Chế tạo máy CNC mini phay mạch in tự động ứng dụng trong việc giảng dạy các học phần thiết kế mạch điện tử tại khoa Công nghệ điện tử :Báo cáo đề tài nghiên cứu Khoa học cấp Trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Chế tạo máy CNC mini phay mạch in tự động ứng dụng

trong việc giảng dạy các học phần thiết kế mạch điện tử tại Khoa Công

nghệ Điện tử

Mã số đề tài: 182.DT01

Chủ nhiệm đề tài: Mai Thăng Long

Đơn vị thực hiện: Khoa Công Nghệ Điện Tử

Tp. Hồ Chí Minh, ........…

1

LỜI CÁM ƠN

Chúng tôi chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Trường Đại học Công nghiệp

Thành phố Hồ Chí Minh đã tài trợ kinh phí và hỗ trợ, tạo điều kiện cho chúng tôi được hoàn

thành tốt đề tài này.

Đồng thời, chúng tôi cũng xin gởi lời cảm ơn đến Khoa Công nghệ Điện tử, Phòng

Quản lý khoa học và Hợp tác quốc tế đã hỗ trợ và giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình

thực hiện đề tài này.

Nhóm tác giả

2

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Chế tạo máy CNC mini phay mạch in tự động ứng dụng trong việc giảng

dạy các học phần thiết kế mạch điện tử tại Khoa Công nghệ Điện tử

1.2. Mã số: 182.ĐT01

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 TS. Mai Thăng Long Khoa CN Điện Tử Chủ nhiệm

2 ThS. Trần Ngọc Anh Khoa CN Điện Tử Thành viên

1.4. Đơn vị chủ trì: Khoa Công Nghệ Điện Tử

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 06 năm 2018

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 06 năm 2019

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): không có sự thay đổi

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 45 triệu đồng.

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

1.1. Tổng quan về lịch sử phát triển của việc chế tạo máy CNC

Máy CNC (Computer Numerical Control) được hiểu cơ bản là máy gia công được

điều khiển khiển bằng máy tính số [1]. Máy CNC có thể được áp dụng để gia công đạt độ

chính xác cao ở các công đoạn như: khoan, phay, tiện, cắt, tạo mẫu. Về cấu tạo của máy

CNC ở thời điểm hiện nay, máy CNC cơ bản kết hợp giữa hai thành phần (Hình 1): phần

cứng và phần mềm.

X

Y

Z Động cơ

Cảm biến Phôi Mũi phay/ khoan/cắt

Mạch gia công tín hiệu

Mạch công suất

Mạch điều khiển và xử lý (firmware)

Phần cứng máy CNC (cơ khí) Phần mạch điện tử Máy tính

Phần mềm giám sát, điều khiển, CAD/CAM

Cơ cấu truyền động

Hình 1. Minh họa các thành phần cơ bản của máy CNC

3

Phần cứng máy CNC là sự kết hợp của các thành phần chính như: cơ cấu khung cơ khí, các

bộ phận truyền động, các phần tử chấp hành (động cơ, công tắc), cảm biến, các mạch điện

tử (mạch điều khiển, mạch công suất – driver) và máy tính. Phần mềm máy CNC cơ bản bao

gồm phần mềm để lập trình, giám sát, điều khiển và phần mềm cho các board mạch điện tử

(firmware).

Để đạt được những thành công trong việc chế tạo máy CNC như hiện nay, lịch sử

phát triển của việc chế tạo và ứng dụng máy CNC đã có những điểm nhấn quan trọng. Từ

những năm 1940, việc chế tạo máy CNC ứng dụng trong việc gia công với độ chính xác cao

đã được nhiều tổ chức, cá nhân tập trung nghiên cứu. Trong thời gian này, John Parsons và

các cộng sự đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu và thiết kế một mô hình máy CNC [2],

thực tế là mô hình máy NC (Numerical Control) phục vụ trong việc gia công cắt chi tiết cơ

khí một cách chính xác hơn. Kể từ đó, việc chế tạo máy CNC đã có những chuyển biến tích

cực không ngừng. Năm 1959, máy NC với khả năng thay công cụ (tools) đã ra đời (Hình 2).

Hình 2. Máy NC 1959 (Nguồn hình: https://eastbaymfg.com/evolution-of-cnc-machining/)

Trước giai đoạn những năm 1970, việc tính toán dữ liệu, điều khiển các công cụ

(tools) và tương tác với con người (human interface) của máy NC được sự hỗ trợ của các

mạch điện tử (máy tính) ở những thế hệ đầu (đèn điện tử - transitor – mạch tích hợp đơn

giản ở thế hệ thứ 3) [3]. Vì vậy, kích cỡ, tốc độ, độ chính xác và các yêu cầu tăng khả năng

linh hoạt, hiệu quả hoạt động của máy CNC vẫn còn là vấn đề cần phải cải thiện. Tính tới

giai đoạn này, cùng với sự phát triển về phần cứng máy CNC, phần mềm máy CNC cũng có

những bước phát triển tương tự. “G-code” hay còn được gọi là RS-274 [4], có thể được xem

là ngôn ngữ chính để hỗ trợ việc lập trình tạo quỹ đạo di chuyển cho các công cụ của máy

CNC hay cho các ứng dụng CAD/CAM (Computer-Aided Design/Computer-Aided

Manufacturing). Các phần mềm CNC, CAD/CAM được xây dựng để sử dụng trên máy tính

đều có tính năng xuất ra mã G-code để điều khiển máy CNC.

4

Hình 3. Minh họa phần cứng máy CNC có cấu tạo nhiều hơn 3 trục (Nguồn hình:

https://www.cnc-toolkit.com/cnc_5axisMill.htm)

Kể sau nhưng năm 1970 cho đến thời điểm hiện nay, cùng với sự phát triển của công

nghệ vi mạch điện tử, sự phát triển của máy tính các nhân/máy tính công nghiệp, việc chế

tạo và ứng dụng máy CNC đã được nâng lên tầm cao mới, thể hiện rõ nhất về việc thay đổi

mang lại hiệu quả cao cho các ứng dụng của máy CNC ở các chi tiết phần cứng máy, phần

cứng điều khiển, phần mềm điều khiển và các phần mềm lập trình tương tác:

- Phần cứng máy (machine): sự phát triển máy CNC có cấu tạo nhiều hơn 3 trục (Axis), có

nhiều chi tiết hỗ trợ tăng độ chính xác của máy như: bộ phần thay dao tự động, bộ phận dò

điểm 0 (zero) tự động, camera quan sát, …

- Phần cứng điều khiển: sự phát triển của các board mạch nhúng (Embedded Circuits) với

nhiều tính năng đáp ứng đầy đủ các tính năng (hỗ trợ firmware) của phần cứng máy, sự phát

triển của các loại động cơ servo, động cơ bước.

- Phần mềm điều khiển, tương tác và lập trình: sự phát triển của các phần mềm CAD/CAM

trong đa lĩnh vực, hỗ trợ xuất G-code, giám sát và tạo sự tương tác trực tuyến với người

dùng.

1.2. Việc chế tạo và ứng dụng máy CNC ở Việt Nam

1.2.1. Thực trạng việc chế tạo và ứng dụng máy CNC

Hiện nay, mặc dù có sự xuất phát điểm chậm hơn so với các nước khác trên thế giới,

việc phát triển chế tạo và ứng dụng máy CNC tại Việt Nam đang có nhưng bước chuyển

mình đáng chú ý. Đầu tiên, phải kể tới việc ứng dụng máy CNC trong công nghiệp sản xuất

ở các nhà máy liên quan đến việc tạo mẫu, gia công cơ khí. Các doanh nghiệp sản xuất

thuộc lĩnh vực này đã tiên phong ứng dụng máy CNC vào việc sản xuất trang thiết bị nhằm

phát huy tính hiệu quả về mặt chất lượng, độ chính xác sản phẩm, thời gian sản xuất và tiết

giảm nhân lực (Hình 4 và 5). Nhìn chung, tại các nhà máy có quy mô, uy tín, các máy CNC

phần lớn là nhập khẩu từ các nhà sản xuất uy tín của nước tiên tiến khác như: Nhật, Đức,

Đài Loan, …

5

Hình 4. Máy CNC do Nhật sản xuất (Nguồn hình: http://survincity.com/2013/10/the-first￾japanese-cnc-machine-with-a-brand-made/)

Hình 5. Máy CNC do Đài Loan sản xuất (Nguồn hình:

http://www.hannsa.tw/e_html/YBH3000.html)

Ở nước ta, thời điểm hiện tại đã xuất hiện nhiều công ty tham gia vào việc chế tạo,

lắp ráp và phân phối, kinh doanh máy CNC. Từng bước tiếp cận công nghệ CNC trên thế

giới, hoặc thông qua việc hợp tác kinh doanh, chuyển giao công nghệ, các công ty thuộc

dạng này ở Việt Nam đã cho ra đời nhiều sản phẩm máy CNC với chất lượng cao, đáp ứng

6

tốt nhu cầu gia công ở quy mô vừa và nhỏ (Hình 6). Vì vậy, đây là cơ hội để các doanh

nghiệp chuyên môn sản xuất, gia công với quy mô vừa nhỏ có thêm sự lựa chọn để tăng

hiệu quả và năng xuất sản xuất. Thực tế hiện nay tại Việt Nam, có rất nhiều sản phẩm trên

thị trường với mẫu mã đẹp, đảm bảo các yếu tố về kỹ thuật đã xuất hiện rộng rãi trên thị

trường tiêu dùng. Thậm chí, với nhu cầu gia công sản phẩm của các đối tượng doanh nghiệp

quy mô nhỏ hoặc các cá nhân đều được đáp ứng một cách linh hoạt và tốt nhất (Hình 7).

Hình 6. Máy CNC do Việt Nam gia công chế tạo (Nguồn hình: https://procut.com.vn/san￾pham/may-cat-plasma-cnc-dang-cong-da-nang/)

Hình 7. Máy CNC mini do Việt Nam gia công chế tạo (Nguồn hình:

https://procut.com.vn/san-pham/may-cat-plasma-cnc-dang-cong-da-nang/)