THÔNG TIN TỔNG QUAN VÀ MÔ TẢ HỌC THUẬT GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 1

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Gia công trên máy phay CNC 1 (Mã mô đun: CG19MĐ05) 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. Giáo trình được biên soạn bởi tập thể giảng viên Khoa Cơ khí – Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), do ThS. Trần Kim Khánh làm chủ biên cùng sự tham gia của tác giả Lê Anh Dũng, ban hành chính thức theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020.

Trong cấu trúc chương trình đào tạo tổng thể gồm 108 tín chỉ (2565 giờ), mô đun CG19MĐ05 có thời lượng 4 tín chỉ, tương đương 105 giờ học tập (bao gồm 14 giờ lý thuyết, 87 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 4 giờ kiểm tra). Mô đun giữ vị trí bản lề chuyển tiếp giữa kỹ thuật gia công cơ truyền thống sang gia công tự động hóa điều khiển số (CNC), tạo nền tảng trực tiếp cho mô đun Gia công trên máy phay CNC 2 (CG19MĐ10) và Thực tập sản xuất (CG19MĐ11).

Mục tiêu học tập của mô đun được chuẩn hóa qua 3 nhóm chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (A1–A5): Người học trình bày được quy định an toàn xưởng phay CNC; cấu tạo, nguyên lý và thông số kỹ thuật của trung tâm gia công phay; quy trình vận hành; cấu trúc chương trình, mã lệnh G-code/M-code, chu trình gia công; quy trình gá dao, rà chuẩn phôi và truyền nhận dữ liệu NC.
  • Về kỹ năng (B1–B6): Thực hiện đúng kỹ thuật an toàn; bảo dưỡng nhỏ định kỳ; thao tác vận hành thành thạo bảng điều khiển; lập trình chương trình gia công theo mã lệnh tiêu chuẩn và chu trình cố định; mô phỏng, hiệu chỉnh lỗi cú pháp; gia công chi tiết đạt yêu cầu bản vẽ và kiểm tra kích thước thành phẩm.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Rèn luyện tính kỷ luật lao động, tác phong công nghiệp, tính cẩn thận, khả năng làm việc độc lập hoặc làm việc nhóm và năng lực hướng dẫn kỹ thuật cơ bản cho người khác.

Giáo trình tiếp cận theo mô hình đào tạo định hướng năng lực thực hành, tích hợp trực tiếp giữa hệ thống lý thuyết mã lệnh ISO với cấu hình phần cứng trung tâm gia công đứng Charles MVC (Đài Loan) sẵn có tại nhà xưởng thực hành.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc nội dung giáo trình được chia thành 4 phần học tập có tính liên kết chặt chẽ:

  • Bài mở đầu: Giới thiệu chung về máy phay CNC (2 giờ): Cung cấp các quy tắc an toàn xưởng phay CNC (nguyên tắc tránh nguy hiểm, che chắn vùng làm việc, trang bị bảo hộ lao động cá nhân). Tổng thuật lịch sử phát triển kỹ thuật điều khiển số từ thẻ đục lỗ năm 1725, John Parsons (1940), máy NC đầu tiên (1952), ngôn ngữ APT (1959) đến công nghệ CNC và DNC. Phân tích cấu tạo máy phay CNC gồm phần cơ (thân đế máy, bàn máy, cụm trục chính BT40/BT50, vít me bi, băng dẫn hướng, ổ chứa dao) và phần điện (bộ điều khiển MCU, cụm dẫn động servo, sensor phản hồi). Trình bày thông số kỹ thuật dòng máy Charles MVC (MVC-955, MVC-1160, MVC-1370). Thiết lập hệ tọa độ Đề các 2 chiều (X, Y), Đề các không gian 3 chiều (X, Y, Z) theo quy tắc bàn tay phải, hệ tọa độ cực (bán kính $r$, góc $\alpha$), hệ tọa độ máy ($M$) và hệ tọa độ phôi ($W$). Quy định chế độ bảo dưỡng định kỳ (hằng ngày mỗi 8 giờ, hàng tuần, hàng tháng, 6 tháng và hằng năm).
  • Bài 1: Vận hành máy phay CNC (15 giờ: 1 lý thuyết, 14 thực hành): Hướng dẫn chi tiết quy trình kiểm tra an toàn trước khi khởi động máy, quy trình bật nguồn và tắt nguồn hệ thống điều khiển. Hướng dẫn toàn diện chức năng các cụm phím trên bảng điều khiển máy phay MVC 1160: các chế độ vận hành (EDIT, AUTO, DNC, MDI, MPG, JOG, RAPID, ZERO RETURN); các công tắc điều chỉnh tỉ lệ % (FEED OVERRIDE từ 0–200%, RAPID OVERRIDE, SPINDLE OVERRIDE từ 0–120%); các phím chức năng phụ trợ (CYCLE START, CYCLE STOP, SINGLE BLOCK, DRY RUN, M.S LOCK, BLOCK SKIP, OPTION STOP, OVER TRAVEL RELEASE). Hướng dẫn quy trình công nghệ thiết lập dao (Txx M6), tốc độ quay trục chính (S... M03/M04), lượng tiến dao (F...), và bảng quy trình cài đặt gốc tọa độ gia công phôi ($X, Y, Z$) vào các thanh ghi $G54 \div G59$ thông qua thiết bị đo rà tiếp xúc và tay quay phát xung MPG.
  • Bài 2: Lập trình phay CNC (16 giờ: 10 lý thuyết, 5 thực hành, 1 kiểm tra): Thiết lập cấu trúc chương trình NC theo tiêu chuẩn quốc tế ISO bao gồm ký tự mở đầu (%, tên chương trình dạng O....), thân chương trình chứa các khối lệnh hình học/công nghệ, và khối lệnh kết thúc (M30, M99 cho chương trình con). Hệ thống hóa danh mục mã lệnh chuẩn bị G-code:
    • Nhóm di chuyển: $G00$ (chạy dao nhanh), $G01$ (nội suy đường thẳng), $G02/G03$ (nội suy cung tròn cùng/ngược chiều kim đồng hồ qua $I, J, K$ hoặc bán kính $R$), $G04$ (tạm dừng dao).
    • Nhóm chọn mặt phẳng: $G17$ ($XY$), $G18$ ($XZ$), $G19$ ($YZ$).
    • Nhóm điểm chuẩn máy: $G28$ (về gốc máy $R$), $G29$ (trở về từ gốc máy).
    • Nhóm bù dao: $G40$ (hủy bù dao), $G41/G42$ (bù bán kính dao trái/phải), $G43/G44/G49$ (bù/hủy bù chiều dài dao dương/âm).
    • Nhóm gốc tọa độ: $G52$ (gốc tọa độ cục bộ), $G53$ (tọa độ máy), $G54 \div G59$ (gốc tọa độ phôi $1 \div 6$).
    • Nhóm chu trình gia công lỗ: $G73$ (khoan bẻ phoi), $G74$ (ta-rô ren trái), $G76$ (khoét tinh), $G80$ (hủy chu trình), $G81$ (khoan lỗ suốt), $G82$ (khoan có thời gian dừng ở đáy lỗ), chu trình khoan lỗ sâu; các lệnh Macro ($G65, G66, G67$).
  • Bài 3: Gia công trên máy phay CNC (72 giờ: 1 lý thuyết, 68 thực hành, 3 kiểm tra): Ứng dụng thực hành tổng hợp: quy trình phân tích bản vẽ kỹ thuật chi tiết; lập tiến trình công nghệ phay; biên soạn chương trình NC phay biên dạng mặt đầu, biên dạng phẳng kín $G01/G02/G03$ xuất phát và kết thúc tại điểm chuẩn 0; lập trình khoan lỗ sâu trên phôi nhôm; nạp/xuất chương trình qua cổng giao tiếp máy tính; chạy mô phỏng đồ họa kiểm tra đường chạy dao; gá kẹp phôi trên ê tô; offset dao; vận hành cắt gọt thực nghiệm; kiểm tra kích thước hình học bằng thước cặp, panme và tiến hành công tác vệ sinh công nghiệp bảo dưỡng thiết bị sau ca làm việc.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố các nguyên lý khoa học và công nghệ chế tạo máy:

  1. Lý thuyết không gian và hệ tọa độ hình học: Xây dựng phương pháp xác định vị trí điểm trong không gian ba chiều $OXYZ$ theo quy tắc bàn tay phải (ngón cái hướng theo $+X$, ngón trỏ hướng theo $+Y$, ngón giữa hướng theo $+Z$); phân định rõ ranh giới giữa hệ tọa độ tuyệt đối không thay đổi của nhà chế tạo máy (gốc $M$) và hệ tọa độ tương đối do lập trình viên thiết lập trên phôi (gốc $W$).
  2. Nguyên lý điều khiển số và nội suy hình học: Nền tảng về phương pháp mã hóa thông tin công nghệ theo tiêu chuẩn ISO; nguyên lý dịch chuyển dao theo đường thẳng và cung tròn; nguyên tắc bù trừ hình học bán kính dao ($G41/G42$) và chiều dài dao ($G43$) để tự động triệt tiêu sai lệch kích thước do cấu tạo của dụng cụ cắt.
  3. Kỹ thuật bảo dưỡng và an toàn cơ điện: Các nguyên lý vận hành cơ điện tử, áp lực bôi trơn, điều áp khí nén (85 psi, 20 psi), giải nhiệt cưỡng bức cho cụm trục chính và cơ cấu bảo vệ quá hành trình (Over-travel).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Thao tác chính xác các chế độ làm việc trên bảng điều khiển trung tâm máy phay MVC 1160; thực hiện đúng quy trình rà tìm biên chi tiết để thiết lập gốc tọa độ $G54 \div G59$; gá kẹp dao bằng đầu kẹp BT40/BT50; khai báo bảng bù dao ($H, D$); nạp, chỉnh sửa mã lệnh trong bộ nhớ và truyền dữ liệu NC thông qua giao thức DNC.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích bản vẽ chi tiết cơ khí; lựa chọn đường kính dao, chiều sâu cắt $t$, lượng tiến dao $F$, tốc độ cắt $S$ phù hợp với từng vật liệu (nhôm, thép); phân tích nhận diện các nguyên nhân gây lỗi va đập dao, quá cữ hành trình hoặc biến dạng bề mặt gia công.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Độc lập lập trình gia công các biên dạng phay phẳng, phay rãnh, khoan lỗ sâu; vận hành máy gia công đúng tiến trình công nghệ; sử dụng dụng cụ đo chuyên dụng để kiểm tra kích thước dung sai của chi tiết sau khi cắt gọt.

Phương pháp giảng dạy và học tập

  HỌC LÝ THUYẾT & TỰ HỌC               THẢO LUẬN NHÓM                 THỰC HÀNH XƯỞNG

Mô đun CG19MĐ05 áp dụng phương pháp dạy học tích cực, chuyển giao toàn diện trọng tâm từ thuyết giảng thụ động sang hướng dẫn thực hành và giải quyết vấn đề kỹ thuật tại xưởng máy.

  • Cách thức tổ chức giảng dạy: Giảng viên sử dụng các bài thuyết trình ngắn, kết hợp trực quan hóa bằng hình ảnh cấu tạo máy, video chuyển động cắt gọt và mô hình thực tế. Giảng viên nêu vấn đề kỹ thuật (như phương pháp xử lý bavia, chống rung khi phay biên dạng mỏng, cách rà tâm phôi tròn) và chia lớp thành các nhóm nhỏ (4–6 sinh viên) để thảo luận, lập tiến trình công nghệ.
  • Hệ thống bài tập và thực hành: Chiếm tỷ trọng 82.8% tổng thời lượng mô đun (87/105 giờ). Sinh viên được phân công trực tiếp rèn luyện kỹ năng trên máy phay Charles MVC theo các bài tập định mức cụ thể:
    • Bài tập thao tác bảng điều khiển ở chế độ MPG, JOG để di chuyển bàn máy và trục chính.
    • Bài tập cài đặt gốc phôi theo 3 trục $X, Y, Z$ và nạp giá trị vào $G54 \div G59$.
    • Bài tập lập trình biên dạng kín với các câu lệnh $G01, G02, G03$.
    • Bài tập gia công khoan lỗ sâu trên phôi vật liệu nhôm sử dụng các chu trình $G73, G81, G82$.
  • Phương thức đánh giá kết quả học tập: Thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng chính quy ban hành kèm Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/03/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (Trọng số 40%, tính hệ số 1): Đánh giá sau 15 giờ học bằng hình thức hỏi miệng, kiểm tra tự luận/trắc nghiệm hoặc báo cáo quy trình vận hành (đáp ứng chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2).
    • Điểm kiểm tra định kỳ (tính hệ số 2): Đánh giá sau 45 giờ học thông qua bài tập viết kết hợp thực hành lập trình NC (đáp ứng chuẩn đầu ra A4, B4, C3).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Đánh giá sau 105 giờ bằng bài thi tích hợp tự luận/trắc nghiệm lý thuyết và thao tác gia công sản phẩm thực tế trên máy phay CNC (đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra từ A1–A5, B1–B6, C1–C3).
    • Quy tắc tính điểm: Chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân) và quy đổi sang điểm chữ, thang điểm 4 theo quy định đào tạo tín chỉ.
  • Quy định tự học đối với sinh viên: Người học bắt buộc nghiên cứu tài liệu và giáo trình trước khi đến lớp; hoàn thành nhiệm vụ được giao trong nhóm học tập; tham gia tối thiểu 70% số tiết giảng lý thuyết (vắng quá 30% số tiết phải học lại mô đun mới được dự thi); tích cực tự tổ chức giờ tự học tại xưởng và phòng máy vi tính.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình CG19MĐ05 thể hiện sự gắn kết giữa tiêu chuẩn đào tạo nghề quốc gia với điều kiện trang thiết bị sản xuất thực tế:

  • Xây dựng trên thông số phần cứng công nghiệp cụ thể: Không dừng lại ở lý thuyết lập trình trừu tượng, giáo trình đưa trực tiếp bảng thông số kỹ thuật chi tiết của dòng máy phay CNC Charles MVC do Đài Loan chế tạo (các model MVC-955, MVC-1160, MVC-1370) vào giảng dạy. Sinh viên được tiếp cận các thông số thực tế: hành trình trục ($X: 900 \div 1300\text{ mm}$, $Y: 550 \div 700\text{ mm}$, $Z: 530 \div 700\text{ mm}$), tốc độ trục chính ($6000 \div 8000\text{ rpm}$), công suất động cơ chính ($11 \div 15\text{ kW}$), tốc độ chạy dao nhanh ($20\times 20\times 15\text{ m/phút}$), dung tích bồn dung dịch trơn nguội ($250 \div 450\text{ lít}$) và hệ thống thay dao tự động tay kép từ $16 \div 24$ vị trí dao với thời gian thay dưới 4 giây.
  • Tích hợp công nghệ trao đổi dữ liệu số: Giáo trình phản ánh quy trình xử lý dữ liệu hiện đại: từ file thiết kế CAD 2D/3D chuyển đổi qua phần mềm CAM để tạo quỹ đạo chạy dao, sau đó xuất chương trình NC và truyền trực tiếp vào bộ nhớ điều khiển thông qua chế độ DNC (Direct Numerical Control).
  • Quy chuẩn hóa quy trình an toàn và bảo dưỡng cấp xưởng: Giáo trình xây dựng bảng quy trình cài đặt gốc phôi chi tiết từng bước, phân cấp an toàn 3 mức và lịch bảo dưỡng chi tiết theo các mốc thời gian cụ thể (hằng ngày, hằng tuần, hằng tháng, 6 tháng, hằng năm), phù hợp với tiêu chuẩn quản lý kỹ thuật của ngành Dầu khí.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt phục vụ các nhóm đối tượng:

  • Học sinh, sinh viên: Sinh viên trình độ Cao đẳng và học sinh trình độ Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại, Công nghệ chế tạo máy tại các trường đào tạo nghề kỹ thuật.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Trước khi học mô đun này, người học bắt buộc phải tích lũy và hoàn thành các môn học, mô đun cơ sở và chuyên môn gồm:
    • Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (CK19MH01, CK19MH02)
    • Cơ kỹ thuật (CK19MH03)
    • Vật liệu cơ khí (CK19MH04)
    • Dung sai lắp ghép và đo lường (CK19MH05)
    • An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01)
    • AutoCAD (CG19MH01)
    • Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01)
    • Cơ sở công nghệ gia công kim loại (CG19MH03)
    • Gia công trên máy phay 1 (CG19MĐ04)
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ chuẩn để biên soạn giáo án lý thuyết, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng, bảng kiểm kỹ năng (checklist) và bộ đề thi đánh giá kết thúc mô đun theo chuẩn đầu ra A1–A5, B1–B6.
  • Kỹ thuật viên tại doanh nghiệp: Dùng làm tài liệu tra cứu nhanh về bảng mã lệnh G-code/M-code tiêu chuẩn ISO, các chế độ vận hành bảng điều khiển trung tâm máy phay và quy trình bảo trì, hiệu chỉnh cơ khí chính xác.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn chuyên biệt cho sinh viên hệ Cao đẳng và học sinh Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại; đồng thời là tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành máy gia công CNC tại các nhà xưởng cơ khí và cơ sở chế tạo chi tiết máy.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở ngành gồm: Vẽ kỹ thuật 1 & 2, Vật liệu cơ khí, Dung sai, AutoCAD, Gia công nguội cơ bản, Cơ sở công nghệ gia công kim loại và kỹ năng thực hành Gia công trên máy phay 1 (máy phay cơ truyền thống).

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Giáo trình không dạy lý thuyết điều khiển trừu tượng mà tích hợp trực tiếp với cấu tạo bảng điều khiển, thông số kỹ thuật và hệ thống lệnh của dòng máy phay đứng Charles MVC 1160 (Đài Loan). Tỷ lượng thực hành chiếm tới 82.8% (87/105 giờ), kèm bảng quy trình cài đặt tọa độ phôi và danh mục kiểm tra an toàn cụ thể.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu trước lý thuyết cấu trúc câu lệnh và mã G-code tại nhà; sử dụng các phần mềm mô phỏng NC trên máy vi tính để kiểm tra đường chạy dao trước khi thao tác trên máy thật; tham gia tối thiểu 70% số tiết học trên lớp và tích cực thảo luận nhóm (4–6 người) theo các tình huống gia công được giao.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Giáo trình tham chiếu và khuyến khích sinh viên kết hợp nghiên cứu các tài liệu chuyên ngành: 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) cùng hệ thống catalogue hướng dẫn của các nhà sản xuất máy công cụ.

Kết luận

Giáo trình mô đun Gia công trên máy phay CNC 1 (CG19MĐ05) của Trường Cao đẳng Dầu khí là tài liệu đào tạo nghề có tính ứng dụng cao, chuẩn hóa toàn diện từ lý thuyết mã lệnh ISO đến quy trình vận hành và bảo dưỡng trung tâm gia công đứng Charles MVC 1160.

Lộ trình học tập khuyến nghị cho sinh viên ngành Cắt gọt kim loại: $$\text{Khối môn cơ sở} \longrightarrow \text{Gia công trên máy phay 1} \longrightarrow \mathbf{\text{Gia công trên máy phay CNC 1}} \longrightarrow \text{Gia công trên máy phay CNC 2} \longrightarrow \text{Thực tập sản xuất} \longrightarrow \text{Khóa luận tốt nghiệp}$$

Người học cần kết hợp việc nghiên cứu tài liệu giáo trình với việc tra cứu các catalogue hướng dẫn của nhà sản xuất máy công cụ và các tài liệu tham khảo chuyên ngành do Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật phát hành để hoàn thiện kỹ năng nghề nghiệp.