TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
1
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY KHOAN BO MẠCH
TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH
DESIGN AND MANUFACTURE OF AUTO-DRILL MACHINE
CONTROLLED BY THE COMPUTER

Phạm Đăng Phước
Trường Đại học Phạm Văn Đồng

TÓM TẮT
Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo một máy khoan bo mạch điện tử
tự động, điều khiển bằng máy tính. Máy tự động khoan chính xác tất cả các lỗ trên bo mạch in,
dữ liệu về tọa độ và kích thước lỗ lấy từ phần mềm Orcad. Máy có thể sử dụng được trong
thực tế hoặc dùng trong nghiên cứu, giảng dạy cho sinh viên ngành C
ơ điện tử. Kết quả đạt
được là nền tảng cho các nghiên cứu phức tạp hơn trong tương lai.
ABSTRACT
This paper presents the results of a research into the designing and manufacturing of a
computer-controlled electronic circuit board auto-drill machine. This machine can drill all the
holes on a printed circuit board (PCB) with accuracy. The data of the co-ordinates and
dimensions of the holes on PCB are provided by the Orcad software. In reality, this machine
can be used in practical application, in researches and in teaching mechatronic students. Its
achieved results can be used as a foundation for further complicated researches.
1. Giới thiệu
Thiết bị kỹ thuật số là lĩnh vực kỹ thuật - công nghệ cao, đã có sự phát triển
nhanh chóng, chúng ngày càng được phổ biến trong sản xuất và sinh hoạt hàng ngày.
Việc sử dụng các thiết bị kỹ thuật số, các loại máy CNC trong sản xuất đã mang lại
những hiệu quả to lớn về mặt kinh tế và kỹ thuật. Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo loại
thiết bị này ngày càng được các nước quan tâm đầu tư.
Trong các trường đại học kỹ thuật ở Việt Nam, chúng ta chưa có nhiều các mô

điện tử:
Đề tài tốt nghiệp của sinh viên Phạm Trường Tùng, lớp 01CLC (GVHD: TS.
Phạm Đăng Phước). Giải nhất nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2003, giải khuyến
khích NCKH sinh viên toàn quốc năm 2006. Máy có kết cấu còn thô sơ, dẫn động bằng
động cơ bước, truyền động đai răng và vít me – đai ốc, dẫn hướng ray bi. Mạch điều
khiển dùng vi điều khiển 89C51, kết nối máy tính dùng RS232. Tốc độ chuyển động
thấp, độ chính xác đạt được chưa cao.
c) Thiết kế, chế tạo máy khoan bo mạch điện tử KB07:
Đề tài tốt nghiệp cao học của học viên
Nguyễn Hữu Nam (hướng dẫn: TS. Phạm Đăng
Phước). Máy được dẫn động bằng động cơ điện
một chiều, dùng encoder, truyền động bằng vít me
– đai ốc bi, dẫn hướng bằng ray bi, điều khiển
thông qua máy tính dùng cổng song song (LPT1).
Máy có kết cấu tương đối gọn, song chưa được
đẹp, gia công lỗ trên bo mạch theo số liệu từ phần
mềm Orcad. Chương trình điều khiển viết bằng
ngôn ngữ Delphi. Máy hoạt động chưa thật ổn
định, độ chính xác lặp lại chưa cao do kết cấu cơ khí chưa thật tốt.
Qua việc chế tạo thiết bị với nhiều phương án khác nhau như đã nêu trên, chúng
tôi rút ra được nhiều kinh nghiệm quí báu để tiến hành chế tạo máy mới.
3. Chọn phương án thiết kế máy
Hình 1. Robot 4 bậc tự do.
Hình 2: Máy khoan bo mạch KB07
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
3
3.1. Chọn phương án chuyển động
Máy khoan bo mạch điện tử thực hiện nhiệm vụ khoan các lỗ trên bề mặt của
mạch in, kích thước tối đa của mạch in cần gia công là 200mmx300mm.
Chọn phương án: bàn máy đứng yên, đầu mang mũi khoan thực hiện tất cả các

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý máy khoan
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
4
mô phỏng, việc sửa đổi kết cấu chủ yếu thực hiện trên máy tính, nhờ đó tiết kiệm được
nhiều thời gian và vật tư do không phải chế tạo thử.

5. Thiết kế điều khiển máy khoan bo mạch điện tử
5.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển‱

Hình 8. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy khoan
Hình 4: Láp ráp giá đỡ cụm vít me - đai ốc bi
thực hiện chuyển động tịnh tiến theo phương X
Hình 5: Lắp tổng thể máy khoan
Vi điều khiển
RS232
Máy tính
Keypad
Hiển thi thông tin
Động cơ trục X
Động cơ trục Y
Động cơ trục Z
Động cơ Khoan
Phản hồi
Chọn trục X,Y,Z, động cơ khoan
Tín hiệu Phản hồi từ trục
X,Y,Z hoặc động cơ khoan
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
5
5.2. Mạch điều khiển
Gồm hai phần:Phần điều khiển trung tâm và phần điều khiển công suất.

nhỏ gọn, đơn giản hơn rất nhiều so
với cầu H thiết kế từ các linh kiện
rời, có bảo vệ quá dòng. Song, cũng
có những nhược điểm: Giá thành
khá đắt, và chưa thông dụng trên thị
trường. Khả năng tản nhiệt thấp hơn
H
ình 6. Một cửa sổ giao diện điều khiển máy khoan.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
6
các linh kiện trên cầu H rời có cùng công suất.
5.3. Phần mềm điều khiển
Để điều khiển và theo dõi quá trình khoan một cách tự động, chúng tôi viết
chương trình điều khiển trên máy tính dùng ngôn ngữ VisualBasic.
Chương trình cho phép lựa chọn mạch in, theo dõi quá trình khoan, thay dao
và các tùy chọn khác.
6. Kết luận
+ Đã chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh phần cơ khí của máy khoan bo mạch điện tử,
các chuyển động tịnh tiến theo phương X,Y dùng bộ truyền vít me – đai ốc bi. Kết cấu
máy gọn, nhẹ, có kiểu dáng công nghiệp.
+ Thiết kế card điều khiển dùng vi điều khiển P89V51RB2, kết nối với máy
tính. Thiết kế chế tạo bộ nguồn một chiều, bộ khuyếch đại công suất dẫn động các động
cơ điện một chiều, thiết kế giao diện dùng LCD.
+ Nghiên cứu lập trình truyền thông điều khiển thiết bị dùng ngôn ngữ lập trình
Visual Basic. Chương trình điều khiển và máy đã hoạt động tốt theo yêu cầu thiết kế.
Sai số vị trí nằm trong phạm vi cho phép (khoan bo mạch có hơn 100 lỗ, vị trí lỗ khoan
không vượt quá phần giới hạn trên mạch
in).
Với kết quả đạt được, việc khoan
các lỗ trên bo mạch điện tử trở nên dễ