Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun: Gia công trên máy phay CNC 1 (Mã mô đun: MECC54135) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc thuộc chương trình đào tạo trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại. Giáo trình do ThS. Trần Kim Khánh (Chủ biên) cùng tác giả Lê Anh Dũng biên soạn tại Bộ môn Cơ khí – Trung tâm Giáo dục nghề nghiệp, Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), được ban hành chính thức theo Quyết định số 204/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 tại Bà Rịa – Vũng Tàu.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại gồm 72 tín chỉ (1.680 giờ), mô đun MECC54135 có thời lượng 4 tín chỉ (105 giờ), được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học và mô đun cơ sở bắt buộc, bao gồm: Vật liệu cơ khí (MECM53002), Dung sai (MECM53001), Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003), Cơ sở công nghệ gia công kim loại (MECC53030) và Gia công nguội cơ bản (MECM53104).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác lập cụ thể qua ba nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1–A5): Trình bày quy chuẩn an toàn xưởng phay CNC; cấu tạo chung và đặc tính kỹ thuật của máy phay CNC; quy trình vận hành; cấu trúc chương trình, câu lệnh và chu trình gia công; quy trình gá đặt phôi, dao, thiết lập điểm gốc phôi và truyền nhận dữ liệu chương trình NC.
  • Kỹ năng (B1–B6): Thực hiện quy định an toàn và bảo dưỡng kỹ thuật máy; vận hành máy phay CNC đúng quy trình; lập trình NC theo mã lệnh tiêu chuẩn ISO; mô phỏng, kiểm tra, hiệu chỉnh chương trình; thực hiện gia công chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật và kiểm tra kích thước thành phẩm.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, phương pháp làm việc độc lập và năng lực hướng dẫn kỹ thuật cho người khác.

Cấu trúc giáo trình gồm Bài mở đầu và 3 bài học chuyên môn được thiết kế theo tỷ trọng thực hành chuyên sâu (14 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thảo luận, 4 giờ kiểm tra), lấy việc vận hành thực tế trên dòng máy công nghiệp MVC-1160 (Charles – Đài Loan) và phần mềm mô phỏng MTS-CNC làm trọng tâm giảng dạy.

Nội dung kiến thức cốt lõi

                             GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN MECC54135
Bài mở đầu           Bài 1                                 Bài 2              Bài 3
(2 giờ LT)      (1 LT + 14 TH)                        (10 LT + 5 TH)     (1 LT + 68 TH)
 • An toàn xưởng  • Kiểm tra mở/tắt máy               • Cấu trúc file %  • Phân tích bản vẽ
 • Lịch sử CNC    • Bảng điều khiển MVC 1160            và tên Oxxxx     • Lập trình gia công
 • Cấu tạo cơ/điện• Khai báo Txx M6, S... M3/M4, F... • Mã G-code/M-code • Mô phỏng MTS-CNC
 • Bàn máy/đồ gá  • 6 bước rà tâm/gốc G54-G59         • Chu trình khoan  • Gá đặt, nạp NC
 • Thông số MVC   • Khắc phục lỗi Over travel           G73, G81, G82... • Gia công thực tế
 • Tọa độ X,Y,Z   • Chế độ EDIT, AUTO, MDI, MPG...    • Bù dao G41/G42/  • Kiểm tra & vệ sinh
 • Bảo dưỡng định                                       G43/G44/G49        công nghiệp
   kỳ 8h/tuần/năm

Các chương/chủ đề chính

  • Bài mở đầu: Giới thiệu chung về máy phay CNC (2 giờ lý thuyết): Cung cấp hệ thống an toàn xưởng phay CNC qua 3 tiêu chí (Tránh nguy hiểm, Che chắn và đánh dấu vị trí nguy hiểm, Phòng ngừa nguy hiểm). Trình bày lịch sử phát triển điều khiển số từ năm 1725 (phiếu đục lỗ), 1940 (John Parsons), 1952 (máy NC đầu tiên), 1959 (ngôn ngữ APT) đến hệ thống CNC thập niên 1970–1980. Giới thiệu cấu tạo phần cơ (bàn máy, trục vít me bi, cụm trục chính, ổ tích dao) và phần điện (cụm MCU, động cơ servo, cụm dẫn động). Phân tích cấu tạo các loại đồ gá (đồ gá chuyên dùng điều chỉnh, đồ gá vạn năng – lắp ghép, đế đồ gá lắp ghép điều chỉnh). Thiết lập nguyên lý hệ tọa độ Đề các 2D/3D theo quy tắc bàn tay phải, hệ tọa độ cực, điểm gốc máy ($M$), điểm gốc phôi ($W$). Trình bày quy trình bảo quản, bảo dưỡng phần cơ/điện và chế độ bảo dưỡng định kỳ (hàng ngày mỗi 8 giờ, hàng tuần, hàng tháng, 6 tháng và hàng năm).
  • Bài 1: Vận hành máy phay CNC (15 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành): Hướng dẫn quy trình kiểm tra an toàn, mở và tắt máy. Phân tích chi tiết toàn bộ các nút chức năng và đèn báo trên bảng điều khiển máy phay Charles MVC 1160: cụm công tắc chuyển đổi chế độ vận hành (EDIT, DNC, AUTO, MDI, MPG, JOG, RAPID, ZERO RETURN), các công tắc điều chỉnh tỷ lệ phần trăm (FEED OVERRIDE, RAPID OVERRIDE, SPINDLE OVERRIDE), hệ thống nút di chuyển trục thủ công ($+X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z, +4, -4$), nút xử lý kẹt cữ hành trình OVER TRAVEL RELEASE, các chức năng phụ trợ (SINGLE BLOCK, DRY RUN, M.S LOCK, BLOCK SKIP, OPTION STOP). Cung cấp cú pháp lệnh gọi dao T... M6, chọn tốc độ trục chính S... M03/M04, tốc độ tiến dao F, cùng quy trình 6 bước cài đặt điểm gốc tọa độ phôi ($G54$ đến $G59$) và bù chiều dài dao bằng tay quay MPG.
  • Bài 2: Lập trình phay CNC (16 giờ: 10 lý thuyết, 5 thực hành, 1 kiểm tra): Phân tích cấu trúc chương trình NC chuẩn ISO gồm ký tự bắt đầu/kết thúc file (%), tên chương trình (Oxxxx), thân chương trình và câu lệnh kết thúc (M30, M02). Phân biệt chương trình chính (%AAAAA.FNC trên phần mềm MTS-CNC) và chương trình con (gọi bằng lệnh M98, kết thúc bằng M99). Hệ thống hóa bảng mã lệnh chuẩn bị G-code:
    • Nhóm nội suy: G00 (chạy dao nhanh), G01 (nội suy đường thẳng), G02/G03 (nội suy cung tròn cùng/ngược chiều kim đồng hồ kết hợp thông số I, J, K hoặc R).
    • Chọn mặt phẳng gia công: G17 ($XY$), G18 ($XZ$), G19 ($YZ$).
    • Điểm tham chiếu và gốc tọa độ: G28, G29, G53, G54–G59, G52.
    • Bù trừ dao cụ: G40 (hủy bù bán kính), G41 (bù dao bên trái), G42 (bù dao bên phải), G43/G44 (bù chiều dài dao dương/âm), G49 (hủy bù chiều dài).
    • Chu trình gia công lỗ cố định: G73 (khoan bẻ phoi), G74 (ta-rô ren trái), G76 (khoét lỗ), G80 (hủy chu trình), G81 (khoan lỗ suốt), G82 (khoan có thời gian dừng đáy), G83 (khoan lỗ sâu), kết hợp các lệnh định vị mặt phẳng rút dao G98/G99.
  • Bài 3: Gia công trên máy phay CNC (72 giờ: 1 lý thuyết, 68 thực hành, 3 kiểm tra): Triển khai quy trình công nghệ toàn diện gồm 6 bước: (1) Phân tích bản vẽ chi tiết kỹ thuật; (2) Thiết lập quy trình công nghệ và lập trình gia công; (3) Mô phỏng đường chạy dao trên phần mềm; (4) Nhập/xuất dữ liệu chương trình NC vào bộ nhớ máy; (5) Gá đặt phôi, dao, vận hành cắt gọt thực tế trên vật liệu (nhôm, thép); (6) Kiểm tra dung sai kích thước sản phẩm và thực hiện vệ sinh công nghiệp (bảo dưỡng máy trong quá trình gia công và sau ca làm việc hàng ngày).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Nguyên lý hình học và hệ tọa độ không gian: Xây dựng phương pháp xác định vị trí tương đối giữa dao và phôi trong không gian 3 chiều ($X, Y, Z$) dựa trên quy tắc bàn tay phải; phân biệt bản chất cố định của hệ tọa độ máy (gốc $M$) và tính linh hoạt của hệ tọa độ phôi (gốc $W$).
  • Nguyên lý điều khiển số và cấu trúc mã lệnh: Quy chuẩn hóa cấu trúc khối lệnh theo tiêu chuẩn quốc tế ISO, cơ chế xử lý nội suy đường thẳng, nội suy cung tròn, và nguyên lý hoạt động của các vòng lặp macro (G65, G66, G67).
  • Nguyên lý bù trừ kích thước dao: Bản chất toán học của việc dịch chuyển quỹ đạo tâm dao khi phay biên dạng thông qua bù bán kính ($G41/G42$) và bù vị trí đỉnh dao theo trục $Z$ thông qua bảng hiệu chỉnh chiều dài dao ($G43/Hxx$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác chính xác các chế độ làm việc trên bảng điều khiển MCU; gá đặt đồ gá và chi tiết phôi lên bàn máy; thiết lập điểm chuẩn gia công ($G54–G59$); thiết lập chiều dài dao vào bảng Offset Geometry; lập trình thành thạo các chu trình khoan, phay rãnh, phay mặt phẳng và phay biên dạng.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích bản vẽ chế tạo, tính toán tọa độ các điểm biên dạng; tối ưu hóa đường chạy dao nhằm giảm thời gian gia công không cắt gọt; phân tích phát hiện nguyên nhân gây lỗi sai hỏng kích thước hoặc sự cố quá trình gia công (như lỗi hành trình servo, lệch gốc tọa độ).
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành gia công độc lập trên máy phay CNC MVC 1160; sử dụng thành thạo phần mềm mô phỏng để kiểm tra chương trình trước khi cắt thực tế; thực hiện quy trình kiểm tra bảo dưỡng thiết bị định kỳ và vệ sinh công nghiệp tại xưởng cơ khí.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình dạy học tích hợp giữa lý thuyết và thực hành, lấy người học làm trung tâm với sự phân bổ thời lượng 14 giờ lý thuyết (13,3%) và 87 giờ thực hành, bài tập, thảo luận (82,9%).

Phân bổ thời lượng mô đun MECC54135 (Tổng: 105 giờ)
  • Tiếp cận sư phạm:
    • Đối với người dạy: Sử dụng các phương pháp giảng dạy tích cực bao gồm thuyết trình ngắn gọn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu kỹ thuật, phân tích tình huống sai hỏng công nghệ và thị phạm thao tác trên máy công cụ.
    • Đối với người học: Tổ chức học tập kết hợp giữa nghiên cứu cá nhân và làm việc theo nhóm nhỏ (4–6 sinh viên). Mỗi nhóm tiếp nhận bản vẽ chi tiết, cùng thảo luận phương án gá đặt, lựa chọn chế độ cắt ($S, F$), viết chương trình NC, mô phỏng và nộp báo cáo kỹ thuật.
  • Quy trình bài tập và thực hành: Các bài tập thực hành được thiết kế từ đơn giản đến phức tạp: từ vận hành không tải, rà gốc tọa độ, gia công nội suy đường thẳng $G01$, nội suy cung tròn $G02/G03$, khoan lỗ sâu $G83$ trên vật liệu nhôm, đến gia công hoàn chỉnh chi tiết máy dạng càng, dạng khối hộp.
  • Phương pháp đánh giá kết quả học tập: Thực hiện theo Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:
    • Điểm đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Gồm 1 cột kiểm tra thường xuyên (hình thức hỏi miệng/vấn đáp về an toàn, cấu tạo, vận hành sau 15 giờ học) và 1 cột kiểm tra định kỳ (hình thức viết tự luận/trắc nghiệm/thực hành lập trình sau 45 giờ học).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Tổ chức sau 105 giờ học với hình thức tích hợp trắc nghiệm lý thuyết và thực hành thao tác gia công sản phẩm trực tiếp trên máy phay CNC.
    • Thang điểm: Đánh giá theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân) và quy đổi sang thang điểm chữ cùng thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.
  • Quy định tự học và chuyên cần: Sinh viên phải tự nghiên cứu tài liệu trước buổi học và bắt buộc tham dự tối thiểu 70% số giờ lý thuyết (vắng quá 30% thời lượng lý thuyết phải học lại mô đun).

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Cơ sở học thuật chuẩn mực: Nội dung chuyên môn được kế thừa và đối chiếu từ các tài liệu kinh điển trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy tại Việt Nam:
    • 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 Kỹ thuật tiện (NXB Công nhân kỹ thuật, 1977).
  • Gắn kết trực tiếp với thiết bị công nghiệp thực tế: Khác với các tài liệu thuần lý thuyết, giáo trình mô tả trực quan và chi tiết thông số kỹ thuật, bảng điều khiển của dòng máy phay đứng Charles MVC do Đài Loan chế tạo:
Thông số kỹ thuật Model MVC-955 Model MVC-1160 Model MVC-1370
Hành trình trục X 900 mm 1.100 mm 1.300 mm
Hành trình trục Y 550 mm 600 mm 700 mm
Hành trình trục Z 530 mm 610 mm 700 mm
Khoảng cách mũi trục chính đến bàn 150 – 680 mm 150 – 760 mm 150 – 850 mm
Kích thước bàn máy 1.000 $\times$ 510 mm 1.200 $\times$ 600 mm 1.400 $\times$ 700 mm
Tải trọng bàn máy tối đa 600 kg 800 kg 1.200 kg
Côn trục chính / Kiểu dẫn động BT40 / Dây đai BT40 / Dây đai BT40/50 / Dây đai
Công suất động cơ trục chính 15 HP / 11 kW 20 HP / 15 kW 20 HP / 15 kW
Tốc độ trục chính tối đa 8.000 rpm 8.000 rpm 8.000 / 6.000 rpm
Tốc độ chạy dao nhanh (X/Y/Z) 20 $\times$ 20 $\times$ 15 m/min 20 $\times$ 20 $\times$ 15 m/min 20 $\times$ 20 $\times$ 15 m/min
Dung lượng ổ tích dao (Tools) 16 / 20 dao 24 dao 24 dao
Thời gian thay dao 10 / 4 giây 4 giây 4 giây
Dung tích thùng dầu làm nguội 250 L 380 L 450 L
Khối lượng tịnh của máy (Net weight) 7.000 kg 8.200 kg 10.400 kg
  • Quy chuẩn hóa quy trình thao tác: Tài liệu cụ thể hóa quy trình cài đặt gốc tọa độ phôi 6 bước, phân loại các hệ thống đồ gá chuyên dụng cơ khí chính xác và thiết lập biểu đồ kiểm tra bảo dưỡng thiết bị từ ca làm việc 8 giờ đến chu kỳ 2 năm một lần.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Học sinh, sinh viên ngành Cắt gọt kim loại: Là tài liệu học tập chính khóa bắt buộc cho học sinh hệ Trung cấp và sinh viên hệ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại trong hệ thống giáo dục nghề nghiệp.
  • Điều kiện tiên quyết đối với người học: Người học phải tích lũy đầy đủ kiến thức từ các môn học nền tảng:
    • Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003): Kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí, biểu diễn hình chiếu, mặt cắt.
    • Dung sai (MECM53001): Hiểu biết về dung sai kích thước, dung sai hình học và độ nhám bề mặt.
    • Vật liệu cơ khí (MECM53002): Nắm vững cơ tính của kim loại, hợp kim để chọn chế độ cắt ($S, F$).
    • Cơ sở công nghệ gia công kim loại (MECC53030) & Gia công nguội cơ bản (MECM53104): Kỹ năng gá đặt, rà gá và an toàn cơ khí.
  • Giảng viên chuyên ngành cơ khí: Sử dụng làm căn cứ sư phạm để lập kế hoạch bài giảng, biên soạn đề thi, phiếu hướng dẫn thực hành và tổ chức đánh giá kỹ năng nghề theo chuẩn đầu ra (A1–A5, B1–B6, C1–C3).
  • Kỹ thuật viên xưởng sản xuất: Dùng làm tài liệu tham khảo nội bộ phục vụ công tác tra cứu mã lệnh ISO, quy trình vận hành bảng điều khiển MCU và hướng dẫn bảo trì định kỳ máy phay CNC.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên, học sinh trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại; đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho kỹ thuật viên vận hành máy CNC tại các doanh nghiệp cơ khí chế tạo.

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

Người học bắt buộc phải hoàn thành 5 môn học/mô đun tiên quyết: Vẽ kỹ thuật 1, Dung sai, Vật liệu cơ khí, Cơ sở công nghệ gia công kim loại và Gia công nguội cơ bản để có đủ khả năng đọc bản vẽ, tính toán chế độ cắt và gá kẹp phôi.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết khác là gì?

Giáo trình gắn liền với mô hình máy phay CNC công nghiệp cụ thể (dòng Charles MVC của Đài Loan, tiêu biểu là MVC 1160), trình bày chi tiết từng nút bấm trên bảng điều khiển thực tế, cung cấp bảng mã G-code chuẩn ISO và hướng dẫn quy trình cài đặt gốc tọa độ phôi, bù dao theo từng bước thao tác mẫu.

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

Người học cần nghiên cứu kỹ lý thuyết mã lệnh trước khi lên lớp, sử dụng phần mềm mô phỏng (như MTS-CNC) để kiểm tra đường chạy dao trên máy tính, thảo luận nhóm 4–6 người để giải quyết bài tập công nghệ và tuân thủ nghiêm ngặt quy định an toàn khi vận hành máy thực tế tại xưởng.

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

Tài liệu được hỗ trợ bởi hệ thống giáo án thực hành, video hướng dẫn thao tác, catalog thông số kỹ thuật máy phay Charles MVC, catalog dao cụ và các giáo trình tham khảo chuyên sâu của PGS.TS. Trần Văn Địch, Tạ Duy Liêm, Đoàn Thị Minh Trinh.

Kết luận

Giáo trình mô đun: Gia công trên máy phay CNC 1 (MECC54135) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo nghề mang tính thực hành cao, hệ thống hóa toàn diện từ nguyên lý cấu tạo máy, quy chuẩn an toàn lao động, hệ thống mã lệnh lập trình ISO đến quy trình gia công chi tiết trên máy phay CNC thực tế.

Lộ trình học tập được thiết kế tuyến tính và logic: bắt đầu từ nắm vững an toàn và cấu tạo thiết bị $\rightarrow$ vận hành bảng điều khiển và thiết lập gốc tọa độ $\rightarrow$ lập trình mã lệnh và mô phỏng trên phần mềm $\rightarrow$ thực hành gia công cắt gọt và kiểm tra sản phẩm hoàn thiện.

Người học nên kết hợp nghiên cứu giáo trình với việc tra cứu cataloge dụng cụ cắt, sổ tay công nghệ chế tạo máy và thực hành mô phỏng thường xuyên trên máy vi tính để hoàn thiện năng lực kỹ năng nghề nghiệp.