Tổng quan về giáo trình

Giáo trình 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 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). Ban biên soạn giáo trình gồm có: ông Lê Anh Dũng (Chủ biên), bà Đào Thị Phương Hoa và ông Đỗ Văn Thọ.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo tổng thể gồm 108 tín chỉ (2565 giờ), mô đun này có thời lượng 90 giờ (bao gồm 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận/thí nghiệm và 4 giờ kiểm tra). Môn học được định vị ở giai đoạn nâng cao kỹ năng nghề, được bố trí giảng dạy sau khi sinh viên đã hoàn thành các mô đun tiền đề gồm: Gia công trên máy phay 1 (CG19MĐ04), Gia công trên máy phay 2 (CG19MĐ09) và Gia công trên máy phay CNC 1 (CG19MĐ05).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể trên ba phương diện chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Mô tả và giải thích được cấu trúc của máy trung tâm gia công CNC; hiểu rõ phương pháp cài đặt thông số phôi, dao; vận dụng được các nguyên lý thiết kế chi tiết cơ khí vào công nghệ gia công.
  • Kỹ năng (B1): Thực hiện quy trình thiết lập gia công và xuất chương trình NC bằng phần mềm CAM (VISI); chuyển đổi dữ liệu và vận hành máy phay trung tâm CNC VMC-950 gia công chi tiết đạt yêu cầu kích thước, dung sai và an toàn lao động.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1, C2, C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, khả năng làm việc độc lập hoặc tổ chức hướng dẫn nhóm kỹ thuật.

Cấu trúc giáo trình chia làm 3 bài học chính: Bài 1: Giới thiệu chung về CAD/CAM, Bài 2: Lập trình phay CNC bằng phần mềm CAM và gia công sản phẩm, và Bài 3: Gia công trên máy trung tâm CNC. Cách tiếp cận của tài liệu kết hợp giữa phân tích cấu tạo phần cứng điều khiển số với quy trình thiết lập đường chạy dao trên phần mềm CAD/CAM/CAE chuyên dụng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được tổ chức tuần tự theo 3 bài học với tính logic phát triển từ phần cứng, lập trình phần mềm đến vận hành máy:

[Bài 1: Giới thiệu chung về CAD/CAM]
[Bài 2: Lập trình phay CNC bằng phần mềm CAM (VISI)]
[Bài 3: Gia công trên máy trung tâm CNC]

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

    • Giới thiệu cấu tạo và thông số kỹ thuật máy phay CNC 3 trục VMC-950: hành trình trục X = 600 mm, Y = 500 mm, Z = 460 mm; khoảng cách đầu trục chính tới bàn máy 80–580 mm; tốc độ dịch chuyển bàn máy tối đa 12.000 mm/phút; tốc độ cắt 5–5.000 mm/phút; kích thước bàn máy 700x450 mm; tải trọng tối đa 450 kg; tốc độ trục chính 100–8.000 vòng/phút; động cơ trục chính 5.5 kW; công suất động cơ các trục X, Y, Z là 1 kW; ổ dao (Magazine) chuẩn BT40 chứa tối đa 16 dao; trang bị trục thứ 4 (trục A).
    • Bảng điều khiển máy: Các nút chức năng Power On/Off, Emergency Stop, Cycle Start/Stop, Feed/Rapid/Spindle Override; các chế độ vận hành EDIT, DNC, AUTO, MDI, MPG (tay quay phát xung), JOG, RAPID, ZERO RETURN; các chức năng kiểm soát an toàn Single Block, Dry Run, M.S Lock, Block Skip, Option Stop, Over Travel Release.
    • Hệ thống tập lệnh FANUC 0i-T: Các lệnh nội suy G00, G01, G02, G03, G04; lệnh hệ đơn vị G20/G21; lệnh bù trừ dao G40/G41/G42; hệ tọa độ làm việc G52, G53, G54–G59; các chu trình khoan, doa, ta rô, cắt ren G70–G76, G80, G83, G84, G86–G89; lệnh tốc độ và bước tiến G90/G91, G94, G96, G97, G98, G99.
    • Quy trình vận hành: Các bước kiểm tra an toàn, gá phôi, lắp dao vị trí T02, T03, đo chiều dài và bán kính dao tự động qua chu trình macro G65P9853B3T02, rà chuẩn chi tiết bằng tay quay MPG để thiết lập giá trị vào bảng công tác Work Offset (G54), soạn thảo/nhập chương trình và kiểm tra đường chạy dao bằng chế độ mô phỏng OGS 2D/3D.

  • Bài 2: Lập trình phay CNC bằng phần mềm CAM và gia công sản phẩm (70 giờ: 18 giờ lý thuyết, 52 giờ thực hành):

    • Nền tảng phần mềm VISI (Vero Software): Giới thiệu các module VISI Mould (khuôn ép nhựa), VISI Progress (khuôn dập liên hợp), VISI Machining (lập trình gia công 2–5 trục), VISI Flow (phân tích dòng chảy nhựa); các giải pháp bổ trợ như Machining STRATEGIST (gia công cao tốc HSM), PEPS, SMIRTware.
    • Phân tích quy trình công nghệ gia công: So sánh giữa gia công truyền thống (tiện, phay vạn năng kết hợp gia công tia lửa điện EDM), gia công CAD/CAM-CNC, và gia công tốc độ cao (High Speed Milling - HSM) trên phôi đã qua tôi cứng với tính năng phần mềm "Look Ahead" (đọc trước hàng trăm khối lệnh).
    • Hệ tọa độ và điểm chuẩn trên máy CNC: Xác định hệ tọa độ theo quy tắc bàn tay phải (chi tiết đứng yên, dao chuyển động); định nghĩa các điểm chuẩn Machine point ($M$), Reference point ($R$), Work part zero point ($W$), Tool offset point ($T$), Program point ($P$), Tool change point ($N$), Tool setup point ($B$), và điểm gốc điện cực ($E$).
    • Chủng loại dụng cụ cắt: Dao phay ngón (End mill), dao phay cầu (Ball nose), dao phay bo góc (Bull nose), dao phay vát mép/hình côn (Ball conic cutter, Conic end mill), dao phay khỏa mặt gắn mảnh hợp kim (Face mill insert), dao khoan tâm, dao khoan ruột gà (Twist drill), dao khoan sâu rãnh V gắn mảnh, dao bo cạnh (Corner rounding), dao doa (Reamer), dao móc lỗ (Boring bar), dao ta rô.
    • Vật liệu khuôn mẫu: Thép kết cấu C45 (chế tạo thân khuôn), thép hợp kim hóa tốt 35CrMo2 (chế tạo lòng khuôn, lõi khuôn yêu cầu chịu lực cao).
    • Chế độ cắt theo tiêu chuẩn ISO: Thiết lập chiều sâu cắt ($a_p$), lượng dịch dao ngang ($a_e$), đường kính dao danh nghĩa ($D_c$), đường kính cắt thực tế ($D_e$ hoặc $D_{ap}$) với công thức: $$D_e = 2\sqrt{a_p(D_c - a_p)}$$ Vận tốc cắt thực tế ($V_e$): $$V_e = \frac{\pi \cdot D_e \cdot n}{1000} \quad (\text{m/phút})$$ Vận tốc tiến dao bàn máy ($V_f$): $$V_f = f_z \cdot n \cdot z \quad (\text{mm/phút})$$ (Trong đó: $n$ là tốc độ quay trục chính vòng/phút, $f_z$ là lượng tiến dao trên mỗi răng, $z$ là số răng cắt của dao).
    • Các phương pháp lập trình trên module VISI Tools: Thiết lập phôi, tạo dao, lập trình phay 2D (phay mặt phẳng, phay hốc, phay biên dạng), phay thô 3D (Roughing), phay tinh 3D (Finishing), và phay vét lượng dư 3D (Rest Machining).

  • Bài 3: Gia công trên máy trung tâm CNC (16 giờ: 6 giờ lý thuyết, 8 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra):

    • Quy trình thực hành: Gá đặt chi tiết, rà gá xác định gốc phôi $X, Y, Z$; nhập giá trị vào bảng G54; đo chiều dài dao; tải chương trình NC từ máy tính sang bộ nhớ máy phay VMC-950 qua cổng truyền thông DNC/thẻ nhớ; kiểm tra không cắt (Dry Run) và mô phỏng đồ họa (Graphics); vận hành gia công chi tiết; đo kiểm sản phẩm sau gia công.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố các nguyên lý kỹ thuật cốt lõi:

  • Lý thuyết điều khiển số: Cấu trúc chương trình mã G/M chuẩn ISO/Fanuc, cấu trúc các khối lệnh phụ trợ và chu trình gia công cố định (Canned cycles).
  • Hệ thống điểm chuẩn không gian: Mối tương quan hình học giữa điểm chuẩn máy ($M$), điểm tham chiếu ($R$) và gốc tọa độ chi tiết ($W$).
  • Cơ sở cắt gọt kim loại: Cơ chế hình thành phoi, sự tương tác lực cắt, thông số hình học dao phay hợp kim Tungsten Carbide/Titanium Carbide, và công thức động học chế độ cắt theo chuẩn ISO.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác bảng điều khiển máy phay CNC VMC-950, nhập/xuất chương trình qua chế độ EDIT/DNC, đo dao tự động bằng mã macro Fanuc, sử dụng bộ phần mềm VISI để tạo đường dẫn dao gia công 2D/3D và xuất mã NC (Post-processing).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích hình học bề mặt chi tiết để lựa chọn phương án cắt gọt (phay thô, tinh, vét), tính toán tối ưu các thông số $a_p, a_e, V_f, n$, phân tích đường chạy dao trên phần mềm mô phỏng để loại trừ nguy cơ va chạm.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Sử dụng các dụng cụ đo kiểm cơ khí chính xác như thước cặp (độ chính xác 1/10, 1/20, 1/50 mm), panme đo ngoài, panme đo trong, đồng hồ so tiêu chuẩn và đồng hồ so 3D; xử lý các tình huống cảnh báo lỗi máy (Emergency, Over Travel Release).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình quy định cụ thể phương pháp tổ chức dạy học và kiểm tra đánh giá theo định hướng tích hợp lý thuyết với thực hành:

[Mô hình dạy học tích hợp]

  • Phương pháp giảng dạy của người dạy:

    • Áp dụng phương pháp dạy học tích cực: thuyết trình ngắn gọn, nêu vấn đề, giao bài tập tình huống kỹ thuật và câu hỏi thảo luận.
    • Phân tích và thị phạm chuẩn xác các thao tác chuyển động, vận hành phím chức năng trên bảng điều khiển máy VMC-950.
    • Hướng dẫn thực hành theo nhóm nhỏ: bố trí 3 đến 5 sinh viên cho một lượt đứng máy phay CNC thực tế. Đối với cơ sở đào tạo chưa trang bị máy phay trung tâm, giáo viên được hướng dẫn hoàn thành Bài 1, Bài 2 trên phần mềm CAM kết hợp phần mềm mô phỏng CNC thay cho Bài 3.

  • Điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị:

    • Phòng học lý thuyết tối thiểu 35 chỗ ngồi; phòng thực hành bố trí tối thiểu 25 chỗ ngồi.
    • Định mức thiết bị: 1 máy tính/2 sinh viên; 1 bộ phần mềm điều khiển mạng/30 sinh viên; 1 máy phay CNC/5 sinh viên; 1 bộ phụ tùng máy phay/5 sinh viên.
    • Dụng cụ đo và gá kẹp: Thước cặp (1/10, 1/20, 1/50 mm), panme đo trong/đo ngoài, đồng hồ so cơ, đồng hồ so 3D, dưỡng kiểm; mâm cặp 3 vấu tự định tâm, mũi tâm, tốc kẹp, chìa khóa, dao phay mặt gắn mảnh, dao phay ngón, mũi khoan.

  • Quy trình và phương pháp đánh giá: Thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng chính quy ban hành kèm Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH:

    • Điểm kiểm tra thường xuyên và định kỳ (Trọng số 40%):
      • Kiểm tra thường xuyên: 2 cột điểm (hình thức viết tự luận, trắc nghiệm hoặc thuyết trình, kiểm tra sau 40 giờ học để đánh giá các chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2).
      • Kiểm tra định kỳ: 4 cột điểm (hình thức thực hành tay nghề, kiểm tra sau 30 giờ học để đánh giá chuẩn đầu ra A3, B3, C3).
    • Điểm thi kết thúc môn học (Trọng số 60%): 1 bài thi tích hợp lý thuyết và thực hành sau 90 giờ học (đánh giá toàn diện các chuẩn đầu ra A1–A3, B1–B3, C1–C3).
    • Thang điểm đánh giá: Chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân).

  • Quy định đối với người học:

    • Tham gia tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết (vắng quá 30% số tiết phải học lại mô đun).
    • Thực hiện phương pháp tự học và làm việc nhóm theo mô hình 8–10 người học/nhóm để chuẩn bị chủ đề thảo luận trước khi đến lớp.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp phần mềm CAD/CAM/CAE chuyên dụng cho khuôn mẫu: Giáo trình sử dụng bộ phần mềm VISI (thuộc tập đoàn Vero Software), tích hợp các giải pháp thiết kế khuôn nhựa (VISI Mould), khuôn dập (VISI Progress), phân tích lưu biến học dòng chảy nhựa (VISI Flow) và công nghệ lập trình gia công VISI Machining.
  • Cập nhật công nghệ phay tốc độ cao (High Speed Milling - HSM): Phân tích kỹ thuật phay cao tốc trên vật liệu đã qua tôi cứng, loại bỏ bớt các bước công nghệ trung gian so với quy trình truyền thống. Giáo trình làm rõ vai trò của chức năng phần mềm "Look Ahead" (đọc trước hàng trăm khối lệnh trong thời gian thực) cùng các yêu cầu đồng bộ về đầu gá dao (tool holding), dung dịch làm mát và dao cụ hợp kim.
  • Thiết bị và hệ điều khiển chuẩn công nghiệp: Giáo trình sử dụng trực tiếp cấu hình máy trung tâm VMC-950 (3 trục kèm tùy chọn trục thứ 4) và hệ điều khiển FANUC 0i-T, giúp sinh viên tiếp cận các câu lệnh macro chuyên dụng (như chu trình rà dao tự động G65P9853) và các thiết bị phần cứng như tay quay phát xung MPG, bàn phím điều khiển công nghiệp.
  • Chuẩn hóa thông số cắt gọt theo ISO: Đưa vào hệ thống công thức tính toán vận tốc cắt thực tế $V_e$ dựa trên đường kính cắt hiệu dụng $D_e$, giúp xác định chính xác chế độ cắt khi phay mặt cong 3D bằng dao phay cầu hoặc dao bo góc.

Đối tượng sử dụng giáo trình

[Đối tượng sử dụng giáo trình CG19MĐ10]
  • Sinh viên đào tạo chính quy: Sinh viên năm thứ 2 hoặc năm thứ 3 thuộc nghề Cắt gọt kim loại trình độ Cao đẳng tại các trường cao đẳng kỹ thuật, cơ sở giáo dục nghề nghiệp.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học cơ sở và chuyên môn trong chương trình khung gồm:
    • Khối môn học 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 mô đun chuyên môn tiền đề: Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01), Gia công trên máy phay 1 (CG19MĐ04), Gia công trên máy phay 2 (CG19MĐ09), và Gia công trên máy phay CNC 1 (CG19MĐ05).
  • Giảng viên và cán bộ kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chính để xây dựng giáo án, lập kế hoạch bài giảng thực hành xưởng, chuẩn bị phôi liệu, dao cụ và thiết lập bài tập kiểm tra đánh giá kỹ năng nghề.
  • Tự học và tra cứu kỹ thuật: Kỹ thuật viên vận hành máy CNC, thợ gia công khuôn mẫu có thể sử dụng tài liệu để tra cứu danh mục mã lệnh FANUC 0i-T, công thức tính toán chế độ cắt gọt và phương pháp thiết lập hệ tọa độ chi tiết.

Câu hỏi thường gặp

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

Tài liệu được biên soạn phục vụ đào tạo sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại theo chương trình chuẩn của Trường Cao đẳng Dầu khí. Nội dung giáo trình được thiết kế tương thích, tạo điều kiện cho người học có thể học liên thông lên các chương trình cao đẳng nghề nâng cao hoặc đại học chuyên ngành cơ khí chế tạo.

2. Cần hoàn thành những kiến thức nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Người học bắt buộc phải tích lũy các kiến thức về Vẽ kỹ thuật, Dung sai, Vật liệu cơ khí, An toàn lao động, AutoCAD, kỹ năng gia công phay cơ bản trên máy phay vạn năng (Gia công trên máy phay 1 và 2) và kiến thức lập trình phay CNC cơ bản từ mô đun Gia công trên máy phay CNC 1.

3. Giáo trình sử dụng phần mềm CAD/CAM và hệ điều khiển CNC nào trong nội dung đào tạo?

Giáo trình lấy phần mềm CAD/CAM/CAE VISI (Vero Software) làm công cụ thiết lập công nghệ gia công (VISI Tools) và hệ điều khiển FANUC 0i-T trên máy phay trung tâm 3 trục VMC-950 làm cấu hình thực hành chính.

4. Người học cần đáp ứng các điều kiện gì để hoàn thành môn học?

Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% số giờ học lý thuyết trên lớp, hoàn thành đầy đủ 2 bài kiểm tra thường xuyên (sau 40 giờ), 4 bài kiểm tra thực hành định kỳ (sau 30 giờ) và đạt điểm yêu cầu trong bài thi kết thúc mô đun (sau 90 giờ) theo thang điểm 10.

5. Những tài liệu tham khảo nào được sử dụng trong quá trình biên soạn giáo trình?

Danh mục tài liệu tham khảo trong giáo trình bao 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 (Fanuc, Fagor, Sinumerik, Mitsubishi, Heidenhain).

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy phay CNC 2 (CG19MĐ10) cung cấp hệ thống kiến thức từ cấu trúc vận hành máy phay trung tâm CNC 3 trục VMC-950, hệ thống tập lệnh điều khiển FANUC 0i-T, đến phương pháp lập trình gia công 2D/3D bằng phần mềm VISI CAM và kỹ thuật phay cao tốc HSM.

Nội dung mô đun đóng vai trò hoàn thiện kỹ năng chuyên môn nghề bắt buộc, chuẩn bị trực tiếp cho sinh viên bước vào các giai đoạn cuối của chương trình đào tạo gồm Thực tập sản xuất (CG19MĐ11 - 180 giờ) và thực hiện Khóa luận tốt nghiệp (CG19MĐ12 - 135 giờ). Việc kết hợp nghiên cứu giáo trình với các tài liệu bổ trợ về Mastercam, NX, SolidCAM và catalogue kỹ thuật của các hệ điều khiển công nghiệp giúp người học củng cố năng lực thực hành gia công cơ khí chính xác theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.