Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa sản xuất cơ khí đòi hỏi các doanh nghiệp phải không ngừng đổi mới công nghệ nhằm tăng năng suất, nâng cao độ chính xác và hạ giá thành sản phẩm. Trong bối cảnh nền sản xuất trong nước, nhu cầu ứng dụng thiết bị điều khiển số (CNC) là rất lớn; tuy nhiên, phần lớn máy móc công nghiệp hiện nay phải nhập khẩu mới từ nước ngoài hoặc sử dụng máy cũ đã qua sử dụng do năng lực thiết kế chế tạo nội địa và nguồn vốn đầu tư còn hạn chế. Mặt khác, các phương pháp gia công chạm khắc thủ công bộc lộ nhiều nhược điểm nghiêm trọng: thao tác trực tiếp tại chỗ làm việc tốn nhiều thời gian, năng suất thấp, độ đồng đều sản phẩm không cao, đồng thời tiềm ẩn rủi ro mất an toàn lao động và ô nhiễm môi trường (bụi gỗ, hóa chất độc hại gây ảnh hưởng xấu đến mắt, da và đường hô hấp của người vận hành). Việc ứng dụng phương thức điều khiển gián tiếp thông qua hệ thống CNC laser vận hành trong buồng kín là giải pháp kỹ thuật cần thiết để khắc phục các vấn đề trên.

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy CNC laser" được thực hiện bởi nhóm tác giả Bùi Minh Cường và Phạm Văn Thắng nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể sau:

  1. Đổi mới công nghệ, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm trong gia công điêu khắc gỗ và vật liệu phi kim thuộc lĩnh vực kỹ thuật cơ điện tử.
  2. Nghiên cứu tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình máy CNC laser theo hướng tối ưu hóa chi phí, đơn giản hóa kết cấu cơ khí, thu nhỏ kích thước máy để thuận tiện cho việc vận hành, bảo dưỡng và di chuyển trong không gian làm việc.
  3. Ứng dụng nền tảng vi điều khiển mã nguồn mở để xây dựng hệ thống điều khiển tự động có giao diện vận hành trực quan, hoạt động ổn định và dễ tiếp cận.
  4. Chế tạo thành công mô hình phần cứng hoạt động hoàn chỉnh, tạo tiền đề và cơ sở kỹ thuật phục vụ công tác giảng dạy, học tập thực hành tại nhà trường.
  • Đối tượng nghiên cứu: Mô hình máy CNC 3 trục (X, Y, Z) tích hợp đầu phát laser bán dẫn và cơ cấu bàn xoay phôi định vị.
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu, gia công lắp ráp và thử nghiệm tại Xưởng thực hành thuộc Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao ngày 07 tháng 09 năm 2020 và hoàn thành nghiệm thu ngày 20 tháng 01 năm 2021.
  • Phạm vi đối tượng gia công: Mô hình tập trung xử lý các chi tiết nhỏ trên các dòng vật liệu mềm bao gồm gỗ, nhựa, phíp đồng và mica tối màu (không gia công vật liệu trong suốt).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Về mặt lý luận, nghiên cứu dựa trên các nguyên lý kỹ thuật điều khiển số (Numerical Control - NC và Computer Numerical Control - CNC):

  • Khái niệm và chuẩn lệnh: Khái niệm CNC đề cập đến việc điều khiển tự động chuyển động của máy công cụ bằng máy tính thông qua các chuỗi chỉ thị được mã hóa theo tiêu chuẩn EIA-274-D (mã G-code).
  • Cấu trúc hệ thống điều khiển số: Hệ thống bao gồm 6 khối cơ bản: Chương trình gia công (Part Program), Đơn vị xử lý dữ liệu (DPU), Mạch điều khiển vòng lặp (CLU), Thiết bị đọc chương trình, Hệ thống truyền động chấp hành (động cơ bước/động cơ servo) và Hệ thống phản hồi (cảm biến và bộ so sánh).
  • Phân loại cấu trúc điều khiển: Phân tích nguyên lý hệ thống điều khiển vòng hở (Open Loop) không có mạch phản hồi vị trí và hệ thống điều khiển vòng kín (Closed Loop) có mạch phản hồi tốc độ và tọa độ thực tế. Đồ án lựa chọn mô hình điều khiển vòng hở sử dụng động cơ bước để tiết kiệm chi phí và đơn giản hóa thuật toán xử lý.
  • Hệ tọa độ gia công: Áp dụng hệ tọa độ Descartes 3 chiều không gian theo tiêu chuẩn ISO, xác định chiều dương các trục tịnh tiến X, Y, Z dựa trên quy tắc bàn tay phải (ngón cái chỉ trục X, ngón trỏ chỉ trục Y, ngón giữa chỉ trục Z).

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Khảo sát các tài liệu chuyên ngành, phân loại các dòng máy CNC truyền thống và phi truyền thống (cắt tia nước, plasma, laser, EDM) để lựa chọn phương án kết cấu máy mini phù hợp.
  • Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật: Tính toán động học và động lực học cơ cấu truyền động vít me - đai ốc, tính chọn công suất và mô men xoắn của động cơ bước NEMA 17 trên các trục, tính toán lực ma sát và mô men tải tác dụng lên cơ cấu bàn xoay phôi ($F = 4{,}5\text{ N}$, tốc độ $30\text{ vòng/phút}$).
  • Phương pháp thực nghiệm chế tạo: Lắp ráp khung cơ khí từ nhôm định hình, tích hợp mạch phần cứng vi điều khiển Arduino UNO R3, module mở rộng CNC Shield V3, mạch điều khiển động cơ A4988, kết nối đầu phát laser 3.5W TTL; nạp firmware GRBL và tiến hành chạy thử nghiệm gia công sản phẩm thực tế từ file thiết kế đồ họa.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật từ nhà sản xuất linh kiện cơ khí và điện tử; các tiêu chuẩn quốc tế về mã lệnh gia công G-code; dữ liệu đo đạc thực nghiệm trên mô hình máy hoàn chỉnh.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc mô đun hóa gồm hai phần chính: cơ cấu chấp hành cơ khí và hệ thống điều khiển điện tử - phần mềm.

Bảng thông số kỹ thuật tổng thể của máy

Hạng mục thông số Chi tiết thiết kế và quy cách
Kích thước tổng thể (Dài × Cao × Rộng) $400\text{ mm} \times 300\text{ mm} \times 290\text{ mm}$ (chưa tính động cơ bước)
Vùng làm việc hiệu dụng (X × Y × Z) $120\text{ mm} \times 70\text{ mm} \times 20\text{ mm}$
Cơ cấu bàn xoay phôi Đường kính $D = 190\text{ mm}$, dẫn động trực tiếp từ động cơ bước
Vật liệu khung máy Nhôm định hình $20\text{ mm} \times 20\text{ mm}$, tấm nhựa PVC công nghiệp
Cơ cấu dẫn hướng Vòng bi kết hợp ống trụ tròn kim loại (trục trơn)
Cơ cấu truyền động Trục vít me - đai ốc thường, đường kính $d = 8\text{ mm}$, bước ren $p = 8\text{ mm}$
Chiều dài vít me các trục Trục X: $360\text{ mm}$; Trục Y: $270\text{ mm}$; Trục Z: $120\text{ mm}$
Động cơ chấp hành các trục Động cơ bước NEMA 17 ($12\text{V}$, $1{,}68\text{A}$, góc bước $1{,}8^\circ$, mô men $0{,}46\text{ Nm}$, $100\text{W}$)
Công cụ khắc Module laser diode công suất $3{,}5\text{W}$, bước sóng $445 - 450\text{ nm}$ (Blue)
Bộ điều khiển trung tâm Bo mạch vi xử lý Arduino UNO R3 (ATmega328, xung nhịp $16\text{ MHz}$)
Mạch mở rộng và công suất CNC Shield V3 kết hợp module điều khiển vi bước A4988
Giao tiếp máy tính Cáp USB chuẩn 2.0 (tốc độ truyền dữ liệu tối đa $480\text{ Mbps}$)

Kiến trúc phần cứng và cơ cấu chấp hành

  1. Kết cấu cơ học: Lựa chọn phương án kết cấu có bàn máy đứng yên, đầu khắc mang nguồn phát laser thực hiện chuyển động tịnh tiến theo 3 trục không gian X, Y, Z. Trục vít me được nối đồng trục với trục động cơ bước qua khớp nối mềm; khi động cơ quay, vít me quay làm đai ốc trượt tịnh tiến dọc trục, kéo theo cụm đầu khắc di chuyển trên các thanh dẫn hướng trục trơn.
  2. Hệ thống điều khiển điện tử: Mạch Arduino UNO R3 làm trung tâm điều phối, nhận dữ liệu G-code từ máy tính qua cổng USB. Bo mạch mở rộng CNC Shield V3 cắm trực tiếp lên Arduino, cung cấp 4 khe cắm module A4988 để điều khiển độc lập các động cơ bước lưỡng cực NEMA 17 theo chế độ vi bước (Microstepping). Module A4988 có mạch bảo vệ ngắn mạch tải và quá dòng, cho phép dòng tải định mức hoạt động ổn định.
  3. Module khắc Laser: Đầu phát laser $3{,}5\text{W}$ ($12\text{V DC}$, dòng tiêu thụ tối thiểu $2{,}0\text{A}$) sử dụng thấu kính hội tụ có khả năng điều chỉnh tiêu cự trong khoảng $30 - 50\text{ mm}$. Module tích hợp mạch điều chế xung PWM/TTL cho phép điều chỉnh mịn cường độ tia sáng laser theo yêu cầu chiều sâu vết khắc. Bộ tản nhiệt bằng quạt gió cưỡng bức giữ nhiệt độ làm việc của module trong khoảng $10 - 50^\circ\text{C}$ (giới hạn thời gian chiếu sáng liên tục ở mức $100%$ công suất dưới $30\text{ phút}$).

Chuỗi công cụ phần mềm và quy trình gia công

Quy trình tạo hình và điều khiển máy tuân thủ theo chuỗi xử lý khép kín:

  • Thiết kế đồ họa: Sử dụng các phần mềm chuyên ngành như Altium, Eagle, Proteus hoặc phần mềm đồ họa vector/bitmap để tạo file thiết kế chi tiết cần khắc.
  • Tạo mã lệnh gia công (G-code): Sử dụng phần mềm Vectric Aspire 8.5 để thiết lập đường chạy dao, tính toán độ phân giải và xuất chuỗi lệnh G-code 2D/3D.
  • Điều khiển và truyền dữ liệu: Sử dụng phần mềm LaserGRBL phiên bản 2.40 (hoặc Grbl Controller 3.6.1) trên máy tính chạy hệ điều hành Windows để biên dịch, kiểm tra đường biên mô phỏng và truyền phát trực tiếp (streaming) các dòng lệnh G-code xuống vi điều khiển Arduino UNO R3 nạp firmware GRBL. Chương trình vi điều khiển sẽ giải mã các lệnh nội suy và phát xung điều khiển bước (STEP/DIR) đến từng driver A4988.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương này trình bày lý do chọn đề tài, khảo sát tổng quan về lịch sử phát triển của công nghệ điều khiển số từ phòng thí nghiệm Servomechanism của Viện MIT (cuối thập niên 1940) đến các thế hệ máy CNC hiện đại. Tác giả phân loại máy CNC theo công nghệ gia công (truyền thống và phi truyền thống) và số trục điều khiển ($3, 4, 5$ trục). Chương 1 phân tích các đặc trưng kỹ thuật nổi bật của máy khắc CNC laser: mức độ tự động hóa cao, tính linh hoạt trong sản xuất hàng loạt nhỏ, độ chính xác lặp lại ổn định và khả năng loại bỏ sai sót do tay nghề con người. Đồng thời, tác giả xác định hướng giải quyết kỹ thuật, phác thảo mô hình nghiên cứu máy mini và đề ra các yêu cầu kỹ thuật cơ bản cho việc chế tạo.

Chương 2: Phân tích xác định máy thiết kế máy

Chương 2 tập trung phân tích các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển số. Nội dung đi sâu vào cấu trúc bên trong của đơn vị điều khiển máy MCU, phân biệt cơ chế vận hành giữa bộ xử lý dữ liệu DPU và bộ điều khiển vòng lặp CLU. Tác giả so sánh chi tiết ưu nhược điểm giữa hệ thống điều khiển vòng hở (sử dụng động cơ bước, không có phản hồi) và hệ thống điều khiển vòng kín (sử dụng cảm biến đo vị trí, bộ so sánh sai số). Phân tích nguyên lý phối hợp chuyển động 3 trục X, Y, Z dựa trên hệ tọa độ Descartes và quy tắc bàn tay phải theo chuẩn ISO. Xác định nhiệm vụ thiết kế cụ thể: chế tạo máy CNC mini có vùng làm việc $120\text{ mm} \times 70\text{ mm} \times 20\text{ mm}$, có thể gia công trên gỗ, mica, nhựa và phíp đồng.

Chương 3: Tính toán thiết kế mô hình của máy

Chương 3 trình bày các tính toán cơ khí và động lực học:

  • Lựa chọn phương án kết cấu: bàn máy cố định, cụm đầu khắc di động theo 3 trục để đảm bảo tính gọn nhẹ và tối ưu chi phí gia công.
  • Thiết kế khung máy bằng nhôm định hình kích thước bao $400\text{ mm} \times 300\text{ mm} \times 290\text{ mm}$.
  • Tính toán cơ cấu dẫn hướng (vòng bi - trục trơn) và cơ cấu truyền động vít me đai ốc thường có đường kính $d = 8\text{ mm}$, bước ren $p = 8\text{ mm}$ (chiều dài trục X là $360\text{ mm}$, trục Y là $270\text{ mm}$, trục Z là $120\text{ mm}$).
  • Tính toán tải trọng và thông số động cơ bước NEMA 17 trên trục Y: khối lượng tải $2\text{ kg}$, hệ số ma sát $\mu = 0{,}12$, độ chính xác $0{,}03\text{ mm/bước}$, hệ số an toàn $S_f = 3$, từ đó chọn động cơ bước $12\text{V}$, dòng $1{,}68\text{A}$, mô men giữ $0{,}46\text{ Nm}$.
  • Tính toán động học cơ cấu bàn xoay phôi đường kính $D = 190\text{ mm}$: lực cản $F = 4{,}5\text{ N}$, tốc độ quay $30\text{ vòng/phút}$, mô men xoắn $T = F \times 25\text{ N}\cdot\text{mm}$, xác định khả năng dẫn động trực tiếp bằng động cơ bước 2 pha.
  • Lựa chọn và mô tả thông số kỹ thuật đầu khắc laser bán dẫn $3{,}5\text{W}$ bước sóng $445 - 450\text{ nm}$ có điều khiển TTL/PWM.

Chương 4: Thiết kế phần điều khiển

Chương 4 hoàn thiện thiết kế hệ thống điều khiển điện tử và phần mềm:

  • Phân tích và lựa chọn giải pháp sử dụng vi điều khiển Arduino UNO R3 (chip ATmega328, bộ nhớ flash $32\text{ KB}$, SRAM $2\text{ KB}$) kết hợp module mở rộng CNC Shield V3 và driver A4988.
  • Thiết lập sơ đồ nối dây giao tiếp giữa Arduino, module công suất A4988, công tắc hành trình (Endstop) và đầu phát laser.
  • Thiết lập kênh truyền thông nối tiếp qua cổng USB máy tính.
  • Khảo sát các phần mềm phục vụ quy trình chế tạo: Proteus, Altium, Vectric Aspire 8.5 để xuất file G-code, và phần mềm LaserGRBL 2.40 để truyền dữ liệu thời gian thực.
  • Trình bày đoạn mã nguồn C/C++ nạp cho vi điều khiển Arduino xử lý bộ đệm dòng lệnh (LINE_BUFFER_LENGTH 512), cấu hình các chân điều khiển động cơ bước (myStepperX, myStepperY), chân điều khiển vị trí đầu khắc (penServoPin = 6) và phân tích cú pháp ký tự lệnh G-code từ cổng nối tiếp.

Sản phẩm đã khắc

Văn bản trình bày các hình ảnh thực nghiệm sản phẩm khắc thực tế đạt được từ mô hình máy chế tạo, chứng minh khả năng khắc chính xác các họa tiết, hoa văn và chữ viết trên bề mặt vật liệu gỗ và phíp đồng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy CNC laser 3 trục có tích hợp bàn xoay phôi với kích thước thực tế $400\text{ mm} \times 300\text{ mm} \times 290\text{ mm}$.
  • Máy vận hành ổn định trong phạm vi vùng làm việc danh định $120\text{ mm} \times 70\text{ mm} \times 20\text{ mm}$ và bàn xoay đường kính $190\text{ mm}$.
  • Tích hợp thành công đầu laser bán dẫn $3{,}5\text{W}$ bước sóng $445 - 450\text{ nm}$, cho phép khắc sắc nét các chi tiết đường nét, hoa văn 2D trên các vật liệu mềm như gỗ, nhựa, phíp đồng.
  • Xây dựng thành công quy trình kết nối và điều khiển tự động thông qua phần mềm mã nguồn mở LaserGRBL và bộ điều khiển Arduino UNO R3 nạp firmware GRBL.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Ứng dụng các linh kiện điện tử và cơ khí tiêu chuẩn, giá rẻ (nhôm định hình $20\text{ mm} \times 20\text{ mm}$, vít me thường $d = 8\text{ mm}$, module A4988, Arduino UNO) nhằm giảm tối đa chi phí chế tạo, giúp mô hình dễ dàng sửa chữa, thay thế và nhân rộng.
  • Đề xuất quy trình điều khiển gián tiếp qua máy tính nhằm bảo vệ an toàn lao động, hạn chế tối đa sự tiếp xúc trực tiếp của người thao tác với bức xạ laser và bụi sinh ra trong quá trình khắc.
  • Kiến nghị sử dụng mô hình làm công cụ giảng dạy trực quan tại các phòng thí nghiệm, xưởng thực hành của khoa và nhà trường.

Đóng góp kỹ thuật

  • Tự chủ trong việc tính toán, thiết kế kết cấu cơ khí và lập trình tích hợp phần cứng - phần mềm cho một hệ thống máy CNC mini hoàn chỉnh.
  • Bổ sung cơ cấu bàn xoay phôi ($D = 190\text{ mm}$) dẫn động bằng động cơ bước, tạo tiền đề mở rộng khả năng khắc trên các bề mặt trụ tròn xoay so với các dòng máy CNC laser 3 trục phẳng thông thường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế kỹ thuật

  • Độ cứng vững cơ khí: Khung máy lắp ráp từ nhôm định hình $20\text{ mm} \times 20\text{ mm}$ và nhựa PVC nên độ cứng vững chưa cao, dễ rung động khi gia công ở tốc độ lớn.
  • Độ chính xác truyền động: Sử dụng vít me - đai ốc thường thay vì vít me bi nên ma sát còn lớn, tốc độ dịch chuyển chậm và tồn tại sai số khe hở bước ren.
  • Hệ điều khiển hở: Hệ thống không có cảm biến đo vị trí phản hồi (Encoder) để giám sát sai số thực tế, do đó có nguy cơ trượt bước khi quá tải.
  • Năng lực gia công của đầu Laser: Module laser công suất $3{,}5\text{W}$ chỉ xử lý được các vật liệu mềm (gỗ, da, nhựa, phíp đồng mỏng), không thể cắt khắc trên kim loại hoặc vật liệu trong suốt như mica trong. Thời gian phát sáng liên tục bị giới hạn dưới $30\text{ phút}$ để bảo vệ tuổi thọ diode.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cấp kết cấu khung máy bằng kim loại tấm hoặc thép hộp hàn cứng vững để triệt tiêu rung động.
  • Thay thế cụm vít me thường bằng vít me bi (Ball Screw) và ray trượt tuyến tính nhằm nâng cao độ chính xác và tốc độ di chuyển.
  • Phát triển hệ điều khiển vòng kín với động cơ bước có encoder hồi tiếp nhằm chống mất bước.
  • Nâng cấp module laser lên công suất cao hơn (hoặc tích hợp đầu trục chính Spindle cơ học) để mở rộng phạm vi gia công sang các vật liệu kim loại và phi kim dày hơn.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Công nghệ Tự động hóa và Kỹ thuật Cơ khí: Cung cấp quy trình bài bản từ tính toán cơ học (chọn động cơ bước, tính vít me, bàn xoay) đến thiết kế mạch điều khiển vi xử lý Arduino và cấu hình phần mềm CAM/CNC.
  • Người nghiên cứu chế tạo máy CNC mini/máy in 3D tự chế: Cung cấp thông số kỹ thuật rõ ràng về việc phối ghép giữa bo mạch Arduino UNO R3, CNC Shield V3 và driver A4988.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Chương 3 (phần tính toán lựa chọn động cơ bước NEMA 17, cơ cấu bàn xoay phôi) và Chương 4 (phương pháp kết nối phần cứng, cấu hình LaserGRBL và mã nguồn điều khiển giao tiếp máy tính).

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài sử dụng trục vít me thường thay vì trục vít me bi?

Trong mục 3.2.2 của văn bản, nhóm tác giả nêu rõ: do kinh phí chế tạo mô hình có giới hạn nên không thể sử dụng vít me bi. Nhóm lựa chọn giải pháp sử dụng trục vít me - đai ốc thường đường kính $d = 8\text{ mm}$, bước ren $p = 8\text{ mm}$ vì giá thành rẻ, dễ tìm kiếm, kết cấu đơn giản và sai số vẫn nằm trong giới hạn cho phép đối với một mô hình phục vụ học tập.

2. Thông số kỹ thuật và chế độ hoạt động an toàn của đầu khắc Laser là gì?

Theo mục 3.2.4, đầu khắc laser là loại $3{,}5\text{W}$ bước sóng Blue $445 - 450\text{ nm}$, điện áp hoạt động $12\text{V DC}$ (dòng tối thiểu $2{,}0\text{A}$), hỗ trợ điều khiển TTL/PWM để thay đổi cường độ sáng, tiêu cự thấu kính điều chỉnh từ $30 - 50\text{ mm}$. Để đảm bảo tuổi thọ (tối đa $8000\text{ giờ}$), khi chiếu sáng $100%$ công suất thì thời gian chạy liên tục phải dưới $30\text{ phút}$ và nhiệt độ làm việc của module phải duy trì dưới $40^\circ\text{C}$. Module không khắc được trên vật liệu trong suốt như mica trong.

3. Hệ điều khiển trung tâm của máy sử dụng những linh kiện phần cứng nào?

Theo mục 4.5, phần cứng điều khiển gồm 3 thành phần chính:

  • Bo mạch vi xử lý Arduino UNO R3 sử dụng chip ATmega328 (xung nhịp $16\text{ MHz}$, $32\text{ KB}$ Flash, $2\text{ KB}$ SRAM).
  • Bo mở rộng CNC Shield V3 cắm trực tiếp trên Arduino, hỗ trợ điều khiển tới 4 trục và tương thích với firmware mã nguồn mở GRBL.
  • Module điều khiển động cơ bước A4988 gắn trên CNC Shield V3, hỗ trợ nhiều chế độ vi bước và dòng tải lên đến $\pm 1\text{A}$.

4. Phần mềm nào được sử dụng để tạo mã G-code và điều khiển máy CNC laser này?

Theo mục 4.7, phần mềm được sử dụng để lập trình gia công và tạo mã G-code từ các bản vẽ 2D/3D là Vectric Aspire 8.5. Phần mềm dùng để kết nối, truyền dữ liệu chuỗi lệnh G-code từ máy tính xuống bo mạch điều khiển qua cổng USB và giám sát thời gian thực là LaserGRBL 2.40 (hoặc Grbl Controller 3.6.1).

5. Thông số động cơ bước NEMA 17 được nhóm tác giả lựa chọn dựa trên cơ sở nào?

Dựa trên kết quả tính toán động lực học trục Y ở mục 3.2.3 (khối lượng tải $2\text{ kg}$, hệ số ma sát dẫn hướng $\mu = 0{,}12$, bước vít $8\text{ mm}$, hệ số an toàn $S_f = 3$), nhóm tác giả đã khảo sát thị trường và lựa chọn động cơ bước lưỡng cực NEMA 17 có thông số: điện áp $12\text{V}$, dòng định mức $1{,}68\text{A}$, góc bước $1{,}8^\circ$, mô men giữ $0{,}46\text{ Nm}$ và công suất $100\text{W}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy CNC laser" của sinh viên Bùi Minh Cường và Phạm Văn Thắng đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu chế tạo một mô hình máy CNC mini 3 trục tích hợp cơ cấu bàn xoay phôi và đầu khắc laser $3{,}5\text{W}$. Bằng việc kết hợp hài hòa giữa cơ cấu cơ khí nhôm định hình, hệ thống mạch vi điều khiển Arduino UNO R3, CNC Shield V3 và phần mềm điều khiển mã nguồn mở LaserGRBL, đề tài đã chứng minh tính khả thi trong việc tạo ra sản phẩm khắc gỗ và phíp đồng với chi phí thấp. Dù còn một số hạn chế về độ cứng vững và tốc độ dịch chuyển do sử dụng vít me thường, công trình là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho việc nghiên cứu, chế tạo và học tập trong ngành Cơ điện tử.