Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Gia công trên máy tiện CNC 2 (Mã mô đun: MECC64138) là học phần chuyên môn nghề bắt buộc thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí. Giáo trình được ban hành kèm theo Quyết định số 204/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí, do nhóm tác giả gồm Lê Anh Dũng (Chủ biên), Đào Thị Phương Hoa và Đỗ Văn Thọ biên soạn.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo, môn học có tổng khối lượng 4 tín chỉ với thời lượng 90 giờ (trong đó có 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 4 giờ kiểm tra). Đây là mô đun nâng cao kế thừa trực tiếp kiến thức từ mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 (MECC54133) và Gia công trên máy tiện 2 (MECC66137), nhằm chuẩn bị kiến thức và kỹ năng gia công các chi tiết có yêu cầu kỹ thuật phức tạp trước khi sinh viên bước vào giai đoạn thực tập sản xuất và làm khóa luận tốt nghiệp.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn kiến thức (A1 - A5): Trình bày được quy trình an toàn lao động tại xưởng tiện CNC; lịch sử và sự phát triển của hệ thống CAD/CAM/CNC; giao diện phần mềm CAD/CAM; các lệnh thiết kế 2D và hiệu chỉnh hình học cho chi tiết tiện; quy trình lập trình tiện CNC bằng phần mềm CAM.
  • Chuẩn kỹ năng (B1 - B5): Thực hiện đúng nội quy an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp; vẽ biên dạng chi tiết 2D; lập trình chương trình gia công NC; mô phỏng, kiểm tra và sửa lỗi chương trình gia công; vận hành máy tiện CNC gia công chi tiết đảm bảo năng suất, độ chính xác và an toàn.
  • Chuẩn năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1 - C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, khả năng làm việc độc lập và năng lực hướng dẫn kỹ thuật cho người khác.

Cấu trúc tài liệu gồm 4 bài học chính, được biên soạn theo hướng mở kết hợp giữa lý thuyết nguyên lý và thực hành thao tác máy thực tế, đồng thời tạo tiền đề cho người học có thể liên thông lên các chương trình đại học khối ngành kỹ thuật. Nội dung giáo trình đã được thông qua với sự tham gia đóng góp chuyên môn từ giảng viên chuyên ngành và đại diện các doanh nghiệp cơ khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình phân bổ nội dung qua 4 bài học với tiến trình logic từ tổng quan lý thuyết, cấu tạo thiết bị đến vận hành bảng điều khiển, lập trình mã lệnh và gia công chi tiết hoàn thiện:

[Bài 1: Tổng quan CAD/CAM & Cấu tạo máy] 
[Bài 2: Vận hành bảng điều khiển & Kiểm tra máy] 
[Bài 3: Lập trình G-code, M-code & Chu trình gia công] 
[Bài 4: Gá đặt, Cài đặt thông số & Gia công thực tế]

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

    • Cung cấp quy chuẩn an toàn xưởng tiện phay CNC theo 3 nhóm tiêu chí: tránh nguy hiểm, che chắn/đánh dấu vị trí nguy hiểm và phòng ngừa nguy hiểm.
    • Khái quát lịch sử phát triển điều khiển số từ phiếu đục lỗ (1725, 1808, 1863), sáng chế của John Parsons (1940), máy NC đầu tiên (1952), ngôn ngữ APT (1959), hệ thống DNC (thập niên 1960), máy CNC (thập niên 1970), CAD/CAM (thập niên 1980) đến tích hợp CIM (1990).
    • Trình bày cấu tạo các bộ phận chính của máy tiện CNC (trục chính, ụ trục chính, bàn máy, thân máy, ụ động, đài gá dao rơ-vôn-ve, mâm cặp thủy lực) và máy phay CNC.
    • Phân tích 4 dạng truyền động trục chính: dẫn động bằng đai (hiệu suất ~95%), dẫn động bằng bánh răng (chuyên dùng phá thô, đầu dao BT50), dẫn động trực tiếp (hiệu suất ~100%, chuyên phay tinh cao tốc) và trục chính dẫn động tích hợp (tốc độ trên 15.000 rpm).
    • Giới thiệu thông số kỹ thuật thực tế của máy tiện CNC Topturn S15 (Đài Loan, hệ điều khiển Fanuc Oi-Mate - TB) và trung tâm phay CNC Charles LVC-860 (hệ Fanuc Oi MD).
    • Phân loại các dạng điều khiển: điều khiển điểm - điểm (Point-to-Point), điều khiển đường thẳng (Straight-line), điều khiển biên dạng (Contour 2D, 2.5D, 3D, 4D, 5D), cùng các hệ thống NC, CNC và DNC.
    • Quy định quy trình bảo dưỡng máy thường xuyên và định kỳ.

  • 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 nguồn điện, dầu bôi trơn, áp suất khí nén và thao tác mở/tắt máy an toàn.
    • Chức năng của các phím trên bảng điều khiển máy tiện CNC: các khóa bảo vệ, công tắc chọn chế độ vận hành MODE (EDIT, AUTO, DNC, MDI), chế độ di chuyển trục bằng tay quay phát xung MPG (tỉ lệ X1, X10, X100) và chế độ nút bấm (JOG, RAPID).
    • Các công tắc điều chỉnh: FEED OVERRIDE (0 - 200%), RAPID OVERRIDE (0 - 100%), chế độ chạy về điểm chuẩn ZERO RETURN (G28, G30).
    • Các nút chức năng đặc biệt: DRY RUN, M.T LOCK, SINGLE BLOCK, OPTION STOP (M01), BLOCK SKIP (/), điều khiển băng tải phoi CHIP CONVEYOR (CW, CCW, STOP), nút dừng khẩn cấp E-STOP, công tắc điều khiển chiều quay trục chính SPINDLE (CW, CCW, STOP).
    • Quy trình thao tác đưa máy về điểm gốc (chuẩn máy) bằng chế độ MDI (lệnh G28 G91 G0 Z0; G28 G91 X0 Y0;) hoặc phím ZRN.
    • Cú pháp gọi dụng cụ cắt và bù dao: địa chỉ T kèm 4 chữ số (2 số đầu chỉ vị trí dao trên đài dao, 2 số sau chỉ mã bù dao Offset, ví dụ T0303).

  • 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 NC chuẩn hóa (Main Program) gồm 3 phần: phần đầu chương trình, phần thân các câu lệnh gia công và phần kết thúc chương trình.
    • Ý nghĩa và cú pháp các từ lệnh, hệ thống mã lệnh dịch chuyển và công nghệ chuẩn: mã lệnh phụ trợ M-code và mã lệnh hình học G-code.
    • Kỹ thuật lập trình NC theo các mã lệnh cơ bản và các chu trình gia công tiện tự động.
    • Quy trình mô phỏng đường chạy dao, kiểm tra cú pháp và hiệu chỉnh chương trình trước khi nạp vào máy.

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

    • Thao tác gá dao lên đài gá rơ-vôn-ve, gá phôi lên mâm cặp thủy lực 3 vấu tự định tâm, thiết lập chuẩn gia công chi tiết (Work Offset) và cài đặt thông số cắt.
    • Quy trình truyền, nhập, xuất và mô phỏng chương trình NC trên bộ điều khiển máy tiện.
    • Thực hiện gia công chi tiết, đo đạc kiểm tra kích thước bằng dụng cụ đo chuyên dụng và vệ sinh công nghiệp sau gia công.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  1. Lý thuyết điều khiển số (Numerical Control Theories): Nguyên lý hoạt động của các hệ thống NC, CNC và DNC; cơ chế truyền dữ liệu và chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến thông qua cụm truyền động trục vít me - đai ốc bi.
  2. Nguyên lý động học máy và cắt gọt (Kinematic & Cutting Principles): Phân tích chế độ làm việc vô cấp của động cơ trục chính một chiều (điều chỉnh dòng kích từ) và xoay chiều (biến đổi tần số); hiện tượng giãn nở nhiệt và phân bố tải trọng trên các loại trục chính dẫn động đai, bánh răng, trực tiếp và tích hợp.
  3. Nguyên tắc định vị và chuẩn gia công (Referencing & Offset Frameworks): Quy tắc xác định hệ tọa độ không gian (quy tắc bàn tay phải/trái đối với các trục X, Y, Z); nguyên lý định tâm mâm cặp thủy lực và ụ động; nguyên lý bù trừ sai số kích thước dao cắt (Geometry Offset và Wear Offset qua địa chỉ T).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác thành thạo bảng điều khiển máy tiện CNC hệ Fanuc; điều khiển chuyển động các trục bằng tay quay phát xung MPG; lập trình gia công bằng mã G/M và chu trình tiện; thực hiện gá đặt phôi, dao cụ và thiết lập điểm chuẩn gia công chi tiết.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu bản vẽ chi tiết cơ khí; phân tích đường lối công nghệ và xác định chế độ cắt phù hợp; rà soát, kiểm tra phát hiện lỗi cú pháp hoặc va chạm dao thông qua chế độ Single Block, Dry Run và phần mềm mô phỏng.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành độc lập máy tiện CNC để gia công chi tiết đạt kích thước bản vẽ; đo kiểm sản phẩm bằng thước cặp (độ chính xác 1/10, 1/20, 1/50 mm), panme trong/ngoài, đồng hồ so 3D; thực hiện bảo dưỡng phòng ngừa cho thiết bị.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Phương pháp tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach)

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích cực kết hợp giữa thuyết trình ngắn, phương pháp nêu vấn đề và giải quyết vấn đề. Lý thuyết được bố trí song hành với thực hành (thời lượng thực hành chiếm 64.4% tổng số giờ môn học). Giảng viên hướng dẫn trực quan thông qua trình diễn mẫu trên thiết bị, sau đó sinh viên thực hành theo nhóm nhỏ từ 3 đến 5 người trên một máy tiện CNC thật.

Bài tập, tình huống và thực hành thực tế

  • Bài tập tình huống: Xử lý các trạng thái cảnh báo trên máy (quá cử hành trình, lỗi áp suất thủy lực, lỗi bôi trơn), phân tích nguyên nhân gây rung động hoặc phế phẩm dựa trên đặc tính của trục chính.
  • Bài tập lập trình và gia công: Sinh viên nhận bản vẽ chi tiết thực tế, lập trình cấu trúc chương trình, nạp lệnh vào máy qua chế độ MDI/EDIT, căn chỉnh tọa độ dao và gia công trực tiếp.
  • Thiết bị và dụng cụ thực hành: Trang bị tối thiểu 1 máy tiện CNC cho mỗi nhóm 5 sinh viên; 1 máy vi tính cho 2 sinh viên; trang bị đầy đủ mâm cặp 3 vấu, mũi tâm, tốc kẹp, dao tiện ngoài/trong, mũi khoan/khoét, panme, thước cặp, đồng hồ so 3D, dưỡng kiểm, máy mài 2 đá và máy khoan.

Phương pháp kiểm tra và đánh giá

Quy trình đánh giá tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội:

  • Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1): Gồm 2 bài kiểm tra thực hiện sau 40 giờ học bằng hình thức viết, thuyết trình hoặc báo cáo, nhằm đánh giá các chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2.
  • Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2): Gồm 4 bài kiểm tra thực hiện sau mỗi 30 giờ bằng hình thức tự luận hoặc thực hành thao tác máy, đánh giá chuẩn đầu ra A4, B5, C3.
  • Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): 1 bài thi tích hợp trắc nghiệm lý thuyết và thực hành thao tác máy sau 90 giờ học, đánh giá toàn diện các chuẩn đầu ra từ A1 đến A5, B1 đến B5 và C1 đến C3.
  • Thang điểm: Tất cả điểm thành phần và điểm tổng kết chấm theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.

Hướng dẫn tự học cho sinh viên

  • Đọc trước nội dung từng bài trong giáo trình và nghiên cứu các tài liệu tham khảo trước khi lên lớp.
  • Tổ chức tự học và thảo luận nhóm theo quy mô 8 - 10 người, phân công nhiệm vụ nghiên cứu các chủ đề chuyên sâu.
  • Tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng lý thuyết (người học vắng trên 30% số tiết lý thuyết bắt buộc phải học lại môn học mới đủ điều kiện dự thi).

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Kế thừa và chuẩn hóa công nghệ: Nội dung giáo trình được xây dựng trên cơ sở kế thừa chương trình tiện cơ bản và tiện CNC 1, cập nhật các yêu cầu kỹ thuật hiện đại cho kỹ thuật viên cắt gọt kim loại trong thời kỳ công nghiệp hóa.
  • Tích hợp các hệ điều khiển công nghiệp phổ biến: Giáo trình cung cấp kiến thức thực hành trên hệ điều khiển Fanuc (Fanuc Oi-Mate - TB, Fanuc Oi MD), đồng thời giới thiệu các hệ điều khiển thông dụng khác trên thị trường như Fagor, Sinumerik (Siemens), Mitsubishi và Heidenhain.
  • Tính toán kỹ thuật và thông số máy cụ thể: Cung cấp bảng dữ liệu kỹ thuật chi tiết của các dòng máy công nghiệp thực tế gồm máy tiện CNC Topturn S15 (hành trình X 145 mm, Z 350 mm, tốc độ trục chính 100 - 6000 rpm, mâm dao 8 vị trí) và máy trung tâm phay CNC Charles LVC-860 (chuẩn BT40, tốc độ 10.000 rpm, ổ dao 24 vị trí).
  • Liên kết ứng dụng thực tế và phần mềm CAD/CAM: Giáo trình định hướng mở, cho phép linh hoạt sử dụng các phần mềm CAD/CAM chuyên ngành (Mastercam, NX, SolidCAM) để lập trình gia công, hỗ trợ giải pháp mô phỏng máy tính đối với các cơ sở đào tạo đang trong quá trình hoàn thiện thiết bị.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại (thuộc khối các môn học/mô đun chuyên môn nghề bắt buộc).
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở gồm Dung sai (MECM53001), Vật liệu cơ khí (MECM53002), Vẽ kỹ thuật 1 và 2 (MECM52003, MECM62012), Cơ kỹ thuật (MECM64011), Điện kỹ thuật cơ bản (ELEI53055), AutoCAD (MECM63013); cùng các mô đun chuyên môn tiền đề gồm Gia công nguội cơ bản (MECM53104), Cơ sở công nghệ gia công kim loại (MECC53030), Máy cắt kim loại (MECC54032), Gia công trên máy tiện 1 (MECC55131), Gia công trên máy tiện 2 (MECC66137) và Gia công trên máy tiện CNC 1 (MECC54133).
  • Giảng viên chuyên ngành: Dùng làm tài liệu giảng dạy chuẩn, phân bổ giáo án lý thuyết, lập phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và xây dựng ngân hàng đề kiểm tra đánh giá theo chuẩn đầu ra.
  • Kỹ thuật viên và người tự học: Tài liệu tham khảo cho thợ vận hành máy công cụ CNC, cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy cơ khí hoặc người học liên thông lên trình độ đại học ngành Công nghệ Chế tạo máy.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế dành cho đối tượng nào?

Giáo trình phục vụ trực tiếp cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp có chương trình tương đương; đồng thời là tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành máy CNC.

2. Người học cần đáp ứng điều kiện tiên quyết nào trước khi học mô đun này?

Sinh viên cần tích lũy các học phần cơ sở kỹ thuật (Dung sai, Vẽ kỹ thuật, Vật liệu cơ khí, AutoCAD) và hoàn thành mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 (MECC54133) cùng các học phần gia công tiện vạn năng (Tiện 1, Tiện 2).

3. Giáo trình này có điểm gì khác so với giáo trình Tiện CNC 1?

Mô đun Gia công trên máy tiện CNC 2 là học phần chuyên môn nâng cao, tập trung vào kỹ năng phân tích cấu tạo chuyên sâu (các dạng trục chính cao tốc, mâm cặp thủy lực), vận hành toàn diện bảng điều khiển công nghiệp, lập trình chu trình tự động và gia công các bề mặt chi tiết phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao.

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

Người học cần nghiên cứu trước lý thuyết từng bài, thảo luận nhóm theo các chủ đề được giao (8 - 10 người/nhóm), luyện tập lập trình và kiểm tra đường chạy dao trên phần mềm mô phỏng máy tính trước khi thao tác nạp chương trình và gia công trên máy tiện CNC thật.

5. Những tài liệu tham khảo nào được sử dụng đi kèm giáo trình?

Danh mục tài liệu tham khảo chính thức được nhóm tác giả sử dụng gồm:

  • 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 catalog hướng dẫn sử dụng phần mềm điều khiển (Fanuc, Siemens, Mitsubishi...)

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy tiện CNC 2 (Mã mô đun: MECC64138) do Trường Cao đẳng Dầu khí ban hành cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về cấu tạo thiết bị, kỹ thuật an toàn lao động, thao tác vận hành bảng điều khiển và quy trình lập trình gia công tiện CNC chuẩn công nghiệp. Tài liệu đóng vai trò then chốt trong việc hình thành năng lực nghề nghiệp thực tế cho sinh viên ngành Cắt gọt kim loại.

Theo lộ trình đào tạo khung, sau khi hoàn thành mô đun này, người học sẽ tiếp tục hoàn thành mô đun Gia công trên máy phay CNC 2 (MECC64140, 4 tín chỉ), tham gia học phần Thực tập sản xuất (MECM54210, 4 tín chỉ / 180 giờ) và thực hiện Khóa luận tốt nghiệp (MECM63222, 3 tín chỉ / 135 giờ) để hoàn tất chương trình đào tạo Cao đẳng.

Để mở rộng kiến thức, người học được khuyến nghị tham khảo thêm các tài liệu hướng dẫn chuyên sâu về phần mềm CAD/CAM (Mastercam, Siemens NX, SolidCAM) và tài liệu vận hành của các nhà sản xuất hệ điều khiển Fanuc, Sinumerik.