Tổng quan về giáo trình

Giáo trình môn học Gia công trên máy tiện CNC 2 (Mã mô đun: CG19MĐ08) là tài liệu đào tạo chuyên môn bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại ở trình độ Cao đẳng. Giáo trình được ban hành kèm theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Bà Rịa – Vũng Tàu). Tài liệu do nhóm tác giả gồm Lê Anh Dũng (Chủ biên), Đào Thị Phương Hoa và Đỗ Văn Thọ biên soạn trên cơ sở kế thừa chương trình khung của nhà trường và tiếp thu ý kiến từ các chuyên gia cơ khí, đại diện doanh nghiệp.

Về vị trí trong chương trình đào tạo, mô đun này có thời lượng 4 tín chỉ (tổng cộng 90 giờ học, gồm 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận/thí nghiệm và 4 giờ kiểm tra). Đây là môn học thực hành chuyên môn chuyên sâu tiếp nối sau mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 (CG19MĐ03) và Gia công trên máy tiện 2 (CG19MĐ07), đồng thời được thiết kế theo hướng liên thông với các bậc học đại học kỹ thuật.

Mục tiêu học tập của giáo trình được cấu trúc thành ba nhóm chuẩn đầu ra rõ ràng:

  • Kiến thức (A1–A5): Trình bày quy trình an toàn lao động xưởng tiện CNC; lịch sử phát triển của hệ thống CAD/CAM/CNC; cấu trúc giao diện phần mềm CAD/CAM; các lệnh vẽ và hiệu chỉnh hình học 2D; nguyên lý lập trình tiện NC/CNC.
  • Kỹ năng (B1–B5): Thực hiện đúng kỹ thuật an toàn và vệ sinh công nghiệp; thiết kế biên dạng chi tiết tiện 2D; lập trình gia công NC bằng mã lệnh và phần mềm CAM; kiểm tra, mô phỏng và hiệu chỉnh lỗi chương trình; vận hành thành thạo máy tiện CNC để gia công chi tiết đạt độ chính xác yêu cầu.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tác phong công nghiệp, khả năng làm việc độc lập, sáng tạo và năng lực hướng dẫn kỹ thuật cho người khác.

Cấu trúc giáo trình bao gồm 4 bài học tích hợp, tiếp cận từ việc cung cấp kiến thức nền tảng về thiết bị, thiết kế hình học, lập trình mã lệnh đến trực tiếp vận hành gia công trên máy công cụ thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 4 bài học chính, đi theo logic phát triển tuần tự từ lý thuyết thiết bị đến kỹ năng thiết kế, lập trình và gia công thực nghiệm:

[Bài 1: Giới thiệu chung về CAD/CAM]
[Bài 2: Thiết kế 2D cho chi tiết tiện]
[Bài 3: Lập trình tiện CNC]
[Bài 4: Gia công tiện CNC]

  1. Bài 1: Giới thiệu chung về CAD/CAM (4 giờ lý thuyết):

    • An toàn xưởng tiện phay CNC: Xác lập 3 tiêu chí cốt lõi gồm: tránh nguy hiểm (báo cáo thiếu sót, giải phóng lối thoát hiểm, cấm đeo trang sức/vật bén nhọn), che chắn và đánh dấu vị trí nguy hiểm (bảo toàn công tắc an toàn, che chắn cụm chuyển động), và phòng ngừa tai nạn (trang bị bảo hộ lao động, kính mắt, kiểm tra cáp điện). Quy định an toàn vận hành (chỉ chỉnh dao khi tắt máy, đứng ngoài vùng quay lắc/đài dao xoay tự động Revolve, khóa cơ cấu kẹp, kiểm soát phoi và tia dầu tưới nguội).
    • Lịch sử phát triển: Biên niên sự phát triển hệ thống điều khiển số từ phiếu đục lỗ dệt/may (1725, 1808), piano cơ (1863), sáng chế của John Parsons (1940), máy công cụ NC đầu tiên (1952), ngôn ngữ APT (1959), hệ thống DNC (thập niên 1960), đồ họa máy tính (1963), máy CNC (thập niên 1970), CAD/CAM (thập niên 1980) đến hệ thống sản xuất tích hợp CIM (1990).
    • Cấu tạo máy tiện và phay CNC: Phân tích chi tiết cụm trục chính, ụ trục chính, bàn máy di trượt, thân máy, bộ thay dao tự động (ATC), đài dao (revolver), mâm cặp thủy lực, ụ động dẫn hướng và hệ thống sensor giám sát.
    • Hệ thống truyền động trục chính: Phân loại 4 kết cấu trục chính gồm dẫn động bằng đai (hiệu suất ~95%, truyền mô-men cao ở dải tốc độ thấp dưới 1000 rpm), dẫn động bánh răng (phù hợp gia công nặng, phay thô BT50), dẫn động trực tiếp (hiệu suất ~100%, dải tốc độ cao, độ bóng bề mặt tốt), và dẫn động tích hợp motor (tốc độ cao trên 15.000 rpm, tích hợp ổ bi sứ silicon nitride và hệ thống giải nhiệt dầu).
    • Đặc tính kỹ thuật và dạng điều khiển: Giới thiệu thông số máy tiện Topturn S15 (Fanuc 0i-Mate-TB) và máy trung tâm phay LVC-860 (Fanuc 0i-MD). Phân loại các dạng điều khiển: điểm – điểm (Point-to-Point ứng dụng khoan, khoét, doa), điều khiển đường thẳng (chạy dao dọc/ngang độc lập), điều khiển biên dạng (Contour 2D, 2.5D, 3D, 4D, 5D), phân biệt bản chất giữa các hệ điều khiển NC, CNC và DNC (Direct Numerical Control).

  2. Bài 2: Thiết kế 2D cho chi tiết tiện (16 giờ: 6 giờ lý thuyết, 8 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra):

    • Quy trình kiểm tra và đóng/mở máy: Kiểm tra mức dầu bôi trơn, áp suất khí nén, nguồn điện lưới; nhận biết quy tắc bàn tay phải/trái xác định phương chiều trục tọa độ $X, Y, Z$. Trình tự thao tác cấp nguồn, mở nút khẩn cấp (E-Stop), kiểm tra áp lực thủy lực và quy trình tắt máy an toàn.
    • Bảng điều khiển máy tiện CNC: Phân tích chuyên sâu các công tắc chế độ (MODE): EDIT (soạn thảo/chỉnh sửa), AUTO (vận hành tự động), DNC (chạy trực tiếp từ máy tính/thẻ nhớ), MDI (nhập lệnh thủ công thực thi tức thời), MPG (quay tay phát xung), JOG (chạy dao bằng nút bấm), RAPID (chạy dao nhanh) và ZERO RETURN (về gốc chuẩn máy).
    • Các phím chức năng phụ trợ: Sử dụng biến trở điều chỉnh tốc độ chạy dao FEED OVERRIDE (0–200%), biến trở chạy dao nhanh RAPID OVERRIDE (0–100%), nút chạy thử không cắt DRY RUN, khóa chức năng máy M.T LOCK, chạy từng khối lệnh SINGLE BLOCK, tạm dừng tùy chọn OPTION STOP (kết hợp lệnh M01), bỏ qua khối lệnh BLOCK SKIP (kết hợp dấu /), điều khiển băng tải phoi (CHIP CONVEYOR CW/CCW/STOP), điều khiển trục chính (SPINDLE CW/CCW/STOP) và nút dừng khẩn cấp E-STOP.
    • Thao tác vận hành cơ bản: Hướng dẫn di chuyển trục máy về gốc chuẩn $G28$ bằng chế độ MDI hoặc công tắc $ZRN$; thiết lập tốc độ quay trục chính (cú pháp $S... M03/M04$); di chuyển trục độc lập bằng tay quay hoặc lệnh chạy nhanh $G00$; quy trình thay dao bằng tay hoặc gọi mã dao theo cấu trúc lệnh $T$ (gồm 4 chữ số: 2 số đầu là vị trí đài dao, 2 số sau là mã bù dao OFFSET, ví dụ $T0303$).

  3. Bài 3: Lập trình tiện CNC (65 giờ: 30 giờ lý thuyết, 35 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra):

    • Cấu trúc chương trình gia công: Khung chương trình tiêu chuẩn gồm 3 phần: Phần đầu (tên chương trình, khai báo điểm bắt đầu, gọi dao, tốc độ trục chính, bật tưới nguội), Phần thân (các khối lệnh tọa độ, biên dạng hình học, lượng chạy dao, chế độ cắt), và Phần kết (lệnh lui dao an toàn về gốc, tắt dung dịch làm mát $M09$, dừng trục chính $M05$, kết thúc chương trình $M30/M02$).
    • Quy tắc đặt tên trên hệ điều khiển Fanuc: Sử dụng ký tự bắt đầu $O$ cùng dải 4 chữ số: $O0001 - O7999$ (vùng người dùng tự do), $O8000 - O8999$ (vùng chương trình có mật khẩu bảo vệ), $O9000 - O9999$ (vùng macro của nhà sản xuất). Cú pháp chú thích đặt trong cặp ngoặc đơn $(...)$. Số thứ tự khối lệnh định dạng từ $N1$ đến $N9999$.
    • Hệ thống mã lệnh và chu trình: Khai thác các nhóm mã lệnh chuẩn $G-code$, mã phụ trợ $M-code$, các hàm tốc độ cắt ($S$), lượng tiến dao ($F$), bù trừ bán kính dao ($G41, G42, G40$) và lập trình tiện theo các chu trình gia công thô, tinh, tiện ren, khoan lỗ tự động.
    • Mô phỏng và hiệu chỉnh: Phương pháp kiểm tra cú pháp, chạy mô phỏng quỹ đạo dao (Graphic Simulation) trên phần mềm để phát hiện va chạm trước khi xuất mã lệnh sang máy gia công.

  4. Bài 4: Gia công tiện CNC (5 giờ: 2 giờ lý thuyết, 3 giờ thực hành):

    • Thực hiện quy trình gá đặt chấu kẹp, gá lắp phôi trên mâm cặp thủy lực; gá dao trên đài dao (revolver); thiết lập các thông số tọa độ điểm gốc chi tiết ($WCS - G54...G59$), đo và nhập giá trị bù dao hình học ($Offset$).
    • Nạp chương trình vào bộ nhớ máy qua thẻ nhớ hoặc cổng giao tiếp DNC; chạy kiểm tra không phôi (Dry run/Single block); tiến hành gia công chi tiết; đo kiểm kích thước bằng thước cặp, panme, đồng hồ so; thực hiện quy trình bảo dưỡng và vệ sinh công nghiệp khu vực xưởng.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Nội dung giáo trình hình thành trên nền tảng các cơ sở khoa học kỹ thuật sau:

  • Nguyên lý điều khiển số (NC/CNC Theory): Bản chất xử lý tín hiệu điều khiển, nguyên tắc giải mã khối lệnh tuần tự của bộ vi xử lý và hệ thống phản hồi vòng kín (closed-loop) bằng encoder và cảm biến quang học/thước đo.
  • Cơ sở công nghệ chế tạo máy và động học cắt gọt: Nguyên lý truyền động biến đổi chuyển động quay thành tịnh tiến bằng trục vít me – đai ốc bi khử khe hở; cơ chế phát sinh nhiệt và ma sát tại trục chính; tính toán các thông số chế độ cắt ($v, s, t$) phù hợp với vật liệu phôi và dao cụ.
  • Hệ thống điều khiển công nghiệp: Cấu trúc hoạt động của các hệ điều hành Fanuc, Fagor, Sinumerik, Mitsubishi, Heidenhain; kiến trúc phần mềm tích hợp CAD/CAM (Mastercam, NX, SolidCAM).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical Skills): Khả năng phân tích bản vẽ kỹ thuật chi tiết quay tròn; lập trình mã G/M thuần thục trên hệ điều khiển Fanuc; sử dụng thành thạo phần mềm CAD/CAM để vẽ biên dạng hình học 2D và tạo đường chạy dao tự động.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical Skills): Phân tích quy trình công nghệ gia công, tính toán lượng dư gia công thô/tinh, nhận diện và phân tích nguyên nhân gây rung động trục chính, biến dạng nhiệt hoặc lỗi sai lệch kích thước hình học.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical Competencies): Thao tác chuẩn xác các chức năng trên bảng điều khiển; định vị chuẩn phôi và thiết lập offset dao cụ; xử lý sự cố kẹt phoi, phế phẩm; vận hành gia công chi tiết phức tạp đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng quy trình giảng dạy kết hợp chặt chẽ giữa truyền thụ kiến thức lý thuyết và rèn luyện kỹ năng thực hành theo các tiêu chuẩn:

  • Tiếp cận sư phạm (Pedagogical Approach): Áp dụng phương pháp dạy học tích cực, chuyển trọng tâm sang người học thông qua diễn giảng ngắn, giải quyết vấn đề kỹ thuật phát sinh trong quá trình cắt gọt, kết hợp trình diễn mẫu trực quan tại xưởng tiện CNC.
  • Tổ chức bài tập và thảo luận:
    • Bài tập lý thuyết & tình huống: Sinh viên được giao các bài tập phân tích bản vẽ, lập trình chương trình gia công cho chi tiết thực tế và viết phương án xử lý sự cố (quá hành trình, mòn dao, lỗi mã lệnh).
    • Thảo luận nhóm: Phân chia các nhóm từ 8–10 sinh viên để nghiên cứu sâu các chuyên đề công nghệ, chuẩn bị nội dung trước giờ lên lớp.
  • Thực hành xưởng (Practical Exercises): Tổ chức luyện tập trực tiếp tại phòng thực hành với định mức: 1 máy vi tính/2 sinh viên; 1 máy tiện CNC và 1 bộ phụ tùng gá lắp kèm theo/5 sinh viên. Định mức dụng cụ đo kiểm (thước cặp $1/10, 1/20, 1/50\text{ mm}$, panme trong/ngoài, đồng hồ so, dưỡng đo) được trang bị đầy đủ cho từng vị trí máy.
  • Quy trình và phương pháp đánh giá (Assessment): Tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng ban hành theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Thang điểm 10, tính điểm tổng kết theo trọng số:
    • Điểm đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Bao gồm 2 bài kiểm tra thường xuyên (thực hiện sau 40 giờ học) và 4 bài kiểm tra định kỳ lý thuyết/thực hành (thực hiện sau 30 giờ học).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Tổ chức kiểm tra kết hợp giữa trắc nghiệm kiến thức tổng hợp và bài thi thực hành vận hành máy trực tiếp (thực hiện sau 90 giờ học).
  • Quy định tự học: Người học bắt buộc phải chuẩn bị bài trước khi đến lớp, có mặt tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (người học vắng $>30%$ số tiết lý thuyết bắt buộc phải học lại mô đun).

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Kế thừa và nâng cấp chương trình: Giáo trình được nâng cấp từ nền tảng mô đun tiện CNC cơ bản, bổ sung toàn diện nội dung ứng dụng công nghệ CAD/CAM, kỹ thuật lập trình nâng cao và phương pháp vận hành chi tiết có biên dạng phức tạp.
  • Tích hợp các xu hướng công nghệ hiện đại: Trình bày chi tiết bức tranh phát triển của hệ thống tự động hóa xưởng máy: từ hệ điều khiển NC truyền thống đến hệ CNC hiện đại, hệ thống điều khiển số trực tiếp (DNC) và khả năng kết nối đồng bộ vào hệ thống gia công linh hoạt FMS, sản xuất tích hợp CIM.
  • Dữ liệu kỹ thuật gắn liền với máy móc công nghiệp thực tế: Đưa vào phân tích các thông số vận hành thực tế của dòng máy tiện CNC công nghiệp Topturn S15 (Đài Loan, trang bị động cơ trục chính $7.5\text{ kW}$, tốc độ $100 - 6000\text{ rpm}$, hệ điều khiển Fanuc 0i-Mate-TB) và máy trung tâm phay LVC-860 (hệ điều khiển Fanuc 0i-MD, động cơ $10\text{ HP}$, tốc độ $10000\text{ rpm}$, ổ tích dao 24 vị trí).
  • Liên kết thực tiễn sản xuất: Đề cương và nội dung chi tiết được thẩm định và đóng góp ý kiến trực tiếp bởi hội đồng chuyên gia cơ khí từ các doanh nghiệp chế tạo máy và công nghiệp phụ trợ dầu khí, bám sát các yêu cầu tuyển dụng kỹ thuật viên gia công cắt gọt.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại (thuộc hệ thống giáo dục nghề nghiệp) học tập tại các học kỳ chuyên ngành.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở và chuyên môn bậc 1 trong chương trình khung:
    • Môn học cơ sở: Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01), Vẽ kỹ thuật 2 (CK19MH02), Cơ kỹ thuật (CK19MH03), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai lắp ghép (CK19MH05), An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01), AutoCAD (CG19MH01).
    • Mô đun thực hành chuyên ngành: Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01), Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03), Gia công trên máy tiện 1 (CG19MĐ02), Gia công trên máy tiện CNC 1 (CG19MĐ03), Gia công trên máy phay 1 (CG19MĐ04), Gia công trên máy tiện 2 (CG19MĐ07).
  • Giảng viên giảng dạy: Sử dụng làm tài liệu giáo trình chuẩn để biên soạn giáo án lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và xây dựng ngân hàng đề thi đánh giá năng lực nghề nghiệp.
  • Tài liệu tham khảo chuyên môn: Kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật đang làm việc tại các xưởng cơ khí chính xác có nhu cầu tra cứu bảng mã lệnh Fanuc, cấu trúc bảng điều khiển và kỹ thuật thiết lập dao cụ trên máy tiện CNC.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại, kỹ thuật viên cơ khí chế tạo máy và người học có nhu cầu chuẩn hóa kiến thức lập trình, vận hành máy tiện CNC theo chuẩn kỹ năng nghề nghiệp.

2. Người học cần đáp ứng những kiến thức nền tảng nào trước khi bắt đầu?

Học viên cần nắm vững kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí, dung sai lắp ghép, đặc tính vật liệu kim loại, an toàn lao động xưởng máy và đã hoàn thành các mô đun cơ sở về tiện cơ truyền thống cùng mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1.

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết chung?

Tài liệu tập trung sâu vào bản chất công nghệ kết hợp với hướng dẫn thực hành chi tiết trên thiết bị thật. Bảng điều khiển máy CNC được giải thích rõ từng phím chức năng (Feed Override, Rapid Override, Single Block, Dry Run...), phân tích tường minh cấu trúc dòng lệnh $T$, quy tắc số hiệu chương trình Fanuc ($O0001 - O9999$) và phân tích kỹ thuật các dạng trục chính, truyền động vít me bi.

4. Phương pháp tự học giáo trình này như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học cần kết hợp đọc trước lý thuyết an toàn và cấu trúc lệnh ở nhà; sử dụng các phần mềm mô phỏng (Mastercam, phần mềm điều khiển mạng máy tính) để kiểm tra đường chạy dao trước khi thực hiện các bài tập gá đặt và cắt gọt trực tiếp trên máy công cụ tại xưởng.

5. Giáo trình có những tài liệu bổ trợ và tham khảo nào đi kèm?

Giáo trình trích dẫn và khuyến nghị tham khảo các tài liệu chuyên ngành:

  • Giáo trình lập trình tiện Mastercam
  • Lập trình máy tiện CNC trên Mastercam
  • Giáo trình lập trình gia công NX
  • Giáo trình lập trình SolidCAM
  • Các cuốn catalogue kỹ thuật hướng dẫn vận hành hệ điều khiển Fanuc, Fagor, Sinumerik, Mitsubishi, Heidenhain.

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy tiện CNC 2 (Mã mô đun: CG19MĐ08) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu kỹ thuật có tính hệ thống cao, chuẩn hóa toàn bộ tiến trình đào tạo nghề tiện CNC từ khâu an toàn, phân loại thiết bị, vận hành bảng điều khiển, lập trình mã G/M đến thao tác gia công sản phẩm thực tế. Lộ trình môn học (90 giờ) kết hợp hài hòa giữa 28 giờ lý thuyết chuyên sâu và 58 giờ thực hành nghiêm ngặt tại xưởng, tạo nền tảng vững chắc để người học hình thành kỹ năng nghề nghiệp độc lập hoặc tiếp tục học tập liên thông ở các bậc đào tạo kỹ thuật cao hơn.