Tự lắp máy CNC mini cỡ 3018: cấu tạo, căn vít me, phần điện và cài GRBL

Các bước tự lắp máy CNC mini 3018: cấu tạo kiểu bàn di chuyển, vật tư, căn vít me T8 thẳng hàng, tính bước/mm, spindle 775 qua MOSFET, cài GRBL, dò Z và nhát phay đầu tiên.

Máy CNC 3018 là cỡ máy phay mini phổ biến nhất cho người mới: tên gọi lấy từ vùng làm việc khoảng 300 × 180 mm, trục Z đi được khoảng 40–45 mm. Máy phay được gỗ, nhựa, mica, mạch in, khắc chữ lên nhôm mỏng, và thường bán dưới dạng bộ kit tự lắp.

Bài này đi qua cấu tạo, vật tư, các bước lắp từng cụm, cách tính số bước mỗi milimét cho vít me T8, phần điện, cài GRBL và những việc cần làm trước nhát phay đầu tiên. Cách làm dùng được cho cả bộ kit lẫn máy tự chế khung nhôm hay khung gỗ cùng cỡ.

1. Cấu tạo máy 3018

• Kiểu bàn di chuyển: cổng đứng yên, bàn máy mang phôi chạy theo trục Y; spindle chạy ngang trên dầm X (trục X) và lên xuống trên bàn trượt Z. Kiểu này gọn và cứng cho máy nhỏ, đổi lại vùng làm việc nhỏ hơn thân máy (bài 4 của loạt).
• Truyền động: cả ba trục dùng vít me T8 và đai ốc đồng, dẫn hướng bằng thanh trượt tròn và bạc trượt bi.
• Spindle: bản cơ bản dùng động cơ một chiều chổi than loại 775 chạy 24 V, gắn đầu kẹp collet ER11; mũi phay chuôi 3,175 mm là cỡ hay gặp nhất.

Khung gỗ dán rẻ, dễ gia công nhưng kém cứng hơn khung nhôm và co giãn theo độ ẩm; phù hợp để học và phay gỗ, nhựa. Muốn phay nhôm thì khung càng cứng càng tốt.

2. Vật tư

3. Lắp khung đế và trục Y

1. Bắt khung đế trên mặt bàn phẳng, đo hai đường chéo bằng nhau như khi lắp khung máy laser (bài 17 của loạt).
2. Lắp hai thanh trượt tròn vào gối đỡ ở hai đầu; luồn bạc trượt trước khi bắt thanh. Hai thanh phải song song: đẩy bàn máy (chưa lắp vít me) thấy chạy nhẹ đều suốt hành trình.
3. Lắp vít me, khớp nối mềm, động cơ Y và giá đai ốc nối với bàn máy, rồi căn vít me thẳng hàng theo hình dưới.

• Khớp nối mềm bù được lệch nhỏ giữa trục động cơ và vít me, không bù được giá đai ốc đặt sai độ cao.
• Vít khớp nối và vít puly siết vào mặt phẳng của trục (nếu trục có mặt phẳng) để không bị trượt.

4. Lắp cột cổng, trục X và trục Z

• Cột cổng vuông góc với mặt đế: kiểm tra bằng ê ke theo cả hai hướng.
• Dầm X song song với mặt bàn: đo khoảng cách từ dầm tới mặt bàn ở hai đầu, hai số phải bằng nhau.
• Trục X, Z: lắp thanh trượt, vít me, căn thẳng hàng giống trục Y. Quay tay vít me từng trục: nhẹ và đều từ đầu tới cuối mới lắp động cơ.
• Spindle: kẹp thẳng đứng trên bàn trượt Z. Lắp collet vào đai ốc ER11 trước (ấn tới khi khớp), rồi mới vặn cả cụm vào đầu spindle; chuôi mũi phay cắm ngập gần hết chiều dài collet.

5. Vít me T8 và số bước mỗi milimét

• Vít me T8 hay gặp có 4 mối ren: khoảng cách giữa hai đỉnh ren là 2 mm nhưng mỗi vòng quay đai ốc tiến 8 mm. Cũng có loại 1 mối, mỗi vòng tiến 2 mm. Kiểm tra bằng cách quay đúng một vòng và đo quãng đai ốc đi.
• Bước/mm = 200 × vi bước ÷ bước tiến. Với vít me bước tiến 8 mm và vi bước 1/16: 200 × 16 ÷ 8 = 400 bước/mm.
• Bộ kit có thể đặt driver ở vi bước khác: tính theo vi bước thật (jumper dưới driver, bài 7) rồi đo lại (bài 19).
• Vít me bước tiến 2 mm cho độ phân giải cao hơn nhưng máy chạy chậm, vì GRBL trên Arduino chỉ phát được khoảng 30 000 bước mỗi giây.

6. Phần điện

• Arduino chạy GRBL 1.1: STEP X, Y, Z ở D2, D3, D4; DIR ở D5, D6, D7; EN ở D8; công tắc X, Y, Z ở D9, D10, D12; PWM spindle ở D11; tấm dò ở A5; làm mát (M8) ở A3. Trên CNC shield V3, hàng chân in nhãn cũ nên công tắc Z cắm vào chân SpnEn, còn PWM lấy ở chân Z+ / Z− (bài 11).
• Spindle 775 kéo dòng vài ampe: không bao giờ nối thẳng vào chân Arduino. Bo của kit có sẵn MOSFET; tự ráp với CNC shield thì thêm một module MOSFET chịu đủ dòng, có diode chống ngược song song với động cơ.
• Động cơ chổi than gây nhiễu: hàn một tụ gốm 100 nF giữa hai cực động cơ, xoắn đôi dây spindle và đi xa dây công tắc, dây USB.
• Tấm dò Z: tấm đồng nối A5, kẹp cá sấu nối GND kẹp vào mũi phay. Chạm tấm vào mũi rồi gửi ?: dòng trạng thái có Pn:P là dây dò đã đúng.
• Nút dừng khẩn ngắt nguồn cả máy; spindle phải dừng khi nhấn.

7. Cài đặt GRBL

8. Chạy thử và nhát phay đầu tiên

1. Chạy không có phôi: gửi G91 G0 X10, G0 Y10, G0 Z5. X dương sang phải, Y dương ra xa người đứng trước máy (với máy bàn di chuyển, bàn chạy về phía người đứng), Z dương đi lên. Trục nào ngược thì sửa $3.
2. Đo bước/mm: chạy 100 mm và đo bằng thước kẹp; hiệu chỉnh theo bài 19 của loạt.
3. Phay phẳng tấm lót (tấm MDF bắt lên bàn máy) để mặt lót song song với mặt phẳng chạy dao (bài 19).
4. Đặt gốc phôi: đưa mũi phay tới góc phôi, đặt X, Y bằng 0 trong phần mềm gửi G-code. Đặt Z bằng tấm dò (độ dày tấm dò đo bằng thước kẹp, ví dụ 1,6 mm):

G91 G38.2 Z-20 F50
G10 L20 P1 Z1.6
G91 G0 Z5
G90

5. Lệnh đầu dò xuống tối đa 20 mm, dừng khi mũi chạm tấm; lệnh G10 đặt vị trí đó là Z = 1,6 nên Z = 0 nằm đúng mặt phôi. Tháo kẹp cá sấu trước khi bật spindle.
6. Cắt thử một hình đơn giản trên MDF với thông số khởi đầu ở bài 15 (phần mềm CAM và tốc độ cắt), ăn sâu nhỏ mỗi lượt.

An toàn: đeo kính, buộc tóc, không đeo găng tay khi đưa tay gần dao đang quay, không đưa tay vào vùng phay khi máy chạy. Bụi MDF rất mịn: dùng hút bụi và khẩu trang. Không để máy chạy khi vắng người (bài 3).

9. Xử lý lỗi

10. Xem thêm

• Bài trước trong loạt: Tự lắp máy khắc laser diode mini. Bài sau: Hiệu chỉnh độ chính xác máy CNC.
• Các bài nền của loạt: cấu tạo máy (bài 4), truyền động vít me (bài 8), GRBL (bài 11, 12), phần mềm CAM và tốc độ cắt (bài 15).
• ESP32 điều khiển động cơ bước NEMA 17 với A4988: thử riêng từng động cơ và driver.
• Bắt đầu với Arduino Nano CH340: cài driver cổng COM trước khi nạp GRBL.