi FL08
Gối đỡ vòng bi là một dạng bi cầu được ôm bởi một gối đỡ có hình dạng không
giống nhau như tròn, vuông, hột xoài, omega, tùy theo từng ứng dụng mà hình có hình
dạng phù hợp. Nó là một dạng bi cầu được bao bọc bởi một lớp vỏ hợp kim gang chịu
lực, nên rất bền và khó nứt khi bị va đập mạnh với khả năng chịu tải và tốc độ quay
của vòng bi này là khá lớn.

Hình 2.14 Cấu tạo gối đỡ ổ bi FL08
Cấu tạo của gối đỡ vòng bi gồm 2 bộ phận chính là gối đỡ và bệ lăn

Nguyên lý hoạt động:
Bên trong các bệ lăn (bạc đạn) có các viên bi (hình cầu, hình trụ thẳng hoặc trụ
con) nhằm tạo ma sát lăn cho ổ trượt. Ma sát lăn này có độ lớn nhỏ hơn nhiều so với ổ


trượt. Việc hư vòng bi nếu không được thay thế sẽ làm hỏng các bộ phận liên quan như
trục hay nồi vòng bi.
Bảng 2.9 Thông số kỹ thuật của gối đỡ ổ bi FL08
Loại sản phẩm
Chất liệu
Đường kính trục
Kích thước bu lông
Khối lượng

Gối đỡ ổ bi FL08
Hợp kim
8 mm
M4
30 g

Một số đặc điểm nổi bật:
Có khả năng tự lựa
Có nắp chắn
Dễ dàng tháo lắp
Có thể hoán đổi giữa các cụm gối đỡ của các hãng khác
Có nhiều chủng loại, thích hợp cho rất nhiều ứng dụng. Bên cạnh đó, gối đỡ có
rất nhiều tiện ích khi sử dụng và có độ tin cậy cao.
Chốt giữ không quay ở vành ngoài
Chân giữ định vị lắp ráp
Ứng dụng:

Thường được sử dụng nhiều trong các băng chuyền, băng tải, máy nghiền, máy
cán và các ngành công nghiệp khác như quạt công nghiệp.
2.4.9 Bạc đạn trượt SCS30
Bạc đạn trượt SCS30 được làm từ thép chịu lực SUJ2, có độ cứng và độ bền cao,
được mạ bằng crom chống rỉ sét trên bề mặt, do vậy đảm bảo thẩm mỹ và chất lượng.


Hình 2.15 Bạc đạn trượt SCS30
Một số ưu điểm của bạc đạn trượt SCS30:
Giá thành rẻ, dễ dàng sử dụng và bảo trì bảo dưỡng.
Tốc độ di chuyển con trượt cao, lên đến 10m/s
Hoạt động trơn tru, tiếng ồn khi hoạt động thấp
Chống ăn mòn và kháng rỉ sắt
Dễ dàng lắp ráp, tháo lắp
Thông số kỹ thuật của bạc đạn trượt SCS30
Bảng 2.10 Thông số kỹ thuật của bạc đạn trượt SCS30
Loại sản phẩm
Chất liệu
Tốc độ di chuyển tối đa
Độ cứng
Độ cong
Độ dày mạ chrome
Bề mặt cứng dày
Đường kính trục

Bạc đạn trượt SCS30
Thép SUJ2
10m/s
HRC58 ± 2 (Gcr15: HRC60 ± 2)
Dưới 5μM/100mm

30μM
0.8μ ~ 3mm
8mm

Ứng dụng:
Được dùng để dẫn hướng trong các máy tự động hoá và ứng dụng phổ biến trong
lắp ráp máy CNC mini, máy in 3D, các loại máy có cơ cấu trượt tròn dẫn hướng...vv.
2.5 Các phần mêm điêu khiển
2.5.1 Phần mêm Inkscape
Inkscape là phần mềm mã nguồn mở cho xử lý đồ họa vector. Phần mềm Inkscape
có tính năng xử lý đồ họa vector tốt đồng thời phù hợp với các chuẩn XML, SVG và
CSS. Là một phần mềm đa nền tảng với đa số các phát triển chính là dành cho GNU
và Linux.