Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 (Mã mô đun: CG19MĐ03) được biên soạn bởi tập thể giảng viên Khoa Cơ khí – Trường Cao đẳng Dầu khí (Chủ biên: ThS. Trần Kim Khánh, cùng tác giả Lê Anh Dũng), ban hành theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020. Trong chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại trình độ Cao đẳng, đây là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc thuộc nhóm II.2, có thời lượng 4 tín chỉ (tổng số 90 giờ học, bao gồm 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 4 giờ kiểm tra). Mô đun đóng vai trò bản lề, chuyển tiếp người học từ kỹ năng gia công cắt gọt kim loại truyền thống sang công nghệ điều khiển số tự động hóa.

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

  • Kiến thức (A1–A5): Trình bày quy tắc an toàn xưởng CNC; cấu tạo và đặc tính kỹ thuật các bộ phận chính của máy tiện CNC; quy trình vận hành; cấu trúc chương trình, cú pháp câu lệnh, các chu trình gia công cơ bản; quy trình gá dao, gá phôi, thiết lập chuẩn và nhập/xuất chương trình NC.
  • Kỹ năng (B1–B7): Thực hiện đúng kỹ thuật an toàn và bảo dưỡng định kỳ; vận hành thành thạo máy tiện CNC; lập trình NC theo mã lệnh tiêu chuẩn và chu trình gia công; mô phỏng, kiểm tra, hiệu chỉnh chương trình; thao tác nhập/xuất dữ liệu và gia công hoàn thiện sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, phương pháp làm việc độc lập, an toàn và khả năng phối hợp nhóm.

Cấu trúc giáo trình đi từ tổng quan thiết bị, nguyên lý an toàn đến thao tác vận hành bảng điều khiển, lập trình mã lệnh ISO/Fanuc và tổ chức gia công thực tế trên dòng máy tiện CNC LATHE JG-200. Điểm đặc thù của tài liệu là gắn liền nội dung lý thuyết với thiết bị thực nghiệm tại xưởng đào tạo và yêu cầu công nghệ tại các doanh nghiệp chế tạo cơ khí – dầu khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình gồm 1 bài mở đầu và 3 bài học chuyên môn chính với tiến trình từ nhận biết thiết bị đến vận hành, lập trình và gia công:

[Bài mở đầu: Giới thiệu chung về máy tiện CNC]
[Bài 1: Vận hành máy tiện CNC & Bảng điều khiển JG-200]
[Bài 2: Lập trình tiện CNC & Mô phỏng Cimco-Edit]
[Bài 3: Gia công tiện CNC, Kiểm tra sản phẩm & Vệ sinh công nghiệp]
  • Bài mở đầu: Giới thiệu chung về máy tiện CNC (2 giờ lý thuyết): Giới thiệu 3 tiêu chuẩn an toàn xưởng tiện (tránh nguy hiểm, che chắn/đánh dấu vị trí nguy hiểm, phòng ngừa rủi ro); lịch sử phát triển điều khiển số (từ phiếu đục lỗ năm 1725, John Parsons năm 1940, máy NC năm 1952 đến hệ thống CNC/DNC/CAD/CAM); cấu tạo các cụm chi tiết chính như thân máy bằng gang cường lực, trục chính, động cơ truyền động trục chính, hệ thống vít me đai ốc bi, mâm cặp thủy lực/khí nén (tốc độ quay lên tới 8000 vòng/phút), ụ động, đài gá dao kiểu revolver (8–12 dao); đặc tính kỹ thuật máy tiện CNC LATHE JG-200 (hệ điều khiển Fanuc Oi-TF12); quy trình bảo dưỡng máy định kỳ (hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, 6 tháng và hàng năm).
  • Bài 1: Vận hành máy tiện CNC (16 giờ: 2 giờ lý thuyết, 14 giờ thực hành): Hướng dẫn quy trình kiểm tra, bật/tắt nguồn máy; phân tích chức năng toàn bộ các phím điều khiển trên bảng điều khiển JG-200 (Power ON/OFF, E-Stop, Cycle Start/Stop, Feed/Rapid/Spindle Override, phím chức năng Single Block, Dry Run, M.S Lock, Block Skip, Option Stop); phân loại các chế độ làm việc MODE (EDIT, AUTO, DNC, MDI, MPG, JOG, RAPID, Zero Return); nguyên lý các dạng điều khiển (điều khiển điểm – điểm, điều khiển đường thẳng, điều khiển biên dạng contour 2D/2.5D/3D); hệ thống điều khiển NC, CNC, DNC; quy ước hệ trục tọa độ bàn tay phải ($+Z$ hướng ra xa phôi, $+X$ vuông góc hướng về phía dụng cụ cắt); xác định các điểm chuẩn công nghệ: Điểm gốc máy ($M$), điểm gốc phôi ($W$), điểm gốc chương trình ($P$), điểm chuẩn máy ($R$), điểm thay dao ($N$), điểm điều chỉnh dụng cụ cắt ($E$); phân loại đồ gá mâm cặp (mâm cặp ly tâm, mâm cặp chân mặt đầu cứng, mâm cặp chân tùy động 8–12 chân, mâm cặp 3 chấu điều chỉnh); quy trình thực hành cài đặt chuẩn phôi và offset dao.
  • Bài 2: Lập trình tiện CNC (24 giờ: 22 giờ lý thuyết, 2 giờ kiểm tra): Cấu trúc chương trình NC; bảng mã lệnh phụ M-code ($M00, M01, M02, M03, M04, M05, M08, M09, M30$) và mã lệnh hình học G-code; các lệnh dịch chuyển và nội suy cơ bản ($G00, G01, G02, G03$); điều khiển chế độ cắt: tốc độ cắt không đổi ($G96$), giới hạn số vòng quay trục chính ($G50$), số vòng quay không đổi ($G97$), đơn vị lượng ăn dao ($G98, G99$); hệ tọa độ làm việc ($G54–G59$); lập trình tuyệt đối ($X, Z$) và tương đối ($U, W$); bán kính và bù bán kính dao ($G40, G41, G42$); các chu trình gia công cắt gọt: chu trình tiện ren ($G92, G76$), chu trình tiện thô theo đường bao ($G71$), chu trình tiện tinh ($G70$); ứng dụng phần mềm Cimco-Edit để kiểm tra cú pháp và mô phỏng quỹ đạo dao.
  • Bài 3: Gia công tiện CNC (48 giờ: 2 giờ lý thuyết, 44 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra): Thực hành trực tiếp các bước gá dao, gá phôi, rà chuẩn phôi theo trục $X$ và $Z$, nhập thông số offset dao; nạp chương trình NC vào bộ nhớ máy; chạy kiểm tra không tải (Dry Run/Single Block); tiến hành cắt gọt gia công chi tiết trụ trơn, trục bậc, côn, cung tròn và ren; đo kiểm tra kích thước hình học, độ nhám bề mặt theo yêu cầu bản vẽ; thực hiện công tác vệ sinh công nghiệp.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình cung cấp nền tảng lý thuyết chuyên sâu về:

  • Cơ học truyền động và kết cấu máy: Nguyên lý chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến qua bộ vít me đai ốc bi, đặc tính điều chỉnh tốc độ vô cấp của động cơ servo một chiều và xoay chiều, cơ cấu kẹp phôi tự động bằng thủy lực nhằm triệt tiêu lực ly tâm ở tốc độ quay lớn.
  • Hệ điều khiển số học: Nguyên lý xử lý dữ liệu từ băng đục lỗ NC truyền thống đến bộ nhớ vi xử lý CNC tích hợp máy tính và mạng điều khiển trực tiếp DNC kết nối hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.
  • Hình học công nghệ và chuẩn định vị: Mối quan hệ ràng buộc giữa hệ trục tọa độ máy, hệ trục tọa độ phôi, phương pháp xác định điểm chuẩn máy $R$ bằng cữ chặn hành trình và bù sai số kích thước dụng cụ cắt.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc bản vẽ gia công, xác định đường bao công nghệ, biên soạn cấu trúc chương trình NC hoàn chỉnh sử dụng mã tiêu chuẩn Fanuc.
  • Kỹ năng phân tích: Nhận diện xung đột quỹ đạo dao qua phần mềm mô phỏng, phát hiện nguyên nhân gây rung động, mòn dao, sai lệch biên dạng hoặc sai hỏng độ nhám bề mặt.
  • Năng lực thực hành: Thành thạo thao tác bấm phím điều khiển trên máy CNC LATHE JG-200, xử lý an toàn lỗi hành trình (Over Travel Release), rà dao offset chính xác đến đơn vị $0,001\text{ mm}$ và trực tiếp tiện các chi tiết cơ khí đạt yêu cầu kỹ thuật.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng mô hình dạy học tích hợp giữa lý thuyết công nghệ và thực nghiệm xưởng máy:

  • Phương pháp tiếp cận sư phạm: Giảng viên áp dụng phương pháp dạy học tích cực (diễn giảng ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, phân tích tình huống sai hỏng). Sinh viên được chia nhóm từ 4–6 người để thảo luận phương án gá đặt, lập trình và luân phiên thao tác trên máy.
  • Bài tập và thực hành xưởng: Các bài tập tập trung vào tình huống thực tế: tính toán tọa độ các điểm nút trên bản vẽ chi tiết, viết mã lệnh điều khiển tốc độ cắt bề mặt không đổi ($G96$), sử dụng chu trình tiện thô $G71$ và chu trình cắt ren $G92/G76$. Sinh viên thực hiện quy trình mô phỏng đường chạy dao trên phần mềm Cimco-Edit trước khi nạp dữ liệu vào máy thật nhằm ngăn ngừa va chạm máy.
  • Phương pháp và hình thức đánh giá: Căn cứ theo quy chế đào tạo ban hành theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, quy trình đánh giá kết quả học tập gồm:
    • Điểm đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Gồm 01 bài kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, thực hiện sau 15 giờ học bằng hình thức viết, hỏi miệng, trắc nghiệm hoặc báo cáo) và 01 bài kiểm tra định kỳ (hệ số 2, thực hiện sau 75 giờ học bằng bài tập lập trình hoặc thao tác thực hành).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Thực hiện sau 90 giờ học, kết hợp giữa bài thi lý thuyết (tự luận/trắc nghiệm) và bài thi thực hành trực tiếp gia công sản phẩm trên máy tiện CNC.
    • Quy chuẩn tính điểm: Chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân), tính điểm trung bình mô đun và quy đổi sang thang điểm chữ/thang điểm 4 theo quy chế tín chỉ.
  • Quy định tự học: Người học phải nghiên cứu trước nội dung bài học, chuẩn bị tài liệu, tham gia tối thiểu 70% số giờ lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại) và hoàn thành đầy đủ các bài tập nhóm.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuyển dịch từ gia công cơ truyền thống sang gia công CNC: Giáo trình phân tích sự khác biệt cơ bản giữa máy công cụ vạn năng và máy CNC, làm rõ vai trò của hệ thống đo lường phản hồi vị trí khép kín trong việc đảm bảo độ chính xác lặp lại và giảm phụ thuộc vào tay nghề thợ tiện.
  • Tích hợp phần cứng và hệ điều khiển công nghiệp: Nội dung hướng dẫn vận hành bám sát cấu trúc của máy tiện CNC LATHE JG-200 do Đài Loan sản xuất, sử dụng hệ điều khiển Fanuc Oi-TF12 với các thông số kỹ thuật chuẩn công nghiệp (đường kính quay tối đa $350\text{ mm}$, chiều dài tiện tối đa $470\text{ mm}$, tốc độ trục chính tối đa $4000\text{ rpm}$).
  • Ứng dụng phần mềm mô phỏng hiện đại: Tích hợp quy trình kiểm tra mã NC trên phần mềm đồ họa Cimco-Edit, giúp người học phát hiện sai sót cú pháp và kiểm soát đường chạy dao trước khi gia công cắt gọt.
  • Gắn kết thực tế sản xuất ngành cơ khí: Các bài tập thực hành được xây dựng dựa trên năng lực thiết bị xưởng của Trường Cao đẳng Dầu khí và yêu cầu kỹ thuật chi tiết máy tại các doanh nghiệp trong và ngoài nước.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Sinh viên theo học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại, Công nghệ kỹ thuật cơ khí.
  • Điều kiện tiên quyết: Trước khi học mô đun này, sinh viên phải hoàn thành các môn học và mô đun nền tảng trong chương trình đào tạo gồm:
    • Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01) và Vẽ kỹ thuật 2 (CK19MH02)
    • Cơ kỹ thuật (CK19MH03)
    • Vật liệu cơ khí (CK19MH04)
    • Dung sai (CK19MH05)
    • An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01)
    • Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03)
    • Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01)
    • Gia công trên máy tiện 1 (CG19MĐ02)
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn, căn cứ để thiết kế bài giảng lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và ngân hàng đề thi đánh giá chuẩn đầu ra.
  • Kỹ thuật viên và người tự học: Dùng làm tài liệu tra cứu mã lệnh G-code, M-code hệ Fanuc, thông số kỹ thuật máy JG-200 và quy trình cài đặt dao/phôi, bảo dưỡng thiết bị tiện CNC.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế cho sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại, kỹ thuật viên vận hành máy công cụ điều khiển số và người học ngành cơ khí chế tạo máy.

2. Cần trang bị những kiến thức nền nào trước khi học?

Người học bắt buộc phải nắm vững kiến thức về bản vẽ kỹ thuật, cơ tính vật liệu cơ khí, hệ thống dung sai lắp ghép, kỹ thuật gia công nguội và kỹ năng tiện cơ bản trên máy tiện vạn năng.

3. Điểm khác biệt giữa giáo trình này với tài liệu tiện vạn năng là gì?

Tài liệu tập trung vào nguyên lý điều khiển số tự động, thiết lập hệ trục tọa độ ($X, Z$), khai báo bù dao ($G41, G42$), lập trình các chu trình tiện tự động ($G71, G70, G92, G76$) và thao tác trên bảng điều khiển điện tử thay vì điều khiển tay quay cơ khí thủ công.

4. Làm sao để tự học và thực hành mô đun này hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu kỹ bảng mã lệnh trong giáo trình, viết chương trình gia công mẫu, nạp vào phần mềm Cimco-Edit để chạy mô phỏng kiểm tra quỹ đạo dao trước khi thực hiện cài đặt chuẩn phôi và offset dao trên máy thật.

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

Giáo trình đi kèm danh mục bảng thông số máy JG-200, bảng mã lệnh G-code/M-code, bảng hướng dẫn vận hành và các tài liệu tham khảo chuyên ngành được trích dẫn:

  • Công nghệ trên máy CNC (PGS.TS Trần Văn Địch, NXB KHKT, 2000).
  • Máy công cụ CNC (Tạ Duy Liêm, NXB KHKT, 1999).
  • Công nghệ lập trình gia công điều khiển số (Đoàn Thị Minh Trinh, NXB KHKT, 2004).
  • Sổ tay thợ tiện (NXB Thanh niên, 2000) và các tài liệu hướng dẫn phần mềm điều khiển.

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy tiện CNC 1 (CG19MĐ03) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện từ cấu tạo cơ điện tử, nguyên tắc an toàn, kỹ thuật vận hành bảng điều khiển Fanuc Oi-TF12 đến phương pháp lập trình mã lệnh ISO và gia công thực nghiệm chi tiết máy.

Trong tiến trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí, việc hoàn thành mô đun này là điều kiện tiên quyết để người học tiếp tục các học phần chuyên sâu tiếp theo:

$$\text{Gia công trên máy tiện CNC 1 (CG19MĐ03)} \longrightarrow \text{Gia công trên máy tiện CNC 2 (CG19MĐ08)} \longrightarrow \text{Thực tập sản xuất (CG19MĐ11)} \longrightarrow \text{Khóa luận tốt nghiệp (CG19MĐ12)}$$

Tài liệu là nguồn dữ liệu chuẩn mực phục vụ học tập, giảng dạy và tra cứu kỹ thuật gia công cắt gọt kim loại điều khiển số.