Giáo trình Thiết kế, chế tạo mô hình máy khắc Laser ứng dụng công nghệ CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG 
ISO 9001:2008 
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY KHẮC 
LASER ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CNC 
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY 
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP 
HẢI PHÒNG - 2016 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG 
 ISO 9001:2008 
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY KHẮC 
LASER ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CNC 
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY 
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP 
Sinh viên: Hoàng Minh Vũ 
Người hướng dẫn: GS-TSKH Thân Ngọc Hoàn 
HẢI PHÒNG - 2016 
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam 
Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc 
----------------o0o----------------- 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG 
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 
 Sinh viên : Hoàng Minh Vũ – MSV : 1412102109 
Lớp : ĐC1802- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp 
Tên đề tài : Thiết kế, chế tạo mô hình máy khắc Laser ứng dụng 
công nghệ CNC 
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( 
về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán 
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................
............................................................................................................................. 
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp..........................................................................: 
CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 
Người hướng dẫn thứ nhất: 
Họ và tên : 
Học hàm, học vị : 
Cơ quan công tác : 
Nội dung hướng dẫn : 
Thân Ngọc Hoàn 
GS. TSKH 
Trường Đại học dân lập Hải Phòng 
Toàn bộ đề tài 
Người hướng dẫn thứ hai: 
Họ và tên : 
Học hàm, học vị : 
Cơ quan công tác : 
Nội dung hướng dẫn : 
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày 31 tháng 9 năm 2016 
Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 31 tháng 12 năm 2016 
Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N 
Sinh viên 
Hoàng Minh Vũ 
Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N 
Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N 
GS. TSKH Thân Ngọc Hoàn 
Hải Phòng, ngày........tháng........năm 2016 
HIỆU TRƯỞNG 
GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ
PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 
1.Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp. 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
2. Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong 
nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, 
chất lượng các bản vẽ..) 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn 
 ( Điểm ghi bằng số và chữ) 
 Ngàytháng.năm 2016 
Cán bộ hướng dẫn chính 
(Ký và ghi rõ họ tên) 
 NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN 
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP 
1. Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số 
liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng 
thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
.......................................................................................................................... 
2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện 
 ( Điểm ghi bằng số và chữ) 
Ngàytháng.năm 2016 
Người chấm phản biện 
(Ký và ghi rõ họ tên) 
MỤC LỤC 
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................... 10 
CHƢƠNG 1. TỔNG QUÁT VỀ MÁY CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU 
KHIỂN ............................................................................................................ 11 
1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÁC MÁY CÔNG CỤ CNC. ................................ 11 
1.1.1. Sơ lược về máy CNC và quá trình phát triển. ............................... 11 
1.1.2. Cơ sở của máy CNC. ..................................................................... 12 
1.1.3. Đặc điểm và phân loại. .................................................................. 13 
1.2. NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN SỐ. .... 14 
1.2.1. Chương trình gia công một chi tiết. .............................................. 14 
1.2.2. Khối điều khiển. ............................................................................ 14 
1.2.3. Điều khiển Logic. .......................................................................... 14 
1.2.4. Cấu trúc các khối chức năng của hệ thống CNC. ......................... 15 
1.3.2. Chuẩn bị chương trình điều khiển cho hệ CNC. ........................... 17 
CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ MÁY CNC ỨNG DỤNG TIA LASER ....... 19 
2.1. NHẬN XÉT VỀ CÁC MÁY CÔNG CỤ CNC CỔ ĐIỂN. ................. 19 
2.2. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ TIA LASER. ......................................... 20 
2.2.1. Cấu tạo máy Laser. ........................................................................ 21 
2.2.2. Cơ chế hoạt động .......................................................................... 22 
2.2.3. Phân loại. ....................................................................................... 22 
2.2.4. Tính chất của tia laser. .................................................................. 23 
2.2.5. An toàn trong sử dụng tia Laser. ................................................... 23 
2.2.6. Ứng dụng tia laser trong máy công cụ CNC. ................................ 24 
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÁY KHẮC LASER 2 TRỤC
 ......................................................................................................................... 27 
3.1. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA MÁY PHAY CNC 3 
TRỤC TIÊU CHUẨN. ................................................................................ 27 
3.1.1. Động cơ AC Servo. ........................................................................... 28 
3.1.1.1. Lựa chọn động cơ. ...................................................................... 29 
3.1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. ................................................ 30 
3.1.1.3. Bộ điều khiển động cơ AC Servo. ............................................. 30 
3.1.2. Mạch điều khiển AKZ 250. ............................................................... 32 
3.1.2.1. Giới thiệu mạch AKZ 250 .......................................................... 32 
3.1.2.2. Đặc điểm của mạch AKZ 250. ................................................... 32 
3.1.3. Trục chính và điều khiển tốc độ trục chính....................................... 33 
3.1.4. Công tắc hành trình. .......................................................................... 34 
3.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẮC LASER CNC. 34 
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý và các phần tử hệ thống. .................................... 34 
3.2.2.Động cơ bước. ................................................................................ 35 
3.2.3. Driver động cơ bước. .................................................................... 37 
3.2.4. Vi điều khiển Arduino Nano. ........................................................ 40 
3.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM ............................... 42 
3.3.1 Giới thiệu chức năng mạch điều khiển Laser CNC ....................... 42 
3.3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển laser CNC. .............................. 45 
3.3.3. Phần mềm điều khiển máy khắc Laser. ........................................ 46 
3.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY KHẮC CNC 2 TRỤC. ....................... 47 
KẾT LUẬN....................................................................................................52 
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................53 
LỜI NÓI ĐẦU 
Ngày nay máy CNC không còn là khái niệm xa lạ tại Việt Nam. Máy 
CNC xuất hiện tại hầu hết các lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là trong công 
nghiệp. Tuy nhiên hầu hết các máy CNC trong nước đều là nhập từ một số 
nước như Đức, Nhật và Trung Quốc, giá thành các máy CNC đều rất cao. 
Những máy CNC thiết kế và sản xuất tại việt nam còn rất ít và hầu như chỉ 
dừng lại ở mức độ “chế máy CNC chạy được”. Do vậy em đã quyết định chọn 
đề tài “thiết kế, chế tạo máy khắc Laser ứng dụng công nghệ CNC” do 
GS. TSKH Thân Ngọc Hoàn hướng dẫn. 
Đề tài gồm các nội dung sau: 
Chương 1: Tổng quan về máy CNC và hệ thống điều khiển. 
Chương 2: Công nghệ máy CNC ứng dụng tia Laser. 
Chương 3: Thiết kế và xây dựng máy khắc Laser 2 trục. 
CHƢƠNG 1. 
 TỔNG QUÁT VỀ MÁY CNC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÁC MÁY CÔNG CỤ CNC. 
1.1.1. Sơ lƣợc về máy CNC và quá trình phát triển. 
Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các 
quá trình công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây 
là một quá trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt 
kim loại, rô bốt,  ... ều khiển động 
cơ bước hoặc Servo, ngoài ra còn có nhiệm vụ nhận tín hiệu phản hồi từ các 
cảm biến và công tắc hành trình và đưa về phần mềm sử lý. 
Hình 3.6: Mạch điều khiển CNC AKZ 250. 
3.1.2.2. Đặc điểm của mạch AKZ 250. 
- Hỗ trợ giao tiếp với tất cả các phiên bản của phần mềm Mach3, bao gồm cả 
phiên bản Mach3 R3.042.040. 
 - Tương thích với Windows2000/XP/Vista/win 7 
 - Không cần cài đặt thêm bất cứ USB driver nào thêm cho máy tính, có thể sử 
dụng ngay sau khi cắm vào máy tính. 
 - Tương thích hoàn toàn với mọi cổng USB, mạch liên tục giám sát trạng thái 
của cổng USB. 
 - Bù được các thiết sót và sai lệch của phần mềm Mach3. 
 - Tần số dao động tối đa là 200KHz, thích hợp cho động cơ Servo cũng như 
động cơ bước. 
 - Có các đèn LED báo trạng thái kết nối cổng USB và trạng thái hoạt động 
của mạch. 
 - Có 16 đầu ra cho các mục đích khác nhau. 
 - Tốc độ chạy dao và tốc độ trục chính có thể được điều khiển bởi núm điều 
khiển. 
- Cấp nguồn qua cổng USB không cần cấp nguồn riêng. 
3.1.3. Trục chính và điều khiển tốc độ trục chính. 
Động cơ trục chính thường được sử dụng là loại động cơ không đồng bộ 
3 pha, sở dĩ loại động cơ không đồng bộ ba pha hay được chọn để làm động 
cơ trục chính vì loại động cơ này có dải công suất lớn từ vài trăm W đến vài 
trăm kW, một lý do nữa để chọn động cơ không đồng bộ ba pha là giá thành 
rẻ hơn nhiều so với động cơ đồng bộ cùng công suất. 
 Công thức tính tốc độ động cơ: 
Trong đó: là tốc độ rôt động cơ. 
f là tần số dòng điện. 
n là số cặp cực. 
s là hệ số trượt. 
Do vậy để điều chỉnh tốc độ động cơ ta có thể thay đổi tần số điện áp cấp vào 
động cơ. Phương pháp điểu chỉnh tốc độ này là tối ưu hơn việc thay đổi số 
cặp cực của động cơ vì cấu tạo động cơ khó thay đổi hơn. Hơn nữa dùng 
phương pháp thay đổi tần số điện áp cấp vào động cơ ta có để điều chỉnh vô 
cấp tốc độ động cơ với các bộ điều chỉnh tần số là biến tần. 
3.1.4. Công tắc hành trình. 
Là thiết bị để bảo vệ máy khi bàn máy trượt quá hành trình cho phép, khi 
chạm công tắc hành trình mạch điện ngoài sẽ bị ngắt và bàn máy ngừng 
chuyển động, tránh va chạm vào các chi tiết khác trong hệ thống. Hình 3.7. 
Hình 3.7: Công tắc hành trình SHL-W225. 
3.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY KHẮC LASER CNC. 
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý và các phần tử hệ thống. 
Sơ đồ nguyên lý điều khiển được mô tả như hình 3.8. 
Hình 3.8: sơ đồ hệ thống điều khiển máy khắc laser 2 trục. 
3.2.2.Động cơ bƣớc. 
3.2.2.1. Khái quát về động cơ bƣớc. 
Trong các máy CNC gia công gỗ ngày nay, động cơ bước được sử dụng 
rất phổ biến. So với động cơ Servo thì động cơ bước có một số ưu điểm vượt 
trội như tính hãm tốt, phương pháp điều khiển đơn giản hơn rất nhiều so với 
động cơ Servo và giá thành động cơ và bộ driver là rẻ hơn nhiểu lần so với 
động cơ Servo. Tuy vậy vẫn tồn tại một số nhược điểm như khả năng điều 
khiển chính xác tốc độ và vị trí không bằng động cơ Servo, và điều khiển ở 
động cơ bước là điểu khiển vòng hở nên có thể xảy ra hiện tượng mất bước 
khi quá tải. 
3.2.2.2. Phân loại và cấu tạo động cơ bƣớc. 
Động cơ bước có thể được phân loại dựa theo cấu trúc rô-to hoặc cách 
cuốn dây trên Stato. 
Dựa theo cấu trúc rôto , động cơ bước được chia thành 3 loại: 
1.Động cơ bước từ trở biến thiên. 
2.Động cơ bước nam châm vĩnh cửu. 
3.Động cơ bước lai. 
Dưa theo các cuốn dây trên Stator, động cơ bước được chia thành 2 loại. 
1.Động cơ bước đơn cực. 
2.Động cơ bước lưỡng cực. 
Loại động cơ được sử dụng trong mô hình của em là loại động cơ bước đơn 
cực kiểu lai, sở dĩ chọn loại động cơ này vì đây là loại động cơ phổ biến trên 
thị trường. Do vậy dưới đây em chỉ trình bày về cấu tạo động cơ bước lưỡng 
cực kiểu lai. 
3. Động cơ bước kiểu đơn cực. 
Một kiểu quấn dây phổ biến khác là quấn dây đơn cực. Nó bao gồm hai cuộn 
dây trên một cực được kết nối sao cho khi cuốn một cuộn dây được cấp năng 
lượng thì cực bắc nam châm được tạo ra, khi cuộn dây còn lại được cấp năng 
lượng thì cực nam được tạo ra. Cách quấn dây kiểu này được gọi là đơn cực 
bởi vì cực điện tính điện, tức dòng điện, từ mạch lái đến các cuộn dây không 
bao giờ bị đảo chiều. Thiết kế này cho phép làm đơn giản mạch điện tử lái. 
Tuy nhiên, mô-men sinh ra bị giảm khoảng 30% so với quấn dây kiểu lưỡng 
cực. 
3.2.2.3. Nguyên lý hoạt động và điều khiển động cơ bƣớc. 
Khác với những loại động cơ thông thường, động cơ bước cần phải cấp 
xung đến các dây đầu vào theo thứ tự nhất định thì động cơ mới có thể hoạt 
động. Để có được xung điều khiển theo tuần tự cấp vào các dây, mỗi động cơ 
bước cần có một Driver chuyên dụng để điều khiển nó. 
 Trước tiên ta xét một động cơ bước kiểu lai đơn cực 6 dây ra, đây là loại 
động cơ được sử dụng trong chế tạo mô hình thực tế. Các thành phần của 
động cơ gồm có: 
-Nam châm vĩnh cửu có một cặp cực Bắc-Nam (N-S). 
-Stator 200 răng ( độ phân giải của động cơ là 1.8o ), được lái bởi các 
cặp cuộn dây A1-A2 và B1-B2. 
Hình 3.9: Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước lai đơn cực. 
Cấu tạo của rô-to gồm hai cực Bắc-Nam bố trí dọc theo trục của rô-to như 
hình 3.9. Hai cực được đặt lệch nhau 1 răng. Khi cực A-A1 có được cấp điện 
sao cho cực A là cực Bắc và cực A1 là cực Nam, khi đi cực A sẽ hút cực Nam 
trên rô-to về gần nhất, đồng thời cực Bắc trên rô-to sẽ xa cực A nhất vì có sự 
bố trí lệch 1 răng trên rô-to. Các răng trên A và A1 cũng không được bố trí 
đối xứng mà chúng lệch nhau 1 răng, vậy nên khi cực Bắc của rô-to xa A nhất 
thì nó lại gần A1 nhất, còn cực Nam của rô-to gần A nhất thì nó lại xa A1 
nhất. Như vậy lực hút giữa rô-to và Stator là lớn nhất. rô-to luôn được giữ ở vị 
trí cố định trong từ trường của Stator tạo ra sao cho tại cùng một bản cực trên 
Stator thì một cực của rô-to gần nó nhất còn cực còn lại thì xa nhất. Khi cuộn 
A-A1 bị ngắt điện đồng thời cuộn B-B1 được cấp điện, khi đó từ trường của 
Stator bị lệch đi 3 răng bằng với khoảng chênh lệch giữa cặp AA1 và B-B1, 
từ trường này sẽ kéo rô-to quay lệch đi 1 răng. Cứ tuần tự cấp điện như vậy, 
ta sẽ tạo ra từ trường quay quanh trục của Rotor và kéo rô-to quay hết vòng. 
3.2.3. Driver động cơ bƣớc. 
Như đã đề cập trong mục trước, các động cơ bước không thể hoạt động 
với cách cấp điện như các loại động cơ AC hay DC thông thường. Ta phải 
đưa điện áp kiểu xung vuông tuần tự đến các đầu vào của các cuộn dây trong 
Stator. Để làm được điều đó ta cần một Driver điều khiển. Hiện nay Driver 
điều khiển động cơ bước khá phổ biến và dễ chế tạo với các IC chuyên dụng 
L298 và L297, ngoài ra các Driver chính hãng sử dụng trong công nghiệp thì 
sử dụng các IC họ 74xx và cùng với các chíp vi xử lí. 
Ở đây em sử dụng Driver A4988 để thiết kế bộ Driver điều khiển cho động cơ 
bước vì các linh kiện này rất phổ biến, dễ tìm mua và giá thành rất rẻ, hơn nữa 
các IC này còn có công suất lớn, độ bền cao, làm việc tin cậy, ít nhiễu. 
A4988 là Driver điều khiển động cơ bước cực kỳ nhỏ gọn, hổ trợ nhiều chế 
độ làm việc, điều chỉnh được dòng ra cho động cơ, tự động ngắt điện khi quá 
nóng. A4988 hỗ trợ nhiều chế độ hoạt động của động cơ bước lưỡng cực như: 
Full, Half, 1/4, 1/8 và 1/16. Sơ đồ nguyên lý Driver A4988 hình 3.10. 
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý driver A4988. 
Hình 3.11: Sơ đồ kết nối Driver a4988. 
Để chọn chế độ vi bước cho Driver a4988 bằng cách kích điện áp 5v vào chân 
ms1 ms2 ms3 với quy tắc theo bảng 3.12 như sau: 
Bảng 3.12 Quy tắc chọn chế độ vi bước. 
3.2.4. Vi điều khiển Arduino Nano. 
Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino với MCU 
ATmega328P rất tiện dụng, đơn giản có thể lập trinh trực tiếp bằn máy tính 
và đặc biệt hơn cả đó là kích thước của nó rất nhỏ (1.85 x 4.3cm), rất thích 
hợp cho các thiết bị điều khiển có không gian nhỏ. 
Hình 3.13: Hình ảnh Arduino Nano. 
Bảng: 3.2 Một vài thông số của Arduino Nano. 
Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit) 
Điện áp hoạt động 5V – DC 
Tần số hoạt động 16 MHz 
Dòng tiêu thụ 30mA 
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC 
Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC 
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM) 
Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit) 
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40 mA 
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA 
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA 
Bộ nhớ flash 
32 KB (ATmega328) với 2KB dùng bởi 
bootloader 
SRAM 2 KB (ATmega328) 
EEPROM 1 KB (ATmega328) 
Kích thước 1.85cm x 4.3cm 
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau: 
2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận 
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị 
khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth chính là kết nối Serial không 
dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu 
không cần thiết 
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM 
với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm 
analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra 
ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những 
chân khác. 
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài 
các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng 
giao thức SPI với các thiết bị khác. 
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi 
bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với 
chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng. 
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín 
hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với 
chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng 
các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể 
dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân 
giải vẫn là 10bit. 
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao 
tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác. 
3.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM 
3.3.1 Giới thiệu chức năng mạch điều khiển Laser CNC 
Trên thị trường hiện nay bán rất các mạch điều khiển CNC nhưng giá 
thành khá cao so với thu nhập của sinh viên nên em đã đi đến ý tưởng xây 
dựng một mạch điều khiển CNC với giá thành rẻ có thể áp dụng vào việc 
nghiên cứu học tập. Ngoài ra mạch còn có thể sử dụng điều khiển máy CNC 
tự chế tại các xưởng vừa và nhỏ. Dưới đây là hình ảnh mạch in 3D hình 3.14. 
 Hình 3.14: Mạch điều khiển Laser CNC kết hợp Driver a4988 
Mạch điều khiển CNC do em thiết kế có một số đặc điểm sau: 
- Tương thích hoàn toàn với phần mềm điều khiển tự lập trình. 
- Có chức năng điều khiển PWM. 
- Sử dụng để điều khiển động cơ bước. Mạch có tích hợp bộ điều khiển 
động cơ bước nên không cần thêm Driver cho động cơ bước. 
- Mạch CNC giao tiếp với máy tính qua cổng USB. 
- Mạch có thể điều khiển được tối đa 2 trục. 
- Số đầu vào tín hiệu từ cảm biến hay công tắc hành trình là 4. 
- Số đầu ra để bật tắt các thiết bị ngoài là 1. 
- Có cầu trì bảo vệ. 
- Dòng ra nuôi động cơ bước tối đa là 3A. 
- Nguồn vào 12-24V . 
Với một mạch điều khiển CNC như trên thì việc nghiên cứu và chế tạo 
máy khắc CNC trở nên rất đơn giản, kể cả với những bạn sinh viên đam mê 
nghiên cứu hay những xưởng sản xuất nhỏ lẻ. 
Dưới đây là hình ảnh đi dây và bố trí linh kiện trên mạch in. Để thiết kế mạch 
in em đã sử dụng phần mềm thiết kế mạch điện Proteus 7.2. 
Hình 3.15 Sơ đồ đi dây trên board 
3.3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển laser CNC. 
Dưới đây là sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển em đã thiết kế hình 3.16. 
Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển laser CNC. 
Mạch nguyên lý gồm các khối chính sau: 
1.Khối đầu vào và ra của tín hiệu. 
2.Khối mạch công suất. 
3.Khối bảo vệ máy tính và bảo vệ mạch. 
3.3.3. Phần mềm điều khiển máy khắc Laser. 
Em đã lập trình phần mềm giao tiếp giữa máy khắc và máy tính bằng 
ngôn ngữ c# qua bộ công cụ visual studio 2010. Dưới đây là giao diện điều 
khiển hình 3.17: 
Hình 3.17: Giao diện phần mềm điều khiển máy khắc Laser. 
 3.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY KHẮC CNC 2 TRỤC. 
Sau nhiều tháng nghiên cứu và chế tạo em đã chế tạo thành công mô hình 
máy khắc CNC 2 trục. Dưới đây hình 4.1 là hình mô hình máy khắc Laser của 
em. 
Hình 4.1: Hình ảnh thực mô hình máy khắc CNC 2 trục. 
Các thông số kỹ thuật 
- Kích thước bàn máy: 800 x 600 x 200 mm 
- Kích thước phôi gia công lớn nhất: 650 x 450 mm 
Dựa vào kích thước bàn máy tính toán ban đầu, em thiết kế khung máy bằng 
nhôm định hình với phần đế bằng gỗ kết hợp nhựa Mica. Khung máy bằng vật 
liệu nhôm định hình kích thước 20mm x 40mm. Em sử dụng nhôm định hình 
vừa bảo đảm tính vững chắc, độ thẩm mĩ và kết hợp được chức năng ray trượt 
dẫn hướng. 
Hình 4.2: Cơ cấu dẫn động bánh xe ray trượt. 
Hình 4.3: Hình chiếu đứng mô hình máy khắc. 
Hình 4.5: Hình chiếu cạnh mô hình máy khắc. 
Hình 4.6: Hình chiếu đứng mô hình máy khắc. 
- Truyền động: với kết cấu nhỏ tải thấp ta dùng kết cấu bánh xe chuyển 
động dọc ray dẫn hướng, bánh xe có nhiệm vụ tì dây đai vào puly tạo 
chuyển động trượt. 
- Các thông số đều có thể hiệu chỉnh bằng phần mềm. 
- Động cơ: chọn sử dụng động cơ Step. 
- Để chọn được động cơ, ta cần tính được tải đặt lên động cơ khi hoạt 
động từ đó suy ra được mômen cần thiết. Từ tốc độ yêu cầu ta tính ra 
được tốc độ vòng quay của động cơ. Như vậy với hai thông số mômen 
và tốc độ ta có thể chọn ra được động cơ. 
3.8 Lập trình và gia công sản phẩm. 
Các bước lập trình và gia công sản phẩm được thể hiện trong lưu đồ sau: 
Hình 4.7 Lưu đồ gia công sản phẩm. 
 Hình 4.8: Sản phẩm cắt khắc Laser trên mô hình. 
KẾT LUẬN 
Sau nghiều tháng nghiên cứu và tìm kiếm linh kiện phù hợp, em đã hoàn 
thành đề tài đạt được yêu cầu đặt ra và thu nhận được nhiều kinh nghiệm quý 
giá. 
Kết quả đạt được: 
 - Chế tạo thành công mô hình máy khắc CNC 2 trục. 
 - Máy chạy ổn định và độ chính xác ở mức độ vừa phải. 
 - Thực hiện gia công được một số sản phẩm thực trên máy. 
Trong đề tài đồ án tốt nghiệp, mục tiêu trước tiên mà em hướng tới là chế tạo 
được mô hình máy CNC khắc Laser hoạt động ổn định với sai số nhỏ, sau đó 
em hướng tới khắc phục dao động, sai số và nâng cao tính năng của máy như 
khả năng chạy đúng vị trí cũ khi có sự cố mất nguồn nuôi, khả năng tùy biến 
thành máy CNC 3 trục đầu khoan, điều khiển qua hệ thống mạng... Tuy nhiên 
do kinh nghiệm còn hạn chế và thời gian thực hiện có hạn, nên đồ án của em 
còn những thiếu xót, và mục tiêu ổn định dao động và những tính năng tùy 
biến em chưa thể hoàn thiện. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của 
các thầy cô để hoàn thiện hơn để tài. 
 Em xin chân thành cảm ơn thầy Thân Ngọc Hoàn, các thầy cô trong bộ 
môn Điện tự động công nghiệp đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt để 
em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. GS TS Trần Văn Dịch (2004), Giáo trình Công nghệ CNC, NXB khoa học 
và kỹ thuật Hà Nội. 
2. Nguyễn Ngọc Đào (2003), Giáo trình CAD-CAM-CNC, NXB Trường đại 
học sư phạm kỹ thuật TP HCM. 
3. How to make your own CNC machine, Nguồn internet 
http//www.buildownCNC.com. 
4. Đỗ Xuân Thụ (2003), Giáo trình Kỹ thuật điện tử, NXB giáo dục. 
5. Phạm Quang Khải (2013), Đồ án môn học : Thiết kế hệ thống điều khiển 
hệ thống thay dao tự động cho máy CNC , Ngành cơ điện tử ĐH Bách Khoa 
Hà Nội. 
6. website: