DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Năng lực sản xuất ............................................................................... 11
Bảng 2.2. Năng lực sản xuất mạch in một lớp .................................................... 14
Bảng 2.3. Năng lực sản xuất mạch in hai lớp hoặc nhiều lớp............................. 15
Bảng 4.1. Một vài thông số của Arduino UNO R3 ............................................. 59


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Mạch in thiết kế ..................................................................................... 4
Hình 2.2. Mạch in sau khi in ra giấy ..................................................................... 5
Hình 2.3. Mặt đồng sau khi chà giấy nhám .......................................................... 5
Hình 2.4. Áp mặt in vào bo đồng .......................................................................... 6
Hình 2.5. Mạch in sau khi ủi và lột ra ................................................................... 6
Hình 2.6. Pha muối rửa và cho mạch in vào ......................................................... 7
Hình 2.7. Mạch in sau khi ngâm và rửa sạch bằng nước ...................................... 7
Hình 2.8. Bảo vệ mạch in không bị oxi hóa .......................................................... 7
Hình 2.9. Mạch in hoàn chỉnh ............................................................................... 8
Hình 2.10. Dung dịch 𝐹𝑒𝐶𝑙3 sau khi rửa mạch in ................................................ 9
Hình 2.11. Nhà máy sản xuất bo mạch ............................................................... 14
Hình 2.12. Bảng mạch in PCB và các linh kiện gắn trên bo mạch. .................... 16
Hình 2.13. Sản phẩm mạch in 2 lớp .................................................................... 16
Hình 2.14. Máy CNC dùng trong công nghiệp ................................................... 17
Hình 2.15. Sơ đồ cấu tạo các bộ phận chính của một máy phay CNC ............... 19
Hình 2.16. Hình dáng chung bên ngoài của một số máy phay CNC .................. 19
Hình 2.17. Cấu tạo của máy phay CNC 3 trục khi bỏ vỏ che ............................. 20
Hình 2.18. Cấu tạo khung máy phay CNC ......................................................... 20
Hình 2.19. Quy ước hệ tọa độ gia công trên bề mặt vật liệu .............................. 21
Hình 2.20. Máy phay CNC trong công nghiệp ................................................... 24
Hình 2.21. PCB được gia công bằng công nghệ phay CNC ............................... 24
Hình 2.22. Máy cắt CNC..................................................................................... 25
Hình 2.23. Bo mạch trước (trái) và sau (phải) khi cắt CNC ............................... 25

Hình 4.26. Mũi khoan CNC ................................................................................ 50
Hình 4.27. Khớp nối cứng ................................................................................... 50
Hình 4.28. Bulong - ốc vít ................................................................................... 50
Hình 4.29. Ke sắt chữ L ...................................................................................... 50
Hình 4.30. Mô hình thiết kế 3D các chi tiết trên trục X ..................................... 51
Hình 4.31. Mô hình thiết kế 3D các chi tiết trên trục Y ..................................... 51
Hình 4.32. Mô hình thiết kế 3D các chi tiết trên trục Z ...................................... 51
Hình 4.33. Mô hình thiết kế 3D máy phay CNC mini ........................................ 52
Hình 4.34. Mô hình thực tế máy phay CNC mini ............................................... 52
Hình 4.35. Động cơ bước gắn trên các trục X(trái) Y(giữa) Z(phải).................. 54
Hình 4.36. Động cơ trục chính (Động cơ DC 775 gắn theo trục Z) ................... 54


Hình 4.37. Công tắc hành trình ........................................................................... 55
Hình 4.38. Các mạch điều khiển (Arduino UNO + CNC Shield V3 + A4988) . 55
Hình 4.39. Module điều khiển động cơ............................................................... 55
Hình 4.40. Bộ nguồn 220VAC - 12VDC 20A .................................................... 56
Hình 4.41. Quạt tản nhiệt 12VDC 0.15A ............................................................ 56
Hình 4.42. Các loại công tắc ON/OFF ................................................................ 56
Hình 4.43. Dây xoắn ruột gà (trái) và xích nhựa luôn dây (phải) ....................... 57
Hình 4.44. Jack cắm (trái) và dây cắm (phải) điện 220V ................................... 57
Hình 4.45. Cáp USB kết nối Arduino (trái) và Dây BUS (phải) ........................ 57
Hình 4.46. Arduino UNO R3 .............................................................................. 60
Hình 4.47. Vi điều khiển ATmega328 ................................................................ 61
Hình 4.48. Module CNC Shield V3 .................................................................... 63
Hình 4.49. Module driver A4988 ........................................................................ 64
Hình 4.50. Module điều khiển động cơ DC 10V-60V 20A ................................ 65
Hình 4.51. Sơ đồ kết nối các phần cứng của bộ điều khiển máy CNC ............... 65
Hình 4.52. Hình thực tế của bộ điều khiển máy CNC ........................................ 66
Hình 4.53. Phần mềm Proteus 8 Professional v8.1 SP1 ..................................... 66


PWM

Điều chế độ rộng xung (tiếng Anh: Pulse-width
modulation).


MỤC LỤC
PHẦN 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................ 1
1.2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI....................................................................................... 2
1.2.1. Mục tiêu chung ............................................................................................ 2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................... 2
1.3. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI................................................................................ 3
1.4.1. Ý nghĩa khoa học......................................................................................... 3
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................... 3
PHẦN 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ............................................................. 4
2.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH THIẾT KẾ, GIA CÔNG BOARD MẠCH
IN PCB .................................................................................................................. 4
2.1.1. Tổng quan về tình hình thiết kế, gia công board mạch in PCB bằng
phương pháp thủ công ........................................................................................... 4
2.2.2. Tổng quan về tình hình sản xuất PCB công nghiệp .................................... 9
2.2. TỔNG QUAN VỀ MÁY CNC .................................................................... 17
2.2.1. Khái niệm máy CNC ................................................................................. 17
2.2.2. Giới thiệu sơ lược về máy CNC ................................................................ 18
2.2.3. Cấu tạo chung và nguyên lý gia công của máy phay CNC....................... 19
2.2.4. Phân loại máy CNC ................................................................................... 21
2.2.5. Ưu, nhược điểm công nghệ máy CNC ...................................................... 22
2.2.6. Các đặc trưng của máy CNC gia công mạch in PCB ............................... 23
2.2.7. Ứng dụng của CNC trong sản xuất mạch in PCB ..................................... 24

4.3.6. Sơ đồ kết nối phần cứng ............................................................................ 65
4.3.7. Các phần mềm cần dùng ........................................................................... 66
4.3.8. Chương trình điều khiển............................................................................ 69
4.4. LẮP RÁP HOÀN THIỆN MÔ HÌNH VÀ KHẢO NGHIỆM ..................... 71
4.4.1. Lắp ráp hoàn thiện mô hình ...................................................................... 71
4.4.2. Khảo nghiệm mô hình ............................................................................... 72
4.4.3. Kết quả khảo nghiệm và thảo luận ............................................................ 75
PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................. 78
5.1. KẾT LUẬN .................................................................................................. 78
5.2. ĐỀ NGHỊ...................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 79
DANH SÁCH PHỤ LỤC.................................................................................... 82


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thế kỷ XXI, sự xuất hiện và phát triển PCB đã mang lại những cải
cách lớn trong ngành công nghiệp điện tử, đã thúc đẩy mạnh mẽ việc thay thế
các sản phẩm điện tử. Vậy PCB là gì, đâu là lợi thế của sự phát triển nhanh
chóng của nó?
PCB là viết tắt của bảng mạch in tiếng Anh - Printed Circuit Board, tiếng
Việt được dịch theo nghĩa là bo mạch in hay còn được gọi là board mạch in.
Bảng mạch in trên bề mặt cách điện, và lỗ lắp được định hình ở vị trí được xác
định trước, và các miếng đệm để lắp ráp và hàn các linh kiện điện tử và dây nối
được sắp xếp để thực hiện kết nối điện giữa các thành phần và bảng lắp ráp.
Bảng mạch nhận ra các chức năng thiết kế dự định.
PCB có thể nhận ra kết nối điện giữa mỗi thành phần trong mạch, thay thế
dây dẫn phức tạp, đã giảm số lượng công việc nối dây theo cách truyền thống, đã
đơn giản hóa việc hàn, lắp ráp, gỡ lỗi công việc của sản phẩm điện tử. Ngày nay,
khối lượng sản phẩm điện tử đã giảm, chi phí sản phẩm đã giảm, độ tin cậy và

di chuyển thẳng 1mm.
Do động cơ bước chuyển động xoay (mỗi xung cấp cho động cơ sẽ xoay 1
góc - gọi là 1 bước), chúng ta sẽ dùng các cơ cấu như chuyển động đai kéo, vítme..để chuyển đổi chuyển động xoay này thành chuyển động thẳng, các thông
số này là trung gian cho các chuyển đổi đó.
Cách tính thông số:
Số xung = [(số vi bước) x (số xung động cơ xoay 1 vòng) / (kiểu chuyển
động)] x bộ giảm tốc (nếu có)
(4 - 12)
Trong đó:
• Số vi bước: là khả năng chạy vi bước của động cơ mà bạn thiết lập (với
DRV8825 cao nhất là vi bước 32, với A4988 và TB6560 cao nhất là 16)
• Số xung động cơ xoay 1 vòng: với động cơ có bước là 1.8 độ thì để
xoay được 1 vòng (360 độ) nó cần số xung là: 3600/1.8 = 200 xung.
• Kiểu chuyển động:
- Với chuyển động sử dụng bánh đai – dây đai GT2 = số răng trên Puli x2.
- Với chuyển động sử dụng vít-me = bước vít-me.
• Bộ giảm tốc: nếu động cơ gắn trực tiếp vào cơ cấu chuyển động thẳng
thì giá trị này bằng 1, nếu sử dụng bộ giảm tốc với độ giảm bao nhiêu lần thì số
xung sẽ phải nhân lên bấy nhiêu lần.
Tính toán số xung cấp cho động cơ bước để di chuyển 1mm, dựa vào
công thức (4.12) ta có:
Tính toán số xung cấp cho động cơ bước để di chuyển 1mm:
Máy CNC sử dụng động cơ bước 1.8 độ, driver A4988 chọn vi bước là 16
và không sử dụng giảm tốc.
Chuyển động trên trục X và Y gắn với vít-me T8-8:
số xung =

16.200
8


$110 = 700
$111 = 700
$112 = 400
$120 = 70
$121 = 70
$122 = 40
Lưu ý: $130, $131, $132 không cần dùng vì trong quá trình xuất G-code
từ phần mềm Aspire đã chọn vùng làm việc.
4.3.8.2. Chương trình điều khiển giao tiếp giữa máy vi tính và máy CNC
Chương trình điều khiển Arduino sử dụng để điều khiển “máy phay CNC
3 trục” đòi hỏi độ chính xác rất cao. Code chương trình đã được nguyên cứu và
thử nghiệm thành công.
Đề tài đã sử dụng phần mềm Arduino V1.6.7 để lập trình cho hệ thống có
code thể hiện trong phụ lục 2.

70


4.4. LẮP RÁP HOÀN THIỆN MÔ HÌNH VÀ KHẢO NGHIỆM
4.4.1. Lắp ráp hoàn thiện mô hình
Thực hiện lắp ráp các chi tiết khung máy và các cơ cấu liên quan thể hiện
trên hình 4.56.

Hình 4.56. Lắp ráp các chi tiết phần cơ
Thiết kế bộ điều khiển với kết nối các cơ cấu tác động như hình 4.57.

Hình 4.57. Kết nối các phần điện

71



d) Lưu chương trình chạy dao

Hình 4.61. Thiết lập chương trình chạy dao trên phần mềm Aspire 8.5

73


- Bước 3: Gá board đồng vào bàn máy và lắp mũi phay vào động cơ phay.

Hình 4.62. Gá board đồng vào bàn máy
- Bước 4: Mở file G-code từ Aspire bằng phần mềm bCNC.

Hình 4.63. Mở chương trình thiết lập chạy dao trên bCNC 9.8
- Bước 5: Thực hiện dò bề mặt board đồng.

Hình 4.64. Dò bề mặt phôi và tiến hành gia công
74


- Bước 6: Tiến hành chạy chương trình.

Hình 4.65. Gia công các đường mạch trên board đồng
- Bước 7: Kết thúc chương trình, lấy sản phẩm.

Hình 4.66. Sản phẩm PCB sau khi gia công
4.4.3. Kết quả khảo nghiệm và thảo luận
4.4.3.1. Kết quả khảo nghiệm:
• Lần 1: Hình 4.67.a, sản phẩm bị lỗi không cắt đều các đường nét mạch in.
• Lần 2: Hình 4.67.b, sản phẩm đường nét mỏng, bị dính đường mạch.

sản phẩm.
- Khi máy đang chạy được không tự ý đưa tay vào.
- Không tự ý dừng máy khi đang gia công.
- Sau khi gia công phải vệ sinh máy sạch sẽ.

77


PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1. KẾT LUẬN
Qua quá trình thực hiện đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình
máy phay CNC mini gia công board mạch in PCB” tôi đã thực hiện được các nội
dung cơ bản mà đề tài đã đặt ra là thiết kế và chế tạo mô hình, khảo nghiệm khả
năng hoạt động ổn định của máy.
- Thiết kế được mô hình trên phần mềm thiết kế 3D Autodesk Inventor
2016.
- Chế tạo hoàn chỉnh mô hình máy phay CNC mini 3 trục với kích thước
tổng thể 50x30x40cm.
- Tìm hiểu, tính toán, lựa chọn và mua thiết bị phù hợp với thực tế.
- Nắm rõ được nguyên lý hoạt động của một máy CNC và thành thạo các
phần mềm Proteus, Arduino, Aspire, bCNC.
- Là một mô hình phù hợp trong công tác giảng dạy thực hành làm board
mạch in PCB và những người có nhu cầu làm mạch in tại nhà.
Qua vận hành thử nghiệm cho thấy, với mô hình này hoàn toàn có thể áp
dụng vào thực tiễn sản xuất được các board mạch in PCB đồng loạt và đồng bộ.
5.2. ĐỀ NGHỊ
- Các chi tiết thiết kế của máy cần được làm từ vật liệu kim loại để đảm
bảo độ bền lâu dài.
- Sử dụng vít-me bi để máy hoạt động với độ chính xác cao hơn.
- Do kinh phí còn hạn chế nên tôi chưa thể đầu tư một bộ điều khiển cho


TS. Đường Công Truyền, (2018), Truyền động và điều khiển máy CNC,
Trường Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh.

Tài liệu trên Internet:
[6].

Arduino.vn, Giới thiệu về Arduino UNO R3, cập nhật ngày 22 tháng 5
năm 2014 trên website: http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi

[7].

Arduino.vn, Tổng quan về cách làm mạch in bằng phương pháp ủi thủ
công, cập nhật ngày 30 tháng 8 năm 2014 trên website:
http://arduino.vn/bai-viet/298-tong-quan-ve-cach-lam-mach-bangphuong-phap-ui-thu-cong

[8].

CNC-Vina, Máy cắt bản mạch, đang cập nhật trên website:
http://cncvina.com.vn/product/may-cat-ban-mach-in/

[9].

Diễn đàn MES LAB, Quy tắt về hệ trục tọa độ trong máy CNC phải biết, ,
cập nhật ngày 22 tháng 6 năm 2017 trên website:
https://meslab.org/threads/quy-tat-ve-he-truc-toa-do-trong-may-cnc-phaibiet.54598/

[10]. ĐGT Electrics, Động cơ bước STP-43D2033, đang cập nhật trên website:
http://eltc.cscvn.com/thiet-bi/step-motor/stp-43d2033-detail
[11]. Facebook, Group diy cnc mini, đang cập nhật trên website:

http://www.terrenebuyingservice.com/news/pcb-manufacturingprocesses-15168117.html
[24]. Thanh Long JSC, Công ty Cổ phần sản xuất Điện tử Thành Long, đang
cập nhật trên website: http://thanhlongpcb.com.vn/product/lap-rap-bomach-dien-tu/
80


[25]. Thế giới chip, Module CNC Shield V3 Máy In 3D, đang cập nhật trên
website: https://thegioichip.com.vn/products/arduino-cnc-shield-v3
[26]. Vnpcb, VNPCB - Linh kiện, mạch điện tử và công nghiệp phụ trợ, đang
cập nhật trên website: https://vnpcb.com/
[27]. Youtube.com, Chế tạo mạch pcb bằng máy cắt cnc, cập nhật ngày 16
tháng 8 năm 2012 trên website:
https://www.youtube.com/watch?v=XUkIl4plP_g

81


DANH SÁCH PHỤ LỤC
Phụ lục 1. BẢN VẼ THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT
Phụ lục 2. CHƯƠNG TRÌNH CODE ĐIỀU KHIỂN
Phụ lục 3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC HIỆN VÀ KHẢO NGHIỆM

82