Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Gia công trên máy tiện CNC 1 (Mã mô đun: CG19MĐ03) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại, 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). Tài liệu do ThS. Trần Kim Khánh (Chủ biên) cùng giảng viên Lê Anh Dũng thuộc Bộ môn Cơ khí biên soạn. Trong khung chương trình đào tạo tổng thể gồm 108 tín chỉ (2565 giờ), mô đun này có thời lượng 4 tín chỉ (tương đương 90 giờ học tập), phân bổ thành 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 4 giờ kiểm tra định kỳ/kết thúc.

Mô đun được bố trí sau khi người học đã hoàn thành các môn học cơ sở và chuyên môn tiền đề, bao gồm: Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai (CK19MH05), Vẽ kỹ thuật 1 và 2 (CK19MH01, CK19MH02), An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01), Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03), Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01) và Gia công trên máy tiện 1 (CG19MĐ02).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến ba chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức ($A1-A5$): Trình bày kỹ thuật an toàn xưởng, cấu tạo - đặc tính kỹ thuật máy tiện CNC, nguyên lý vận hành, cấu trúc chương trình mã lệnh G-code/M-code và quy trình thiết lập gốc tọa độ phôi, gá dao, nhập/xuất dữ liệu chương trình.
  • Kỹ năng ($B1-B7$): Thực hiện quy trình an toàn, bảo dưỡng định kỳ cấp xưởng; vận hành bảng điều khiển; lập trình chương trình NC cơ bản và theo chu trình gia công; mô phỏng, kiểm tra, hiệu chỉnh chương trình trên phần mềm chuyên dụng; nhập/xuất dữ liệu và gia công hoàn thiện sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật và độ nhám bề mặt.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm ($C1-C3$): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, làm việc độc lập, tổ chức hướng dẫn nhóm và xử lý linh hoạt nhiệm vụ công nghệ.

Cấu trúc giáo trình được thiết kế theo hướng tích hợp lý thuyết công nghệ và bài tập thực hành ứng dụng, lấy dòng máy tiện công nghiệp CNC LATHE JG-200 (hệ điều khiển Fanuc Series Oi-TF12) làm đối tượng đào tạo trực quan, kết nối sát với điều kiện gia công thực tế tại các xí nghiệp cơ khí chế tạo.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Giáo trình phân chia kết cấu giảng dạy thành 4 hợp phần với trình tự phát triển logic từ nguyên lý thiết bị, quy trình vận hành bảng điều khiển, kỹ thuật lập trình mã lệnh đến thao tác gia công cắt gọt thực nghiệm:

  • Bài mở đầu: Giới thiệu chung về máy tiện CNC (2 giờ lý thuyết): Cung cấp cơ sở an toàn lao động xưởng tiện theo 3 tiêu chuẩn (tránh nguy hiểm, che chắn/đánh dấu vị trí nguy hiểm, phòng ngừa rủi ro cá nhân); lược sử phát triển công nghệ điều khiển số (từ phiếu đục lỗ năm 1725, phát minh của John Parsons năm 1940, máy NC đầu tiên năm 1952, ngôn ngữ APT năm 1959, hệ thống DNC thập niên 1960, đến CNC thập niên 1970 và CAD/CAM thập niên 1980); phân loại máy công cụ điều khiển số; phân tích cấu tạo phần cứng (thân máy bằng gang cường lực, băng dẫn hướng, ụ đứng, trục chính, động cơ servo, trục vít me đai ốc bi, ụ động, đài dao rơ-vôn-ve, bảng điều khiển); bảng thông số kỹ thuật máy CNC LATHE JG-200; quy trình bảo dưỡng định kỳ phần cơ khí và điện tử (hằng ngày, hằng tuần, hằng tháng, 6 tháng và định kỳ hằng năm).
  • Bài 1: Vận hành máy tiện CNC (16 giờ: 2 giờ lý thuyết, 14 giờ thực hành): Hướng dẫn quy trình đóng ngắt nguồn điện chính, bật/tắt máy an toàn; giải thích hệ thống phím chức năng trên bảng điều khiển LATHE JG-200 (nút dừng khẩn cấp E-STOP, CYCLE START, CYCLE STOP, FEED OVERRIDE điều chỉnh $0-200%$, RAPID OVERRIDE điều chỉnh $0-100%$, SPINDLE OVERRIDE điều chỉnh $0-120%$, công tắc MODE chuyển đổi EDIT, DNC, AUTO, MDI, MPG, JOG, RAPID, ZERO RETURN, các công tắc phụ trợ SINGLE BLOCK, DRY RUN, M.S LOCK, BLOCK SKIP, OPTION STOP, OVER TRAVEL RELEASE); phân loại các dạng điều khiển (điều khiển điểm - điểm, điều khiển đường thẳng, điều khiển biên dạng contour 2D và 2.5D, cấu trúc hệ NC, CNC, DNC); thiết lập quy tắc bàn tay phải cho hệ trục tọa độ $X, Z, Y$; định nghĩa hệ thống điểm chuẩn kỹ thuật ($M, W, P, R, N, E$); phân loại kết cấu đồ gá kẹp phôi (mâm cặp ly tâm, mâm cặp chân mặt đầu cứng, mâm cặp chân mặt đầu tùy động, mâm cặp 3 chấu hiệu chỉnh); quy trình rà gá và bài tập thực hành cài đặt gốc phôi $W$, offset dao.
  • Bài 2: Lập trình tiện CNC (24 giờ: 22 giờ lý thuyết/thực hành, 2 giờ kiểm tra): Trình bày cấu trúc câu lệnh và khối lệnh NC; hệ thống mã lệnh phụ trợ M-code ($M00, M01, M02, M03, M04, M05, M08, M09, M19, M30$); hệ thống mã lệnh chuẩn G-code; các lệnh nội suy hình học cơ bản ($G00$ chạy dao nhanh, $G01$ nội suy đường thẳng, $G02/G03$ nội suy cung tròn kèm vector tâm $I, K$ hoặc bán kính $R$); lập trình tọa độ tuyệt đối ($X, Z$) và tọa độ tương đối ($U, W$); các chế độ điều khiển tốc độ cắt ($G96$ tốc độ cắt không đổi, $G97$ số vòng quay không đổi, $G50$ giới hạn tốc độ trục chính, $G99$ lượng tiến dao theo vòng); các lệnh bù bán kính dao ($G40, G41, G42$); lập trình theo chu trình gia công tự động ($G70$ tiện tinh, $G71$ chu trình tiện thô dọc trục, $G92$ chu trình tiện ren trụ/côn, $G76$ chu trình cắt ren phức hợp); phương pháp mô phỏng, kiểm tra quỹ đạo dao và sửa lỗi cú pháp trên phần mềm CIMCO Edit.
  • Bài 3: Gia công trên máy tiện CNC (48 giờ: 2 giờ lý thuyết, 44 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra): Hướng dẫn kỹ thuật gá đặt phôi và lắp dao hợp kim trên đài gá rơ-vôn-ve; nhập dữ liệu chương trình NC vào bộ nhớ hệ điều khiển Fanuc qua chế độ EDIT/DNC; chạy thử mô phỏng không tải (DRY RUN, SINGLE BLOCK); vận hành gia công chi tiết thực nghiệm; kỹ thuật đo kiểm kích thước, đánh giá độ nhám bề mặt chi tiết tròn xoay; thực hiện quy trình an toàn và vệ sinh công nghiệp sau gia công.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình xây dựng nền tảng lý thuyết kỹ thuật vững chắc qua các nội dung:

  • Cơ học truyền động và kết cấu máy CNC: Nguyên lý biến đổi chuyển động quay từ động cơ servo thành chuyển động tịnh tiến chính xác của bàn trượt nhờ cơ cấu trục vít me đai ốc bi; đặc tính khử khe hở truyền động và ma sát thấp; cơ cấu phân phối lực kẹp thủy lực/khí nén trên mâm cặp quay tốc độ cao (lên đến 4000 vòng/phút ở máy LATHE JG-200 và 8000 vòng/phút khi gia công kim loại màu).
  • Cơ sở toán học và hệ quy chiếu không gian: Quy tắc bàn tay phải xác định phương và chiều dương của các trục tọa độ ($+Z$ hướng ra xa phôi, $+X$ vuông góc hướng về đài dao); nguyên lý xác định và chuyển đổi mối quan hệ giữa các điểm gốc: điểm gốc máy ($M$), điểm gốc phôi ($W$), điểm gốc chương trình ($P$), điểm chuẩn tham chiếu chuyển vị máy ($R$), điểm thay dao ($N$) và điểm bù kích thước hình học dao ($E$).
  • Công nghệ cắt gọt và tự động hóa quá trình: Lý thuyết tính toán chế độ cắt (duy trì tốc độ cắt bề mặt không đổi $V_c$ qua mã $G96$, giới hạn an toàn vòng quay qua $G50$); nguyên lý nội suy biên dạng (đoạn thẳng, cung tròn, mặt côn); cơ chế tự động bù bán kính mũi dao ($G41/G42$) dựa trên hướng chuyển động và vị trí tâm cung góc dao.

Kỹ năng phát triển

Thông qua hệ thống bài tập và thực hành xưởng, giáo trình rèn luyện 3 nhóm kỹ năng cốt lõi:

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác chuẩn xác trên bảng điều khiển Fanuc Series Oi-TF12; thiết lập các chế độ vận hành (JOG, MPG, RAPID, MDI, AUTO, DNC); vận hành tay quay phát xung phát hiện tọa độ; thực hiện lấy chuẩn phôi, set dao (Offset Tool) theo trục $X$ và $Z$; quy trình đưa máy về điểm gốc (ZERO RETURN); xử lý ngắt mạch khi gặp lỗi hành trình (OVER TRAVEL RELEASE).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc và bóc tách yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ gia công cơ khí; xác định chuẩn định vị công nghệ và phương án gá kẹp; tính toán tọa độ các điểm mút biên dạng; lựa chọn chu trình gia công tối ưu ($G71, G70, G92, G76$); phân tích đường chạy dao trên phần mềm mô phỏng CIMCO Edit nhằm loại bỏ nguy cơ va chạm dao - phôi - đồ gá trước khi truyền dữ liệu vào máy.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Lắp đặt mảnh hợp kim cắt gọt vào cán dao tiêu chuẩn; gá lắp mâm cặp và căn chỉnh độ đảo phôi; hiệu chỉnh áp suất kẹp thủy lực; thực hiện gia công hoàn thiện các bề mặt trụ ngoài, trụ trong, mặt đầu, côn, rãnh và ren; sử dụng dụng cụ đo chuyên dụng để kiểm tra dung sai kích thước và đối chiếu độ nhám bề mặt sau gia công theo tiêu chuẩn công nghệ.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 áp dụng phương pháp tiếp cận sư phạm tích cực, lấy người học làm trung tâm, kết hợp chặt chẽ giữa giảng thuật nguyên lý và huấn luyện kỹ năng thao tác máy:

  • Phương pháp giảng dạy của giáo viên:

    • Lý thuyết: Giảng viên sử dụng phương pháp diễn giảng ngắn gọn, trực quan hóa bằng máy chiếu (Projector), hình ảnh sơ đồ mặt cắt cơ cấu máy, bảng mã lệnh và đặt câu hỏi nêu vấn đề kỹ thuật để kích thích tư duy người học.
    • Thực hành và thảo luận: Chia lớp học thành các nhóm nhỏ (4-6 người); giao nhiệm vụ bài tập tình huống lập trình và quy trình công nghệ cụ thể; hướng dẫn thao tác mẫu trên bảng điều khiển máy tiện CNC LATHE JG-200 và phần mềm mô phỏng CIMCO Edit; trực tiếp giám sát, uốn nắn thao tác gá dao, rà chuẩn phôi và kiểm soát an toàn vận hành.
    • Tổ chức tự học: Giảng viên định hướng nguồn tài liệu chuyên khảo, giao đề tài thảo luận nhóm trước buổi học để sinh viên chuẩn bị báo cáo.

  • Phương pháp học tập của sinh viên:

    • Nghiên cứu kỹ nội dung bài học trong giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi đến lớp;
    • Tham gia đầy đủ tối thiểu 70% tổng thời lượng lý thuyết (quy định bắt buộc: vắng quá 30% số tiết lý thuyết phải học lại mô đun mới được tham dự thi);
    • Thực hiện phương pháp học nhóm kết hợp tự học cá nhân: mỗi thành viên chịu trách nhiệm thực hiện các phần việc được phân công trong chủ đề thảo luận, ghi chép và hoàn thành phiếu bài tập xưởng;
    • Luyện tập kỹ năng lập trình mã lệnh, mô phỏng kiểm tra trên máy vi tính trước khi thực hiện nạp chương trình và gia công cắt gọt trực tiếp trên phôi thật.

  • Quy định và hình thức đánh giá: Quy chế đánh giá tuân thủ Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/03/2017 của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội và quy định nội bộ của Trường Cao đẳng Dầu khí:

    • Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1, chiếm 40% trọng số): Gồm 1 cột kiểm tra sau 15 giờ học (hình thức tự luận/trắc nghiệm/hỏi miệng/thuyết trình) đánh giá chuẩn kiến thức $A1, A2, A3$, kỹ năng $B1, B2, B3$ và năng lực $C1, C2$.
    • Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2, nằm trong khối 40%): Gồm 1 cột kiểm tra sau 75 giờ học (hình thức tự luận/báo cáo/thực hành) đánh giá chuẩn $A4, B4, C3$.
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Chiếm 60% trọng số): Tổ chức sau 90 giờ học; hình thức kết hợp tự luận/trắc nghiệm lý thuyết và thực hành thao tác máy thực tế; đánh giá toàn diện tất cả các chuẩn đầu ra $A1-A5, B1-B7, C1-C3$.
    • Thang điểm chấm từ 0 đến 10 (làm tròn đến 1 chữ số thập phân), sau đó quy đổi sang điểm chữ và thang điểm 4 theo hệ thống đào tạo tín chỉ.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các đặc tính công nghệ điều khiển số đồng bộ và cập nhật thực tiễn gia công cơ khí chính xác:

  • Gắn liền với cấu hình thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn: Giáo trình sử dụng máy tiện CNC LATHE JG-200 do Đài Loan sản xuất tích hợp hệ điều khiển Fanuc Series Oi-TF12 làm nền tảng mô tả chi tiết. Toàn bộ thông số kỹ thuật (màn hình 8 inch, đường kính quay tối đa 350 mm, chiều dài gia công 470 mm, hành trình trục $X/Z$ là 380 mm, tốc độ trục chính tối đa 4000 rpm, khối lượng máy 4100 kg) và giao diện bảng nút bấm phần cứng được phân tích tường minh, giúp sinh viên làm quen trực tiếp với thiết bị thực tế trong sản xuất cơ khí.
  • Tích hợp phần mềm mô phỏng CIMCO Edit: Giáo trình đưa phần mềm CIMCO Edit vào quy trình đào tạo chính quy, cho phép sinh viên kiểm tra đồ họa quỹ đạo dao, xác thực các chu trình tiện phức hợp ($G71, G70, G92, G76$) và phát hiện lỗi lập trình trước khi chạy máy thực, giảm thiểu phế phẩm và tránh nguy cơ va chạm cơ khí.
  • Chuẩn hóa hệ thống mã lệnh lập trình quốc tế: Giáo trình cập nhật đầy đủ hệ thống mã lệnh G-code và M-code theo tiêu chuẩn Fanuc thông dụng trong công nghiệp gia công cắt gọt; hướng dẫn chi tiết các chu trình gia công rút gọn giúp tối ưu hóa số lượng khối lệnh so với phương pháp lập trình thủ công từng đoạn thẳng.
  • Gắn kết mật thiết với yêu cầu sản xuất của doanh nghiệp: Tài liệu kế thừa các quy chuẩn gia công từ Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, thiết lập các bài tập thực hành dựa trên chi tiết máy dạng tròn xoay thực tế, đồng bộ quy trình công nghệ xưởng với tiêu chuẩn sản xuất tại các nhà máy cơ khí, giàn khoan và cơ sở chế tạo phụ trợ.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp và sản xuất cơ khí:

  • Sinh viên chuyên ngành Cắt gọt kim loại: Là tài liệu học tập chính thức cho học sinh, sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí cũng như các trường cao đẳng, trung cấp kỹ thuật có mã ngành tương đương.
  • Yêu cầu điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần nắm vững kiến thức các môn học/mô đun: Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai lắp ghép và đo lường (CK19MH05), Vẽ kỹ thuật (CK19MH01, CK19MH02), Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03), Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01) và Gia công trên máy tiện 1 (CG19MĐ02 - kỹ thuật tiện vạn năng truyền thống).
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Tài liệu đóng vai trò là giáo trình khung chuẩn để giảng viên biên soạn đề cương chi tiết, giáo án lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, xây dựng ngân hàng câu hỏi kiểm tra đánh giá thường xuyên, định kỳ và thi tốt nghiệp môn học.
  • Kỹ thuật viên và công nhân cơ khí: Dùng làm tài liệu tra cứu kỹ thuật, tài liệu bồi dưỡng chuyển đổi tay nghề từ tiện vạn năng sang tiện CNC, hỗ trợ tra cứu nhanh bảng mã lệnh G/M-code hệ Fanuc và quy trình bảo dưỡng máy tiện CNC định kỳ.

Câu hỏi thường gặp

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

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại, đồng thời phù hợp làm tài liệu tự học, chuẩn hóa kỹ năng cho thợ tiện vạn năng chuyển đổi sang vận hành máy CNC hệ điều khiển Fanuc.

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

Người học bắt buộc phải hoàn thành các học phần cơ sở kỹ thuật gồm: Vẽ kỹ thuật (đọc bản vẽ chi tiết), Dung sai đo lường (hiểu sai lệch kích thước và độ nhám), Vật liệu kim loại, Cơ sở công nghệ gia công kim loại, Gia công nguội cơ bản và kỹ năng tiện truyền thống trên máy tiện vạn năng (mô đun CG19MĐ02).

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu tiện cơ khí thông thường?

Tài liệu tập trung trực tiếp vào kỹ thuật điều khiển số (Computer Numerical Control), tích hợp hướng dẫn vận hành bảng điều khiển thực tế của dòng máy Fanuc Series Oi-TF12 (LATHE JG-200), hướng dẫn sử dụng phần mềm mô phỏng chuyên dụng CIMCO Edit và đào tạo kỹ thuật lập trình chu trình gia công tự động ($G71, G70, G92, G76$) thay vì chỉ gia công thủ công bằng tay.

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

Người học cần kết hợp đọc kỹ cấu trúc mã lệnh trong giáo trình, luyện tập phân tích bản vẽ chi tiết, viết chương trình NC trên giấy, kiểm thử và chạy mô phỏng quỹ đạo dao trên phần mềm CIMCO Edit trước khi thao tác thiết lập gốc phôi ($W$), offset dao và gia công trực tiếp trên máy tiện CNC tại xưởng.

5. Giáo trình có danh mục tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu cung cấp hệ thống 7 nguồn tham khảo chuyên môn chuẩn xác:

  • [1] Sổ tay thợ tiện (NXB Thanh niên, 2000);
  • [2] Kỹ thuật tiện - Hướng dẫn dạy tiện kim loại (NXB Công nhân kỹ thuật, 1977);
  • [3] Công nghệ trên máy CNC - PGS.TS Trần Văn Địch (NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2000);
  • [4] Máy công cụ CNC - Tạ Duy Liêm (NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1999);
  • [5] Công nghệ lập trình gia công điều khiển số - Đoàn Thị Minh Trinh (NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004);
  • [6] Cataloge hướng dẫn kỹ thuật vận hành máy CNC LATHE JG-200 và phần mềm điều khiển Fanuc.

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy tiện CNC 1 (Mã mô đun: CG19MĐ03) là tài liệu đào tạo kỹ thuật hoàn chỉnh, cung cấp hệ thống tri thức từ cấu tạo phần cứng, quy chuẩn an toàn, nguyên lý điều khiển số đến kỹ năng lập trình và vận hành máy tiện CNC hệ Fanuc. Hoàn thành mô đun này tạo nền tảng chuyên môn tiên quyết để người học tiếp tục tham gia các mô đun công nghệ nâng cao trong chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại, bao gồm: Gia công trên máy phay CNC 1 (CG19MĐ05), Gia công trên máy tiện CNC 2 (CG19MĐ08), Gia công trên máy phay CNC 2 (CG19MĐ10), Thực tập sản xuất (CG19MĐ11) và Khóa luận tốt nghiệp (CG19MĐ12). Hệ thống kiến thức và kỹ năng trong giáo trình là căn cứ chuyên môn giúp người học đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật gia công kim loại chính xác tại các doanh nghiệp chế tạo trong và ngoài nước.