Ứng dụng công nghệ in 3d, chế tạo máy CNC mini gia công hoàn chỉnh mạch in

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ

----

ĐẶNG VĂN BIÊN

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ IN 3D
CHẾ TẠO MÁY CNC MINI GIA CƠNG
HỒN CHỈNH MẠCH IN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Khánh Hòa, Ngày 11 tháng 06 năm 2016

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
----

ĐẶNG VĂN BIÊN

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ IN 3D
CHẾ TẠO MÁY CNC MINI GIA CƠNG
HỒN CHỈNH MẠCH IN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. Nguyễn Thiên Chương

Khánh Hòa, Ngày 11 tháng 06 năm 2016
2


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường, được sự chỉ bảo và
giảng dạy nhiệt tình của thầy cơ trong trường cũng như các thầy cô trong bộ
môn Cơ điện tử, giúp em tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích là hành trang để
em bước vào tương lai. Cho em được gửi lời cảm ơn chân thành đến tồn thể
q thầy cơ đã giảng dạy và động viên em trong suốt thời gian vừa qua.
Nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS. Nguyễn Thiên Chương cùng
với sự cố gắng của bản thân và những góp ý của bạn bè và đồng nghiệp, sau một
khoảng thời gian nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp “Ứng dụng công nghệ In 3D,
chế tạo máy CNC mini gia cơng hồn chỉnh mạch in” của em đã hồn thành
đúng thời hạn được giao.
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc
nhất đến thầy TS. Nguyễn Thiên Chương đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình chỉ
bảo, định hướng chuyên mơn giúp em khắc phục kịp thời mọi khó khăn trong
q trình thực hiện, ln động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn
thành tốt đề tài này. Có được sự trưởng thành như ngày hơm nay, trên hết em
xin bày tỏ sự kính trọng và lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã
luôn ủng hộ và động viên em, tạo mọi điều kiện để em yên tâm học tập và rèn
luyện bản thân. Bên cạnh đó, xin được gửi lời cảm ơn tới bạn bè và động
nghiệp, những người luôn quan tâm chia sẻ và động viên trong suốt thời gian
học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã cố gắng trong q trình thực

hiện nhưng luận văn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự
góp ý của quý thầy cô và bạn bè.

Sinh viên thực hiện

ĐẶNG VĂN BIÊN

i


NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: ĐẶNG VĂN BIÊN
Lớp: 54CDT
MSSV: 54130130
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử
Đề tài: “Ứng dụng công nghệ In 3D, chế tạo máy CNC mini gia cơng hồn chỉnh
mạch in”.
Số trang:
75
Số chương: 4
Tài liệu tham khảo: 3
Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mơ hình.
NHẬN XÉT
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Kết luận: .........................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

Khánh Hòa, Ngày……. tháng….. năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký ghi rõ họ tên)

ii


PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên: ĐẶNG VĂN BIÊN
Lớp: 54CDT
MSSV: 54130130
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử
Tên đề tài: “Ứng dụng công nghệ In 3D, chế tạo máy CNC mini gia cơng hồn
chỉnh mạch in”.

Số trang: 75
Số chương: 4
Tài liệu tham khảo: 3
Hiện vật: 2 quyển báo cáo, 2 đĩa CD, 1 mô hình.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Kết luận: ........................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Điểm phản biện
Bằng số

Bằng chữ

Điểm chung
Bằng số

Khánh Hòa, Ngày…. tháng….. năm 2016
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký ghi rõ họ tên)

Khánh Hòa, Ngày…. tháng…. năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký ghi rõ họ tên)

Bằng chữ

iii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ...................................................................i
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI ............................................................. iii
MỤC LỤC ......................................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................vi
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................ix
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................................... 2
1.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................2
1.1.1. Giới thiệu máy CNC…………..………………………………………………2
1.1.2. Giới thiệu công nghệ in 3D. ..............................................................................2
1.1.3. Công nghệ gia công mạch in bằng máy CNC. ..................................................3
1.2. Mục tiêu đề tài. .....................................................................................................3
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .....................................4
2.1. Phương pháp nghiên cứu. .....................................................................................4
2.2. Yêu cầu hệ thông. .................................................................................................4
2.2.1. Yêu cầu phần cứng. ...........................................................................................4
2.2.2. Yêu cầu phần mềm. ...........................................................................................4
2.3. Phương án thiết kế. ............................................................................................... 5
2.3.1. Phương án 1. ......................................................................................................5
2.3.1.1 Phương án thiết kế trục Y. ...............................................................................5
2.3.1.2. Phương án thiết kế trục X. ..............................................................................5
2.3.1.3. Thiết kế trục Z. ............................................................................................... 7

2.3.1.4. Ưu điểm. .........................................................................................................7
2.3.1.5. Nhược điểm. ...................................................................................................7
2.3.1.6. Chế tạo thử nghiệm. .......................................................................................8
2.3.1.7. Nhận xét. .......................................................................................................11
2.3.2 Phương án 2. .....................................................................................................12
2.3.3. Kết luận............................................................................................................13
2.4. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí. .............................................................................13
2.4.1. Cơ sở lí thuyết. ................................................................................................ 13
2.4.2. Thiết kế. ...........................................................................................................13
2.4.2.1. Thiết kế trục X. ............................................................................................. 14
2.4.2.2. Thiết kế trục Y. ............................................................................................. 14
2.4.2.3. Thiết kế trục Z. ............................................................................................. 18
2.4.2.4. Thiết kế đồ gá. .............................................................................................. 19
2.4.3. Chế tạo phần cơ khí. ........................................................................................19
2.5. Thiết kế, chế tạo phần điều khiển. ......................................................................22
2.5.1. Cơ sơ lý thuyết................................................................................................. 22
2.5.1.1. Mạch điều khiển chính. ................................................................................22
2.5.1.2. Mạch công suất. ............................................................................................ 23
2.5.1.3. Động cơ. .......................................................................................................23
2.5.1.4. Mạch trung gian. ........................................................................................... 24
iv


2.5.2. Thiết kế. ...........................................................................................................24
2.5.2.1. Mạch điều khiển ........................................................................................... 24
2.5.2.2. Chương trình điều khiển trên arduino. .........................................................24
2.5.2.3. Chương trình điều khiển trên máy tính. .......................................................31
a. Phần mềm điều khiển máy. ....................................................................................31
b. Phần mềm đọc file mạch in. ..................................................................................32
c. Phần mềm xử lý file mạch in. ................................................................................32

Chương 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ............................................33
3.1. Chuẩn bị. .............................................................................................................33
3.2. Thi cơng lắp ráp. .................................................................................................38
3.2.1. Lắp ráp phần cơ khí. ........................................................................................38
3.2.1.1. Lắp ráp trục Y. .............................................................................................. 38
3.2.1.2. Lắp ráp trục X. .............................................................................................. 43
3.2.1.3. Lắp ráp trục Z. .............................................................................................. 45
3.2.2. Lắ p ráp phầ n điê ̣n tử. .......................................................................................48
3.3. Cha ̣y thử và kiể m tra đô ̣ ổ n đinh
̣ ........................................................................54
3.3.1. Kiể m tra ma ̣ch điê ̣n. ........................................................................................54
3.3.2. Kiể m tra các chi tiế t cơ khi.́ .............................................................................54
3.3.3. Cài đă ̣t các thông số . ........................................................................................54
3.3.3.1. Thiế t lâ ̣p phầ n đê ̣m grbl. ...............................................................................54
3.3.3.2. Thiế t lâ ̣p phầ n mề m bCNC. ..........................................................................55
3.3.3.3. Thiế t lâ ̣p phầ n mề m Flatcam. .......................................................................56
3.3.4. Cha ̣y thử. .........................................................................................................56
3.3.4.1. Kiể m tra đô ̣ chính xác của máy. ...................................................................56
3.3.4.2. Phay thử ma ̣ch in. .........................................................................................59
a. Xuấ t file ma ̣ch in từ phầ n mề m orcad.[2] .............................................................. 59
b. Xuấ t Gcode từ file ma ̣ch in....................................................................................62
c. Xuấ t Gcode từ file khoan. ......................................................................................65
d. Phay ma ̣ch..............................................................................................................67
e. Khoan ma ̣ch. ..........................................................................................................71
g. Cắ t ma ̣ch. ...............................................................................................................73
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ........................................................................74
4.1. Kế t luâ ̣n...............................................................................................................74
4.1.1. Kế t quả đă ̣t đươ ̣c.............................................................................................. 74
4.1.2 Kế t quả chưa đă ̣t đươ ̣c. .....................................................................................74
4.2. Đề xuấ t. ...............................................................................................................74

4.2.1. Đề xuấ t phầ n cứng. .......................................................................................... 74
4.2.2. Đề xuấ t phầ n mề m. .......................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 75

v


DANH MỤC HÌ NH
H2.1 Lắ p ráp tru ̣c Y trên phầ n mề m .............................................................................. 5
H2.2 Bàn phay ............................................................................................................... 5
H2.3 Lắ p ráp hoàn chỉnh tru ̣c y trên phầ n mề m ............................................................. 5
H2.4 Lắ p ráp tru ̣c X trên phầ n mề m .......................................................................... 6
H2.5 Hình ảnh tru ̣c Z phương án 1 ................................................................................. 7
H2.6 Lắ p thử nghiê ̣m tru ̣c Y ........................................................................................... 8
H2.7 Lắ p thử nghiê ̣m tru ̣c X........................................................................................... 9
H2.8 Lắ p ráp tru ̣c z. ...................................................................................................... 10
H2.9 Phân tích chuyể n đô ̣ng tru ̣c Z .............................................................................. 11
H2.10 Thiế t kế tru ̣c Z theo phương án 2 ...................................................................... 12
H2.11 Bạc đa ̣n B608zz ................................................................................................. 13
H2.12 Ty ren M8 .......................................................................................................... 13
H2.13 Ốc nố i ty ren M8 ................................................................................................ 13
H2.14 Máy khắ c remel ................................................................................................. 13
H2.15 ty trơn M8 .......................................................................................................... 13
H2.16 Kích thước đơ ̣ng cơ nema17 .............................................................................. 13
H2.17 Ở trươ ̣t LM8U .................................................................................................... 13
H2.18 Bản vẽ chi tiế t tam giac ..................................................................................... 14
H2.19 Bản vẽ bánh răng moto Z .................................................................................. 14
H2.20 Bản vẽ bánh răng ty ren ..................................................................................... 14
H2.21 Bản vẽ chố t giữ ty trơn ...................................................................................... 14
H2.22 Bản vẽ bánh răng moto y ................................................................................... 15

H2.23 Bánh răng ty ren ................................................................................................ 15
H2.24 Bản vẽ gá đỡ moto y ......................................................................................... 15
H2.25 Bản vẽ gá đỡ ty ren y ......................................................................................... 15
H2.26 Bản vẽ gá đỡ ty trơn trái .................................................................................... 15
H2.27 Bản vẽ gá đỡ ty trơn phải................................................................................... 15
H2.28 Bản vẽ đế ........................................................................................................... 16
H2.29 Bản vẽ bàn phay ................................................................................................ 17
H2.30 Bản vẽ Ổ gắ n bàn phay ...................................................................................... 17
H2.31 Bản vẽ con cha ̣y gắ n ố c nố i ty ren ..................................................................... 17
H2.32 Bản vẽ khung bên trái ........................................................................................ 17
H2.33 Bản vẽ khung bên phải ...................................................................................... 17
H2.36. Bản vẽ gá đỡ moto Z ........................................................................................ 18
H2.37. Bản vẽ Ổ gắn máy phay .................................................................................... 18
H2.38. Bản vẽ Ổ gắn máy phay trên ............................................................................ 18
H2.39. Bản vẽ đồ gá ..................................................................................................... 19
H2.40. Bản vẽ thanh kẹp đồ gá..................................................................................... 19
H2.41. Bản vẽ bọc ốc vít đồ gá .................................................................................... 19
H2.42. Hình ảnh chi tiết trước khi cắt lớp .................................................................... 20
H2.43. Hình ảnh sau khi cắt lớp ................................................................................... 20
H2.44. Hình ảnh quá trình in ........................................................................................ 20
H2.45. Hình ảnh một số chi tiết sau khi in ................................................................... 21
H2.46 Arduino uno ....................................................................................................... 22
H2.47 Bô ̣ điề khiể n máy ............................................................................................... 24
vi


H2.48 Mở thư viê ̣ grbl .................................................................................................. 25
H2.49 Na ̣p chương triǹ h grbl cho arduino ................................................................... 26
H2.50 Giao diê ̣n Universal gcode sender ..................................................................... 26
H2.51 Thiế t lâ ̣p grbl ..................................................................................................... 27

H2.52 Thiế t lâ ̣p $2 ........................................................................................................ 28
H2.53 Cài đă ̣t python 2.7 .............................................................................................. 32
H3.1 Lắ p ráp các chi tiế t phầ n đế ................................................................................. 38
H3.2 Lắ p ráp phầ n đế ................................................................................................... 39
H3.3 Lắ p ráp chân bàn phay và đồ gá .......................................................................... 40
H3.4 Lắ p bàn phay........................................................................................................ 41
H3.5 Lắ p ráp hoàn chỉnh tru ̣c Y ................................................................................... 42
H3.6 Lắ p ráp tru ̣c X ...................................................................................................... 43
H3.7 Lắ p ráp tru ̣c X vào khung máy ............................................................................ 44
H3.8 Lắ p ráp gá đỡ đô ̣ng cơ và máy phay.................................................................... 45
H3.9 Lắ p ráp khung tru ̣c Z ........................................................................................... 46
H3.10 Lắ p ráp trục Z hoàn chỉnh.................................................................................. 47
H3.11. Board CNC shield ............................................................................................. 48
H3.12. Jumper............................................................................................................... 48
H3.13. Thiế t lâ ̣p chế độ điề u khiể n............................................................................... 48
H3.14. Hướng gắ n A4988 lên board ............................................................................ 49
H3.15. CNC shield gắ n hoàn chin
̉ h .............................................................................. 49
H3.16. Gắ n board CNC shield lên arduino .................................................................. 50
H3.17. Gắ n qua ̣t tản nhiê ̣t vào hô ̣p bảo vệ ................................................................... 51
H3.18. Ráp ma ̣ch điê ̣n vào hô ̣p bảo vê .........................................................................
51
̣
H3.19 Bố trí ma ̣ch điê ̣n trên máy ................................................................................. 52
H3.20 Nố i dây ma ̣ch nguồ n .......................................................................................... 52
H3.21 Nố i dây đô ̣ng cơ bước........................................................................................ 53
H3.22 Lắ p hoàn chin̉ h máy .......................................................................................... 53
H3.23 Các giá tri ̣thiế t lâ ̣p grbl ..................................................................................... 54
H3.24 Thiế t lấ p bCNC .................................................................................................. 55
H3.25 Thiế t lâ ̣p đơn vi ̣đo cho Flatcam ........................................................................ 56

H3.26 Kế t nố i máy với phầ n mề m ............................................................................... 56
H3.27 Kić h thước bản vẽ cha ̣y thử máy ....................................................................... 57
H3.28 Kích thước sau khi phay .................................................................................... 57
H3.29 Kích thước bản vẽ đường tròn ........................................................................... 58
H3.30 Kić h thước sau khi phay đường tròn ................................................................. 58
H3.31 Đă ̣t to ̣a đô ̣ gố c cho bản vẽ ................................................................................. 59
H3.33 Thiế t lâ ̣p đinh
̣ dang file gerber .......................................................................... 60
H3.34 Xuấ t file gerber .................................................................................................. 61
H3.35 Mở file gerber .................................................................................................... 62
H3.36 File mạch in trên phần mềm Flatcam ................................................................ 62
H3.37 Thiế t lâ ̣p đường cha ̣y dao .................................................................................. 63
H3.38 Thiế t lâ ̣p đô ̣ ăn dao ............................................................................................ 64
H3.39. Thiế t lâ ̣p đô ̣ xâu đường cắ t board ..................................................................... 64
H3.40 Xuấ t gcode ......................................................................................................... 65
H3.41 File khoan chân linh kiê ̣n................................................................................... 65
H3.42 Khai báo đô ̣ khoan xâu ...................................................................................... 66
H3.43 Xuấ t gcode khoan chân linh kiê ̣n ...................................................................... 66
vii


H3.44 Dao phay ma ̣ch .................................................................................................. 67
H3.45 Mở gcode trên bCNC......................................................................................... 68
H3.46 Thay đổ i to ̣a đô ̣ file ............................................................................................ 68
H3.47 Thiế t lâ ̣p bề mă ̣t thăm do ................................................................................... 69
H3.48. Nút điều khiển bằng tay .................................................................................... 69
H3.49 Thăm dò bề mă ̣t phôi ......................................................................................... 70
H3.50 Thiế t lâ ̣p bù trừ điể m thăm dò ........................................................................... 70
H3.51 Phay ma ̣ch in ..................................................................................................... 71
H3.52 Mũi khoan ma ̣ch 0.6mm .................................................................................... 72

H3.53 Khoan ma ̣ch in ................................................................................................... 72
H3.54 Cắ t ma ̣ch in ........................................................................................................ 73
H3.55 Sản phâm cuố i cùng ........................................................................................... 73

viii


DANH MỤC BẢNG

B2.1 Thông số arduino uno .......................................................................................... 22
B2.2 Bản thiế t lâ ̣p chế đô ̣ hoa ̣t đô ̣ng của A49882 ........................................................ 23
B2.3 Thông số động cơ Nema17 .................................................................................. 23
B2.4 Danh sách các chi tiế t .......................................................................................... 33

ix


LỜI MỞ ĐẦU

Cơ điện tử được nhận định là ngành học khơng bao giờ cũ và có tầm quan
trọng trong sự nghiệp phát triển cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước. Sản
phẩm tạo ra là các hệ thống tự động hóa nâng cao năng suất lao động, là cốt lõi
của các dây chuyên sản xuất tự động và khép kín.
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, em quyết định chọn đề tài “Ứng dụng
công nghệ In 3D, chế tạo máy CNC mini gia cơng hồn chỉnh mạch in” làm
đồ án tốt nghiệp, với mong muốn sau khi hồn thành sản phẩm được ứng dụng
trong phịng thực hành của bộ môn Cơ điện tử để sinh viên khóa sau khơng phải
tốn q nhiều thời gian cho việc làm mạch in theo cách truyền thống.
Việc làm mạch in theo cách truyền thống phải trải qua nhiều công đoạn và tốn
nhiều thời gian: In mạch ra giấy, dùng bàn ủi để ủi mạch qua bản đồng, ngâm

trong nước để bóc giấy ra khỏi bản đồng và cuối cùng là rửa mạch in bằng hóa
chất, sau khi rửa mạch mới tiến hành khoan chân linh kiện. Nhưng với đề tài này
sản phẩm sau khi hoàn thành là một máy CNC mini gia cơng hồn chỉnh mạch
in. Sau khi có file thiết kế mạch in chỉ cần xuất ra file mềm đưa vào máy chạy
và sản phẩm nhận được là mạch in đã phay và khoan chân linh kiện, vừa tiết
kiệm thời gian mà khơng cần phải sử dụng đến hóa chất.
Em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Thiên Chương đã tận tình hướng
dẫn em hồn thành đề tài này. Tuy đề tài đã được hồn thành nhưng cịn nhiều
thiếu xót, rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cơ để đề tài hồn thiện
hơn nữa. Xin cảm ơn tồn thể q thầy cơ trong bộ mơn Cơ điện tử đã hết lòng
chỉ bảo và truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu, tạo điều kiện để
em hồn thành khóa học.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

ĐẶNG VĂN BIÊN

1


Chương 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Giới thiệu máy CNC
Máy CNC (computer numerical controlled) là những công cụ gia cơng tinh
tế có thể tạo ra những chi tiết phức tạp theo yêu cầu của công nghệ hiện đại.
Thuật ngữ CNC liên quan đến một nhóm máy móc lớn sử dụng logic máy tính
để điều khiển các chuyển động và thực hiện q trình gia cơng. Thiết kế máy
CNC hiện đại bắt nguồn từ tác phẩm của John T. Parsons cuối những năm 1940
và đầu những năm 1950. Các máy CNC hiện đại hoạt động bằng cách đọc hàng

nghìn bit thơng tin được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính chương trình. Để đặt
thơng tin này vào bộ nhớ, nhân viên lập trình tạo ra một loạt lệnh mà máy có thể
hiểu được. Chương trình có thể bao gồm các lệnh “mã hóa”, như “M03” –
hướng dẫn bộ điều khiển chuyển trục chính tới một vị trí mới hay “G99” –
hướng dẫn bộ điều khiển đọc một đầu vào phụ từ một q trình nào đó trong
máy. Các lệnh mã hóa là phương thức phổ biến nhất để lập trình một công cụ
máy CNC. Tuy nhiên, sự tiến bộ trong máy tính đã cho phép các nhà sản xuất
cơng cụ máy tạo ra “lập trình hội thoại”. Trong lập trình hội thoại, lệnh “M03”
được nhập đơn giản như “MOVE” và “G99” là “READ”. Kiểu lập trình này cho
phép đào tạo nhanh hơn và nhân viên lập trình khơng phải nhớ nhiều ý nghĩa của
mật mã. Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng hầu hết các máy sử dụng lập trình hội
thoại vẫn đọc các chương trình mã hóa, do đó ngành công nghiệp vẫn đặt nhiều
niềm tin vào dạng lập trình này. Bộ điều khiển cũng giúp nhân viên lập trình
tăng tốc độ sử dụng máy. [1].
1.1.2. Giới thiệu cơng nghệ in 3D.
1984 Charles Hull phát triển cơng nghệ có thể tạo ra được một vật thể hữu
hình vật lý 3D từ các dữ liệu số. 1986 Charles Hull đặt tên cho cơng nghệ của
mình là Stereolithography và đăng ký bản quyền phát minh của mình.
Charles Hull thành lập cơng ty 3D System và phát triển máy in 3D thương mại
đầu tiên được gọi là Stereolithography Apparatus (SLA). Cùng năm này các
phát minh về LOM, SLS, DTM, EOS cũng được đăng ký bản quyền.
1987 3D System phát triển dòng sản phẩm SLA-250, đây là phiên bản máy in
3D đầu tiên được giới thiệu ra công chúng.
Năm 1988 Scott Crump phát minh ra công nghệ Fused Depositton Modeling
(FDM). 1989 Scott Crump thành lập Stratasys.
1991 Helisys bán chiếc máy đầu tiên dùng công nghệ Laminated Object
Manufacturing (LOM).
2

1993 Công ty Solidscape được thành lập để chế tạo ra dịng máy in 3d dựa trên
cơng nghệ in phun , máy có thể tạo ra những sản phẩm nhỏ với chất lượng bề
mặt rất cao. Năm 1993 Viện Công nghệ Massachusetts Institute of Technology
(MIT) đăng ký phát minh “3 Dimensional Printing techniques (3DP)”. Công
nghệ này giống với công nghệ máy in phun 2D bình thường . Đây cũng là khởi
điểm của cụm từ ”In 3D”.
Năm 2006 Dự án máy in 3D mã nguồn mở được khởi động (Reprap) mục đích
có thể tạo ra những máy in 3D có thể sao chép chính bản thân nó. Bạn có thể
điều chỉnh hay sửa đổi nó tùy ý nhưng phải tuân theo điều luật GNU General
Public Licence. Năm 2008 – Phiên bản đầu tiên của Reprap được phát hành. Nó
có thể sản xuất được 50 % các bộ phận của chính mình. [2]
1.1.3. Công nghệ gia công mạch in bằng máy CNC.
Việc ứng dụng máy CNC để gia công mạch in đã được sử dụng từ lâu. Ban
đầu các ý tưởng sử dụng máy CNC để gia công mạch in chủ yếu được làm bằng
phương pháp thủ công. Sau khi thiết kế xong mạch in được xuất ra một file ảnh
và sử dụng phần mềm ArtCam để đọc file ảnh rồi xuất ra mã code để máy CNC
có thể đọc được. Ngày nay với sự phát triển của công nghệ phần mềm, các phần
mềm thiết kế mạch in hỗ trợ việc xuất ra file mềm bao gồm cả vị trí các lỗ khoan
và các đường mạch in giúp cho việc gia công mạch in bằng máy CNC thuận tiện
và đạt hiệu quả cao hơn.
1.2. Mục tiêu đề tài.
Vận dụng kiến thức được học và các tài liệu tham khảo, ứng dụng công nghệ
in 3D chế tạo máy CNC mini gia cơng hồn chỉnh mạch in phục vụ cho việc học
tập.

3


Chương 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp nghiên cứu.

Đề tài được nghiên cứu theo phương pháp thực nghiệm, phù hợp với yêu
cầu thực tế đặt ra. Sản phẩm phải được thiết kế đảm bảo dễ dàng vận hành, sửa
chữa và lắp ráp. Theo đó em tiến hành nghiên cứu các nội dung sau:
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy CNC, các chương trình điều khiển máy
và phần mềm xử lý dữ liệu đầu vào cho máy.
- Tìm hiểu các mạch điều khiển máy CNC và phần đệm tương ứng, cách điều
chỉnh phần đệm để tương thích với máy.
- Tìm hiểu một số kiểu dáng máy CNC trong nước và trên thế giới.
- Nghiên cứu về các hệ truyền động đai và truyền động bánh răng, phương pháp
chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của máy.
- Phương pháp tạo mẫu bằng công nghệ In 3D, tìm hiểu ưu và nhược điểm của
các sản phẩm In 3D.
2.2. Yêu cầu hệ thống.
2.2.1. Yêu cầu phần cứng.
Phần cứng là phần cốt của máy, để máy hoạt động chính xác thì phần cứng
phải rất chính xác, độ rơ của máy nằm ở mức nhỏ nhất có thể và tuân thủ các
yêu cầu về độ bền, tính an tồn và tính thẩm mĩ:
- Đảm bảo vững chắc, khơng rung, lắc trong q trình máy hoạt động, các cơ
cấu truyền động hoạt động êm không gây tiếng ồn.
- Đảm bảo an tồn, khơng gây tai nạn cho người sử dụng.
- Tháo lắp dễ dàng, thuận lợi cho việc sửa chữa và bảo trì máy.
- Nhỏ gọn, khơng q nhiều chi tiết phụ, đảm bảo kết cấu thẩm mĩ và thích hợp
cho việc sử dụng trong phịng thực hành.
- Mạch điều khiển hoạt động ổn định, đảm bảo luôn hoạt động ở mức độ vừa
phải, không vượt quá công suất tối đa của mạch.
- Các kết nối dây điện phải đảm bảo chắc chắn và được bọc cẩn thận, tránh
trường hợp bị ảnh hưởng do tác động của môi trường.
- Nguồn điện cần được kết nối chính xác và an tồn, khơng gây chập mạch trong
q trình sử dụng.
2.2.2. Yêu cầu phần mềm.

Phần mềm là phần đưa ra các điều hướng để máy hoạt động, trực tiếp điều
khiển máy thông qua các mạch điện tử và động cơ. Để máy hoạt động chính xác
yêu cầu phần mềm phải đảm bảo chính xác về các thơng số điều khiển, giao diện
dễ sử dụng, đẹp mắt và thuận tiện trong việc cài đặt và thiết lập các thơng số,
tương thích với phần lớn các hệ điều hành phổ biến ở Việt Nam.
4


2.3. Phương án thiết kế.
2.3.1. Phương án 1.
Thiết kế máy CNC mini dựa trên các máy CNC đã có trên thị trường và lắp
ráp phân tích thử nghiệm trên phần mềm Solidworks 2013.
2.3.1.1 Phương án thiết kế trục Y.
Động cơ được gá cố định, sử dụng truyền động bánh răng có tỉ số truyền 1:1
để truyền động cho thanh ren M8. Bàn phay sử dụng ổ trượt LM8U và ốc nối ty
ren.

H2.2 Bàn phay

H2.1 Lắ p ráp tru ̣c Y trên phầ n mề m

H2.3 Lắ p hoàn chỉnh tru ̣c Y

5


2.3.1.2. Phương án thiết kế trục X.
Để gia công mạch in địi hỏi máy phải có độ chính xác cao và mức độ rung,
lắc rất nhỏ, dựa vào những yêu cầu đó em quyết định thiết kế trục X gồm 2
thanh trượt và một thanh ren truyền động được bố trí theo dạng khối trụ tam

giác.

H2.4 Lắp tru ̣c X trên phầ n khung

Phần trục X gồm 4 ở trượt LM8U và 1 ốc nối ty ren M8 được gắn vào chi tiết
khối tam giác giúp cho trục X vững chắc và di chuyển chính xác hơn. Phần cơ
cấu truyền động của trục X tương tự như trục Y sử dụng truyền động bánh răng
có tỉ số truyền 1:1. Chuyển động quay của động cơ được truyền cho Ty ren
chuyển động này tác động lên ốc nối ty ren được chuyển thành chuyển động tịnh
tiến theo hướng song song với ty ren.

6


2.3.1.3. Thiết kế trục Z.
Trục Z là phần kết nối trực tiếp với máy phay chịu ảnh hưởng rung lắc rất
mạnh của máy phay nên cần được thiết kế có khả năng chịu lực tốt và triệt tiêu
được rung lắc của máy phay, giúp đầu dao di chuyển chính xác. Về kết cấu phần
trục Z cũng được thiết kế gồm 2 thanh trượt và 1 ty ren và bố trí theo kết cấu
khối tam giác tương tự như trục X. Cơ cấu truyền động bánh răng với tỉ số
truyền 15/8.

H2.5 Tru ̣c Z

- Với thiết kế này động cơ và thanh ren sẽ di chuyển còn ốc nối ty ren sẽ được
giữ cố định ở chi tiết tam giác gắn giữa trục X và trục Z.
2.3.1.4. Ưu điểm.
Thiết kế theo phương án này tương đối nhỏ gọn, có tính thẩm mĩ. Khi lắp
ráp thử nghiệm trên phần mềm các trục ăn khớp với nhau hoàn toàn.
2.3.1.5. Nhược điểm.

Phần trục Z có nhược điểm bộ phận gá máy phay hơi mỏng khả năng chịu
lực không cao.
7


2.3.1.6. Chế tạo thử nghiệm.
- Lắp ráp trục Y.

H2.6 Lắ p ráp tru ̣c Y
8


- Lắp ráp trục X.

H2.7 Lắ p ráp tru ̣c X

9


- Lắp ráp trục Z và nối dây.

H2.8 Lắ p ráp truc Z và nố i dây

10


2.3.1.7. Nhận xét.
Sau khi Chế tạo phiên bản thử nghiệm theo phương án 1 đưa ra, khi chạy
thử phần trục X và trục Y hoạt động tương đối tốt và đạt yêu cầu đề ra. Tuy
nhiên phần trục Z khi di chuyển xuống gặp phôi khả năng ăn xuống phôi kém do

kết cấu truyền động của thanh ren chưa tốt, khi mũi khoan gặp bề mặt phôi do
lực cản của bề mặt phôi nên ty ren bị trượt ra khỏi ổ bi và chuyển động xuống
một cách độc lập mà không mang theo đầu mũi khoan đi xuống.

a. Trạng thái bình thường

b. Chuyển động xuống khi khơng gặp phơi

c. Khi gặp phôi.

H2.9 Phân tích chuyể n đô ̣ng tru ̣c Z theo phương án 1

11


2.3.2 Phương án 2.
Qua quá trình chạy thử với phiên bản thử nghiệm theo phương án một với
những ưu và nhược điểm trên em quyết định thiết kế lại trục Z để khắc phục
nhược điểm, giúp máy hoạt động tốt hơn.
Vì kết cấu ở phương án 1 cho động cơ di chuyển cùng với thanh ty ren tuy đơn
giản, nhỏ gon và dễ lắp ráp nhưng nhược điểm quá lớn, ở phương án này e quyết
định thiết kế trục Z theo kết cấu như trục X và Y. Động cơ sẽ được lắp cố định
còn ốc nối ty ren sẽ chuyển động để đưa máy phay chuyển động lên xuống.

b. Chi tiết tam giác gắn kết XYZ.

a. Gá gắn động cơ

c. Gá gắn máy phay dưới

d. Gá gắn máy phay trên

H2.10 Thiế t kế mới tru ̣c Z
12


2.3.3. Kết luận.
Sau qúa trình thiết kế và lắp ráp phân tích trên phần mềm, kết hợp chế tạo
thử nghiệm. Em quyết định chế tạo máy CNC mini có phần trục X và Y như đã
đưa ra ở phương án 1 và trục Z ở phương án 2.
2.4. Thiết kế, chế tạo phần cơ khí.
2.4.1. Cơ sở lí thuyết.
Việc thiết kế phần cơ khí cần được chuẩn hóa với các chi tiết cơ khí cần mua
trên thị trường để đảm bảo sau khi thiết kế các chi tiết được lắp ráp ăn khớp với
nhau. Đo và tìm hiểu kích thức các chi tiết cơ khí là cơ sở để thiết kế. Ngoài ra
khi thiết kế cần căn cứ vào khả năng chịu lực của chi tiết, đặc điểm của các dạng
kết cấu cơ khí.

H2.11. Bạc đạn B608zz:
Đường kính ngồi: 22mm
Đường kính trong: 8mm

H2.14. Máy khắc Dremel
Đường kính vở ngồi 50mm
Tốc độ 10000 đến 37000 v/p

H2.12. Ty ren M8
Bước ren 1.25mm

H2.15. Thanh ren

Đường kính 8mm

H2.17. Ổ trượt LM8U
Đường kính ngồi: 15mm
13

H2.13. Ốc nối ti ren M8
Đường kính ngồi: 12mm

H2.15. Kích
Ti trơn
M8 động cơ
H2.16.
thước
Đường
kính
8mm
bước nema17


2.4.2. Thiết kế.
2.4.2.1. Thiết kế trục X.

H2.18 Chi tiế t tam giác

H2.19 Bánh răng mô tơ X

H2.20. Bánh răng ty ren

H2.21. Chốt giữ ty trơn

14