Graduation project: Design and control vast mica sheet cutting machine at HCMUTE 2025

Nghiên cứu thiết kế và điều khiển máy cắt mica khổ lớn. Tổng hợp giải pháp cơ khí chính xác, hệ thống điều khiển tự động và tối ưu hiệu suất vận hành.

• Tác giả: Đào Ngọc Quy
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Hoàng Lâm
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
• Đề tài: Design and control vast mica sheet cutting machine
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đề tài máy cắt tấm mica khổ lớn tại HCMUTE

Đề tài tốt nghiệp năm 2025 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (HCMUTE) tập trung phát triển máy CNC 3 trục cắt mica khổ lớn. Nhóm tác giả thuộc Khoa Đào tạo Quốc tế hoàn thành công trình dưới sự hướng dẫn chuyên môn của Thạc sĩ Lê Hoàng Lâm. Dự án giải quyết nhu cầu tự động hóa trong chế tác quảng cáo và công nghiệp phụ trợ. Mica là vật liệu nhiệt dẻo thông dụng. Vật liệu này đòi hỏi quá trình gia công cơ khí nghiêm ngặt để tránh nứt vỡ hoặc biến dạng nhiệt. Đề tài kết hợp đồng bộ giữa cơ khí chính xác, phần cứng truyền động và phần mềm điều khiển số. Hệ thống máy sử dụng card điều khiển chuyển động Mach3 USB AKZ250 cùng động cơ AC Servo Mitsubishi MELSERVO-J2-Super hiện đại. Cấu trúc 3 trục tọa độ X, Y, Z đảm bảo biên dạng cắt mịn và đạt kích thước chuẩn xác. Toàn bộ chu trình vận hành diễn ra tự động dựa trên mã lệnh G-code tối ưu từ phần mềm ArtCAM. Đề tài chứng minh năng lực ứng dụng kỹ thuật cao vào thực tiễn sản xuất.

1.1. Mục tiêu và bối cảnh nghiên cứu máy CNC

Sự phát triển mạnh mẽ của ngành quảng cáo kéo theo nhu cầu cắt tấm mica khổ lớn ngày càng cao. Phương pháp thủ công truyền thống gây tốn thời gian. Vết cắt thủ công thường thiếu chuẩn xác và phát sinh phế phẩm lớn. Mục tiêu cốt lõi của đề tài là chế tạo thiết bị CNC 3 trục hoàn chỉnh. Thiết bị phải đảm bảo kết cấu cơ khí vững chắc. Hệ thống điều khiển cần vận hành ổn định và dễ dàng thiết lập thông số. Đề tài đặt mục tiêu tự chủ thiết kế công nghệ phần cứng lẫn phần mềm. Giải pháp này giúp cắt giảm chi phí sản xuất thiết bị. Đồng thời, máy mang lại chất lượng gia công vượt trội trên các phôi mica ngoại cỡ.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn tại HCMUTE

Đề tài mang giá trị khoa học sâu sắc đối với chương trình đào tạo kỹ thuật tại HCMUTE. Công trình cụ thể hóa lý thuyết điều khiển tự động vào mô hình thực nghiệm. Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử trực tiếp làm chủ quy trình chế tạo máy CNC. Về mặt thực tiễn, máy cắt tấm mica khổ lớn mở ra hướng ứng dụng rộng rãi cho doanh nghiệp nội địa. Sản phẩm nội địa hóa giúp giảm phụ thuộc vào máy nhập khẩu đắt đỏ. Kết cấu máy đạt độ chính xác tương đương tiêu chuẩn thương mại. Mô hình còn đóng vai trò tài liệu giảng dạy trực quan giá trị cho các thế hệ sinh viên tiếp theo tại nhà trường.

II. Thách thức kỹ thuật khi cắt tấm mica khổ lớn tại HCMUTE

Gia công tấm mica ngoại cỡ luôn đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật phức tạp. Mica là polymer nhiệt dẻo nhạy cảm với nhiệt ma sát sinh ra trong quá trình phay cắt. Nhiệt độ cao dễ khiến phôi mica bị chảy mép hoặc rạn nứt cấu trúc bề mặt. Hiện tượng này làm giảm nghiêm trọng tính thẩm mỹ và độ bền thành phẩm. Bên cạnh đó, hành trình chuyển động trên khổ làm việc lớn dễ làm phát sinh sai số cơ khí. Rung lắc trong quá trình di chuyển đầu cắt dẫn đến hiện tượng gợn sóng mép cắt. Động cơ bước thông thường không đáp ứng đủ yêu cầu tải nặng và tốc độ đáp ứng. Khi xảy ra quá tải cơ học, động cơ bước dễ rơi vào trạng thái mất bước. Hệ thống lúc này mất hoàn toàn tọa độ chuẩn, gây hỏng hóc toàn bộ phôi liệu đắt giá. Ngoài ra, việc đồng bộ giữa bộ điều khiển trung tâm và các trục truyền động đòi hỏi độ ổn định cao. Tín hiệu nhiễu điện từ công nghiệp cũng là nguyên nhân gây sai lệch vị trí chuyển động.

2.1. Hạn chế của động cơ bước truyền thống

Động cơ bước thường bộc lộ nhiều điểm yếu trên các máy cắt khổ rộng. Thiết bị này hoạt động theo nguyên lý vòng hở không có tín hiệu phản hồi. Khi máy chuyển động tốc độ cao, mô-men xoắn giảm sút nhanh chóng. Điều này dẫn đến nguy cơ trượt bước và sai lệch hành trình thực tế. Hiện tượng rung động cơ học ở dải vận tốc thấp cũng gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng đường phay. Động cơ bước không thể tự điều chỉnh vị trí khi gặp lực cản bất ngờ. Tình trạng này khiến chi tiết cắt bị lệch kích thước so với bản vẽ thiết kế. Việc loại bỏ động cơ bước trở thành yêu cầu cấp thiết để nâng cao hiệu năng hệ thống.

2.2. Vấn đề nhiệt và biến dạng phôi mica

Mica sở hữu nhiệt độ biến dạng nhiệt tương đối thấp. Khi dao cắt quay ở vận tốc cao, ma sát sinh ra lượng nhiệt cục bộ rất lớn. Nếu tốc độ dịch chuyển trục không phù hợp, phoi mica sẽ bám dính vào lưỡi dao. Mép cắt sau đó có hiện tượng ố vàng hoặc tạo bọt khí xấu xí. Hiện tượng co ngót nhiệt khi nguội cũng gây cong vênh sản phẩm hoàn thiện. Yêu cầu công nghệ đòi hỏi hệ thống điều khiển phải duy trì tốc độ cắt ổn định. Bộ truyền động phải triệt tiêu rung lắc để bảo vệ mũi phay siêu mịn. Quá trình kiểm soát vận tốc và gia tốc chuyển động đóng vai trò quyết định đến độ trong suốt của đường viền mica.

III. Giải pháp thiết kế và điều khiển máy cắt tấm mica khổ lớn

Nhóm nghiên cứu tại HCMUTE đề xuất giải pháp kỹ thuật tích hợp hoàn chỉnh. Động cơ AC Servo Mitsubishi MELSERVO-J2-Super được chọn làm cơ cấu chấp hành chính. Dòng driver MR-J2S điều khiển vị trí theo vòng kín với độ chính xác cao. Bộ mã hóa encoder tích hợp phía sau trục motor phản hồi liên tục vị trí góc quay về driver. Mọi sai lệch tọa độ lập tức được bù trừ tức thời. Trục chính trục Z kết hợp biến tần điều khiển tốc độ quay phù hợp với đường kính mũi dao. Trung tâm xử lý trung gian sử dụng card Mach3 USB AKZ250 kết nối máy tính. Card AKZ250 nhận tín hiệu xung và hướng từ phần mềm Mach3 để truyền tới driver servo. Phần mềm ArtCAM đóng vai trò trích xuất quỹ đạo chạy dao tối ưu. Tệp G-code sinh ra từ ArtCAM điều hướng chính xác chuyển động nội suy 3 trục. Quy trình này triệt tiêu hoàn toàn rung lắc và sai số cơ khí trên toàn bộ bàn máy khổ rộng.

3.1. Truyền động chính xác bằng AC Servo Mitsubishi

Động cơ AC Servo Mitsubishi MELSERVO-J2-Super mang lại ưu thế cơ học vượt trội. Hệ thống tích hợp bộ mã hóa quang học độ phân giải cao. Tín hiệu xung phản hồi được bộ điều khiển kiểm tra theo chu kỳ micro giây. Nhờ đó, động cơ luôn duy trì mô-men xoắn mạnh mẽ ngay cả khi tăng tốc đột ngột. Chế độ điều khiển vị trí (Position Control Mode) ngăn ngừa hoàn toàn hiện tượng mất bước thường gặp. Động cơ vận hành êm ái và không phát sinh rung lắc gây hại cho phôi mica. Bộ khuếch đại servo MR-J2S-10A tự động tính toán điện áp và dòng điện tương ứng để duy trì độ ổn định. Tốc độ đáp ứng tức thời của động cơ giúp đường cắt luôn sắc nét và đạt dung sai cơ khí nhỏ nhất.

3.2. Cấu hình Mach3 USB AKZ250 và lập trình ArtCAM

Card chuyển động Mach3 USB AKZ250 đóng vai trò cầu nối điều khiển trung tâm. Card hỗ trợ xuất xung tần số cao và chống nhiễu hiệu quả qua giao tiếp USB máy tính. Thông qua giao diện Mach3, các thông số về tỷ số truyền hộp số và bước xung (step per unit) được hiệu chỉnh chuẩn xác. Phần mềm ArtCAM hỗ trợ thiết kế mô hình 2D, 3D và mô phỏng đường chạy dao trực quan. ArtCAM tính toán độ sâu lát cắt và tốc độ tiến dao tối ưu cho chất liệu mica. Mã lệnh G-code sinh ra từ phần mềm được nạp trực tiếp vào Mach3 để máy gia công tự động. Quy trình khép kín này hạn chế tối đa lỗi thiết lập thủ công từ người vận hành.

IV. Đánh giá ứng dụng thực tiễn của máy cắt tấm mica khổ lớn

Dự án nghiên cứu chế tạo máy CNC cắt tấm mica khổ lớn tại HCMUTE đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu kỹ thuật đề ra. Sản phẩm thực nghiệm chứng minh độ ổn định cao qua nhiều giờ vận hành liên tục. Các chi tiết mica gia công có mép cắt bóng mịn, thẳng tắp và không bị bavia hay cháy đen bề mặt. Kết quả này khẳng định năng lực tính toán và chế tạo cơ điện tử của sinh viên nhà trường. Việc kết hợp AC Servo Mitsubishi cùng card Mach3 AKZ250 mang lại hiệu suất làm việc vượt trội so với các dòng máy sử dụng động cơ bước cùng phân khúc. Hệ thống mở ra tiềm năng thương mại hóa rộng lớn trong ngành gia công biển quảng cáo, nội thất và quà tặng lưu niệm. Thiết bị hạ thấp chi phí đầu tư đáng kể so với máy móc nhập khẩu nguyên chiếc. Hướng phát triển tiếp theo của dự án bao gồm việc nâng cấp giao diện cảm ứng công nghiệp và tích hợp cụm thay dao tự động để tối ưu hóa dây chuyền sản xuất hàng loạt.

4.1. Hiệu quả kinh tế và tính khả thi trong sản xuất

Máy cắt mica khổ lớn tự chế tạo giúp giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu so với dòng máy ngoại nhập tương đương. Năng suất lao động tăng gấp nhiều lần so với các phương pháp gia công cơ học thủ công. Doanh nghiệp tiết kiệm đáng kể chi phí nhân công và nguyên vật liệu nhờ độ chính xác cao của hệ thống. Tỷ lệ tạo phế phẩm giảm xuống mức thấp nhất nhờ phần mềm ArtCAM sắp xếp phôi tối ưu. Máy có thể hoạt động bền bỉ trong môi trường công xưởng thực tế. Thiết kế mô-đun hóa hỗ trợ công tác bảo trì và thay thế linh kiện dễ dàng. Đây là giải pháp công nghệ kinh tế và phù hợp cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ.

4.2. Tiềm năng mở rộng và phát triển công nghệ

Kiến trúc điều khiển mở của đề tài tạo tiền đề thuận lợi cho các nghiên cứu tiếp nối tại HCMUTE. Máy có khả năng nâng cấp thêm các tính năng hiện đại như tự động căn chỉnh dao tự động và hút chân không bàn gá. Hệ thống điều khiển Mach3 hoàn toàn có thể bổ sung các cảm biến an toàn và hệ thống bôi trơn làm mát chủ động. Việc nghiên cứu thuật toán nội suy gia tốc hình chữ S giúp chuyển động mượt mà hơn khi gia công các chi tiết phức tạp. Đề tài mở đường cho hướng phát triển dòng máy CNC đa năng có thể phay cắt gỗ, nhôm tấm và vật liệu composite. Khả năng kết nối Internet vạn vật (IoT) để giám sát máy từ xa cũng là tiềm năng công nghệ lớn trong tương lai.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng tự động hóa sản xuất hiện đại, các hệ thống gia công điều khiển số bằng máy tính (CNC - Computer Numerical Control) đóng vai trò trung tâm nhằm nâng cao năng suất, độ bền cơ học và độ chính xác của sản phẩm. Đối với ngành công nghiệp quảng cáo, thiết kế nội thất và gia công linh kiện điện tử, mica là vật liệu được sử dụng phổ biến nhờ tính thẩm mỹ và độ bền. Tuy nhiên, các phương pháp gia công tấm mica thủ công truyền thống bộc lộ nhiều điểm hạn chế: tiêu tốn nhiều thời gian, độ chính xác đường cắt thấp, bề mặt cắt không phẳng mịn và tỷ lệ hỏng phôi vật liệu cao. Việc ứng dụng máy CNC chuyên dụng cho vật liệu mica giúp giải quyết triệt để các hạn chế trên, song các hệ thống công nghiệp nhập khẩu thường có chi phí đầu tư ban đầu rất lớn.

Trước thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp "Design and Control Vast Mica Sheet Cutting Machine" (Thiết kế và điều khiển máy cắt tấm mica khổ lớn) được thực hiện bởi nhóm sinh viên Đào Ngọc Quý và Nguyễn Đức Phát, dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Hoàng Lâm tại Khoa Đào tạo Quốc tế và Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (hoàn thành vào tháng 7 năm 2025).

Đồ án xác lập 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể được đánh số như sau:

1. Vận dụng kiến thức kỹ thuật chuyên ngành để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy CNC phục vụ gia công cắt tấm mica.
2. Lập trình, điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống nhằm tạo ra sản phẩm cắt ổn định với độ chính xác cao.
3. Làm chủ hoàn toàn quy trình thiết lập thông số kỹ thuật và vận hành phần mềm điều khiển CNC Mach3.
4. Nâng cao năng lực phân tích, phát hiện và xử lý sự cố kỹ thuật phát sinh trong quá trình vận hành hệ thống thực tế.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là mô hình hệ thống máy CNC 3 trục (X, Y, Z) vòng kín sử dụng động cơ AC servo, biến tần điều khiển động cơ trục chính (spindle) và card điều khiển chuyển động giao tiếp máy tính qua cổng USB.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn như sau:

• Phạm vi không gian và phần cứng: Do giới hạn về thời gian và nguồn lực thực nghiệm, nhóm tác giả tập trung nghiên cứu, tính toán và chế tạo mô hình cơ sở 3 trục với kích thước bàn gá phôi 26 x 13 cm, vùng gia công hiệu dụng thực tế là 10 x 9 cm, sử dụng vật liệu gia công thử nghiệm chính là mica.
• Phạm vi công nghệ: Ứng dụng phần mềm Mach3 (ArtSoft) chạy trên nền tảng hệ điều hành Windows để phát xung điều khiển thông qua card AKZ250, kết hợp phần mềm ARTCAM để thiết kế đồ họa 2D/3D và xuất mã lệnh G-code/M-code tiêu chuẩn.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên nguyên lý điều khiển số trong tự động hóa và cơ cấu truyền động servo vòng kín (closed-loop control system). Hệ thống servo bao gồm bộ điều khiển (driver), động cơ chấp hành và thiết bị phản hồi (encoder độ phân giải cao), cho phép giám sát sai lệch vị trí, tốc độ và mô-men xoắn theo thời gian thực nhằm khắc phục hiện tượng mất bước thường gặp ở động cơ bước (stepper motor). Nhóm tác giả áp dụng phương pháp điều khiển vị trí (Position Control mode) bằng chuỗi xung lệnh (pulse train) và tín hiệu xác định chiều quay (direction sign).

Về mặt công nghệ và thiết bị, nghiên cứu dựa trên các tài liệu kỹ thuật chuẩn từ nhà sản xuất:

• Dòng driver servo AC đa năng MELSERVO-J2-Super (MR-J2S-10A) kết hợp động cơ servo AC dòng HC-KFS của Mitsubishi Electric, tích hợp encoder tuyệt đối 17-bit (độ phân giải 131.072 xung/vòng).
• Biến tần Mitsubishi dòng FR-E700 (mã FR-E720-1.5K-EA) sử dụng giải thuật điều khiển vector từ thông nâng cao để kiểm soát tốc độ quay của động cơ trục chính.
• Card giao tiếp chuyển động Mach3 USB Motion Card (AKZ250) hỗ trợ tần số phát xung điều khiển lên đến 200 kHz.
• Hệ thống tập lệnh gia công G-code (chuyển động nội suy G0, G1, G2, G3; chọn mặt phẳng gia công G17, G18, G19) và M-code (bật/tắt trục chính, điều khiển làm mát).

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

• Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Khảo sát sơ đồ khối, thông số kỹ thuật chân tín hiệu cổng CN1A, CN1B, CN2, CN3 của driver MR-J2S, sơ đồ mạch điều khiển của biến tần FR-E720 và card AKZ250.
• Phương pháp tính toán kỹ thuật: Tính toán tỷ số truyền (gear ratio), xác định số lượng xung trên mỗi milimét di chuyển (Steps Per Unit) dựa trên bước vít me và độ phân giải encoder, thiết lập gia tốc (acceleration) và vận tốc bàn máy (velocity).
• Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật: Lắp ráp cơ khí, bố trí dây dẫn nguồn lực và dây tín hiệu, sử dụng đồng hồ vạn năng đo kiểm thông mạch trước khi cấp nguồn, hiệu chỉnh JOG không tải, chạy thử nghiệm gia công mẫu vật phẩm thực tế trên tấm mica để đánh giá sai số kích thước và chất lượng bề mặt cắt.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu hoàn toàn là dữ liệu kỹ thuật sơ cấp thu được từ các sổ tay hướng dẫn của Mitsubishi Electric, tài liệu phần mềm Mach3, ARTCAM và các kết quả đo đạc thực tế từ quá trình chạy máy tại xưởng thực hành.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc điều khiển phân tầng: máy tính cá nhân (PC) đóng vai trò giao diện vận hành cấp cao, truyền dữ liệu qua giao thức USB tới card chuyển động AKZ250; card này phát xung điều khiển tới các driver servo MR-J2S-10A của trục X, Y, Z và xuất tín hiệu điều khiển biến tần FR-E720-1.5K-EA vận hành động cơ spindle.

Cấu hình phần cứng và cơ cấu cơ khí

Cụm phần cứng	Thành phần / Mã thiết bị	Thông số kỹ thuật chính	Chức năng trong hệ thống
Bộ điều khiển chuyển động	Mach3 USB Motion Card (AKZ250)	Tần số xung max 200 kHz, 16 ngõ vào, 8 ngõ ra cách ly quang	Nhận lệnh từ Mach3 qua USB, phát xung Step/Dir tới driver servo
Hệ thống truyền động servo	Driver Mitsubishi MR-J2S-10A & Động cơ HC-KFS	Tốc độ định mức 3000 RPM, Encoder 17-bit (131.072 xung/vòng)	Dẫn động chính xác vị trí bàn máy và trục chính trên các trục X, Y, Z
Hệ thống trục chính	Biến tần Mitsubishi FR-E720-1.5K-EA & Spindle	Công suất 1.5 kW, điều khiển vector, dải tần số biến đổi	Điều khiển tốc độ quay của dao phay cắt gọt tấm mica
Trục X	Cụm vít me - ray trượt	Bước vít me: 10 mm	Di chuyển cụm đầu cắt và trục Z theo phương ngang
Trục Y	Cụm vít me - ray trượt	Kích thước: 27 x 5 x 4 cm, bước vít me: 10 mm	Di chuyển bàn gá phôi mica dọc theo chiều dài máy
Trục Z	Cụm vít me - ray trượt	Kích thước: 27 x 6 x 4 cm, bước vít me: 6 mm	Nâng/hạ động cơ trục chính theo phương thẳng đứng
Bàn gá phôi	Tấm đế kẹp phôi gia công	Kích thước: 26 x 13 cm, vùng làm việc: 10 x 9 cm	Định vị và kẹp chặt phôi mica trong suốt quá trình phay cắt

Đấu nối mạch điều khiển và an toàn

Quy trình đấu nối dây dẫn được triển khai qua các khối chức năng tách biệt:

• Mạch nguồn lực: Sử dụng aptomat (CB) bảo vệ đầu vào cho nguồn điện 1 pha/3 pha 200–230V AC cấp cho driver MR-J2S (các chân L1, L2, L11, L21) và biến tần FR-E720 (chân R, S, T; đầu ra U, V, W nối tới spindle).
• Nguồn một chiều DC: Bộ nguồn tổ ong chuyển đổi sang 24V DC cấp nguồn nuôi cho các cảm biến tiệm cận (proximity sensors), cuộn hút relay trung gian và các chân giao tiếp I/O của driver.
• Giao tiếp tín hiệu: Tín hiệu xung (PP) và tín hiệu chiều (NP) từ card AKZ250 được kết nối tới giắc CN1A của driver servo theo định dạng chuỗi xung logic âm. Chân Servo-ON (SON) được kích hoạt qua nguồn 24V nội bộ/ngoại vi.
• Mạch tín hiệu an toàn và ngắt khẩn cấp: Tích hợp nút dừng khẩn cấp Estop nối tới chân ngõ vào chuyên dụng trên card AKZ250, cấu hình thường đóng (NC) để lập tức dừng toàn bộ chuyển động khi xảy ra sự cố.

Cấu hình phần mềm và quy trình gia công

Quy trình triển khai phần mềm gồm hai giai đoạn chính:

1. Cấu hình hệ thống trên Mach3:
   • Thiết lập đơn vị đo lường mặc định là milimét (Config > Select Native Units).
   • Thiết lập cấu hình chân xuất xung cho các trục X, Y, Z trong bảng Motor Outputs.
   • Định cấu hình tín hiệu ngõ vào (Input Signals) cho các cảm biến giới hạn hành trình, công tắc Home và chân tín hiệu Estop.
   • Cài đặt thông số Motor Tuning cho từng trục: nạp giá trị Steps Per (dựa trên tính toán tỷ số truyền điện tử và bước vít me), tốc độ tối đa (Velocity - mm/phút) và gia tốc (Acceleration - mm/s²).
2. Thiết kế và tạo đường chạy dao trên ARTCAM:
   • Khai báo kích thước phôi mica và thiết lập điểm gốc phôi (Workpiece Origin).
   • Vẽ biên dạng hình học 2D hoặc mô hình khắc 3D.
   • Lựa chọn loại dao cắt thích hợp, cấu hình chiều sâu cắt mỗi lớp (Stepdown), bước dịch dao ngang (Stepover), tốc độ ăn dao (Feed Rate) và tốc độ quay trục chính.
   • Chạy mô phỏng đường chạy dao (Toolpath Simulation) nhằm kiểm tra trực quan nguy cơ va chạm.
   • Xuất chương trình gia công sang định dạng file mã lệnh G-code (*.txt) và nạp vào Mach3 để tiến hành gia công.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan (Introduction)

Chương 1 trình bày tổng quan về lịch sử phát triển của công nghệ điều khiển số CNC từ nền tảng NC cổ điển sử dụng băng đục lỗ. Nội dung phân loại chi tiết các dòng máy CNC theo số trục chuyển động (2 trục, 3 trục, 4 trục, 5 trục và nhiều trục), theo công năng gia công (phay, tiện, khắc, đục gỗ, cắt laser, cắt plasma), theo loại vật liệu xử lý (kim loại, phi kim như mica/gỗ/alu, vật liệu đặc thù) và theo kết cấu động học (bàn di chuyển - dao đứng yên, bàn đứng yên - dao di chuyển, hoặc cả hai cùng di chuyển). Chương này phân tích các ưu điểm vượt trội của máy CNC như tính lặp lại, năng suất cao, giảm nhân công và độ an toàn; đồng thời nêu rõ nhược điểm về chi phí đầu tư ban đầu và yêu cầu bảo trì kỹ thuật. Từ đó, tác giả luận giải lý do chọn đề tài, xác định mục tiêu, phương pháp nghiên cứu và khẳng định ý nghĩa khoa học cùng giá trị thực tiễn của việc chế tạo mô hình CNC 3 trục cắt mica.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết (CHAPTER 2: THEORETICAL BACKGROUND)

Chương 2 tập trung phân tích sâu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị phần cứng cốt lõi trong hệ thống:

• Hệ thống CNC tổng quát và cấu trúc điều khiển vòng kín của hệ servo AC (stator, rotor, encoder độ phân giải cao).
• Thông số kỹ thuật và phương pháp điều khiển vị trí của servo amplifier Mitsubishi MR-J2S-10A, sơ đồ khối chân giắc CN1A, CN1B, CN2, CN3, các mã cảnh báo lỗi hiển thị trên LED 7 đoạn và quy trình vận hành thử nghiệm không tải ở chế độ JOG bằng nút bấm trên thân driver.
• Cấu tạo phần cứng biến tần Mitsubishi FR-E720-1.5K-EA (mạch động lực, mạch điều khiển, bảng điều khiển hiển thị tần số/dòng điện/điện áp và chức năng bảo vệ quá dòng, quá áp).
• Thông số card điều khiển chuyển động Mach3 USB Motion Card AKZ250, bao gồm băng thông cách ly quang 10 MHz cho 10 optocoupler tốc độ cao và 24 optocoupler thông thường, hỗ trợ tần số phát xung 200 kHz.
• Đặc tính cơ học của các trục: Trục X (bước vít me 10 mm), trục Y (kích thước 27 x 5 x 4 cm, bước vít me 10 mm), trục Z (kích thước 27 x 6 x 4 cm, bước vít me 6 mm) và bàn máy kích thước 26 x 13 cm với vùng làm việc hiệu dụng 10 x 9 cm.
• Giới thiệu giao diện phần mềm Mach3, phần mềm CAD/CAM ARTCAM và hệ thống mã lệnh chuẩn G-code (G0, G1, G2, G3, G17, G18, G19) cùng M-code.

Chương 3: Thiết kế hệ thống (CHAPTER 3: SYSTEM DESIGN)

Chương 3 trình bày các giải pháp tính toán và thiết kế chi tiết:

• Xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống và lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể của máy CNC 3 trục.
• Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện: Sơ đồ phân phối nguồn điện 3 pha/1 pha 200-230V AC, sơ đồ cấp nguồn 24V DC cho khối cảm biến tiệm cận và relay trung gian.
• Sơ đồ đấu nối chi tiết giữa các chân tín hiệu của card AKZ250 với giắc điều khiển của driver MR-J2S và biến tần FR-E700.
• Bản vẽ mô phỏng không gian và bố trí gá đặt thực tế các trục vít me, cụm đầu cắt và bàn gá phôi.
• Thiết lập thông số vận hành cho driver MR-J2S (Bảng 3.1) và tính toán tỷ số truyền điện tử để đồng bộ hóa xung phát từ Mach3 với góc quay trục động cơ servo.
• Quy trình chuẩn hóa thiết kế bản vẽ phôi và xuất file G-code trên ARTCAM đưa vào mô phỏng kiểm tra trên giao diện Mach3.

Chương 4: Chế tạo và lắp ráp hệ thống (CHAPTER 4: SYSTEM CONSTRUCTION)

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình thi công thực tế tại xưởng:

• Kiểm tra tính năng độc lập của từng module thiết bị trước khi lắp đặt hoàn chỉnh.
• Định vị cơ khí: Gá đặt khung trục Y, liên kết trục X vuông góc với trục Y, cố định chắc chắn cụm trục Z lên trục X thông qua tấm nhôm gá có kích thước gia công riêng biệt, sau đó lắp đặt động cơ spindle vào trục Z.
• Đi dây và cố định hệ thống điện: Đấu nối dây lực cho các aptomat CB, đấu nối dây nguồn cấp cho 3 bộ driver MR-J2S, biến tần, bộ nguồn tổ ong 24V DC và kết nối các bus dây tín hiệu về card AKZ250.
• Thực hiện quy trình đo kiểm an toàn điện nghiêm ngặt: Kiểm tra tính thông mạch của các nhánh CB, đo kiểm điện áp ngõ ra của bộ nguồn 24V DC và thử nghiệm thông mạch đường dây cấp tới các cảm biến tiệm cận để đảm bảo không có hiện tượng chập cháy trước khi đóng điện toàn hệ thống.

Chương 5: Vận hành và thử nghiệm (CHAPTER 5: OPERATION AND TESTING)

Chương 5 ghi lại quy trình vận hành hoàn chỉnh và các kết quả gia công mẫu thực tế:

• Trình tự vận hành chuẩn: Đóng aptomat cấp nguồn -> Chọn chế độ JOG trên driver -> Chạy thử JOG trên phần mềm Mach3 -> Kiểm tra trạng thái I/O của card và quay thử trục chính -> Kẹp chặt phôi mica lên bàn máy -> Lắp dao cắt vào đầu kẹp spindle -> Thiết lập gốc tọa độ gia công (X0, Y0, Z0) trên Mach3 -> Đưa 3 trục về vị trí Zero -> Nạp file G-code -> Chạy mô phỏng không tải trên màn hình Mach3 -> Tiến hành cắt gọt thực tế.
• Chế tạo và đo kiểm các mẫu sản phẩm:
  • Mẫu cắt biên dạng hình chữ nhật kích thước 75 x 50 mm.
  • Mẫu cắt hình vuông cạnh 2 x 2 cm.
  • Mẫu cắt hình ngôi sao và ngôi sao có chữ "L" lồng bên trong.
  • Mẫu gia công biểu tượng cờ Đảng Cộng sản Việt Nam (hình búa liềm).
  • Mẫu khắc chữ nghệ thuật (engraving name).
  • Mẫu khoan lỗ định vị linh kiện cơ khí theo bản vẽ kỹ thuật AutoCAD.
• Phân tích sự cố kỹ thuật thực tế: Kiểm tra cân bằng tải trọng trục Z; phát hiện hiện tượng vật liệu mica bị nóng chảy do nhiệt ma sát làm gãy mũi dao cắt; kiểm tra lại vị trí và khoảng không di chuyển của hệ thống dây dẫn để tránh bị vướng kẹt cơ khí.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển (CHAPTER 6: CONCLUSION AND FUTURE DIRECTIONS)

Chương 6 tổng kết việc hoàn thành toàn bộ các mục tiêu đặt ra: làm chủ lý thuyết điều khiển CNC, thiết kế và chế tạo thành công mô hình phần cứng máy CNC 3 trục hoạt động ổn định, điều khiển trơn tru thông qua card AKZ250 và phần mềm Mach3, gia công chính xác các mẫu thử nghiệm trên mica. Đồng thời, chương này chỉ ra các hạn chế kỹ thuật hiện tại và đề xuất các giải pháp nâng cấp trong giai đoạn tiếp theo.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Đồ án đã chế tạo thành công một mô hình máy CNC 3 trục khép kín hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ chu trình từ thiết kế CAD/CAM đến gia công sản phẩm cơ điện tử. Các thông số thử nghiệm và kết quả gia công thực tế trên vật liệu mica được tổng hợp chi tiết trong bảng sau:

Đối tượng / Mẫu thử nghiệm	Kích thước thiết kế	Kích thước / Hiện trạng thực tế	Đánh giá vận hành
Bàn gá phôi & Vùng gia công	26 x 13 cm	10 x 9 cm (vùng cắt hiệu dụng)	Bàn máy gá kẹp chắc chắn, triệt tiêu rung lắc phôi khi phay
Động cơ Servo & Driver MR-J2S	3000 RPM / 17-bit	Đạt tốc độ định mức, phản hồi vị trí tức thời	Chạy êm, đáp ứng chuẩn tín hiệu xung từ card AKZ250
Mẫu cắt chữ nhật	75 x 50 mm	Đúng kích thước hình học thiết kế	Đường viền cắt sắc nét, cạnh thẳng đều
Mẫu cắt hình vuông	2 x 2 cm	Đúng kích thước thiết kế	Các góc cắt vuông vức, không bị vát sai số
Mẫu hình học phức tạp	Hình ngôi sao, ngôi sao chữ "L"	Đúng biên dạng đường cong và góc nhọn	Hệ thống nội suy chuyển động đa trục chính xác
Mẫu biểu tượng huy hiệu	Biểu tượng cờ búa liềm Đảng	Biên dạng chi tiết nhỏ đạt độ sắc nét cao	Khả năng phay rãnh biên dạng hẹp ổn định
Thử nghiệm khoan & Khắc	Khoan lỗ linh kiện / Khắc chữ	Lỗ khoan tròn đều, nét khắc sắc cạnh	Trục Z di chuyển chuẩn xác theo cao độ Z lập trình

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất và xử lý

Trong quá trình thi công và vận hành, nhóm tác giả đã đề xuất và áp dụng các giải pháp kỹ thuật cụ thể nhằm khắc phục sự cố:

• Quy trình kiểm tra an toàn đa cấp: Áp dụng phương pháp kiểm tra thông mạch tuần tự từng khối thiết bị bằng đồng hồ đo trước khi đóng điện lưới, loại trừ nguy cơ ngắn mạch phá hỏng card điều khiển USB AKZ250 và các module driver đắt tiền.
• Cách ly tín hiệu chống nhiễu: Sử dụng hệ thống relay trung gian và các cổng optocoupler quang có sẵn trên card AKZ250 nhằm cách ly triệt để mạch điều khiển điện áp thấp (5V/24V) với mạch nguồn lực công suất lớn (200-230V AC) của biến tần và driver servo.
• Xử lý sự cố gãy dao do nóng chảy mica: Khi phay cắt mica ở tốc độ tiến dao và vận tốc trục chính không phù hợp, nhiệt ma sát sinh ra lớn làm mica hóa dẻo, dính bết vào rãnh thoát phoi gây kẹt và gãy dao. Nhóm tác giả đã rút ra giải pháp hiệu chỉnh giảm tốc độ quay trục chính kết hợp tăng bước tiến dao phù hợp để phoi thoát nhanh, tránh tích tụ nhiệt tại vùng cắt.
• Căn chỉnh cân bằng trục Z: Tiến hành gia cố tấm nhôm đỡ và kiểm tra lực đối trọng/độ đồng trục của vít me trục Z để tránh tình trạng rơi tự do hoặc lệch bước do trọng lượng của động cơ spindle gây ra.

Đóng góp của đồ án

• Về mặt học thuật: Hệ thống hóa toàn diện phương pháp tích hợp thiết bị điều khiển công nghiệp tiêu chuẩn (AC servo Mitsubishi, biến tần FR-E700) với phần mềm máy tính phổ thông (Mach3) thông qua card giao tiếp USB chuyên dụng AKZ250, làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành kỹ thuật điều khiển.
• Về mặt thực tiễn: Cung cấp quy trình hoàn chỉnh từ bản vẽ CAD (AutoCAD/ARTCAM) đến xuất mã G-code và cấu hình tham số vận hành trên máy CNC, chứng minh tính khả thi của việc chế tạo các dòng máy phay cắt CNC mini có độ chính xác cao phục vụ nghiên cứu và sản xuất quy mô nhỏ.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên các ghi nhận thực tế trong văn bản đồ án, các hạn chế kỹ thuật bao gồm:

• Quy mô bàn máy gia công còn khiêm tốn: Mặc dù tên đề tài định hướng cắt tấm mica khổ lớn ("vast mica sheet"), song mô hình thực nghiệm mới chỉ dừng lại ở kích thước bàn gá phôi 26 x 13 cm với vùng làm việc hiệu dụng 10 x 9 cm do hạn chế về kinh phí và thời gian chế tạo.
• Chưa trang bị hệ thống làm mát chuyên dụng: Máy chưa tích hợp hệ thống làm mát bằng khí nén thổi phoi hoặc phun sương bôi trơn (mới dừng lại ở việc hỗ trợ cổng điều khiển ngõ ra trên mạch), dẫn đến nguy cơ quá nhiệt làm chảy vật liệu mica nếu vận hành liên tục ở tốc độ cao.
• Độ cứng vững cơ khí: Cụm khung máy và các tấm gá động cơ chủ yếu là nhôm gia công đơn lẻ, chưa đạt độ đầm và độ cứng vững công nghiệp cao để triệt tiêu toàn bộ rung động khi cắt vật liệu cứng hơn.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo được tác giả đề xuất:

• Mở rộng kích thước khung cơ khí và hành trình trục bàn máy lên kích thước công nghiệp thực thụ để gia công trực tiếp các tấm mica khổ tiêu chuẩn.
• Lắp đặt bổ sung hệ thống làm mát bằng khí nén hoặc đầu phun sương để hạ nhiệt độ vùng cắt, ngăn ngừa hiện tượng mica nóng chảy bám dính dao phay.
• Nâng cấp động cơ trục chính có dải công suất lớn hơn, đồng thời tối ưu hóa bảng thông số gia công (tốc độ cắt, lượng chạy dao) để mở rộng khả năng xử lý trên các vật liệu phi kim khác như tấm nhôm composite (alu), gỗ và nhựa kỹ thuật.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật thực tiễn cao đối với:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Cơ điện tử và Chế tạo máy đang thực hiện đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp hoặc các dự án nghiên cứu về máy CNC 3 trục.
• Kỹ sư, kỹ thuật viên thực hành tự động hóa muốn tìm hiểu giải pháp ghép nối phần cứng giữa card Mach3 USB Motion Card (AKZ250) với các thiết bị công nghiệp của Mitsubishi Electric (Driver MR-J2S, Biến tần FR-E700).

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất trong văn bản gồm:

• Sơ đồ đấu nối dây chi tiết giữa card AKZ250 với giắc tín hiệu CN1A của bộ điều khiển MR-J2S và cầu đấu điều khiển biến tần FR-E720 (Hình 2.21, 3.6, 3.7, 4.8).
• Bảng hướng dẫn cấu hình chi tiết thông số chân ra/vào (Pinout), công tắc hành trình, nút dừng khẩn cấp và bảng Motor Tuning trong phần mềm Mach3.
• Quy trình từng bước tạo đường chạy dao và xuất G-code trên phần mềm ARTCAM cùng các bài học kinh nghiệm về xử lý hiện tượng nóng chảy vật liệu và cân bằng cơ học trục Z.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Động cơ và bộ điều khiển servo sử dụng cho 3 trục của máy CNC trong đồ án là loại nào và có thông số ra sao?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển servo Mitsubishi MELSERVO MR-J2S-10A kết hợp động cơ servo AC dòng HC-KFS. Động cơ có tốc độ định mức 3000 RPM và được tích hợp bộ mã hóa vòng quay tuyệt đối (absolute encoder) độ phân giải 17-bit (tương đương 131.072 xung/vòng), hoạt động ở chế độ điều khiển vị trí thông qua chuỗi xung nhận từ bộ điều khiển.

2. Card điều khiển chuyển động Mach3 USB AKZ250 đóng vai trò gì và có các đặc tính kỹ thuật cơ bản nào?
Card AKZ250 đóng vai trò làm cầu nối phần cứng trung gian nhận lệnh từ phần mềm Mach3 trên máy tính qua cổng USB để phát xung điều khiển các trục servo và đóng cắt thiết bị ngoại vi. Các đặc tính chính gồm: tần số phát xung tối đa 200 kHz, 16 ngõ vào số và 8 ngõ ra số được cách ly quang bảo vệ (gồm 10 optocoupler tốc độ cao 10 MHz và 24 optocoupler thông thường), hỗ trợ điều khiển tốc độ trục chính qua ngõ ra analog và tích hợp mạch nguồn cách ly chống can nhiễu.

3. Kích thước cơ cấu trục và vùng làm việc hiệu dụng thực tế của mô hình máy là bao nhiêu?
Cơ cấu trục Y có kích thước 27 x 5 x 4 cm với bước vít me 10 mm; trục Z có kích thước 27 x 6 x 4 cm với bước vít me 6 mm; trục X sử dụng vít me bước 10 mm. Bàn gá phôi có kích thước vật lý là 26 x 13 cm, mang lại vùng gia công hiệu dụng thực tế cho đầu cắt là 10 x 9 cm.

4. Biến tần nào được lựa chọn để điều khiển động cơ trục chính (spindle) và phương thức điều khiển được áp dụng là gì?
Đồ án sử dụng biến tần Mitsubishi FR-E720-1.5K-EA (thuộc series FR-E700) công suất 1.5 kW. Biến tần ứng dụng thuật toán điều khiển vector từ thông nâng cao, nhận lệnh chạy/dừng và tín hiệu điện áp analog từ card AKZ250 (thông qua lệnh điều khiển từ phần mềm Mach3) để thay đổi tần số ngõ ra, từ đó điều chỉnh mượt mà tốc độ quay của động cơ spindle khi cắt mica.

5. Sự cố kỹ thuật đáng chú ý nào đã xảy ra trong quá trình gia công thực nghiệm và nguyên nhân được xác định là gì?
Trong quá trình thử nghiệm cắt, nhóm tác giả ghi nhận sự cố mũi dao phay bị gãy do phôi mica bị quá nhiệt dẫn đến nóng chảy cục bộ và bám dính chặt vào rãnh cắt của dao. Ngoài ra, nhóm cũng phải tiến hành kiểm tra và căn chỉnh lại độ cân bằng cơ học của trục Z nhằm khắc phục hiện tượng mất cân bằng trọng tải khi lắp cụm động cơ spindle lên ray trượt.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Design and Control Vast Mica Sheet Cutting Machine" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy CNC 3 trục phục vụ gia công phay cắt vật liệu mica. Bằng việc kết hợp hài hòa giữa các thiết bị tự động hóa công nghiệp chất lượng cao của Mitsubishi (Servo MR-J2S, Biến tần FR-E700) với giải pháp điều khiển phần mềm Mach3 qua card USB AKZ250, hệ thống đã vận hành ổn định và đạt độ chính xác cao trên các mẫu cắt thử nghiệm thực tế. Công trình là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo rõ ràng về sơ đồ đấu nối, phương pháp cấu hình tham số và xử lý sự cố cơ điện tử, tạo tiền đề vững chắc cho việc mở rộng quy mô máy CNC cắt mica khổ lớn trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FALCUTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION PROJECT DESIGN AND CONTROL VAST MICA SHEET CUTTING MACHINE Student: DAO NGOC QUY Student ID: 19142101 Student: NGUYEN DUC PHAT Student ID: 20142241 Major: ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING TECHNOLOGY Supervisor: M.Eng Le Hoang Lam Ho Chi Minh City, July 2025 HCMC UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FALCUTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION PROJECT '(6,*1$1'&21752/9$670,&$6+((7 &877,1*0$&+,1( Student: DAO NGOC QUY Student ID: 19142101 Student: NGUYEN DUC PHAT Student ID: 20142260 Major: ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING TECHNOLOGY Supervisor: M.Eng Le Hoang Lam Ho Chi Minh City, July 2025 LIST OF CONTENTS LIST OF FIGURES. 3 LIST OF TABLES. What is CNC?. Advantages and disadvantages of cnc machines.

Reason for Choosing the Topic. Objective of the thesis. Research method of the topic. Scientific and practical significance.

14 CHAPTER 2: THEORETICAL BACKGROUND. CNC system overview. Introduction to hardware. AC servo motor.

Mach3 USB Motion Card (AKZ250). Axes and workpiece tables of servo systems. Mach3 simulation software. Introduction to G-code and M-code.

53 CHAPTER 3: SYSTEM DESIGN. System block diagram. Algorithm flowchart of the 3-Axis CNC system. Hardware block design.

Block diagram of the hardware components in the 3-Axis CNC system. Wiring diagram for power supply of the 3-Axis CNC system. Wire connection diagram of controller and servo motor. Projection diagram using actual model simulation.

Setting system parameters. Setting up system parameters in the Mach3 software. The calculation of the gear ratio.5 Design and Generate G-code File. 71 1 CHAPTER 4: SYSTEM CONSTRUCTION.

Wiring and functional testing of individual devices. Positioning and securing the devices. Wiring connections for devices. System Check Before Powering On.

89 CHAPTER 5: OPERATION AND TESTING. Some images of the final product and the implementation process of the project. Images of the final product. Images of the implementation process of the project.

101 CHAPTER 6: CONCLUSION AND FUTURE DIRECTIONS. 106 2 LIST OF FIGURES Figure 1.1: Industrial CNC Machine Models.1: Components of a CNC Machine System .2: Servo System Structure .3: AC Servo Motor .4: Structure of an AC Servo Motor .5: Servo Control Method – Position Control .6: Mitsubishi MELSERVO-J2-Super (MR – J2S – 10A) .7: Display and Functions of the Buttons on the MR-J2S Driver .9: Structure of the MR-J2S-100A or less .10: Driver’s rating plate .11: Internal connection diagram of servo amplifier .14: Input voltage level for Servo-ON .15: Pulse Signal for Rotation Direction Control.16: The operation process of the servo running without load .17: For 3-phase 200V to 230VAC or 1-phase 230V .19: Inverter operation control panel .20: Basic operation of the operation panel [11].21: Standard control circuit terminal model [12] .22: Mach3 USB Motion Card (AKZ250) .27: Mach3 software interface .28: Select the unit of measurement.29: Set up the hardware parameters.30: Setting up the pulse output pins.31: Setting up the signals.32: Setting up the emergency stop button (Estop).33: Setting up the output signals.34: Spindle mode settings.35: Spindle mode settings.36: ARTCAM Software Interface .37: Workpiece Parameter Settings .38: Tool Settings and Cutting Depth Configuration .39: List of G-code .40: List of M-code .41: Illustration of command G0.42: Illustration of command G1.43: Illustration of command G2.44: Illustration of command G3.45: Illustration for commands G17, G18, G19 .1: System block diagram .2: Algorithm Flowchart of the 3-Axis CNC System.3: Block Diagram of the Hardware.4: Supply Diagram of 3 Axis CNC System .5: Wiring diagram between the controller and the servo motor .6: Wire connection diagram of MACH3 board with signal cable of MR-J2S driver .7: Wire connection diagram of AKZ250 board with E700 and MR J2S .8: Relay connection diagram .9: Projection using a realistic model simulation .10: Actual Implementation of the CNC Model .11: Select the pins used for generating control pulses to drive the motors .12: Set up the sensor input signals in Mach3 for proper system operation.13: Configuring the Estop signal .14: Configuring parameters for the main spindle motor .15: X-axis parameter settings .16: Y-axis parameter settings .17: Z-axis parameter settings .18: Enter the dimensions of the workpiece and select the tool's starting position on the material.19: Create the design on the surface of the workpiece .20: Set the tool's start and end position parameters .21: Select the appropriate cutting tool and configure its parameters accordingly.22: Display the toolpath on the workpiece.23: Simulate the cutting of the design on the workpiece.24: Save the G-code file of the cutting design.25: Export the G-code file.*txt and make necessary adjustments.26: The cutting design appears in the Mach3 simulation.1: Wiring for the DC Power Supply .2: Wiring Diagram for Supplying Power to Sensors .3: Power Wiring Connection for Driver and Servo Motor .3: Wiring diagram for DRIVER MR – J2S and Servo motor .4: Terminals L1, L2, L11, and L21 of the driver .5: Wiring Diagram for Inverter and Spindle Motor.6: Wiring Diagram for Inverter FR – E720 and Spindle Motor .7: Connect the sensor wires and signal wires to the control board (AKZ250) .8: Wire connection diagram of AKZ250 board with E700 and MR J2S .9: Locate and secure the devices .11: Locate and secure the X-axis .13: The Z axis is firmly fixed to the X axis .14: Aluminum plate with dimensions of 14.15: Spindle motor is inserted into the Z axis .16: Wiring connections for CBs .17: Wiring connections for Drivers .18: Wiring connections for 24V DC power supply .19: Wire connection for MACH3 USB Motion Card (AKZ250) .21: Check the Circuit Continuity of the Circuit Breaker (CB): .22: Check the Circuit Continuity of the 24V DC power supply.23: Continuity test from 24V DC power supply to proximity sensors .1: System power supply circuit breaker .2: Select JOG mode on the driver.3: Run JOG mode in Mach3 .4: Check the input and output signals of the circuit board and the spindle .5: Secure the workpiece .6: Secure the cutting tool in the spindle.7: Set the (0, 0, 0) position in Mach3.8: Move all three axes to zero .9: G-code file in Mach3.10: Run the machining simulation in Mach3.11: Cutting product dimensions (75x50) .12: Actual cutting dimensions .13: The size of the star shape in the software.14: Actual product dimensions .15: Star with an “L” inside .16: Square with sides 2x2 cm .18: Flag of the Communist Party of Vietnam.21: The process of engraving a name .22: Drilling a hole for securing a component .23: Product completed based on AutoCAD drawings.24: Checking the balance of the Z-axis.25: Workpiece melting caused tool breakage .26: Wire position check during wiring process. 103 6 LIST OF TABLES Table 2.1: Symbols and signal names .2: Input the pulse train for servo rotation direction command .3: Functions of the up and down buttons .4: Axis control command .1: Setting Parameters for Drivers. 71 7 ACKNOWLEDGEMENTS In order to successfully complete this graduation project, we would like to express our heartfelt gratitude to all the esteemed lecturers of the Faculty of Electrical and Electronics Engineering, as well as the Faculty of International Education at Ho Chi Minh City University of Technology and Education.

Throughout the past years of study, thanks to the dedicated instruction and enthusiastic guidance of our respected teachers, we have been equipped with a solid foundation of knowledge and confidence. This has provided us with the essential basis for research, along with the favorable conditions and support from the university and lecturers, enabling us to complete our graduation project titled “Design and Control of a Vast MICA Sheet Cutting Machine.” We would like to extend our deepest appreciation to our project supervisor, Mr. Le Hoang Lam, M. His patient mentorship and invaluable guidance, especially during the moments when we encountered challenges in developing ideas and building the project model, helped us overcome obstacles and stay on track with the objectives of our graduation project.

In addition, we sincerely thank all the other project teams who have accompanied us, supported us, and provided constructive feedback throughout the entire process, allowing us to make well-informed decisions and improvements. Despite our best efforts, due to limitations in time, resources, and knowledge, our project may still contain certain shortcomings. Therefore, we genuinely welcome all evaluations, suggestions, and feedback from our esteemed lecturers, senior students, and fellow peers, so that we may continue to improve and further develop this project. With our sincerest thanks and respect! Ho Chi Minh City, July , 2025 Project Team Dao Ngoc Quy Nguyen Duc Phat 8 CONTENT SUMMARY In today’s era of rapid technological development, CNC systems have been increasingly optimized for faster processing, higher precision, and extended durability.

These systems play a vital role in automated manufacturing processes, especially in material machining. The use of Mach3 software to control CNC machines, though not new, remains a simple, effective, and accessible method for students. It provides a practical platform for students to become familiar with CNC operation, enhance their programming skills, and simulate real-world industrial scenarios. With this foundation, our team has carried out the project titled “Design and Control of a Vast MICA Sheet Cutting Machine”, aiming to develop a CNC machine model capable of cutting large-sized MICA sheets using Mach3 software.

The project focuses on creating a straightforward yet efficient CNC system with practical applications. The main objectives include:  Applying acquired knowledge to research, design, and construct a CNC machine model for large MICA sheet cutting.  Programming, controlling, and monitoring the system to produce precise and high-quality cutting results.  Gaining proficiency in parameter configuration and operation using Mach3 software.

 Improving analytical and troubleshooting skills in response to issues during system operation. Today, with the strong development of the economy and society, human demands are rising not only in terms of functionality but also in product aesthetics, convenience, and ease of use. To meet these growing expectations, manufacturers and investors are required to constantly improve their technologies—not only achieving higher productivity but also ensuring precision and visual appeal in their products.1: Industrial CNC Machine Models Among modern technological solutions, CNC machines stand out as a widely adopted tool across various industries. Thanks to their advantages such as stable operation, high precision, large work efficiency, and ease of programming and control, CNC machines are increasingly applied, especially in the mechanical industry, for tasks such as milling, engraving, cutting, and drilling on materials like wood, metal, MICA, and aluminum composite panels (alu)… 10 However, designing and operating a fully functional CNC system suitable for industrial applications requires in-depth knowledge and practical experience.

Due to limited time and resources, our project focuses on addressing only the fundamental requirements for a CNC machine to operate effectively. Specifically, the project involves researching, calculating, designing, installing, parameter setting, operating, and testing a basic 3-axis CNC machine model, specifically designed for cutting large MICA sheets. What is CNC?  Definition: Computer numerical control (CNC) is the automated control of machine tools by a computer. It is an evolution of numerical control (NC), where machine tools are directly managed by data storage media such as punched cards or punched tape.

Because CNC allows for easier programming, modification, and real-time adjustments, it has gradually replaced NC as computing costs declined.[1] A CNC machine is a motorized maneuverable tool and often a motorized maneuverable platform, which are both controlled by a computer, according to specific input instructions. Instructions are delivered to a CNC machine in the form of a sequential program of machine control instructions such as G code and M code, and then executed.[2] CNC offers greatly increased productivity over non-computerized machining for repetitive production, where the machine must be manually controlled (e. using devices such as hand wheels or levers) or mechanically controlled by pre-fabricated pattern guides.[3]  Classify: a/ Classification by Number of Axes. Includes 5 common types:  2-axis CNC  3-axis CNC  4-axis CNC  5-axis CNC  Multi-axis CNC (6 axes or more – used in advanced industrial applications) b/ Classification by Machining Function.