Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy khắc laser CNC sử dụng Arduino

• Tác giả: Đoàn Thanh Lam
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Trọng Hiếu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình máy khắc laser cnc sử dụng bộ điều khiển Arduino
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• TRANG BÌA PHỤ
• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
• NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT KHẮC CNC BẰNG TIA LASER ĐỐT NÓNG
• 1.1. TÌNH HÌNH NGOÀI NƯỚC
• 1.2. TÌNH HÌNH TRONG NƯỚC
• 1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• 1.4. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.5. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu Động cơ bước
• 2.2. Phân loại Động cơ bước
• 2.2.1. Động cơ bước nam châm vĩnh cữu
• 2.2.2. Động cơ bước biến trở từ
• 2.2.3. Động cơ bước lai
• 2.3. Cấu tạo Động cơ bước nam châm vĩnh cữu
• 2.3.1. Động cơ bước đơn cực (Unipolar Stepper Motor)
• 2.3.2. Động cơ bước lưỡng cực (Bipolar Stepper Motor)
• 2.3.3. Động cơ bước nhiều pha (Hybrid stepping Motor)
• 2.4. Nguyên tắc điều khiển
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
• 3.1. THAM KHẢO THIẾT KẾ
• 3.2. LỰA CHỌN CƠ CẤU DẪN HƯỚNG CHO CÁC TRỤC
• 3.2.1. Phương án dẫn hướng bằng cặp trục trơn
• 3.2.2. Phương án dẫn hướng bằng sống trượt dạng mang cá
• 3.2.3. Phương án dẫn hướng bằng thanh trượt bi chữ U
• 3.2.4. Phương án dẫn hướng bằng cặp thanh trượt đuôi én
• 3.3. LỰA CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG
• 3.3.1. Phương án dùng vít me đai ốc thường
• 3.3.2. Phương án dùng vít me đai ốc bi
• 3.3.3. Phương án dùng đai răng
• 3.3.4. Phương án dùng xích
• 3.4. LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ CHO CƠ CẤU DẪN ĐỘNG CÁC TRỤC
• 3.5. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CHO KHUNG MÁY
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG
• 4.2. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN VÀ LẮP RÁP PHẦN ĐIỆN
• 4.2.1. Chọn động cơ dẫn động
• 4.2.2. Các thông số quan trọng của động cơ bước
• 4.2.3. Bộ phát tia Laser
• 4.2.4. CÁC LOẠI IC, MODULE
• 4.2.4.1. Mạch điều khiển trung tâm Arduino Uno R3
• 4.2.4.2. Driver điều khiển động cơ bước A4988
• 4.2.4.3. Mạch điều khiển công suất Mosfet IRF520
• 4.2.4.4. Module CNC Shield
• 4.3. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN “MÁY KHẮC LASER CNC SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN ARDUINO”
• 4.4. GIỚI THIỆU VÀ HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MỘT SỐ PHẦN MỀM GIAO TIẾP
• 4.4.1. Phần mềm xuất CAM
• 4.4.2. Phần mềm thực thi lệnh Gcode - Universal Gcode Sender
• 4.5. SẢN PHẨM ĐẠT ĐƯỢC
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 5.1. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 5.2. NHỮNG HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG KHẮC PHỤC
• 5.2.1. Về thiết kế cơ khí
• 5.2.2. Về bộ điều khiển động cơ
• 5.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH SÁCH HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

I. Giới thiệu về máy khắc laser CNC

Máy khắc laser CNC là một thiết bị hiện đại, sử dụng công nghệ laser để thực hiện các thao tác khắc trên nhiều loại vật liệu khác nhau như gỗ, nhựa, giấy và kim loại. Máy khắc laser CNC có khả năng tạo ra các sản phẩm với độ chính xác cao và chi tiết tinh xảo, điều mà các phương pháp truyền thống không thể đạt được. Việc sử dụng Arduino làm bộ điều khiển cho máy khắc laser CNC giúp giảm chi phí sản xuất và tăng tính linh hoạt trong thiết kế. Sự kết hợp giữa Arduino và công nghệ laser không chỉ mang lại hiệu quả cao trong sản xuất mà còn mở ra nhiều cơ hội cho các dự án DIY CNC, cho phép người dùng tự chế tạo và tùy chỉnh máy theo nhu cầu cá nhân.

1.1. Lịch sử phát triển của máy khắc laser

Công nghệ khắc laser đã có mặt trên thị trường từ nhiều năm trước, nhưng chỉ gần đây mới được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp chế tạo máy. Các máy khắc laser CNC đầu tiên chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp lớn. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và sự giảm giá của các linh kiện điện tử, máy khắc laser CNC đã trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng nhỏ lẻ và cá nhân. Việc nghiên cứu và phát triển các mô hình máy khắc laser CNC sử dụng Arduino đã giúp nhiều người có thể tiếp cận công nghệ này một cách dễ dàng hơn.

II. Thiết kế và chế tạo máy khắc laser CNC

Quá trình thiết kế và chế tạo máy khắc laser CNC bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc lựa chọn linh kiện đến lắp ráp và lập trình. Đầu tiên, việc lựa chọn điều khiển CNC bằng Arduino là một quyết định chiến lược, giúp giảm thiểu chi phí và tăng tính khả thi cho dự án. Các linh kiện như động cơ bước A4988 và DRV8825 được sử dụng để điều khiển chuyển động của máy. Bên cạnh đó, việc thiết kế khung máy cũng rất quan trọng, đảm bảo độ ổn định và chính xác trong quá trình khắc. Các phần mềm như GRBL và LaserGRBL được sử dụng để điều khiển máy, cho phép người dùng dễ dàng tạo ra các hình ảnh và mẫu khắc từ các file G-code.

2.1. Lựa chọn linh kiện và thiết kế khung máy

Việc lựa chọn linh kiện cho máy khắc laser CNC là một trong những bước quan trọng nhất trong quá trình thiết kế. Các linh kiện như động cơ bước, đầu khắc laser và mạch điều khiển cần phải được chọn lựa kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất. Khung máy cần được thiết kế chắc chắn, có khả năng chịu lực và rung động trong quá trình hoạt động. Sử dụng vật liệu như nhôm định hình và thép không gỉ giúp tăng độ bền cho máy. Ngoài ra, việc thiết kế các cơ cấu dẫn hướng cũng cần được chú trọng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình khắc.

III. Ứng dụng và lợi ích của máy khắc laser CNC

Máy khắc laser CNC có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như quảng cáo, chế tác quà tặng, và sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ. Ứng dụng máy khắc laser không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và công sức mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Với khả năng khắc chính xác và chi tiết, máy khắc laser CNC có thể tạo ra các sản phẩm độc đáo và mang tính cá nhân hóa cao. Việc sử dụng Arduino trong điều khiển máy cũng giúp người dùng dễ dàng lập trình và tùy chỉnh theo nhu cầu riêng, mở ra nhiều cơ hội cho các dự án DIY và sáng tạo cá nhân.

3.1. Lợi ích kinh tế và xã hội

Việc sử dụng máy khắc laser CNC không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho người sử dụng mà còn góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp chế tạo máy tại Việt Nam. Sản phẩm được chế tạo từ máy khắc laser có thể đáp ứng nhu cầu thị trường với giá thành hợp lý, đồng thời tạo ra nhiều cơ hội việc làm cho người lao động. Hơn nữa, việc phát triển công nghệ này cũng giúp nâng cao trình độ kỹ thuật và tay nghề của người lao động trong ngành chế tạo máy, từ đó góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế.