Tổng quan về giáo trình

Giáo trình môn học: Gia công trên máy phay CNC 2 (Mã mô đun: CG19MĐ10) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại trình độ Cao đẳng, 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 (tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu). Giáo trình 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 khung gồm 108 tín chỉ (2565 giờ), mô đun này có khối lượng 4 tín chỉ với thời lượng 90 giờ học tập (bao gồm 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 4 giờ kiểm tra). Môn học được định vị là học phần chuyên sâu nâng cao, tiếp nối trực tiếp sau các môn học nền tảng: Gia công trên máy phay 1 (CG19MĐ04), Gia công trên máy phay 2 (CG19MĐ09) và Gia công trên máy phay CNC 1 (CG19MĐ05).

flowchart LR
    A["Gia công trên máy phay 1 & 2\n(CG19MĐ04, CG19MĐ09)"] --> C["Gia công trên máy phay CNC 2\n(CG19MĐ10 - 4 Tín chỉ)"]
    B["Gia công trên máy phay CNC 1\n(CG19MĐ05)"] --> C
    C --> D["Thực tập sản xuất\n(CG19MĐ11)"]
    C --> E["Khóa luận tốt nghiệp\n(CG19MĐ12)"]

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

  • Về kiến thức (A1): Người học hiểu rõ cấu trúc máy trung tâm gia công CNC VMC-950; nắm vững quy trình cài đặt thông số phôi, thiết lập thông số dao; vận dụng kiến thức thiết kế chi tiết để giải quyết bài toán công nghệ.
  • Về kỹ năng (B1): Thiết lập được quy trình gia công trên phần mềm VISI; xuất chương trình gia công NC; chuyển nạp chương trình và vận hành máy gia công trung tâm đúng quy trình kỹ thuật, bảo đảm an toàn cho người và thiết bị.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1, C2, C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, khả năng làm việc độc lập, làm chủ quy trình và có khả năng hướng dẫn người khác trong môi trường sản xuất.

Cấu trúc giáo trình được tiếp cận theo phương thức kết hợp lý thuyết công nghệ và thực hành xưởng, chia thành 3 bài học tích hợp giữa lập trình CAD/CAM và thao tác thực tế trên trung tâm gia công CNC.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 3 bài học theo trình tự công nghệ:

flowchart TD
    B1["Bài 1: Giới thiệu chung về CAD/CAM\n- Cấu tạo máy phay CNC VMC-950\n- Tập lệnh FANUC 0i-T & Bảng điều khiển\n- Quy trình rà phôi G54, đo dao G65"]
    --> B2["Bài 2: Lập trình phay CNC bằng phần mềm CAM\n- Quy trình công nghệ & Điểm chuẩn M, R, W, T, P\n- Chế độ cắt & Dụng cụ cắt\n- Lập trình gia công 2D, 3D (Roughing/Finishing) trên VISI"]
    --> B3["Bài 3: Gia công trên máy trung tâm CNC\n- Thiết lập gá đặt phôi & Set dao\n- Mô phỏng Graphics & Dry Run\n- Vận hành cắt gọt & Đo kiểm sản phẩm"]

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

Giới thiệu kết cấu phần cứng máy phay CNC 3 trục VMC-950 (hành trình $X=600\text{ mm}$, $Y=500\text{ mm}$, $Z=460\text{ mm}$, bàn máy $700\times450\text{ mm}$, tốc độ trục chính 100–8000 vòng/phút, công suất 5,5 kW, ổ chứa 16 dao chuẩn BT40, trang bị trục thứ 4). Hướng dẫn chức năng các phím điều khiển, các chế độ vận hành (EDIT, DNC, AUTO, MDI, MPG, JOG, RAPID, ZERO RETURN) và các phím chức năng phụ trợ (SINGLE BLOCK, DRY RUN, M.S. LOCK, BLOCK SKIP, OPTION STOP M01). Trình bày tập lệnh FANUC 0i-T từ các lệnh nội suy (G00, G01, G02, G03), mặt phẳng gia công (G17, G18, G19), chu trình gia công lỗ/ren (G74, G76, G80, G83, G84, G86, G89), hệ tọa độ phôi (G54–G59), đến lệnh gọi macro đo dao tự động (G65P9853B3T02).

Bài 2: Lập trình phay CNC bằng phần mềm CAM và gia công sản phẩm (70 giờ)

Phân tích 3 quy trình công nghệ gia công: truyền thống, CAD/CAM-CNC và gia công tốc độ cao (HSM). Xác lập hệ thống điểm chuẩn trên máy CNC ($M, R, W, T, P, N, B, E$). Khảo sát các chủng loại dao cắt hợp kim (End mill, Ball nose, Bull nose, Ball conic, Face mill, Twist drill, Boring bar, dao Tarô, Angular cutter, Corner rounding cutter) và vật liệu gia công khuôn mẫu (thép C45, thép hóa tốt 35CrMo2). Hướng dẫn ứng dụng phần mềm VISI (Vero Software) thiết lập hệ thống dao cụ (VISI Tools), lập trình gia công 2D, gia công thô 3D (Roughing), gia công tinh 3D (Finishing) và gia công vét 3D (Rest Machining).

Bài 3: Gia công trên máy trung tâm CNC (16 giờ)

Quy trình thực tế tại xưởng: gá đặt phôi, rà chuẩn gốc chi tiết theo các trục X, Y, Z, nhập giá trị vào bảng Work Offset; thực hiện đo dao và bù trừ chiều dài dao; chạy mô phỏng đồ họa (Graphics) và chạy không cắt gọt (Dry run); thực hiện vận hành tự động theo chương trình NC; tháo gỡ chi tiết và tiến hành đo kiểm kích thước.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Hệ trục tọa độ và các điểm chuẩn máy CNC: Xác định theo quy tắc bàn tay phải với quy ước chi tiết đứng yên, dao chuyển động. Định vị chính xác các điểm chuẩn:
    • Chuẩn máy ($M$ - Machine point)
    • Chuẩn quy chiếu ($R$ - Reference point)
    • Chuẩn chi tiết ($W$ - Work part zero point)
    • Chuẩn gá dao ($T$ - Tool offset)
    • Chuẩn soạn thảo chương trình ($P$ - Program point)
Ký hiệu Tên gọi chuẩn Mô tả kỹ thuật trong giáo trình
M Machine point Chuẩn máy, cố định do nhà sản xuất quy định, dùng làm gốc đo lường toàn hệ thống.
R Reference point Chuẩn quy chiếu máy, dùng đóng kín không gian làm việc.
W Work part zero point Chuẩn gốc chi tiết (G54–G59), do người lập trình xác định trên phôi gia công.
T Tool offset Chuẩn gá dao, nằm trên vành trục chính của máy phay.
P Program point Chuẩn thảo chương trình, làm gốc hệ tọa độ trong quá trình lập mã NC.
  • Cơ sở tính toán chế độ cắt gọt: Công thức xác định đường kính cắt hiệu dụng $D_e$, vận tốc cắt thực $V_e$ và vận tốc tiến dao bàn máy $V_f$:

$$D_e = 2\sqrt{a_p(D_c - a_p)}$$

$$V_e = \frac{\pi \cdot n \cdot D_e}{1000} \quad (\text{m/phút})$$

$$V_f = f_z \cdot n \cdot z_n \quad (\text{mm/phút})$$

Trong đó: $a_p$ là chiều sâu cắt dọc trục, $D_c$ là đường kính danh nghĩa của dao, $n$ là tốc độ quay trục chính (vòng/phút), $f_z$ là lượng tiến dao trên một răng cắt, $z_n$ là số răng cắt của dao.

  • Nguyên lý gia công tốc độ cao (HSM): Yêu cầu kiểm soát chuyển động mượt, công nghệ tool holding, tính năng đọc trước khối lệnh ("look ahead") để xử lý trước hàng trăm khối lệnh trong thời gian thực, cho phép gia công trực tiếp vật liệu thép đã qua nhiệt luyện bằng dao cắt kích thước nhỏ.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Vận hành phần mềm CAM VISI để mô hình hóa đường chạy dao 2D/3D; thiết lập thông số hình học và chế độ cắt trong thư viện VISI Tools; xuất mã G-code thông qua bộ biên dịch Post Processor tương thích với hệ điều khiển FANUC 0i-T; truyền nạp dữ liệu qua cổng DNC hoặc bộ nhớ máy.
  • Kỹ năng phân tích: Tính toán, tra cứu chế độ cắt ($v, s, t, a_e, a_p$) tương ứng với từng loại vật liệu khuôn mẫu; phân tích đường chạy dao để tối ưu hóa thời gian cắt và tránh va chạm dao (collision check); so sánh hiệu quả giữa phương pháp gia công truyền thống và gia công CNC.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp: Rà tìm gốc tọa độ phôi bằng tay quay phát xung (MPG); thiết lập giá trị Work Coordinate ($G54 - G59$); thực hiện chu trình đo dao tự động; kiểm soát quá trình cắt bằng các chế độ Single Block, Dry Run, Feedrate Override, Spindle Override; sử dụng thành thạo dụng cụ đo (thước cặp 1/10, 1/20, 1/50 mm, panme, đồng hồ so 3D, dưỡng kiểm) để kiểm tra dung sai sản phẩm.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp dạy học tích cực, kết hợp chặt chẽ giữa thuyết trình ngắn, giảng dạy nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu kỹ thuật, giải quyết bài tập tình huống và thảo luận nhóm.

flowchart TD
    subgraph DANG_DAY["Phương pháp giảng dạy (Giáo viên)"]
        GV1["Thuyết trình ngắn & Nêu vấn đề"]
        GV2["Trình diễn mẫu thao tác máy"]
        GV3["Phân nhóm thảo luận (8-10 SV) & Giao bài tập đứng máy (3-5 SV)"]
    end
    subgraph HOC_TAP["Phương pháp học tập (Sinh viên)"]
        SV1["Nghiên cứu tài liệu & Đạt >= 70% số tiết"]
        SV2["Lập trình CAM (1 máy tính/2 SV)"]
        SV3["Thực hành xưởng (1 máy phay CNC/5 SV)"]
    end
    DANG_DAY --> HOC_TAP

  • Tổ chức giảng dạy:

    • Giáo viên trình bày lý thuyết gắn liền với phân tích thao tác mẫu dứt khoát, chuẩn xác.
    • Phân chia sinh viên thành các nhóm nhỏ (8–10 người học) để thảo luận chủ đề công nghệ trước khi thực hành.
    • Phân công thực hành đứng máy theo nhóm từ 3 đến 5 sinh viên/1 lượt máy để gia công chi tiết theo bản vẽ thực tế.
    • Trường hợp cơ sở đào tạo chưa trang bị máy phay CNC, giáo trình cho phép giảng dạy Bài 1, Bài 2 trên phần mềm CAM và bổ sung phần mềm mô phỏng gia công phay CNC thay thế cho phần thao tác trên máy thật của Bài 3.

  • Định mức trang thiết bị và cơ sở vật chất:

    • Phòng học chuyên môn hóa tối thiểu 35 chỗ ngồi học lý thuyết và 25 chỗ ngồi học thực hành.
    • Trang thiết bị CNTT: 1 máy vi tính / 2 sinh viên; 1 bộ phần mềm điều khiển mạng / 30 sinh viên.
    • Trang thiết bị xưởng: 1 máy phay CNC VMC-950 / 5 sinh viên; 1 bộ phụ tùng máy phay CNC / 5 sinh viên; 1 bộ dụng cụ đo kiểm (thước cặp, panme đo trong/ngoài, đồng hồ so, đồng hồ so 3D, dưỡng các loại) / 5 sinh viên; các loại dao phay, mũi khoan, dao khoét, mâm cặp ba vấu, tốc kẹp.

  • Phương pháp và hình thức đánh giá: Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội):

Thành phần đánh giá Hình thức kiểm tra Thời điểm Trọng số Chuẩn đầu ra đánh giá
Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) Viết, Tự luận, Trắc nghiệm, Thuyết trình Sau 40 giờ 40% (Tổng điểm quá trình) A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2
Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) Viết, Tự luận, Thực hành trên máy Sau 30 giờ A3, B3, C3
Thi kết thúc môn học Viết, Thực hành thao tác, Vấn đáp Sau 90 giờ 60% A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3

Quy tắc tính điểm: Chấm theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân. Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết; nếu vắng quá 30% số tiết lý thuyết bắt buộc phải học lại mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Kế thừa và chuẩn hóa chương trình đào tạo: Giáo trình được xây dựng trên cơ sở kế thừa nội dung đào tạo công nhân kỹ thuật nghề Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu Khí, cập nhật định hướng kỹ thuật theo yêu cầu công nghệ hóa và hiện đại hóa sản xuất.
  • Tích hợp bộ phần mềm CAD/CAM/CAE chuyên dụng: Giới thiệu giải pháp phần mềm VISI của tập đoàn VERO Software (bao gồm VISI Mould cho khuôn ép nhựa, VISI Shoes cho khuôn giày, VISI Progress cho khuôn dập liên hợp, VISI Machining cho gia công phay 2 đến 5 trục, và module phân tích lưu biến dòng chảy nhựa VISI Flow). Đồng thời, tài liệu mở rộng giới thiệu các giải pháp liên quan như Machining STRATEGIST (gia công phay cao tốc HSM), SMIRTware (khuôn dập ô tô khổ lớn) và PEPS (cắt dây WEDM, cắt laser).
  • Cập nhật quy trình gia công tốc độ cao (HSM): So sánh trực quan sự rút ngắn của các bước công nghệ:
    • Quy trình truyền thống (7 bước): Chuẩn bị phôi $\rightarrow$ Gia công thô $\rightarrow$ Gia công tinh $\rightarrow$ Tôi cứng $\rightarrow$ Bắn điện EDM $\rightarrow$ Gia công tinh sau EDM $\rightarrow$ Đánh bóng thủ công.
    • Quy trình CAD/CAM-CNC (6 bước): Chuẩn bị phôi $\rightarrow$ Gia công thô CNC $\rightarrow$ Gia công tinh/bán tinh CNC $\rightarrow$ Nhiệt luyện $\rightarrow$ Gia công tinh sau nhiệt luyện bằng CNC tốc độ cao $\rightarrow$ Gia công tinh thủ công.
    • Quy trình gia công cao tốc HSM (5 bước): Chuẩn bị phôi (tôi cứng trước) $\rightarrow$ Gia công thô $\rightarrow$ Gia công bán tinh $\rightarrow$ Gia công tinh/siêu tinh $\rightarrow$ Hoàn thiện thủ công.
  • Khả năng tương thích công nghệ rộng: Nội dung giáo trình được thiết kế theo hướng mở, kiến thức lập trình và nguyên lý gia công có thể chuyển giao, áp dụng tương thích với nhiều hệ điều khiển CNC công nghiệp khác nhau như FANUC, Fagor, Sinumerik (Siemens), Mitsubishi và Heidenhain.

Đối tượng sử dụng giáo trình

flowchart LR
    subgraph DOITUONG["Đối tượng sử dụng"]
        SV["Sinh viên Cao đẳng\nNghề Cắt gọt kim loại"]
        GV["Giảng viên & Kỹ thuật viên xưởng"]
        KS["Kỹ sư & Nhân sự kỹ thuật gia công"]
    end
    subgraph DIEUKIEN["Điều kiện tiên quyết"]
        DK1["Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (CK19MH01, CK19MH02)"]
        DK2["Vật liệu, Cơ kỹ thuật, Dung sai (CK19MH03-05)"]
        DK3["AutoCAD (CG19MH01) & An toàn LĐ (ATMT19MH01)"]
        DK4["Gia công phay 1, 2 & Phay CNC 1 (CG19MĐ04, 09, 05)"]
    end
    DIEUKIEN --> DOITUONG
  • Sinh viên ngành Cắt gọt kim loại: Sinh viên trình độ Cao đẳng hệ chính quy tại các trường cao đẳng kỹ thuật và công nghệ. Để tiếp thu được nội dung mô đun, người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học tiên quyết:
    • Khối kiến thức cơ sở: Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (CK19MH01, CK19MH02), Cơ kỹ thuật (CK19MH03), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai (CK19MH05), An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01), AutoCAD (CG19MH01).
    • Khối kiến thức chuyên môn tiền đề: Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01), Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03), Gia công trên máy phay 1 (CG19MĐ04), Gia công trên máy phay 2 (CG19MĐ09), Gia công trên máy phay CNC 1 (CG19MĐ05).
  • Giảng viên chuyên ngành cơ khí chế tạo: Dùng làm tài liệu giảng dạy chuẩn hóa, xây dựng giáo án lý thuyết, biên soạn phiếu hướng dẫn thực hành và thiết lập đề thi đánh giá kỹ năng nghề cắt gọt kim loại.
  • Kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật và người tự học: Tài liệu tham khảo kỹ thuật phục vụ tra cứu bảng mã lệnh G-code hệ điều khiển FANUC 0i-T, công thức tính toán thông số chế độ cắt theo tiêu chuẩn ISO, và quy trình thiết lập đường chạy dao trên phần mềm VISI.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được biên soạn phục vụ trực tiếp cho sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại. Ngoài ra, giáo trình phù hợp cho giảng viên dạy nghề cơ khí và kỹ thuật viên cần tài liệu tham khảo về vận hành máy phay CNC VMC-950 và lập trình gia công khuôn mẫu trên phần mềm VISI.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở về bản vẽ kỹ thuật, dung sai lắp ghép, vật liệu kim loại, an toàn lao động và kỹ năng gia công phay cơ bản (máy phay vạn năng 1, 2) cùng kiến thức vận hành phay CNC cơ bản (mô đun Phay CNC 1).

3. Điểm khác biệt cốt lõi của giáo trình so với các tài liệu phay CNC cơ bản là gì?

Giáo trình chuyển đổi trọng tâm từ lập trình thủ công bằng tay (manual programming) sang ứng dụng phần mềm CAM chuyên dụng (VISI) để lập trình gia công bề mặt 2D và biên dạng 3D phức tạp (Roughing, Finishing, Rest Machining). Đồng thời, giáo trình kết hợp kiến thức gia công tốc độ cao (HSM) và công nghệ gia công khuôn mẫu công nghiệp.

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học cần nghiên cứu kỹ lý thuyết các mã lệnh FANUC 0i-T và công thức tính toán chế độ cắt trước khi lên lớp; tận dụng tối đa thời lượng thực hành trên máy vi tính để rèn luyện kỹ năng CAM; thực hiện nghiêm ngặt quy trình kiểm tra đồ họa (Graphics) và chạy thử không cắt (Dry run) trước khi tiến hành cắt gọt thực tế trên máy VMC-950.

5. Giáo trình có danh mục tài liệu tham khảo bổ trợ nào?

Giáo trình liệt kê 6 tài liệu tham khảo chuyên ngành gồm:

  • [1] Giáo trình lập trình phay Mastercam.
  • [2] Lập trình máy phay CNC trên Mastercam.
  • [3] Giáo trình lập trình gia công NX.
  • [4] Giáo trình lập trình SolidCAM.
  • [5] Lập trình gia công phay trên VISI.
  • [6] Các catalogue hướng dẫn sử dụng phần mềm điều khiển.

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy phay CNC 2 (Mã mô đun: CG19MĐ10) của Trường Cao đẳng Dầu Khí cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện từ kết cấu thiết bị, tập lệnh điều khiển FANUC 0i-T, công thức tính toán chế độ cắt theo tiêu chuẩn ISO, đến quy trình công nghệ lập trình CAM trên phần mềm VISI và vận hành gia công thực tế trên trung tâm gia công 3 trục VMC-950.

Lộ trình đào tạo đề xuất cho người học là hoàn thành tuần tự các bài học từ cấu tạo – tập lệnh (Bài 1), thiết lập CAM 2D/3D (Bài 2), đến kiểm soát vận hành – đo kiểm sản phẩm (Bài 3). Mô đun này là điều kiện bắt buộc để sinh viên bước vào các học phần cuối khóa bao gồm Thực tập sản xuất (CG19MĐ11 - 4 tín chỉ, 180 giờ) và Khóa luận tốt nghiệp (CG19MĐ12 - 3 tín chỉ, 135 giờ), đồng thời tạo nền tảng chuyên môn cho việc học tập liên thông lên trình độ đại học ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí.