BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ, THI CƠNG MÁY CNC PHAY MẠCH IN

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Huỳnh Phát Huy
Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Tuấn Vũ

1711050034

17DTDA1

Lý Lập Chiêu

1711050001

17DTDA1

Đỗ Trung Hiếu

1711050007

17DTDA1

TP. Hồ Chí Minh, 9 / 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ, THI CƠNG MÁY CNC PHAY MẠCH IN

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Huỳnh Phát Huy
Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Lớp:

Nguyễn Tuấn Vũ

1711050034

17DTDA1

Lý Lập Chiêu

1711050001


17DTDA1

Đỗ Trung Hiếu

1711050007

17DTDA1

Ngày 1 tháng 9 năm 2021

Huỳnh Phát Huy
TP. Hồ Chí Minh, 9 / 2021


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Huỳnh Phát Huy đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn, các thầy cô trong Viện kỹ thuật
HUTECH đã tận tâm giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức của các môn đại cương
cũng như các mơn thuộc chun ngành, từ đó giúp em có được cơ sở lý thuyết vững
vàng và tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln quan tâm, giúp đỡ
và động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Lời cuối cùng em xin chân thành cảm ơn và kính gửi đến tồn thể Ban lãnh đạo, q
thầy cơ trường Đại học Công nghệ TPHCM lời chúc sức khỏe và hạnh phúc.
Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 31 Tháng 8 Năm 2021


ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...........................................................................ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................x
DANH SÁCH CÁC BẢNG .....................................................................................xiv
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................1
Chương 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ..................................................................4
1.1

Tính cần thiết, ứng dụng của đề tài ...............................................................4

1.1.1

Tính cần thiết của đề tài ..........................................................................4

1.1.2

Ứng dụng của đề tài ................................................................................4

1.2

Phạm vi giới hạn của đề tài............................................................................4

Chương 2

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP ........................................................................................7
2.1

Giới thiệu công nghệ CNC ............................................................................7

2.2

Giới thiệu công nghệ phay mạch in ...............................................................8

2.3

Các sản phẩm máy CNC phay 3 trục hiện nay ..............................................8

2.3.1

Cấu tạo cơ khí .........................................................................................9

2.3.2

Cấu tạo hệ điều khiển............................................................................10

2.3.3

Ứng dụng của máy phay CNC ..............................................................10

2.4

Máy CNC phay mạch in 3 trục sử dụng trong đề tài ...................................11

iii



2.4.1

Cấu tạo của máy CNC phay mạch in sử dụng trong đề tài ...................11

2.4.2

Nguyên lý, cách thức tạo ra sản phẩm mạch in ....................................11

2.4.3

Đặc điểm nổi bật của máy CNC phay mạch in sử dụng trong đề tài....11

Chương 3
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI.................................................................13
3.1

Giải pháp thực hiện......................................................................................13

3.2

Những yêu cầu của hệ thống .......................................................................13

3.2.1

Khung máy ............................................................................................13

3.2.2


Phần điện...............................................................................................13

3.2.3

Phần giao diện HMI ..............................................................................14

3.2.4

Hệ thống điều khiển ..............................................................................14

3.3

Quy trình vận hành hệ thống .......................................................................16

3.4

Kết luận........................................................................................................16

Chương 4
QUY TRÌNH THIẾT KẾ MƠ HÌNH .......................................................................17
4.1

Quy trình thiết kế cơ khí ..............................................................................17

4.1.1

Bàn máy ................................................................................................17

4.1.2


Thân máy ..............................................................................................17

4.1.3

Động cơ .................................................................................................18

4.1.4

Khớp nối ...............................................................................................19

4.1.5

Pad gắn động cơ ....................................................................................19

4.1.6

Trục vít me ............................................................................................19

4.1.7

Đai ốc ....................................................................................................20

4.1.8

Củ đục (Spindle) ...................................................................................21

iv


4.1.9


Bản vẽ 3D của mơ hình hồn chỉnh ......................................................21

4.1.10
4.2

Bản vẽ 2D của mơ hình .....................................................................22

Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển ........................................................24

4.2.1

Lưu đồ lập trình ....................................................................................24

4.2.2

Lưu đồ giải thuật ...................................................................................24

4.2.2.1

Lưu đồ giải thuật của hệ thống.......................................................24

4.2.2.2

Lưu đồ giải thuật cho chế độ Jog ...................................................25

4.2.2.3

Lưu đồ giải thuật cho chế độ trở về vị trí Home (Zero).................25


4.2.2.4

Lưu đồ giải thuật cho chế độ khoan mạch .....................................26

4.2.2.5

Lưu đồ giải thuật cho chế độ phay mạch .......................................27

4.2.2.6

Lưu đồ giải thuật cho chế độ cắt mạch ..........................................28

4.2.3

Cấu hình, tính năng, thơng số kỹ thuật của các thành phần trong hệ thống

điều khiển ..........................................................................................................29
4.2.3.1

Bộ khuếch đại MR – J4 – 10B .......................................................29

4.2.3.2

Động cơ servo HG – KR053 ..........................................................35

4.2.3.3

Main base R35B .............................................................................37

4.2.3.4


Module cấp điện R62P ...................................................................39

4.2.3.5

Bộ xử lý trung tâm R04ENCPU ....................................................43

4.2.3.6

Bộ truyền thông mạng RJ71EN71 .................................................49

4.2.3.7

Bộ điều khiển chuyển động R16MTCPU ......................................51

4.2.3.8

Màn hình HMI GT27 .....................................................................54

4.2.3.9

Nguồn 24VDC ...............................................................................57

4.2.3.10 Củ đục CNC (Spindle) Kress FM 6990 E ....................................58
4.2.3.11 Cáp quang SSCNET III MR – J3BUS03M Mitsubishi ................59

v


4.2.3.12 Dây điện sử dụng cho hệ thống điều khiển ..................................59

4.2.3.13 Dây tiếp địa ...................................................................................60
4.3

Quy trình thiết kế hệ thống điện ..................................................................60

4.3.1

Sơ đồ mạch điều khiển – mạch động lực của đề tài .............................60

4.3.2

Bản vẽ tủ điện .......................................................................................61

4.3.3

Cấu hình, tính năng, thông số kỹ thuật của các thành phần trong hệ thống

điện

61

4.4

4.3.3.1

MCB tổng bảo vệ mạch động lực ..................................................61

4.3.3.2

MCB bảo vệ cho bộ khuếch đại và động cơ servo.........................62


4.3.3.3

MCB bảo vệ cho củ đục CNC........................................................63

4.3.3.4

MCB bảo vệ cho bộ điều khiển PLC .............................................64

4.3.3.5

Contactor K1 điều khiển củ đục CNC ...........................................65

4.3.3.6

Contactor K2 điều khiển hệ thống động cơ servo..........................66

4.3.3.7

Nút nhấn .........................................................................................67

4.3.3.8

Dây điện sử dụng cho hệ thống điện ..............................................69

Quy trình thiết kế HMI ................................................................................69

4.4.1

Lưu đồ thiết kế giám sát trên HMI .......................................................69


4.4.2

Thiết kế giao diện HMI .........................................................................69

4.4.2.1

Màn hình giao diện ........................................................................70

4.4.2.2

Màn hình đăng nhập .......................................................................70

4.4.2.3

Màn hình lựa chọn tác vụ ...............................................................71

4.4.2.4

Màn hình cài đặt (Setting)..............................................................71

4.4.2.5

Màn hình chính (Main Screen) ......................................................73

Chương 5

vi



THI CƠNG, MƠ PHỎNG MƠ HÌNH ......................................................................79
5.1

Thi cơng mơ hình .........................................................................................79

5.1.1

Thi cơng, lắp ráp phần cơ khí ...............................................................79

5.1.2

Thi cơng, lắp ráp phần điện và điều khiển ............................................82

5.1.2.1

Phần điều khiển ..............................................................................82

5.1.2.2

Phần điện ........................................................................................91

5.1.3

Tình trạng thiết bị sử dụng trong mơ hình ............................................92

5.1.4

Biểu đồ nhân lực và thời gian thi công .................................................95

5.2


Mô phỏng .....................................................................................................95

5.2.1

Cấu hình trên phần mềm GX Works 3 .................................................95

5.2.1.1

Phần cứng .......................................................................................95

5.2.1.2

Phần mềm .......................................................................................97

5.2.2

Cấu hình trên phần mềm MT Developer2 ............................................97

5.2.2.1

Phần cứng .......................................................................................97

5.2.2.2

Phần mềm .....................................................................................100

5.2.3

Tiến hành mô phỏng ...........................................................................101


5.2.3.1

Mô phỏng chạy test trên MT Developer2 ....................................101

5.2.3.2

Mô phỏng trên phần mềm Cimco Edit .........................................105

Chương 6
KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............................................108
6.1

Kết luận......................................................................................................108

6.1.1

Mặt tích cực ........................................................................................108

6.1.2

Mặt hạn chế .........................................................................................108

6.2

Hướng phát triển của đề tài .......................................................................109

vii



TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................110
PHỤ LỤC ................................................................................................................112

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PLC: Programmable Logic Controller
HMI: Human – Machine Interface
SSCNET: Servo System Controller Network
MCB: Miniature Circuit Breaker
CNC: Computer Numerical Control
NC: Numerical Control

ix


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Cấu tạo hệ thống điều khiển số NC .............................................................7
Hình 2.2 Máy CNC 3 trục CNC - 1220 - 3 ................................................................9
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển .................................................................14
Hình 4.1 Bàn máy .....................................................................................................17
Hình 4.2 Thân máy ...................................................................................................18
Hình 4.3 Động cơ servo ............................................................................................18
Hình 4.4 Khớp nối ....................................................................................................19
Hình 4.5 Pad gắn động cơ ........................................................................................19
Hình 4.6 Trục vít me ................................................................................................20
Hình 4.7 Đai ốc.........................................................................................................20
Hình 4.8 Spindle .......................................................................................................21

Hình 4.9 Bản vẽ 3D mơ hình ....................................................................................22
Hình 4.10 Bản vẽ 2D mơ hình ..................................................................................23
Hình 4.11 Lưu đồ lập trình hệ thống điều khiển ......................................................24
Hình 4.12 Lưu đồ giải thuật hệ thống.......................................................................25
Hình 4.13 Lưu đồ giải thuật chế độ Jog ...................................................................25
Hình 4.14 Lưu đồ giải thuật chế độ trở về Home .....................................................26
Hình 4.15 Lưu đồ giải thuật chế độ khoan mạch .....................................................27
Hình 4.16 Lưu đồ giải thuật chế độ phay mạch .......................................................28
Hình 4.17 Lưu đồ giải thuật chế độ cắt mạch ..........................................................29
Hình 4.18 Sơ đồ khối bộ khuếch đại servo ..............................................................30
Hình 4.19 Kích thước bộ khuếch đại servo ..............................................................32
Hình 4.20 Tên các bộ phận của bộ khuếch đại servo ...............................................33
Hình 4.21 Các bộ phận động cơ servo .....................................................................35
Hình 4.22 Kích thước động cơ servo........................................................................36
Hình 4.23 Kích thước của main base .......................................................................37
Hình 4.24 Cấu tạo của main base .............................................................................38
x


Hình 4.25 Kích thước module cấp nguồn.................................................................40
Hình 4.26 Các bộ phận của module cấp nguồn ........................................................41
Hình 4.27 Kích thước CPU R04EN .........................................................................43
Hình 4.28 Các bộ phận của CPU R04EN .................................................................44
Hình 4.29 Kích thước module truyền thơng .............................................................49
Hình 4.30 Các bộ phận của module truyền thơng ....................................................50
Hình 4.31 Kích thước của bộ điều khiển chuyển động ............................................51
Hình 4.32 Các bộ phận của bộ điều khiển chuyển động ..........................................52
Hình 4.33 Kích thước màn hình HMI ......................................................................54
Hình 4.34 Các bộ phận của màn hình HMI ..............................................................55
Hình 4.35 Nguồn 24VDC .........................................................................................57

Hình 4.36 Củ đục CNC ............................................................................................58
Hình 4.37 Cáp SSCNET III ......................................................................................59
Hình 4.38 Dây điện...................................................................................................59
Hình 4.39 Dây tiếp địa..............................................................................................60
Hình 4.40 Sơ đồ mạch động lực (1) và mạch điều khiển (2) ...................................60
Hình 4.41 Bản vẽ tủ điện ..........................................................................................61
Hình 4.42 MCB BH - D6 .........................................................................................62
Hình 4.43 MCB BH - D6 .........................................................................................63
Hình 4.44 MCB BH - D6 .........................................................................................64
Hình 4.45 MCB BH - D6 .........................................................................................64
Hình 4.46 Contactor S - T10 ....................................................................................65
Hình 4.47 Contactor S - T10 ....................................................................................66
Hình 4.48 Nút nhấn On ............................................................................................67
Hình 4.49 Nút nhấn Off ............................................................................................68
Hình 4.50 Nút dừng khẩn cấp...................................................................................68
Hình 4.51 Lưu đồ giám sát HMI ..............................................................................69
Hình 4.52 Màn hình giao diện ..................................................................................70
Hình 4.53 Màn hình đăng nhập ................................................................................70

xi


Hình 4.54 Màn hình lựa chọn tác vụ ........................................................................71
Hình 4.55 Màn hình cài đặt ......................................................................................72
Hình 4.56 Quản lý ID ...............................................................................................72
Hình 4.57 Thay đổi mật khẩu ...................................................................................73
Hình 4.58 Màn hình chính ........................................................................................74
Hình 4.59 Màn hình Jog ...........................................................................................74
Hình 4.60 Màn hình Home Position Return .............................................................75
Hình 4.61 Màn hình Drilling ....................................................................................76

Hình 4.62 Màn hình Engraving ................................................................................77
Hình 4.63 Màn hình Cutting .....................................................................................78
Hình 5.1 Bộ điều khiển PLC ....................................................................................83
Hình 5.2 Cách lắp đặt ...............................................................................................83
Hình 5.3 Hướng lắp đặt bộ điều khiển .....................................................................84
Hình 5.4 Cố định vít .................................................................................................84
Hình 5.5 Cố định bên phải main base ......................................................................84
Hình 5.6 Cố định bên trái main base ........................................................................85
Hình 5.7 Cố định các vít ...........................................................................................85
Hình 5.8 Đấu nối nguồn cho module R62P..............................................................86
Hình 5.9 Bộ khuếch đại servo ..................................................................................86
Hình 5.10 Sơ đồ đấu nối servo với nguồn ................................................................87
Hình 5.11 Đấu nối cáp nguồn ...................................................................................88
Hình 5.12 Đấu nối cáp encoder ................................................................................88
Hình 5.13 Đấu nối đất ..............................................................................................88
Hình 5.14 Đấu nối các bộ khuếch đại servo .............................................................89
Hình 5.15 Cách cố định dây .....................................................................................89
Hình 5.16 Cách đấu cấp nguồn cho HMI .................................................................90
Hình 5.17 Các phương án nối đất .............................................................................91
Hình 5.18 Phương án nối đất sử dụng trong đề tài ...................................................91
Hình 5.19 Chọn dịng và loại PLC ...........................................................................96

xii


Hình 5.20 Cấu hình module......................................................................................96
Hình 5.21 Bảng kết quả sau khi kiểm tra .................................................................97
Hình 5.22 Chương trình điều khiển trên GX Works 3 .............................................97
Hình 5.23 Chọn dịng và loại bộ điều khiển chuyển động .......................................97
Hình 5.24 System Parameter Diversion ...................................................................98

Hình 5.25 Bảng thơng tin sau khi đồng bộ ...............................................................98
Hình 5.26 Servo Amplifier Setting...........................................................................99
Hình 5.27 Mạng servo ..............................................................................................99
Hình 5.28 Setting Parameter...................................................................................100
Hình 5.29 Parameter Block ....................................................................................100
Hình 5.30 Chương trình SFC .................................................................................101
Hình 5.31 Bắt đầu mơ phỏng ..................................................................................101
Hình 5.32 Chọn chế độ Test ...................................................................................102
Hình 5.33 Add 3 trục vào phần vận hành ...............................................................102
Hình 5.34 Khởi động 3 trục ....................................................................................102
Hình 5.35 Bảng vận hành và thơng số test ở chế độ Jog ........................................103
Hình 5.36 Bảng vận hành và thông số ở chế độ Home Return ..............................103
Hình 5.37 Bảng vận hành và thơng số ở chế độ Positioning..................................104
Hình 5.38 Vận hành lỗi ..........................................................................................104
Hình 5.39 Nội dung lỗi hiển thị ..............................................................................105
Hình 5.40 Thiết kế mạch in ....................................................................................105
Hình 5.41 Mơ phỏng khoan mạch ..........................................................................106
Hình 5.42 Mơ phỏng phay mạch ............................................................................106
Hình 5.43 Mơ phỏng cắt mạch ...............................................................................107

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bố cục và thời gian thực hiện ......................................................................5
Bảng 3.1 Chức năng từng khối trong hệ thống điều khiển .......................................15
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật bộ khuếch đại servo .....................................................30
Bảng 4.2 Mô tả bộ phận của bộ khuếch đại servo ....................................................33
Bảng 4.3 Mô tả bộ phận động cơ servo ....................................................................35

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật động cơ servo ..............................................................36
Bảng 4.5 Mô tả bộ phận của main base ....................................................................38
Bảng 4.6 Mô tả bộ phận module cấp nguồn .............................................................41
Bảng 4.7 Mô tả các bộ phận CPU R04EN ...............................................................45
Bảng 4.8 Mô tả các bộ phận của module truyền thông ............................................50
Bảng 4.9 Mô tả các bộ phận của bộ điều khiển chuyển động ..................................53
Bảng 4.10 Mô tả các bộ phận của màn hình HMI ....................................................55
Bảng 4.11 Thơng số kỹ thuật bộ nguồn 24VDC ......................................................57
Bảng 4.12 Thông số kỹ thuật của củ đục ..................................................................58
Bảng 4.13 Thông số kỹ thuật MCB ..........................................................................62
Bảng 4.14 Thông số kỹ thuật MCB ..........................................................................63
Bảng 4.15 Thông số kỹ thuật MCB ..........................................................................64
Bảng 4.16 Thông số kỹ thuật MCB ..........................................................................65
Bảng 4.17 Thông số kỹ thuật Contactor ...................................................................66
Bảng 4.18 Thông số kỹ thuật Contactor ...................................................................67
Bảng 4.19 Thông số kỹ thuật nút nhấn .....................................................................67
Bảng 4.20 Thông số kỹ thuật nút nhấn .....................................................................68
Bảng 4.21 Thông số kỹ thuật nút dừng khẩn cấp .....................................................68
Bảng 5.1 Thi cơng mơ hình ......................................................................................79
Bảng 5.2 Tình trạng thiết bị ......................................................................................92
Bảng 5.3 Biểu đồ nhân lực và thời gian thi công .....................................................95

xiv


LỜI MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề
Ngày nay, trong hầu hết các lĩnh vực sản xuất công nghiệp như ô tô, điện tử, thiết bị
y tế, hàng không, thiết bị công nghiệp, sự xuất hiện của các mạch in PCB đã trở nên

khơng cịn q xa lạ. Việc ứng dụng máy cơng cụ điều khiển số CNC tham gia vào
quá trình sản xuất mạch in trở nên rất phổ biến bởi vì q trình gia cơng chủ yếu được
thực hiện tự động hóa và rất linh hoạt. Các thiết bị điều khiển sử dụng trong máy gia
công CNC cho phép thực hiện các quy trình gia cơng trên cơ sở các thơng số về kích
thước và hình dạng của mạch in được chuyển thành quỹ đạo chuyển động trên không
gian ba chiều.
Trong q trình học tập tại trường Đại học Cơng nghệ TPHCM, nhận thấy việc sử
dụng máy CNC vào phay mạch in tại trường vẫn chưa được phổ biến, các bạn sinh
viên vẫn phải làm mạch bằng cách thủ công, trên cơ sở đó việc tập trung nghiên cứu
để thiết kế và thi cơng mơ hình máy CNC phay mạch in là cần thiết.
Tình hình nghiên cứu
Trên thế giới việc nghiên cứu chế tạo máy CNC và bộ điều khiển thông minh ứng
dụng cho máy CNC đã trở nên khá phổ biến. Một số đề tài đã được thực hiện có thể
kể đến như: thiết kế hệ thống điều khiển máy phay cnc sử dụng mạch điều khiển
chuyển động AKZ250, điều khiển máy CNC sử dụng Arduino và GBRL Shield, điều
khiển máy CNC sử dụng module điều khiển CNC Shield V3, nghiên cứu và thiết kế
mạch truyền dữ liệu cho máy phay CNC sử dụng cách ly quang PC817 và IC đệm
7404.
Mục đích nghiên cứu
Trong q trình học mơn “Thực hành công nhân điện – điện tử” tại trường, em nhận
thấy việc sinh viên phải làm mạch thủ công khá mất thời gian, công sức và đôi khi
1


làm ra mạch không được theo ý muốn do quá trình làm mạch thủ cơng xảy ra nhiều
lỗi khó tránh được như bị đứt mạch, phần đồng thừa rửa không hết,… nên mục đích
của đồ án lần này là nghiên cứu, phát triển ra một công cụ làm mạch in tự động giúp
các bạn sinh viên tiết kiệm được thời gian trong việc làm mạch in.
Nhiệm vụ cần thực hiện
Tìm hiểu về công nghệ CNC, công nghệ phay mạch in.

Mô tả được cấu tạo, các chức năng, đặc điểm cơ bản và cách thức vận hành của hệ
thống máy CNC phay mạch in.
Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển máy CNC sử dụng bộ PLC và Motion
Controllers của Mitsubishi.
Xây dựng bản vẽ mơ hình máy CNC trên phần mềm Solidworks.
Mơ tả giải pháp lựa chọn thiết bị chính liên quan đến hệ thống máy CNC.
Thiết kế, lắp đặt phần cơ khí, xây dựng bản vẽ sơ đồ điện và tiến hành lắp đặt, đấu
nối thiết bị điện.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết
Tham khảo tài liệu về công nghệ CNC, tài liệu về thiết kế mô phỏng, tài liệu về lập
trình PLC và các tài liệu liên quan đến điều khiển động cơ servo.
Tham khảo tài liệu về thiết kế bộ điều khiển cho máy CNC.
Nghiên cứu thực nghiệm
Sử dụng phần mềm vẽ kỹ thuật 2D, 3D để xây dựng bản vẽ cơ khí, bản vẽ sơ đồ điện
của toàn bộ hệ thống máy CNC.
Lắp ráp và thử nghiệm các mạch điều khiển động cơ servo, cách kết nối động cơ servo
với bộ điều khiển.

2


Nghiên cứu các phương án điều khiển động cơ servo.
Kết quả và thảo luận
Qua thu thập thơng tin, phân tích, khảo sát các mẫu máy CNC phay mạch in trên thị
trường, để phù hợp với yêu cầu về thiết kế, điều khiển máy CNC em đã lựa chọn kết
cấu máy có các bộ phận chính là đế máy, thân máy, bàn máy, cụm trục chính, bộ phận
dẫn hướng, bộ truyền động tịnh tiến, khớp nối trục, hệ thống điều khiển.
Đế máy là phần đỡ toàn bộ các bộ phận của máy, thân máy được lắp vào đế máy bằng
hệ thống bu lông – đai ốc và là phần đỡ của cụm trục Z, cụm trục chính, động cơ

truyền động trục chính.
Bàn máy để gá đặt phơi hoặc đồ gá gia cơng.
Cụm trục chính để lắp dụng cụ gia cơng, chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra
lực cắt phơi trong q trình gia cơng. Hệ thống thanh trượt dẫn hướng thơng qua bộ
truyền vít me – đai ốc có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động theo trục X, Y
và chuyển động lên xuống theo trục Z.
Hệ thống điều khiển với sự tham gia của hệ thống PLC và máy tính cho phép điều
khiển hoạt động của máy.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương, bao gồm:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài
Chương 2: Tổng quan giải pháp
Chương 3: Phương pháp giải quyết đề tài
Chương 4: Quy trình thiết kế mơ hình
Chương 5: Thi cơng, mơ phỏng mơ hình
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

3


Chương 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tính cần thiết, ứng dụng của đề tài
1.1.1 Tính cần thiết của đề tài
Đề tài máy CNC phay mạch in sẽ giúp giảm thiểu khối lượng cơng việc trong q
trình làm mạch in, giúp người làm mạch hạn chế tiếp xúc với các hóa chất rửa mạch
in.
Áp dụng q trình tự động hóa vào việc làm mạch in, tăng năng suất và chất lượng

quá trình sản xuất mạch in.
1.1.2 Ứng dụng của đề tài
Thiết kế và chế tạo một mạch in từ đơn giản đến phức tạp.
1.2 Phạm vi giới hạn của đề tài
Vì điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị và thời gian chuẩn bị còn hạn chế nên nhóm
chỉ tập trung vào việc thiết kế bộ điều khiển cho một máy CNC có sẵn có thể hoạt
động được, có thể thực hiện việc phay 1 hoặc 2 loại mạch in cố định.
Do kinh phí bị giới hạn nên nhóm khơng thể sử dụng được hết những chi tiết, cơ cấu
hiện đại của các máy CNC như hệ thống thay dao, hệ thống làm mát, hệ thống thốt
phơi,…
Bố cục và thời gian thực hiện

4


Bảng 1.1 Bố cục và thời gian thực hiện
Nội dung

Số
tuần
thực
hiện
Chương 1: Giới thiệu tổng 1
quan về đề tài
- Tính cần thiết, ứng
dụng của đề tài
- Phạm vi giới hạn của đề
tài
Chương 2: Tổng quan giải 1
pháp

- Tìm hiểu đề tài, tham
khảo các tài liệu, các
cơng trình và sản phẩm
hiện tại
- Đánh giá những ưu
điểm của đồ án hiện tại
Chương 3: Phương pháp 2
giải quyết đề tài
- Đưa ra giải pháp thực
hiện đề tài phù hợp với
hoàn cảnh cụ thể
- Xác định những yêu
cầu của hệ thống
Chương 4: Quy trình thiết 3
kế đề tài
- Lập quy trình thiết kế
cơ khí, thiết kế hệ
thống điều khiển và
thiết kế hệ thống điện.
- Xác định cấu hình, tính
năng, thơng số kỹ thuật
của sản phẩm sử dụng
trong mơ hình.
- Viết phần mềm điều
khiển và giám sát

Nhiệm vụ

-


-

Chọn và giới hạn nội dung giải pháp.
Đồ án có nội dung kỹ thuật phù hợp
với kiến thức về tự động hóa đã
được học.

-

Sử dụng cơng cụ vẽ CAD,
Solidwork để hỗ trợ thiết kế
Tham khảo các tài liệu về tính tốn,
xây dựng hệ thống điều khiển, hệ
thống điện
Tham khảo các tài liệu của nhà sản
xuất để sử dụng và lập trình hệ thống
điều khiển chính xác, hợp lý

-

-

5

Khảo sát thực tế sản phẩm.
Phỏng vấn, tham khảo ý kiến.
Chọn lọc nguồn thông tin, bài viết
tin cậy.
Thảo luận với giáo viên để chọn đề
tài với nội dung phù hợp vừa đủ với

u cầu đối với đồ án tốt nghiệp, vừa
có tính khả thi trong phạm vi thời
gian và khả năng tài chính.


Chương 5: Thi cơng, mơ 6
phỏng mơ hình
- Thi cơng, lắp ráp phần
cơ khí
- Thi cơng, lắp ráp phần
điện và phần điều khiển
- Tiến hành chạy mơ
phỏng; chỉnh sửa, hồn
thiện sản phẩm
Chương 6: Kết luận, hướng 2
phát triển của đề tài
- Đánh giá kết quả mơ
hình
- Hướng phát triển của
đề tài

-

-

-

6

Hồn thiện từng cơng đoạn thi cơng

Thực hiện kiểm tra mơ hình ở các
chế độ khác nhau với những thơng
số khác nhau.
Sử dụng những phần mềm hỗ trợ
cho quá trình mô phỏng

Tập trung vào những hạng mục đã
thực hiện được
Đánh giá các mặt tích cực, hạn chế
của đồ án cùng với hướng phát triển
của đề tài.


Chương 2

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP

2.1 Giới thiệu công nghệ CNC
CNC (Computer Numerical Control) là thuật ngữ chỉ những hệ thống máy tiện cơ khí
được điều khiển bằng máy tính, phát triển ở phịng thí nghiệm Servomechanism của
học viện MIT từ cuối thập niên 1940 – đầu 1950. Khái niệm này đề cập đến việc điều
khiển bằng máy tính các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lặp lại) các bộ
phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp bằng cách sử dụng các chương trình
viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA – 274 – D, thường được gọi là mã
G.
Điều khiển số NC (Numerical Control) là phương pháp điều khiển hoạt động của máy
cơng cụ một cách chính xác dựa vào một chuỗi các mã lệnh bao gồm các ký tự số,
chữ cái và các ký hiệu mà bộ điều khiển máy (Machine Control Unit – MCU) có thể
hiểu được.


Hình 2.1 Cấu tạo hệ thống điều khiển số NC

7


2.2 Giới thiệu công nghệ phay mạch in
Phay mạch in là quá trình loại bỏ các vùng đồng ra khỏi mạch in PCB để tạo thành
những miếng đệm, dây dẫn đồng dựa trên các mẫu được cung cấp trên sơ đồ bảng
mạch kỹ thuật số hoặc cái tập tin layout. Khi phần đồng thừa được loại bỏ, nó sẽ tạo
ra phần mạch in và phần cách điện giữa các dây dẫn của mạch in.
Với phương pháp phay, chất lượng bảng mạch sẽ dựa trên độ chính xác của hệ thống
phay bao gồm khả năng kiểm soát, độ sắc nét cũng như nguồn cấp dữ liệu và tốc độ
quay của hệ thống.
So với quy trình làm mạch in thủ cơng (bằng hóa chất), chất lượng mạch in phụ thuộc
vào chất lượng và độ chính xác của q trình quang hóa cũng như chất lượng của hóa
chất được sử dụng trong quá trình làm mạch.
Có thể thấy, việc sử dụng cơng nghệ phay mạch in có nhiều lợi thế hơn cả trong việc
tạo mẫu cũng như sản xuất các mạch PCB chuyên dụng. Q trình phay mạch có tốc
độ hồn thành nhanh chóng và quy trình sản xuất bảng mạch này khơng yêu cầu xử
lý ướt. Nếu một máy CNC có khả năng thay dao tự động, nó có thể đảm nhiệm hai
phần trong quá trình làm mạch in là phay mạch và khoan lỗ.
Cơng nghệ phay mạch in đặc biệt thích hợp cho những mạch yêu cầu khoan nhiều lỗ
và định hình đường viền chính xác. Để đảm bảo đường đi dây của mạch in tuân theo
chính xác biên dạng của bản thiết kế, chúng ta có thể sử dụng máy CNC để tránh các
lỗi phát sinh về tỷ lệ, biên dạng dây đồng khơng đều do q trình tẩy đồng,…
2.3 Các sản phẩm máy CNC phay 3 trục hiện nay

8



Hình 2.2 Máy CNC 3 trục CNC - 1220 - 3
2.3.1 Cấu tạo cơ khí
Hiện nay trên thị trường có khá nhiều các loại máy CNC phay 3 trục của nhiều hãng
khác nhau, có thể kể đến các loại máy CNC của Fanuc, Mitsubishi,… Các dịng máy
này có cơng dụng dùng để phay các loại biên dạng phức tạp và được ứng dụng rộng
rãi trong các ngành sản xuất.
Cấu tạo chung của các dòng máy phay CNC 3 trục này khá giống nhau, bao gồm 3
trục X, Y, Z trong đó trục X là trục dọc, Y là trục ngang và trục Z là độ sâu. Khi dụng
cụ cắt của loại máy phay này hoạt động dọc theo mặt phẳng XYZ thì phơi vẫn ở cùng
một vị trí. Máy phay 3 trục sử dụng hệ tọa độ không gian nên chiều dương trục Z là
chiều chạy từ chi tiết cần phay đến dụng cụ gia công. Hai trục tọa độ XY còn lại được
xác định theo quy tắc bàn tay phải. Cấu tạo cơ bản của máy phay CNC 3 trục bao
gồm các thành phần chính như sau:
-

Trục chính chuyển động tịnh tiến theo trục Z theo phương thẳng đứng.

-

Bàn máy có mang bộ đồ gá để lắp phơi, có khả năng chuyển động tịnh tiến
theo hai trục X, Y nằm phía dưới trục chính.
9


-

Hệ điều khiển CNC và giao diện hiển thị.

-


Bộ phận chứa dụng cụ cắt.

-

Cơ cấu thay dao phay.

-

Bộ phận truyền dẫn.
2.3.2 Cấu tạo hệ điều khiển

Bộ điều khiển có hai nhóm cơ bản:
Bảng vận hành gồm các cơng tắc xoay, bộ chuyển đổi (hai trạng thái) và các nút nhấn.
Các tính năng trên bảng vận hành CNC: cơng tắc On/Off, cycle start (khởi động thực
thi chương trình), emergency stop (dừng khẩn cấp), feedhold (tạm dừng máy), spindle
override (vượt quá tốc độ trục chính cho phép),…
Màn hình hiển thị, bàn phím và nút xoay
-

Màn hình hiển thị cho phép người dùng quan sát trạng thái điều khiển bao gồm
vị trí dao hiện hành, các tham số, quỹ đạo dao cắt,…

-

Bàn phím được sử dụng để nhập các lệnh điều khiển. Các chương trình hiện
hữu có thể được xóa hoặc chỉnh sửa và có thể bổ sung các chương trình mới.
Việc sử dụng bàn phím cho phép khơng chỉ điều khiển chuyển động của các
trục máy mà còn điều khiển tốc độ trục chính và lượng ăn dao.

-


Nút xoay: đối với các mục đích xác lập máy, mọi máy CNC đều có nút xoay
để dịch chuyển một trục chọn trước bằng hệ thống điều khiển, còn được gọi là
Manual Pulse Generator (MPG – bộ tạo xung bằng tay). Liên quan đến nút
xoay là công tác Axis Select (thường ở trên bảng vận hành và nút xoay).
2.3.3 Ứng dụng của máy phay CNC

Máy phay CNC đang được ứng dụng rất phổ biến từ nhà xưởng nhỏ cho tới những
nhà máy có quy mơ lớn là bởi vì dịng máy này có nhiều cơng dụng vượt trội. So với
máy phay truyền thống thì với hệ thống điều khiển số và lập trình thơng minh, máy
phay CNC giúp cho hoạt động gia công phay diễn ra với tốc độ nhanh hơn, độ chính
xác cao hơn và tính thẩm mỹ cũng như độ tinh vi của thành phẩm vượt trội hơn
10