Nghiên cứu ứng dụng phần mềm cCAD/CAM để lập trình chạy dao tiếp tuyến theo biên dạng cho máy cắt tấm phi kim loại

KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 259 
BÀI BÁO KHOA HỌC 
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CAD/CAM ĐỂ 
LẬP TRÌNH CHẠY DAO TIẾP TUYẾN THEO BIÊN DẠNG 
CHO MÁY CẮT TẤM PHI KIM LOẠI 
Nguyễn Văn Hưởng1, Vũ Hoàng1 
Tóm tắt: Nhu cầu sử dụng các tấm vật liệu phi kim loại như da, giấy, nhựa, cao su, gỗ là rất lớn nên đòi hỏi 
phải sử dụng các máy CNC có độ chính xác và năng suất cao. Tuy nhiên, trong nước chưa có công bố liên 
quan đến việc điều khiển dao tiếp tuyến mà hầu hết là các máy cắt được mua sẵn. Bài báo trình bày kết quả 
nghiên cứu chế tạo mô hình máy cắt CNC 4 trục, sử dụng phần mềm Mach3, Inkscape để điều khiển và lập 
trình gia công tự động. 
Từ khóa: dao tiếp tuyến, máy cắt CNC 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Các tấm phi kim loại như da, cao su, giấy, 
nhựa, vải được ứng dụng rất nhiều trong ngành 
quảng cáo, công nghiệp bao bì, dệt may, da giầy, 
nghệ thuật đồ họa, thủ công mỹ nghệ, cơ khí, 
Có nhiều phương pháp cắt các vật liệu này như cắt 
bằng tia laze, cắt thủ công, cắt trên khuôn dập, cắt 
bằng dao trên máy cắt điều khiển số CNC. Phương 
pháp cắt bằng dao trên máy cắt CNC có thể cắt 
đường thẳng, đường cong bất kỳ, mép phẳng nhẵn, 
sạch không bị cháy do nhiệt bởi tia laze. 
Hình 1. Đường chạy của lưỡi dao 
Để cắt bằng dao thì phải điều khiển chạy dao 
tiếp tuyến với biên dạng cắt (hình 1). Giả sử 
đường cắt có phương trình là y = f(x), theo tính 
1 Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Giao thông vận tải 
chất đường tiếp tuyến tại một vị trí bất kỳ A(x,y) 
dao phải quay một góc trong đó 
 là đạo hàm của hàm số y = f(x). Do đó nếu 
viết được phương trình đường chạy dao thì ta sẽ 
xác định được giá trị góc quay tại vị trí bất kỳ 
trên đường cắt. Từ đó ta có thể xây dựng thuật 
toán chạy dao cho một đường cong cụ thể. Để 
đơn giản hơn tác giả sử dụng phần mềm Inkscape 
cho phép xuất tọa độ lập trình (gcode) cho mọi 
đường cong. 
2. NỘI DUNG 
2.1. Chế tạo mô hình máy cắt CNC 4 trục 
Kết quả sản phẩm máy được chế tạo thể hiện trên 
hình 2. Các thông số kỹ thuật của máy được thể hiện 
trong bảng 1. 
Đặc điểm cấu tạo và làm việc của máy: Máy 
gồm 2 phần chính là phần cơ khí và phần điều 
khiển. Phần cơ khí được chế tạo bằng hợp kim 
nhôm bao gồm 4 cụm trục XYZA. Cụm XYZ 
đóng vai trò điều khiển 3 trục tịnh tiến của máy 
giống như máy phay cnc 3 trục còn trục A dùng để 
điều khiển quay lưỡi dao. Cụm dao cắt bao gồm 
phần gá dao và lưỡi dao (tác giả sử dụng lưỡi dao 
cắt giấy) (hình 3). Theo hình 3 lưỡi dao 4 được 
định vị bằng mặt phẳng của thân số 2 và tấm định 
vị số 3. Vị trí của mũi dao (hình 3b) cách tâm trục 
quay số 1 khoảng S tùy thuộc chiều dày phôi h và 
góc α. Theo hình vẽ S = h. cotgα. Với mỗi góc α 
của lưỡi dao khác nhau sẽ có 1 chi tiết số 3 khác 
nhau để định vị. 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 260 
Hình 2. Máy cắt tấm phi kim loại bằng dao 
Hình 3. Cụm dao cắt: 1 - Trục quay dao; 
2 - Thân; 3 - Tấm định vị dao; 4 - Lưỡi dao 
Bộ phận điều khiển (Tạ Duy Liêm, 1999) gồm có 
máy tính, nguồn điện 1 chiều, driver động cơ (mạch 
điều khiển động cơ), board mạch CNC Mach 3 ( Mạch 
đệm). Phôi tấm phi kim loại được đặt trên bàn máy, 
động cơ 2,3,4 quay để di chuyển cụm dao cắt số 8 đến 
tọa độ cần gia công, để quay dao theo biên dạng đường 
cắt sử dụng động cơ số 7. Các trục X, Y, Z, A được 
dẫn động bằng bộ truyền vít me đai ốc bi. 
Bảng 1. Các thông số kỹ thuật của máy chế tạo 
STT Các thông số Giá trị 
1 Kích thước 
phôi cắt tối đa 
340 x 220 (mm) 
2 Trọng lượng 
phôi tối đa 
2 (kG) 
3 Vật liệu gia 
công 
Giấy, nhựa, da nhân tạo, 
xốp có chiều dày nhỏ hơn 
0,5 (mm) 
4 Kích thước 
bàn máy 
460x340 (mm) 
2.2. Ứng dụng phần mềm inkscape để lập 
trình chạy dao 
Inkscape là phần mềm mã nguồn mở chuyên sử 
lý đồ họa vec tơ. Phần mềm có ưu điểm dễ sử dụng, 
có khả năng xuất chương trình gia công mã G-code 
cho các máy CNC. Inkscape rất phù hợp để thiết kế , 
chỉnh sửa các biên dạng 2D phức tạp như chữ viết, 
hoa văn.Vì vậy Inkscape phù hợp để tạo chương 
trình gia công cho máy cắt giấy, nhựa. 
Hình 4. Giao diện của phần mềm Inkscape 
Hình 5. Phần chương trình gia công sau khi xuất 
Gcode trong Inkscape 
Hình 6. Sơ đồ lực do lưỡi dao tác dụng lên pôi 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 261 
Trình tự thực hiện trong Inkscape: Bước 1:Thiết 
lập kích thước, chọn kích thước khổ giấy; bước 2: 
chọn file để thiết kế; bước 3:Tách màu của file và 
lấy biên dạng gia công; bước 4: Chỉnh sửa biên dạng 
gia công được như hình; bước 5: xuất file G-code; 
bước 7: chỉnh sửa chương trình cho phù hợp. Ví dụ 
chương trình để cắt chữ K như hình 5. Giá trị của 
góc quay trong hình 5 theo đơn vị rad. Chiều dày 
phôi được điều chỉnh thông qua tọa độ Z, được cài 
đặt trong phần mềm. 
2.3. Thử nghiệm máy 
2.3.1. Ảnh hưởng của góc lưỡi dao α, chiều dày 
phôi h 
Áp dụng tương tự trường hợp cắt trên máy cắt 
dao nghiêng (Nguyễn Mậu Đằng, 2004) nên lực cắt 
tính như sau . 
Trong đó P - lực cắt; - trở lực cắt vật liệu phôi; 
h - chiều dày phôi; α - góc nghiêng lưỡi dao. 
Ta có thể mô tả sơ đồ lực do lưỡi dao tác dụng 
lên phôi như hình 6, trong đó Pd - lực đẩy phôi; Pn - 
lực giữ phôi khi cắt; P lực cắt; N phản lực ; R tổng 
hợp lực của P và N. Theo hình 6 ta có 
;
 Từ đó ta rút ra: 
Thay biểu thức của P vào ta được: 
 (1) 
 (2) 
; từ đó có (3) 
Trong đó A= (4) 
 ; . – góc ma sát, gần đúng có 
thể coi , do đó: (5) 
Bảng 2. Sự phụ thuộc của Pd, Pn t 
heo góc α với h = 0,1 mm 
5 11.30118 10.35563 1.091309 
10 6.123446 5.138181 1.191754 
15 4.406515 3.381238 1.303225 
20 3.554967 2.489215 1.428148 
25 3.049779 1.942923 1.569686 
30 2.718 1.569238 1.732051 
35 2.485563 1.293902 1.920982 
40 2.315486 1.079729 2.144507 
45 2.187277 0.906 2.414214 
50 2.088699 0.760224 2.747477 
55 2.012022 0.634388 3.171595 
60 1.952159 0.523079 3.732051 
65 1.90566 0.422475 4.510709 
70 1.870145 0.329757 5.671282 
75 1.84396 0.242762 7.595754 
80 1.825977 0.159752 11.43005 
85 1.815461 0.079265 22.90377 
Tác giả tiến hành thực nghiệm với chiều dày phôi 
lần lượt h = 0,1 (mm); 0,2 (mm); 0,4 (mm) với vật 
liệu là giấy A4. 
Trường hợp 1 với h = 0,1 có = 1510 (mN/m2) 
(Tra cứu, phân loại hàng hoá - Tổng cục Hải quan 
Việt Nam, 2013) thay vào (1), (2), (3),(4),(5) ta có 
bảng 2 và hình 7 
Hình 7. Đồ thị lực cắt theo góc lưỡi dao với h = 0,1 mm 
Trường hợp 2 với h = 0,2 có = 2070 (mN/m2) 
Tương tự có hình 8 
Hình 8. Đồ thị lực cắt theo góc lưỡi dao với h = 0,2 mm 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 262 
Trường hợp 2 với h = 0,4 có = 3060 (mN/m2) 
Tương tự có hình 9 
Hình 9. Đồ thị lực cắt theo góc lưỡi dao với 
 h = 0,4 mm 
Như vậy theo bảng 2 và hình 7, hình 8, hình 9 ta 
thấy với góc α càng nhỏ càng dễ cắt và phôi ít bị 
trượt hơn do lực căt do dao tác dụng lên phôi lớn, Pn 
góp phần tạo lực kẹp phôi.. Khi tăng góc lưỡi dao tỷ 
số Pd/Pn tăng lên rất nhanh làm phôi dễ bị trượt ảnh 
hưởng đến chất lượng sản phẩm cắt. Chiều dày phôi 
càng lớn lực cắt càng tăng lúc đó phải chọn dao có 
góc lưỡi dao nhỏ hơn khi cắt tấm mỏng 
Khi h nhỏ nên chọn = 50 – 200 (hình 7) 
Khi h lớn nên chọn = 200 – 600 (hình 9) 
2.3.2 Cách điều chỉnh khi cắt bị lẹm và va dao 
vào bề mặt biên ngoài 
Khi biên dạng chi tiết có tiếp tuyến tại điểm cắt 
thay đổi liên tục (cắt đường gấp khúc), biên dạng tại 
điểm cắt là điểm dừng (thường là góc vuông-liên tục 
nhưng không có đạo hàm) thì phôi tấm bị cắt lẹm 
(hình 10). Theo hình 3 khoảng điều chỉnh dao 
S=h.cotg do đó khi góc lưỡi dao càng lớn S càng 
giảm nên độ lẹm sẽ ít hơn. Khi cắt tấm càng dày h 
lớn thì S lớn nên mức độ lẹm lớn. Để khắc phục hiện 
tượng này ta có một số giải pháp như sau: 
Hình 10. Đường chạy của lưỡi dao 
khi cắt hình vuông 
Khi cắt các tấm dày không nên cắt với góc lưỡi 
dao quá nhỏ đồng thời phải tăng lực kẹp phôi. Sau 
khi đã xuất gcode từ inkscape ta chỉnh sửa lại 
chương trình để đến chỗ điểm dừng lưỡi dao nhấc 
lên khỏi phôi sau đó quay dao rồi hạ xuống cắt 
đường tiếp theo. Cắt hình vuông, hình gấp khúc ta 
có thể chỉnh sửa lại chương trình một cách đơn giản 
là các đường thẳng. 
Khi cắt tấm có h lớn do S lớn nên dễ va dao biên 
dạng bên ngoài hình cắt dẫn đến có thể gãy dao khi 
quay đo đó ta chọn góc lưỡi dao lớn để S nhỏ 
 2.3.3 Một số hình cắt minh họa 
 Hình 11. Cắt đường tròn và chữ C Hình 12. Cắt hình chữ K với vật liệu giấy và da nhân tạo 
4. KẾT LUẬN 
Kết quả của bài báo là đã ứng dụng được phần 
mềm Inkscape và Mach 3 để điều khiển chạy dao 
tiếp tuyến theo biên dạng cắt thông qua việc chế tạo 
mô hình máy cắt tấm phi kim loại; chọn được vị trí 
phù hợp của lưỡi dao để đảm bảo quá trình cắt 
thuận lợi nhất góp phần nâng cao chât lượng sản 
phẩm. Sản phẩm của đề tài là mô hình máy sẽ được 
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 263 
sử dụng tài liệu phục vụ giảng dạy môn Gia công 
trên máy CNC cho sinh viên khoa Cơ Khí trường 
đại học Giao thông vận tải. Kết quả của đề tài có 
thể ứng dụng cho nhiều loại máy cắt như cắt giấy, 
vải, nhựa, xốp,  
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Nguyễn Mậu Đằng , (2004), Công nghệ tạo hình kim loại tấm, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật. 
Tạ Duy Liêm, (1999), Hệ thống điều khiển số cho các máy công cụ, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật. 
Tra cứu, phân loại hàng hoá - Tổng cục Hải quan Việt Nam (2013), Giấy và cáctông, các sản phẩm làm bằng 
bột giấy, bằng giấy hoặc bằng cáctông. 
Abstract: 
RESEARCHING INTO APPLYING CAD/CAM SOFTWARE TO PROGRAM 
TO RUNNING THE KNIFE THAT ALWAYS MOVES TANGENT TO 
THE CURVE FOR NON-METALLIC SHEET CUTTING MACHINE 
The demand for using non-metallic materials such as leather, paper, plastic, rubber, and wood is very high, 
so it requires the use of high-precision and high-performance CNC machines. However, there has been no 
announcement in the country regarding the control of tangent knife, but most of them are available. The 
paper presents the results of research on manufacturing 4-axis CNC cutting machine model, using Mach3 
and Inkscape software for automatic control and programming. 
Keywords: tangent knife, CNC cutting machines 
Ngày nhận bài: 01/7/2019 
Ngày chấp nhận đăng: 12/9/2019