MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 1
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY CNC MINI
`
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 2
CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY PHAY CNC MINI
Tốc độ quay của trục chính: S
max
= 1500 (vg/ph)
Dụng cụ cắt: Φ2 …Φ6 (mm)
Kích thước bao: 600x400x600.
Hành trình:
 Trục x: 240 (mm).
 Trục y: 280 (mm).
 Trục z: 200 (mm).
Vật liệu chế tạo: Nhôm hợp kim, thép, đồng, nhựa.
Vật liệu gia công: Gỗ, nhựa, mêca, nhôm…
Độ chính xác gia công: .
Điện áp sử dụng: 220 V.
Khối lượng máy: 60 kg.
Công suất: 1kw.
Động cơ truyền động: Sử dụng động cơ bước 24V - 3A
Động cơ trục chính: Sử dụng động cơ Spindle 3 Kw.
Mạch điện: mạch Driver, mạch giao tiếp dùng cổng LPT
Phần mềm điều khiển: Mach3, Kcam
Trong đề tài lớn nhóm chúng em chọn làm đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế
mạch truyền dữ liệu cho máy CNC” điều khiển 3 trục x, y, z của máy phay. Cùng
với việc tìm hiểu nghiên cứu và thiết kế chế tạo chúng em đã làm 2 mạch giao tiếp
dùng cổng LPT.
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH DÙNG
TRONG MÁY CNC 41
I. Mạch giao tiếp đơn giản 41
II. Mạch giao tiếp dùng cách ly quang 43
1. Cách ly quang pc817 43
2. Mạch giao tiếp dùng pc817 44
3. Mạch giao tiếp dùng PC817, IC 7404 đệm 52
KẾT LUẬN 66
PHỤ LỤC 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO 68
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 5
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc xây dựng và phát triển đấ́t nước đang bước thời kỳ công
nghiệp hóa hiện đại hóa với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức
lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những
nhiệm vụ nặng nề. Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết
của những tri thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai. Với sự phát triển nhanh
chóng và mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và trong các lĩnh vực điện-
điện tử – tự động hóa – tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đối từng
ngày
Trong đó Điều khiển chuyển động là một trong những lĩnh vực đa dạng và phát
triển nhanh trong ngành điều khiển và tự động hoá. Trong những hệ thống điều
khiển vị trí, tốc độ và moment yêu cầu sự chính xác cao rất cần đến một thiết bị đáp
ứng.Đây là thách thức và các nhà khoa học, nhà sản xuất đã chế tạo ra một loại động
cơ thể làm được nhiệm vụ này đó là động cơ servo. Ngày nay động cơ bước được
ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống, các máy công cụ, máy điều khiển số, robot,
yêu cầu sự chính xác cao. Với các ý nghĩa đó trong môn học Đồ án Hệ thống cơ
điện tử với sự hướng dẫn của thầy giáo
Ths. Nguyễn Hông Lĩnh về đề tài “Thiết kế mạch giao tiếp ”.
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 8
KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN SỐ VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY
CNC
Điều khiển số (Numerical Control) ra đời với mục đích điều khiển các quá trình
công nghệ gia công cắt gọt trên các máy công cụ. Về thực chất, đây là một quá
trình tự động điều khiển các hoạt động của máy (như các máy cắt kim loại, robot,
băng tải vận chuyển phôi liệu hoặc chi tiết gia công, các kho quản lý phôi và sản
phẩm…) trên cơ sở cá dữ liệu được cung cấp là ở dạng mã số nhị nguyên bao gồm
các chữ số, số thập phân, các chữ cái và một số ký tự đặc biệt tạo nên một chương
trình làm việc của thiết bị hay hệ thống.
Trước đây, cũng đã có các quá trình gia công cắt gọt được điều khiển theo
chương trình bằng các kỹ thuật chép hình theo mẫu, chép hình bằng hệ thống thủy
lực, cam hoặc điều khiển bằng mạch logic… Ngày nay, với việc ứng dụng các
thành quả tiến bộ của Khoa học-Công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển số và
tin học đã cho phép các nhà Chế tạo máy nghiên cứu đưa vào máy công cụ các hệ

điều khiển trực tiếp từ các bản vẽ do phần mềm CAM, MACH3… vì thế một bộ
phận hay lắp ráp có thể trực tiếp từ thiết kế sang sản xuất mà không cần các bản vẽ
in của từng chi tiết. Có thể nói CNC là các phân đoạn của các hệ thống robot công
nghiệp, tức là chúng được thiết kế để thực hiện nhiều thao các sản xuất (trong tầm
giới hạn).
I.Tổng quan về máy CNC
1. Khái niệm máy CNC
Một định nghĩa hàn lâm và chặt chẽ về máy CNC được trình bày ở trang
wikipedia.com:
CNC – viết tắt cho Computer(ized) Numerical(ly) Control(led) (điều khiển
bằng máy tính) – đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính các máy móc khác với
mục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức
tạp, bằng cách sử dụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu
chuẩn EIA-274-D, thường gọi là mã G. Vì thế, bộ não của máy CNC là máy tính.
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 10
Đây không phải là máy tính bình thường mà là máy tính với công suất tính toán cực
nhanh. Hệ điều hành mà nó sử dụng là Fanuc, Fargor hoặc Mazak, chứ không phải
là Windows hay Mac như các máy tính (computer) mà chúng ta thường dùng hàng
ngày (H1.1).
H1.1- Máy tính được gắn liền với máy CNC thành một khối
Máy tính này sẽ điều khiển các bộ phận cơ khí để cắt gọt kim loại. Chương
trình được viết sẵn và được tự động thi hành khi bạn nhất nút Start. Chương trình
này được dịch ra một thứ ngôn ngữ để máy tính có thể hiểu được. Sau đó, máy tính
chuyển lệnh từ các chương trình qua các mạch điện tử đến điều khiển các bộ phận
cơ khí.
CNC được phát triển cuối thập niên 1940 đầu thập niên 1950 ở phòng thí
nghiệm Servomechanism của trường MIT.
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 11

- Nắp đậy: Khi làm việc, dầu cắt phun vào nơi tiếp xúc giữa phôi và công cụ
và bay tung tóe khắp buồng làm việc. Nếu bạn không đậy nắp này lại, dầu có
thể dính vào người bạn. Vì lí do an toàn, phải đảm bảo nắp đậy trước khi xả
dầu cắt.
- Bảng cảnh báo: Hình ảnh trên bảng cảnh báo trong trường hợp này nhắc bạn
rằng nếu bạn không đóng nắp đậy, có thể có những vật bay từ buồng làm
việc ra và trúng vào người bạn.
- Ống phun dầu: phun dầu cắt giữa nơi tiếp xúc giữa phôi và lưỡi dao để quá
trình gia công có thể diễn ra. Dầu cắt có 2 tác dụng: Giảm độ mài mòn của
lưỡi dao, và làm mát.
- Các ụ dao: chứa các holder.
- Ống đỡ phôi: ngậm phôi thông qua bush.
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 14
- Bàn phím nhập dữ liệu: Nơi bạn nhập các câu lệnh dưới dạng mã G và mã M.
- Bảng điều khiển: Gồm các nút bấm để điều khiển máy.
- Băng truyền: khi băng truyền chạy, nó nhặt chip dụng rơi xuống và vận
chuyển ra ngoài. Chip là những mảnh dụng rơi ra khi dao gia công trên thanh
phôi.
3.Chức năng
Chức năng của máy CNC là cắt gọt kim loại, nghĩa là bạn đưa thanh thép hình
trụ (phôi) vào máy CNC, máy sẽ gia công để tạo hình sản phẩm.
Máy CNC cắt phôi bằng các lưỡi dao. Các lưỡi dao này phải có bộ phận để giữ
nó. Những bộ phần này gọi là holder. Holder được gắn trên các ụ dao.
H1.6-Dao phay
4.Nguyên lí gia công
Những máy CNC mà chúng ta sẽ nghiên cứu sẽ có quy ước hệ tọa độ như sau:
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 15
H1.7-Hệ tọa độ gia công

hoặc mở dung dịch trơn lạnh, thay đổi dụng cụ cắt). Trong máy gia công điều khiển
theo chương trình số, quãng đường chạy của các dụng cụ hoặc của chi tiết đã được
cho trước mét cách chính xác thông qua các chỉ dẫn điều khiển trong chương trình
NC. Tùy theo dạng của các chuyển động giữa điểm đầu và điểm cuối của quãng
đường chạy này mà người ta chia thành 3 dạng điều khiển:
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 17
- Điều khiển theo điểm
- Điều khiển theo đường
- Điều khiển theo đường viền (contour).
Trong các dạng điều khiển ở trên thì dạng điều khiển theo điểm là đơn giản nhât
được ứng dụng khi gia công theo các tọa độ xác định đơn giản, quá trình gia công
chỉ được thực hiện ở điểm đích. Dạng điều khiển theo đường phức tạp hơn dạng
điều khiển dạng điểm cho phép tạo ra các đường chạy song song với các trục tọa độ,
trong khi chạy dao cắt gọt liên tục tạo nên bề mặt gia công. Trong điều kiện điều
khiển mở rộng 2 trục của máy chuyển động với tốc độ như nhau đồng thời ta có thể
gia công bề mặt côn 45.
* Bộ phận liên hệ ngược ( bộ phận phản hồi) và bộ phận đo lường: Để chính
xác cần có hệ thống đo đảm bảo độ chính xác. Để biết được khoảng dịch chuyển
của bàn trượt máy và góc quay của bàn quay, người ta sử dụng cảm biến đo gia số,
bộ mã góc và xenxin. Vị trí bàn máy thường không đo trực tiếp qua hệ thống đo
trên các sống trượt của thân máy mà đo gián tiếp qua việc đo góc tại các cơ cấu
chuyển động. Cảm biến đo dịch chuyển là thươc đo có khắc vạch, các tấm khắc
vạch không tiếp xúc qua ánh sáng hoặc từ tính. Khi đo theo phương pháp ánh sáng
đi qua người ta thường dùng thước vạch bằng thủy tinh có các vạch không cho ánh
sáng đi qua và các khe hở cho ánh sáng đi qua. Thiết bị quét gồm một nguồn sáng
mạnh, một tấm quét và một hệ thống đánh giá điện tử. Các tấm quét giống như một
cái thước có khắc vạch không cho ánh sáng đi qua và khe hở cho ánh sáng đi qua.
Khi các khe hở của thước và của các tấm quét đứng đối diện mét cách chính xác,
ánh sáng từ nguồn sáng có thể đến được các đi-ốt quang điện rất nhạy cảm với ánh

Nhiệm vụ : Có tác dụng đỡ toàn bộ phần cụm trục chính để cụm trục chính thực
hiện chuyển động lên xuống tạo ra chiều sâu cắt. Thực hiện chuyển động này nhờ
trục vít me đai ốc bi, dẫn động nhờ động cơ bước hoặc động cơ servo. Kết cấu trục
Z như sau:
H 1.11- Trục Z
1 - Khung.
2 - Gân tăng cứng.
3 - Công tắc hành trình.
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 20
4 - Cụm đường hướng.
5 - Hệ thống lắp trục vít me đai ốc bi.
2.2.4. Bộ phận trục Y.
Nhiệm vụ: Thực hiện chuyển động vuông góc với trục X. Chuyển động trên
đường dẫn hướng của trục X. Thực hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi,
dẫn động nhờ động cơ bước hoặc động cơ servo. Kết cấu trục Y như sau:
H1.12- Trục Y.
1 - Mặt bàn ( Bố trí các rãnh chữ T để kẹp phôi ).
2 - Cụm đường hướng.
3 - Cơ cấu lắp trục vít me đai ốc bi.
4 - Công tắc hành trình.
5 - Vỏ bọc che chắn bôi và phoi.
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 21
2.2.5. Bộ phận đầu máy
Nhiệm vụ: Mang cụm trục chính thực hiện chuyển động dọc theo trục Z, thực
hiện chuyển động này nhờ trục vít me đai ốc bi dẫn động bằng động cơ bước hoặc
động cơ servo. Kết cấu chính của đầu máy như sau:
H1.13 Đầu máy
1 - Khung

7- Bộ phận khớp nối
8 - Động cơ Servo
Bộ phận trục vít me đai ốc bi để dẫn động trục Z có kết cấu tương tự như trục
vít me đai ốc bi dung để dẫn động trục X và trục Y. Chỉ khác nhau ở bộ phận
truyền chuyển động từ động cơ sang trục vít. Kết cấu như sau:
H1.16-Vít me đai ốc bi dẫn động trục Z
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 24
7 - Cơ cấu nối trục
2.2.8.Bộ phận làm sạch phoi
Nhiệm vụ: Bộ phận này có tác dụng làm sạch phoi sau mỗi quá trình gia công.
Công việc này được thực hiện nhờ hai trục vít có đương kính lớn, được điều khiển
bằng động cơ quay với tốc độ chậm. Trong quá trình đẩy phoi có sự tham gia của
dung dịch trơn lạnh. Kết cấu như sau:
H1.17- Bộ phận làm sạch phoi.
1 - Trục xoắn
2 - Trục truyền chuyển động
3 - Then
4 - Ổ bi
5 - Cơ cấu lót ổ
6 - Bộ truyền xích.
7 - Động cơ.
2.2.9.Bộ phận bể chứa dung dịch trơn lạnh
MẠCH GIAO TIẾP BREAKOUT BOARD
GVHD: Ths Nguyễn Hồng Lĩnh 25
Nhiệm vụ: Bộ phận này có tác dụng chứa dung dịch trơn nguội để tưới vào vùng
cắt. Kết cấu của bộ phận này như sau:
H1.18- Bể chứa dung dịch trơn lạnh
1-Van
2-Bơm áp suất