Đồ án thiết kế và thi công máy khắc laser CNC tại HCMUTE

• Tác giả: Phan Thông
• Người hướng dẫn: Th.s Nguyễn Trường Duy
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Công Nghiệp
• Đề tài: Thiết kế và thi công máy khắc laser CNC
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TÌM HIỂU VỀ MCU ATMEGA328
• 2.2. TÌM HIỂU VỀ MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC
• 2.2.1. Một vài đặc trưng của IC A4988
• 2.2.2. Sơ đồ khối của IC A4988
• 2.2.3. Sơ đồ mạch ứng dụng
• 2.2.4. Cấu hình cho module A4988
• 2.3. TÌM HIỂU VỀ IC CHUYỂN ĐỔI USB SANG UART – CH340G
• 2.4. TÌM HIỂU VỀ LASER DIODE
• 2.4.1. Một số đặc trưng của IC CH340G
• 2.4.2. Tìm hiểu về laser diode
• 2.4.3. Các thông số chính của laser diode
• 2.4.4. Điều khiển đầu khắc laser diode
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN
• 3.1. YÊU CẦU THIẾT KẾ
• 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống
• 3.2.2. Tính toán và thiết kế sơ đồ nguyên lý các khối
• 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1.1. Thi công mạch điều khiển
• 4.1.1.1. Thi công board mạch
• 4.1.1.2. Lắp ráp và kiểm tra
• 4.1.2. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
• 4.1.2.1. Đóng gói bộ điều khiển
• 4.1.2.2. Thi công mô hình
• 4.1.3. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
• 4.1.3.1. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
• 4.1.3.2. Phần mềm truyền dữ liệu từ máy tính đến máy khắc
• 4.1.4. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC
• 4.1.4.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng
• 4.1.4.2. Quy trình thao tác
• 4.2. KẾT QUẢ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ
• 4.2.1. KẾT QUẢ THỰC TẾ
• 4.2.1.1. Kết quả thi công phần cứng
• 4.2.1.2. Kết quả chạy máy khắc và sản phẩm thực tế
• 4.2.2. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. KẾT LUẬN
• 5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế máy khắc laser CNC tại HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công máy khắc laser CNC tại HCMUTE" tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một máy khắc laser CNC mini. Sinh viên Phan Thông và Nguyễn Hải Quang của ngành Công nghệ kỹ thuật điện tử truyền thông, HCMUTE đã thực hiện dự án này. Dự án bao gồm nghiên cứu các mô hình máy khắc laser mini hiện có trên thị trường, tìm hiểu về vi điều khiển phù hợp (ATmega328P được lựa chọn), động cơ bước, laser diode và driver tương ứng. Một phần quan trọng của dự án là thiết kế sơ đồ khối, lựa chọn linh kiện, vẽ lưu đồ thuật toán và lập trình phần mềm điều khiển. Công nghệ máy khắc laser CNC được ứng dụng trong dự án này, kết hợp với phần mềm điều khiển máy khắc laser CNC. Mục tiêu là tạo ra một máy khắc laser CNC nhỏ gọn, chi phí thấp, có thể khắc trên nhiều chất liệu như gỗ, giấy, mica. Nghiên cứu khoa học được thể hiện rõ qua việc tìm hiểu các thành phần và lựa chọn giải pháp tối ưu.

1.1. Lựa chọn linh kiện và thiết kế mạch

Đồ án tập trung vào việc lựa chọn các linh kiện phù hợp cho từng khối chức năng. Vi điều khiển ATmega328P đóng vai trò trung tâm, điều khiển các động cơ bước (trục X và Y) và laser diode. IC A4988 được sử dụng làm driver cho động cơ bước, đảm bảo khả năng điều khiển chính xác vị trí. IC CH340G thực hiện chức năng chuyển đổi giao tiếp USB sang UART, cho phép giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển. Laser diode được chọn dựa trên công suất và khả năng khắc trên các vật liệu mục tiêu. Thiết kế mạch được thực hiện cẩn thận, đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy. Sơ đồ nguyên lý mạch được vẽ chi tiết, bao gồm mạch điều khiển động cơ bước, mạch điều khiển laser và mạch giao tiếp. Thiết kế máy khắc laser CNC này cần tính toán chính xác các thông số kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả hoạt động. Gia công máy khắc laser CNC cũng đòi hỏi sự chính xác cao. Chất lượng cao của sản phẩm được đảm bảo bằng cách kiểm tra kỹ lưỡng từng linh kiện và quá trình lắp ráp. Ứng dụng máy khắc laser CNC trong nhiều lĩnh vực được đề cập trong báo cáo, nhấn mạnh tính ứng dụng thực tiễn của dự án.

1.2. Lập trình và phần mềm điều khiển

Phần mềm điều khiển là một phần quan trọng của dự án. Phần mềm GRBL được nghiên cứu và ứng dụng để điều khiển máy khắc. Sinh viên đã nghiên cứu cách thức lập trình và nạp chương trình vào vi điều khiển ATmega328P. Việc giao tiếp giữa máy tính và máy khắc được thực hiện thông qua phần mềm giao tiếp. Phần mềm điều khiển máy khắc laser CNC được tùy chỉnh để phù hợp với hệ thống đã thiết kế. Lập trình hệ thống yêu cầu kỹ năng lập trình nhúng và hiểu biết sâu sắc về hoạt động của máy khắc laser CNC. Dịch vụ thi công máy khắc laser CNC có thể được cung cấp dựa trên kinh nghiệm thực tiễn từ dự án này. Bảo trì máy khắc laser CNC cũng là một phần quan trọng cần được xem xét. Đào tạo vận hành máy khắc laser CNC được đề cập như một hướng phát triển trong tương lai. Sản xuất máy khắc laser CNC với quy mô lớn cũng là một hướng đi tiềm năng.

1.3. Thi công và đánh giá

Quá trình thi công bao gồm việc lắp ráp các linh kiện, hàn mạch, và đóng gói toàn bộ hệ thống. Thi công máy khắc laser CNC này đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác. Sau khi hoàn thành, hệ thống được chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác. Máy khắc laser CNC HCMUTE được đánh giá dựa trên các tiêu chí về độ chính xác, tốc độ khắc, và khả năng khắc trên các loại vật liệu khác nhau. Kết quả chạy thử nghiệm cho thấy máy có thể khắc được trên gỗ, mica và một số vật liệu khác. Ứng dụng khắc laser trên gỗ, khắc laser trên kim loại, khắc laser trên da, khắc laser trên nhựa được minh họa qua các sản phẩm thực tế. Chất lượng máy khắc laser CNC được đảm bảo bằng việc lựa chọn linh kiện chất lượng cao và kỹ thuật thi công chuyên nghiệp. CNC laser machine tạo ra sản phẩm chất lượng, chính xác và hiệu quả. Laser cutting CNC và laser engraving CNC là các kỹ thuật chính được áp dụng trong dự án.