Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 (Mã mô đun: CG19MĐ03) được biên soạn bởi Bộ môn Cơ khí thuộc Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), do ThS. Trần Kim Khánh chủ biên cùng tác giả Lê Anh Dũng, ban hành kèm theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020. Trong chương trình đào tạo ngành Cắt gọt kim loại trình độ Trung cấp và Cao đẳng, mô đun này thuộc khối kiến thức - kỹ năng chuyên môn nghề bắt buộc với tổng thời lượng 90 giờ (gồm 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành/thảo luận và 4 giờ kiểm tra), tương đương 4 tín chỉ.

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

  • Về kiến thức (A1–A5): Trình bày quy tắc an toàn xưởng tiện CNC; phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc tính kỹ thuật các bộ phận máy tiện CNC; mô tả quy trình vận hành bảng điều khiển; nắm vững cấu trúc chương trình, cú pháp câu lệnh mã G/M và các chu trình tiện cơ bản; nắm rõ quy trình gá đặt dao, phôi, xác định chuẩn công nghệ và truyền nhận dữ liệu NC.
  • Về kỹ năng (B1–B7): Thực hiện đúng quy định an toàn lao động và bảo dưỡng kỹ thuật máy; vận hành thành thạo bảng điều khiển máy tiện CNC; lập trình tay (manual programming) cho các biên dạng tiện; mô phỏng và hiệu chỉnh chương trình trên phần mềm chuyên dụng; thao tác chuẩn xác việc gá dao, rà phôi, thiết lập điểm gốc phôi ($W$) và bù dao (Tool Offset); thực hiện gia công cắt gọt và kiểm tra kích thước, độ nhám bề mặt chi tiết.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn trọng trong môi trường gia công cơ khí, làm việc độc lập và phối hợp nhóm.

Cấu trúc giáo trình gồm 1 bài mở đầu và 3 bài chuyên đề, tiếp cận theo tiến trình: từ nhận biết thiết bị và bảo dưỡng $\rightarrow$ thao tác bảng điều khiển và thiết lập gốc tọa độ $\rightarrow$ lập trình mã lệnh, chu trình gia công và mô phỏng $\rightarrow$ gá lắp, offset và gia công thực tế trên phôi. Giáo trình gắn liền với cấu hình máy tiện CNC LATHE JG-200 sử dụng hệ điều khiển Fanuc Oi-TF12, kết hợp phần mềm mô phỏng Cimco-edit.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

  • Bài mở đầu: Giới thiệu chung về máy tiện CNC: Trình bày quy tắc an toàn xưởng gia công; lược sử phát triển công nghệ điều khiển số từ thẻ đục lỗ của John Parsons (1940), máy NC đầu tiên (1952), ngôn ngữ APT (1959), máy CNC (thập niên 1970) đến DNC và CAD/CAM. Phân tích cấu tạo máy: thân máy đúc bằng gang cường lực với băng trượt phẳng và lăng trụ, trục chính nhận truyền động vô cấp từ động cơ một chiều/xoay chiều, cơ cấu dẫn động vít me đai ốc bi, đài dao revolver (8–12 vị trí dao) và hệ thống đồ gá thủy lực/khí nén. Trình bày thông số kỹ thuật máy tiện CNC LATHE JG-200 (hệ điều khiển Fanuc Oi-TF12, màn hình 8 inch, đường kính tiện tối đa qua băng 560 mm, tốc độ trục chính tối đa 4000 vòng/phút, hành trình $X/Z = 380/380\text{ mm}$, trọng lượng máy 4100 kg) và quy trình bảo dưỡng định kỳ theo ca (8 giờ), tuần, tháng, 6 tháng và hàng năm.
  • Bài 1: Vận hành máy tiện CNC: Hướng dẫn chi tiết chức năng bảng điều khiển LATHE JG-200 gồm các chế độ vận hành (EDIT, AUTO, MDI, DNC, MPG, JOG, RAPID, ZERO RETURN); các công tắc điều chỉnh tốc độ cắt FEED OVERRIDE (0–200% ở chế độ tự động, 0–4000 mm/phút ở chế độ tay), RAPID OVERRIDE (0–100%), SPINDLE OVERRIDE (0–120%); các phím chức năng phụ trợ (SINGLE BLOCK, DRY RUN, M.S LOCK, BLOCK SKIP, OPTION STOP M01, OVER TRAVEL RELEASE). Trình bày hệ trục tọa độ theo quy tắc bàn tay phải (trục $Z$ trùng tâm trục chính, trục $X$ vuông góc với trục chính hướng về đài dao) và xác lập các điểm chuẩn: gốc máy $M$ (Machine reference zero), gốc phôi $W$ (Workpiece zero point), gốc chương trình $P$, điểm chuẩn máy $R$ (Machine reference point), điểm đổi dao $N$ và điểm hiệu chỉnh dụng cụ cắt $E$. Phân tích nguyên lý các cơ cấu kẹp phôi: mâm cặp ly tâm, mâm cặp chân mặt đầu cứng, mâm cặp chân mặt đầu tùy động chứa chất dẻo (8, 10, 12 chân) và mâm cặp 3 chấu hiệu chỉnh.
  • Bài 2: Lập trình tiện CNC: Phân loại các hệ thống điều khiển: điều khiển điểm – điểm (áp dụng cho khoan, khoét, doa, taro), điều khiển đường thẳng và điều khiển biên dạng contour (2D, 2.5D, 3D). Cấu trúc câu lệnh NC, hệ thống mã phụ trợ $M$ ($M00, M01, M02, M03, M04, M05, M08, M09, M30$) và mã chuẩn bị $G$. Hướng dẫn lập trình tọa độ tuyệt đối ($X, Z$), tương đối ($U, W$), lệnh chạy dao nhanh $G00$, nội suy đường thẳng $G01$, nội suy cung tròn $G02/G03$ (sử dụng thông số $R$ hoặc vector tâm $I, K$). Khai báo vận tốc cắt không đổi $G96$, giới hạn tốc độ trục chính $G50$, tốc độ quay cố định $G97$, lượng tiến dao theo vòng $G99$ ($mm/vòng$). Thiết lập hàm bù bán kính mũi dao $G41/G42/G40$, lập trình chu trình tiện thô/tiện tinh dọc trục $G71/G70$, chu trình tiện ren trụ/côn $G92$, chu trình cắt ren hỗn hợp $G76$. Hướng dẫn sử dụng phần mềm Cimco-edit để kiểm tra cú pháp, biên dạng cắt và mô phỏng đường chạy dao.
  • Bài 3: Gia công tiện CNC: Quy trình thực hành gá đặt dao trên đài rơ-vôn-ve, gá phôi lên mâm cặp thủy lực; rà chạm thiết lập hệ tọa độ gia công ($G54 \rightarrow G59$), nhập giá trị bù dao hình học (Geometry/Wear offset); nạp chương trình NC vào bộ nhớ hoặc chạy qua DNC; thực hiện gia công chi tiết từng bước (Single Block), theo dõi quá trình cắt, kiểm tra kích thước hình học, độ nhám bề mặt và thực hiện vệ sinh công nghiệp.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết điều khiển số: Nguyên lý mã hóa dữ liệu số nhị phân/thập phân trong điều khiển tự động; sự chuyển đổi từ hệ thống đọc tuần tự băng đục lỗ sang hệ thống CNC có vi xử lý và bộ nhớ lưu trữ chương trình; nguyên lý hoạt động của hệ điều khiển phân phối DNC và hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.
  • Động học và động lực học máy công cụ: Cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến chính xác qua bộ vít me đai ốc bi; đặc tính động học của động cơ servo trục $X, Z$; cơ cấu điều khiển tốc độ vô cấp trục chính; nguyên lý cân bằng lực kẹp chống ly tâm ở dải tốc độ cao (lên tới 4000–8000 vòng/phút).
  • Cơ sở công nghệ gia công kim loại: Khái niệm điểm chuẩn công nghệ, nguyên lý định vị khống chế 6 bậc tự do của đồ gá trên máy tiện; phương pháp kiểm soát biến dạng nhiệt, rung động và phân bố lực cắt khi tiện trụ ngoài, tiện mặt đầu, tiện rãnh, cắt đứt, tiện lỗ và cắt ren.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Kỹ năng biên soạn cấu trúc chương trình NC hoàn chỉnh theo tiêu chuẩn Fanuc; khai báo chính xác các chu trình gia công nhiều bước ($G71, G76, G92$); tính toán tọa độ các điểm nút trên biên dạng hình học phức tạp; thao tác bù trừ sai số mòn dao và bán kính đỉnh dao ($R$).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích bản vẽ kỹ thuật cơ khí để xác lập quy trình công nghệ gia công tiện; lựa chọn thông số cắt gọt ($v_c, f, a_p$) phù hợp với vật liệu phôi và dao tiện gắn mảnh hợp kim; phân tích và xử lý lỗi va chạm dao trên phần mềm mô phỏng Cimco-edit; xử lý các lỗi báo động phần cứng (như lỗi hành trình quá giới hạn Over Travel, lỗi áp suất bôi trơn/thủy lực).
  • Kỹ năng thực hành (Practical competencies): Vận hành trực tiếp bảng điều khiển máy tiện CNC LATHE JG-200; thực hiện thao tác rà dao (set dao), thiết lập gốc phôi $W$; kẹp chặt phôi an toàn trên mâm cặp thủy lực; vận hành gia công chi tiết máy đảm bảo dung sai kích thước và cấp độ nhám yêu cầu; thực hiện bảo dưỡng máy theo lịch trình kỹ thuật.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết chuyên môn và thực hành nghề, tuân thủ định hướng dạy học tích cực trong giáo dục nghề nghiệp.

Tiêu chí Phương thức triển khai cụ thể theo giáo trình
Phương pháp giảng dạy (Pedagogical approach) - Giảng dạy lý thuyết: Thuyết trình ngắn gọn, nêu vấn đề, hướng dẫn học viên đọc tài liệu kỹ thuật và giải quyết các bài tập tình huống công nghệ.
- Giảng dạy thực hành: Phân chia học viên thành các nhóm nhỏ (4–6 người) để thực hiện quy trình cài đặt máy, lập trình và vận hành gia công dưới sự hướng dẫn trực tiếp của giảng viên.
Bài tập & Nghiên cứu tình huống (Practical exercises) - Bài tập tính toán tọa độ và viết chương trình gia công cho các biên dạng chi tiết trụ bậc, cung lượn, tiện ren trục và ren lỗ.
- Bài thực hành cài gốc phôi – Offset dao trên máy tiện CNC.
- Bài tập xử lý sự cố va đập dao, lệch gốc tọa độ và hiện tượng quá cử hành trình (Over Travel).
Ứng dụng phần mềm mô phỏng - Ứng dụng phần mềm Cimco-edit để học viên kiểm tra cú pháp mã lệnh, quan sát chuyển động chạy dao không cắt gọt ($G00$) và cắt gọt ($G01, G02, G03$), tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động trước khi nạp vào máy thật.
Phương pháp kiểm tra & Đánh giá (Assessment methods) Thực hiện theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội với thang điểm 10 quy đổi sang thang điểm 4:
- Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1 - Trọng số 40%): Vấn đáp, viết tự luận hoặc trắc nghiệm kiểm tra kiến thức an toàn, cấu tạo, bảng điều khiển (sau 15 giờ học).
- Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2 - nằm trong trọng số 40%): Bài tập lập trình NC, viết chu trình gia công (sau 45 giờ học).
- Thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Tự luận/trắc nghiệm kết hợp thực hành gia công chi tiết trực tiếp trên máy CNC (sau 90 giờ học), đánh giá toàn diện các chuẩn đầu ra từ A1–A5, B1–B7, C1–C3.
Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines) - Tự đọc và nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp.
- Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng lý thuyết; nếu vắng quá 30% số tiết quy định sẽ không đủ điều kiện dự thi và phải học lại môn học.
- Làm việc theo nhóm 4–6 người để giải quyết các chủ đề thảo luận về quy trình lập trình và bảo dưỡng máy.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cấu hình gắn liền với dòng máy công nghiệp thực tế: Giáo trình xây dựng toàn bộ bài giảng thực hành trên nền tảng máy tiện CNC LATHE JG-200 do Đài Loan sản xuất, trang bị hệ điều khiển Fanuc Oi-TF12. Nội dung hướng dẫn tương thích hoàn toàn với hệ thống phím bấm, màn hình hiển thị 8 inch và các chế độ điều khiển chuẩn công nghiệp hiện hành.
  • Tích hợp kiểm tra ảo bằng phần mềm chuyên dụng: Khác với các tài liệu tiện truyền thống chỉ dừng lại ở lý thuyết mã lệnh, giáo trình đưa công cụ Cimco-edit vào quy trình đào tạo chính khóa. Sinh viên được hướng dẫn mô phỏng đường chạy dao cho các chu trình tiện phức tạp ($G71, G70, G76, G92$), giúp phát hiện lỗi lập trình và triệt tiêu nguy cơ va chạm cơ khí trước khi chạy máy.
  • Hệ thống hóa toàn diện công nghệ gá kẹp CNC: Tài liệu cung cấp kiến thức chi tiết về các cơ cấu đồ gá tự động dải tốc độ cao: mâm cặp thủy lực/khí nén chống lực ly tâm, mâm cặp chân mặt đầu cứng và mâm cặp mặt đầu tùy động phân bố lực kẹp đều qua môi chất dẻo (8, 10, 12 chân tiếp xúc) để kẹp chi tiết thô mà không làm lệch tâm.
  • Quy trình bảo trì - bảo dưỡng chuẩn hóa theo mốc thời gian: Thiết lập quy trình bảo dưỡng chi tiết theo các chu kỳ: kiểm tra dầu bôi trơn/chất làm mát mỗi 8 giờ (theo ca); kiểm tra hệ thống khí nén 20 psi và lọc áp suất hàng tuần; kiểm tra cân bằng áp suất thủy lực và mỡ dẫn hướng hàng tháng; thay thế dầu làm nguội sau 6 tháng; thay dầu hộp số và vệ sinh lọc đáy trục chính định kỳ hàng năm.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên: Áp dụng cho sinh viên trình độ Cao đẳng và học sinh trình độ Trung cấp chuyên ngành Cắt gọt kim loại, Công nghệ chế tạo máy hoặc Cơ điện tử trong các cơ sở giáo dục nghề nghiệp.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun này, người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học và mô đun cơ sở sau:
    • Hình học họa hình (CK19MH10)
    • Vẽ kỹ thuật 1 (CK19MH01)
    • 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 và cán bộ đào tạo: Sử dụng làm căn cứ chuẩn hóa đề cương bài giảng, phân phối thời lượng lý thuyết/thực hành, biên soạn giáo án tích hợp, thiết kế các bài kiểm tra đánh giá kỹ năng vận hành theo tiêu chuẩn kiểm định giáo dục nghề nghiệp.
  • Kỹ thuật viên xưởng và người tự học: Dùng làm tài liệu tra cứu các chức năng bảng điều khiển Fanuc, bảng mã lệnh $G-code/M-code$, bảng chế độ cắt và quy trình hiệu chuẩn, bảo trì máy tiện CNC tại các doanh nghiệp cơ khí chế tạo.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Tài liệu được thiết kế cho học sinh, sinh viên hệ trung cấp và cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại, đồng thời phù hợp cho kỹ thuật viên cơ khí cần tài liệu tham khảo về vận hành hệ điều khiển Fanuc Oi-TF12 trên máy tiện CNC.

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

Người học cần hoàn thành các môn học tiên quyết bao gồm: Vẽ kỹ thuật 1, Vật liệu cơ khí, Dung sai, Cơ sở công nghệ gia công kim loại, Gia công nguội cơ bản và Gia công trên máy tiện vạn năng (tiện cơ).

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu tiện truyền thống là gì?

Giáo trình tập trung vào công nghệ gia công điều khiển số tự động: chuyển từ điều khiển cơ học sang lập trình mã $G/M$, thiết lập các điểm gốc công nghệ ($M, W, P, R$), sử dụng mâm cặp thủy lực/ly tâm chống lực văng tốc độ cao, và bắt buộc mô phỏng quỹ đạo cắt trên phần mềm Cimco-edit trước khi gia công.

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

Học viên cần nghiên cứu lý thuyết mã lệnh trước, làm quen với giao diện bảng điều khiển LATHE JG-200, tự viết chương trình NC cho các bài tập biên dạng từ đơn giản đến phức tạp, sau đó nạp vào phần mềm Cimco-edit để kiểm tra đường chạy dao trước khi thực hiện các bước gá đặt, offset dao và gia công trên máy thật.

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

Giáo trình sử dụng kèm các tài liệu tham khảo chính thống:

  • Công nghệ trên máy CNC (PGS.TS Trần Văn Địch, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2000).
  • Máy công cụ CNC (Tạ Duy Liêm, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 1999).
  • Công nghệ lập trình gia công điều khiển số (Đoàn Thị Minh Trinh, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004).
  • Sổ tay thợ tiện (NXB Thanh niên, 2000) và các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất máy Fanuc.

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy tiện CNC 1 (CG19MĐ03) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và quy chuẩn về công nghệ gia công tiện điều khiển số, từ nền tảng cấu tạo cơ điện tử, nguyên lý lập trình mã lệnh ISO/Fanuc đến kỹ năng thực hành vận hành trên máy tiện CNC LATHE JG-200.

Sau khi hoàn thành mô đun này, sinh viên có đủ năng lực để tiếp tục theo học các mô đun chuyên sâu tiếp theo trong chương trình đào tạo, bao gồm:

  • Gia công trên máy phay CNC 1 (Mã: CG19MĐ05)
  • Gia công trên máy mài (Mã: CG19MĐ06)
  • Thực tập sản xuất (Mã: CG19MĐ11)

Người học có thể tham khảo thêm các giáo trình chuyên ngành của các tác giả PGS.TS Trần Văn Địch, Tạ Duy Liêm, Đoàn Thị Minh Trinh và các catalogue hướng dẫn kỹ thuật từ nhà sản xuất hệ điều khiển để nâng cao năng lực chuyên môn.