CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong bối cảnh công nghệ phát triển mạnh và nhu cầu về thiết bị điện tử nhỏ gọn, mạch in ngày càng có kích thước nhỏ hơn và tích hợp nhiều chức năng hơn. Trong quá trình nghiên cứu học tập để tạo ra những bo mạch như thế sinh viên ngoài việc thiết kế mô phỏng trên các phần mềm các bạn còn phải gia công mạch, lắp đặt linh kiện và thử nghiệm thực tế để đánh giá những thiết kế của mình. Các phương pháp làm mạch như in lụa, khắc axit hay phim cảm quang chỉ phù hợp với quy mô lớn và phương pháp thủ công như in ủi và ngâm trong dung dịch để ăn mòn lớp đồng phù hợp với sinh viên nhưng vẫn còn nhiều mặt hạn chế như hóa chất, độ thẩm mỹ và chất lượng gia công, có thể dẫn đến việc đánh giá kết quả nghiên cứu không đạt hiệu quả.
Để đảm bảo chất lượng và độ chính xác, việc sử dụng máy CNC để phay và khoan mạch là cần thiết. Tuy nhiên, các máy CNC trên thị trường giá cả đắt đỏ và những hạn chế về kỹ năng vận hành, gây khó khăn cho học sinh và sinh viên tiếp cận. Vì vậy, nhóm nghiên cứu quyết định thiết kế và chế tạo máy phay mạch in chi phí thấp, dễ sử dụng nhưng vẫn đảm bảo những tiêu chuẩn gia công của mạch, để phục vụ các bạn sinh viên trong quá trình nghiên cứu và học tập. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nghiên cứu và ứng dụng máy phay mạch in giúp nâng cao hiểu biết về công nghệ sản xuất mạch in điện tử, đặc biệt là các kỹ thuật gia công cơ khí chính xác.
Góp phần vào việc phát triển các phương pháp mới trong việc chế tạo và gia công mạch in, mở ra nhiều hướng nghiên cứu về vật liệu và kỹ thuật phay. Tối ưu hóa các quy trình sản xuất, từ khâu thiết kế đến khâu sản xuất, đảm bảo độ chính xác cao và giảm thiểu lỗi sản phẩm. Sử dụng máy phay mạch in giúp tạo ra các sản phẩm mạch in có chất lượng cao, độ chính xác và độ bền tốt hơn, đáp ứng yêu cầu khắt khe của thị trường điện tử. Máy phay mạch in cho phép sản xuất hàng loạt các mạch in phức tạp với tốc độ nhanh, từ đó tăng cường khả năng sản xuất của các doanh nghiệp.
Các sản phẩm mạch in từ máy phay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như viễn thông, y tế, ô tô, hàng không và các thiết bị điện tử tiêu dùng. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Hiểu rõ cơ chế hoạt động của máy phay, từ cách điều khiển máy, chọn mũi phay, đến quá trình phay cắt và tạo hình các đường mạch. - Tìm ra các thông số kỹ thuật như tốc độ phay, độ sâu cắt để đạt hiệu suất cao. 1 - Kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm mạch in sau khi phay, đảm bảo độ chính xác của các đường mạch và khả năng kết nối điện tốt.
- Dễ dàng vận hành, sửa chữa thuận tiện để sinh viên có thể sử dụng, cải thiện khả năng thực hành và có thể hình dung các ứng dụng thực tiễn của công nghệ này trong công nghiệp. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu - Các mạch thủ công của các bạn sinh viên, quá trình gia công thủ công, kích thước đường mạch, kích thước bảng mạch. - Nghiên cứu chi tiết về cấu tạo của máy phay mạch, bao gồm các thành phần như trục chính, bàn máy, hệ thống điều khiển.
- Tìm hiểu cách thức hoạt động của máy phay, từ khâu thiết kế trên phần mềm, xuất mã G-code đến quá trình gia công mạch. - Các bước và phần mềm sử dụng trong việc thiết kế mạch in. - Các bước cụ thể trong quá trình gia công mạch in bằng máy phay và các bước hoàn thiện sau gia công như kiểm tra và làm sạch. - Các loại vật liệu phổ biến như FR4 và các tính chất của chúng.
- Các loại mũi phay, dao cắt và các dụng cụ hỗ trợ khác. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu các thông số kỹ thuật của máy phay, bao gồm độ chính xác, tốc độ phay, công suất trục chính và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng mạch in. Nghiên cứu quy trình từ khâu thiết kế mạch, chuẩn bị vật liệu, lập trình mã G-code, đến gia công và hoàn thiện sản phẩm. Đo lường và đánh giá hiệu suất của máy phay trong quá trình sản xuất, bao gồm thời gian gia công, độ chính xác của mạch và tỷ lệ sản phẩm đạt tiêu chuẩn.
Phương pháp nghiên cứu Thu thập và nghiên cứu các sách, báo cáo khoa học, bài báo học thuật liên quan đến công nghệ phay mạch, nguyên lý hoạt động của máy phay, và các quy trình sản xuất mạch in. Khảo sát và thu thập dữ liệu thiết kế từ những bo mạch sinh viên, những số liệu thu thập được sẽ là tiền đề để thiết kế chế tạo máy phay mạch in. Dựa trên những số liệu thu được, tiến hành tính toán, đánh giá, chọn lựa các chi tiết chính, khung kết cấu và phương thức gia công, lắp đặt. 2 Tiến hành gia công mạch in trên máy theo các mã G-code khác nhau và ghi lại các kết quả, bao gồm thời gian gia công, độ chính xác của các đường dẫn và chất lượng tổng thể của mạch.
Ứng dụng các kiến thức được học từ các môn chuyên ngành được áp dụng vào trong đề tài này để tính toán, thiết kế, điều khiển, kiểm nghiệm… 1. Giới hạn đề tài Mô hình máy gia công mạch in dựa trên nền tảng của máy CNC là một sản phẩm phức tạp yêu cầu sự kết hợp của nhiều lĩnh vực kĩ thuật: cơ khí - điện tử - lập trình. Với những thông số đầu vào như: kích thước tồng thể, kích thước đường mạch gia công, thời gian gia công. Nhóm đã giới hạn được các thông số và chức năng của máy như sau: - Kích thước máy (D×R×C): (750×560×660) mm.
- Hành trình máy (X×Y×Z): (320×300×130) mm. - Kích thước mạch in (D×R): (300×200) mm. - Độ sâu phay: (0,05 ÷ 1,6) mm. - Tốc độ di chuyển: 0,5 m/s.
- Sai số độ rộng đường mạch gia công: 0,1 mm. - Phay được mạch chất liệu Fr-4 đơn lớp. - Phục vụ cho mục đích giáo dục. 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
Tổng quan về máy CNC 2. Giới thiệu về máy CNC Máy phay CNC là một công cụ tiên tiến trong ngành gia công cơ khí, cho phép thực hiện các thao tác phay và cắt gọt vật liệu một cách tự động và chính xác dựa trên các lệnh được lập trình từ máy tính. Khác với các máy phay truyền thống yêu cầu sự điều khiển trực tiếp từ người thợ, máy phay CNC hoạt động dựa trên các mã G-code, được tạo ra từ các phần mềm thiết kế như CAD và CAM.1: Máy CNC trong công nghiệp1 Một trong những ưu điểm nổi bật của máy phay CNC là khả năng giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó tăng năng suất và giảm chi phí lao động. Đồng thời, máy phay còn mang lại tính linh hoạt cao, cho phép nhanh chóng thay đổi thiết kế và sản xuất các mẫu thử nghiệm mà không cần thay đổi cấu hình máy móc nhiều lần.
Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô, và sản xuất thiết bị điện tử, nơi yêu cầu về độ chính xác và hiệu quả luôn đặt lên hàng đầu. Tóm lại, máy phay CNC là một công cụ không thể thiếu trong ngành gia công hiện đại, đại diện cho sự kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ và sản xuất. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, máy phay CNC hứa hẹn sẽ tiếp tục mang lại những cải tiến vượt bậc, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp toàn cầu. 1 Máy CNC DVF 8000 6 trục hãng DOOSAN (https://www.
Hệ thống điều khiển Nguyên lý cơ bản của khối điều khiển là nhận tín hiệu từ người vận hành, chương trình và cung cấp tín hiệu điều khiển cho khối cơ cấu chấp hành để thực hiện gia công. Đặc điểm chính của hệ điều khiển CNC là sự tham gia của máy tính. Hệ điều khiển CNC cho phép thay đổi và hiệu chỉnh các chương trình gia công chi tiết và cả chương trình hoạt động của bản thân nó. Các chương trình có thể được ghi nhớ lại, được nạp toàn bộ vào bộ nhớ hay từng dòng lệnh bằng tay từ bảng điều khiển.
Phần điều khiển Phần chấp hành Chương trình điều khiển Phôi - Chuyển động Điều khiển Manual - Vận tốc Cơ cấu điều khiển Máy thực hiện Điều khiển Auto - Vị trí - Báo lỗi Tín hiệu Màn hình Chi tiết gia công Hình 2. Giới thiệu về mạch in Mạch in, còn được gọi là mạch in điện tử là nền tảng quan trọng trong hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại. Mạch in cung cấp phương tiện để nối kết các linh kiện điện tử như điện trở, tụ điện, vi mạch và các thành phần khác, tạo thành một mạch điện hoàn chỉnh. Các thành phần chính của một mạch in: lớp nền, lớp đồng, lớp phủ bảo vệ và lớp chỉ thị.
Trong đó lớp nền thường được làm từ vật liệu cách điện như sợi thuỷ tinh, lớp phủ bảo vệ bằng polymer ngăn ngừa oxi hoá và ngắn mạch, lớp chỉ thị chứa thông tin hướng dẫn như ký hiệu linh kiện, số hiệu, và các hướng dẫn lắp ráp. Quá trình sản xuất mạch in thông thường có 4 bước: thiết kế mạch, in ấn và khắc, khoan lỗ, gắn linh kiện. Giới thiệu về G-Code Khái niệm: G-code là một tập hợp các mã lệnh được mã hóa thành văn bản điều khiển cho các chuyển động và hoạt động của máy CNC. Mỗi lệnh G-code mô tả một hành động cụ thể mà máy cần thực hiện, như di chuyển đến một vị trí xác định, bắt đầu hoặc dừng một hoạt động cắt, hoặc thay đổi tốc độ.
1 Sơ đồ khối máy CNC (https://maycncnhapkhau.com) 5 Để chuyển từ file thiết kế sang file G-code chạy máy CNC, thì có thể dùng các định dạng file khác nhau như là: PDF, JPG, IMG, Gerber,… Tuy nhiên, các file có định dạng JPG, IMG,… có thể không đảm bảo độ chính xác cao và không chứa đầy đủ thông tin chi tiết về các lớp mạch, vị trí linh kiện, hay các đặc tính khác của mạch in. Trong khi đó file Gerber có thể đảm bảo độ chính xác cao và chứa tất cả các thông tin chi tiết cần thiết cho sản xuất mạch in. Để tăng độ chính xác cho sản phẩm đầu ra cuối cùng, thì nhóm quyết định chọn file đầu vào là file Gerber.
