Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Gia công trên máy phay CNC 2 (Mã mô đun: MECC64140) được ban hành theo Quyết định số 204/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 03 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam). Tài liệu do tập thể giảng viên chuyên ngành Cắt gọt kim loại biên soạn, gồm ThS. Lê Anh Dũng (Chủ biên), Đào Thị Phương Hoa và Đỗ Văn Thọ.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                    THÔNG TIN GIÁO TRÌNH HỌC THUẬT                       |
+--------------------+----------------------------------------------------+
| Tên giáo trình     | Gia công trên máy phay CNC 2                       |
| Mã mô đun          | MECC64140                                          |
| Trình độ đào tạo   | Cao đẳng nghề (Nghề Cắt gọt kim loại)              |
| Cơ quan ban hành   | Trường Cao đẳng Dầu khí (QĐ số 204/QĐ-CĐDK)        |
| Thời lượng đào tạo | 4 tín chỉ / 90 giờ (28h Lý thuyết, 58h Thực hành,  |
|                    | 4h Kiểm tra)                                       |
+--------------------+----------------------------------------------------+

Trong chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại trình độ Cao đẳng (tổng dung lượng 106 tín chỉ, 2520 giờ), Gia công trên máy phay CNC 2 là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc. Môn học đóng vai trò nâng cao kỹ năng công nghệ sau khi sinh viên đã hoàn thành các mô đun nền tảng: Gia công trên máy phay 1 (MECC55134), Gia công trên máy phay 2 (MECC66139) và Gia công trên máy phay CNC 1 (MECC54135).

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

  • Về kiến thức (A1): Hệ thống hóa cấu trúc máy trung tâm gia công CNC 3 trục; xác lập chính xác thông số phôi, dao và các điểm chuẩn; ứng dụng kiến thức thiết kế hình học vào công nghệ chế tạo chi tiết phức tạp.
  • Về kỹ năng (B1): Thiết lập quy trình gia công trên phần mềm VISI CAM; xuất chương trình mã lệnh NC; vận hành thành thạo máy phay CNC trung tâm để gia công sản phẩm đạt độ chính xác bản vẽ, đúng tiến độ và bảo đảm an toàn công nghiệp.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1, C2, C3): Rèn luyện kỷ luật thao tác kỹ thuật, khả năng làm việc độc lập, tự kiểm tra sai số và năng lực hướng dẫn kỹ thuật trong môi trường sản xuất.

Cấu trúc giáo trình gồm 3 bài học tích hợp, tiếp cận từ vận hành thiết bị thực tế, lập trình CAM trên máy tính đến gia công chế tạo và kiểm tra sản phẩm hoàn thiện.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình có tổng dung lượng 90 giờ, được phân bổ thành 3 bài học chuyên đề:

[Bài 1: Giới thiệu chung CAD/CAM] (4h: 4h LT/TH)
[Bài 2: Lập trình phay CNC bằng CAM & Gia công] (70h: 18h LT, 52h TH)
[Bài 3: Gia công trên máy trung tâm CNC] (16h: 6h LT, 8h TH, 2h KT)
  • Bài 1: Giới thiệu chung về CAD/CAM (4 giờ): Cung cấp cấu tạo máy phay CNC VMC-950 (3 trục, kích thước bàn máy 700x450mm, hành trình X=600mm, Y=500mm, Z=460mm, tốc độ trục chính 100–8000 vòng/phút, mâm chứa 16 dao BT40); chức năng các phím trên bảng điều khiển; các chế độ vận hành (EDIT, DNC, AUTO, MDI, MPG, JOG, RAPID, ZERO RETURN); tập lệnh điều khiển FANUC 0iT (G00, G01, G02, G03, G40/G41/G42, G54–G59, G70–G89, G90/G91); phương pháp rà set chuẩn phôi G54 và thiết lập bảng bù trừ dao qua chu trình đo tự động G65P9853B3T02.
  • Bài 2: Lập trình phay CNC bằng phần mềm CAM và gia công sản phẩm (70 giờ): Khái quát các giải pháp CAD/CAM/CAE chuyên dụng VISI (VISI Machining, VISI Mould, VISI Progress, VISI Flow); phân tích quy trình công nghệ gia công truyền thống, gia công CNC và gia công phay tốc độ cao (HSM); thiết lập hệ tọa độ và các điểm chuẩn máy; phân loại dao cắt khuôn mẫu (End mill, Ball nose, Bull nose, Face mill, dao định hình); tính toán chế độ cắt gọt theo tiêu chuẩn ISO; ứng dụng mô hình công nghệ phay 2D, phay thô 3D (Roughing), phay tinh 3D (Finishing) và phay vét lượng dư (Rest Machining).
  • Bài 3: Gia công trên máy trung tâm CNC (16 giờ): Trình bày quy trình vận hành máy gia công trung tâm CNC; thực hiện các bước set dao, set phôi thực tế; chạy mô phỏng đồ họa và chạy kiểm tra không tải (Dry run, Single block); truyền nạp chương trình NC qua giao thức DNC hoặc thẻ nhớ; theo dõi chu trình gia công; quy trình tháo gá, kiểm tra và đo kiểm chi tiết bằng thước cặp, panme, đồng hồ so 3D.

Progression logic của giáo trình đi từ phần cứng máy công cụ và mã lệnh cơ sở (Bài 1), chuyển tiếp sang lập trình tự động hóa đường chạy dao trên phần mềm CAD/CAM (Bài 2), và hoàn thiện bằng kỹ năng gia công thực chứng trên thiết bị công nghiệp (Bài 3).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập các khối kiến thức lý thuyết kỹ thuật cơ sở:

  1. Hệ tọa độ máy công cụ CNC: Quy tắc bàn tay phải xác định chiều trục $X, Y, Z$ và các trục quay phụ trợ ($A, B, C$), với quy ước chi tiết đứng yên và dụng cụ cắt chuyển động tương đối.
  2. Hệ thống điểm chuẩn trong gia công điều khiển số:
Điểm chuẩn Ký hiệu Bản chất kỹ thuật Đặc tính thay đổi
Machine point $M$ Chuẩn gốc máy, vị trí đo lường cơ sở của hệ thống Cố định bởi nhà sản xuất
Reference point $R$ Điểm tham chiếu phản hồi vị trí bàn máy Cố định bởi nhà sản xuất
Work part zero point $W$ Chuẩn gốc tọa độ chi tiết gia công (G54–G59) Do người lập trình xác lập
Tool offset point $T$ Chuẩn gá đặt đầu dao trên vành trục chính Cố định trên trục chính
Program point $P$ Điểm gốc xây dựng chương trình NC Trùng chuẩn thiết kế
Tool setup point $B, E$ Chuẩn hiệu chỉnh kích thước dao hoặc điện cực EDM Xác lập trong chu trình đo
  1. Động học cắt gọt và công thức tính toán theo tiêu chuẩn ISO:
    • Xác định đường kính dao cắt hiệu dụng ở độ sâu cắt $a_p$: $$D_e = 2\sqrt{a_p(D_c - a_p)}$$
    • Vận tốc cắt thực tế: $$V_e = \frac{\pi \cdot n \cdot D_e}{1000} \quad (\text{m/ph})$$
    • Vận tốc tiến dao: $$V_f = f_z \cdot n \cdot z_n \quad (\text{mm/ph})$$ (Trong đó: $D_c$ là đường kính danh nghĩa dao; $n$ là tốc độ trục chính; $f_z$ là lượng tiến dao trên một răng; $z_n$ là số răng dao).
  2. Công nghệ gia công phay tốc độ cao (HSM): Nguyên lý xử lý chi tiết đã nhiệt luyện (tôi cứng trước khi gia công), yêu cầu dao hợp kim phủ và chức năng phần mềm điều khiển "Look ahead" đọc trước hàng trăm khối lệnh trong thời gian thực.

Kỹ năng phát triển

  • Technical skills: Thiết lập thông số hình học dụng cụ trong thư viện VISI Tools; lựa chọn chiến lược chạy dao 2D/3D tối ưu; khai báo chuẩn gia công và xuất post-processor ra mã G-code tương thích hệ điều khiển FANUC 0iT.
  • Analytical skills: Phân tích bản vẽ kỹ thuật chi tiết; tính toán chế độ cắt ($a_p, a_e, V_c, f_z$) phù hợp với vật liệu phôi (thép C45, thép hóa tốt 35CrMo2); phát hiện lỗi xung đột dao thông qua mô phỏng đồ họa 3D trước khi gia công.
  • Practical competencies: Rà gá chi tiết; thao tác bàn phím điều khiển trung tâm VMC-950; bù trừ chiều dài dao và bán kính dao (G41/G42/G43); sử dụng dụng cụ đo chuyên dùng (panme đo trong, panme đo ngoài, đồng hồ so 3D, dưỡng kiểm) để đánh giá dung sai kích thước và độ nhám bề mặt sau gia công.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình sư phạm tích hợp lý thuyết và thực hành, lấy việc hình thành kỹ năng nghề nghiệp thực tế làm trọng tâm. Tổng thời lượng 90 giờ được phân bổ với 58 giờ thực hành, bài tập và thảo luận (chiếm 64,4% thời lượng môn học), 28 giờ lý thuyết (31,1%) và 4 giờ kiểm tra (4,5%).

Phân bổ thời lượng mô đun MECC64140 (90 giờ):
  • Tổ chức giảng dạy:
    • Phần lý thuyết sử dụng phương pháp giảng dạy tích cực: diễn giảng ngắn kết hợp trực quan hóa qua hình vẽ cấu tạo máy VMC-950, bảng mã lệnh và đồ thị phân tích chuyển động.
    • Phần thực hành được tổ chức tại xưởng máy CNC và phòng máy tính chuyên dụng: tỉ lệ 1 máy tính/2 sinh viên đối với giờ học lập trình CAM; phân nhóm 3–5 sinh viên/1 máy phay CNC trong các ca thực hành vận hành thiết bị.
  • Bài tập và thực hành xưởng: Người học thực hiện bài tập lập trình gia công theo bản vẽ chi tiết thực tế được giao. Các nội dung thực hành bao gồm: lập quy trình công nghệ, khai báo dụng cụ cắt, tính toán chế độ cắt gọt, mô phỏng kiểm tra va chạm trên phần mềm VISI, truyền nạp chương trình vào máy CNC và thao tác gia công sản phẩm mẫu.
  • Phương pháp đánh giá: Thực hiện theo Quy chế đào tạo Cao đẳng ban hành kèm Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH:
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, chiếm 40% trọng số): Gồm 2 cột điểm kiểm tra viết, tự luận hoặc thao tác thực hành sau 40 giờ học.
    • Điểm thi kết thúc môn học (chiếm 60% trọng số): Gồm 1 bài thi tự luận kết hợp thực hành tổng hợp sau 90 giờ học.
    • Thang điểm chấm từ 0 đến 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.
  • Hướng dẫn tự học: Sinh viên cần hoàn thành nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp; tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết; tham gia thảo luận nhóm (quy mô 8–10 sinh viên) về các chuyên đề lựa chọn thông số cắt gọt và phân tích lỗi gia công.

Điểm nổi bật và cập nhật

Nội dung giáo trình phản ánh các yêu cầu công nghệ gia công cơ khí hiện đại ban hành năm 2022 của Trường Cao đẳng Dầu khí:

  • Tích hợp phần mềm CAD/CAM/CAE chuyên dụng VISI: Giáo trình đưa phần mềm VISI (phát triển bởi Vero Software) vào nội dung đào tạo trọng tâm. Đây là hệ thống phần mềm chuyên dụng trong công nghiệp thiết kế và gia công khuôn mẫu, bao gồm các mô-đun VISI Mould, VISI Progress, VISI Machining và mô-đun phân tích dòng chảy nhựa VISI Flow.
  • Cập nhật công nghệ gia công phay cao tốc (HSM): So sánh chi tiết sự khác biệt giữa quy trình gia công truyền thống (7 bước), quy trình gia công CNC thông thường (6 bước) và quy trình phay tốc độ cao (5 bước). Phân tích giải pháp cắt gọt trực tiếp phôi thép đã qua nhiệt luyện bằng dao kích thước nhỏ, kết hợp chức năng điều khiển Look-ahead để rút ngắn chu kỳ sản xuất.
  • Chuẩn hóa quy trình vận hành trên máy phay 3 trục VMC-950: Tài liệu hướng dẫn cụ thể từng nút chức năng trên bảng điều khiển máy VMC-950 và cấu trúc lệnh hệ FANUC 0iT, bao gồm các chu trình đo chiều dài/bán kính dao tự động bằng macro (G65P9853B3T02), rà gốc phôi bằng tay quay phát xung MPG và thiết lập địa chỉ bù dao G54.
  • Tính liên thông chương trình: Nội dung được thiết kế bảo đảm khả năng liên thông từ trình độ Cao đẳng lên Đại học khối ngành Kỹ thuật Cơ khí, đồng thời cung cấp kiến thức mở rộng đối với các hệ điều khiển phổ biến như Siemens Sinumerik, Heidenhain, Mitsubishi, Fagor.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên: Phục vụ trực tiếp sinh viên theo học trình độ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại. Tài liệu cung cấp nền tảng lý thuyết và phiếu hướng dẫn bài tập thực hành gia công bề mặt 2D và 3D.
  • Điều kiện tiên quyết: Để tiếp thu đầy đủ nội dung, người học phải hoàn thành các môn học cơ sở và chuyên môn trước đó: Vẽ kỹ thuật 1 & 2, Dung sai, Vật liệu cơ khí, Cơ sở công nghệ gia công kim loại, AutoCAD, Gia công trên máy phay 1, 2 và Gia công trên máy phay CNC 1.
  • Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm căn cứ biên soạn đề cương chi tiết, bài giảng tích hợp, phiếu hướng dẫn thực hành xưởng và xây dựng bộ đề kiểm tra, đánh giá kỹ năng nghề theo chuẩn đầu ra.
  • Cán bộ kỹ thuật và người tự học: Làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành máy phay CNC, lập trình viên CAM khuôn mẫu tại các doanh nghiệp cơ khí chế tạo có sử dụng hệ điều khiển FANUC hoặc giải pháp phần mềm VISI.

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 nghề Cắt gọt kim loại, đồng thời là tài liệu tra cứu kỹ thuật cho kỹ thuật viên vận hành máy trung tâm gia công CNC và lập trình viên CAM trong ngành gia công cơ khí chính xác, chế tạo khuôn mẫu.

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

Người học cần hoàn thành khối kiến thức cơ sở gồm: đọc hiểu bản vẽ kỹ thuật cơ khí, tra cứu dung sai lắp ghép, vật liệu cơ khí, nguyên lý cắt gọt kim loại, kỹ năng phay vạn năng cơ bản (Phay 1, Phay 2) và kỹ năng lập trình phay CNC cơ bản (Phay CNC 1).

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với môn Phay CNC 1 là gì?

Môn Phay CNC 1 tập trung vào lập trình thủ công bằng tay (Manual NC programming) cho các biên dạng 2D cơ bản. Giáo trình Gia công trên máy phay CNC 2 nâng cao sang phương pháp lập trình tự động bằng phần mềm CAD/CAM (VISI), xử lý các bề mặt cong 3D phức tạp, công nghệ phay tốc độ cao (HSM) và vận hành máy trung tâm gia công 3 trục VMC-950.

Phay CNC 1 (MECC54135)               Phay CNC 2 (MECC64140)

4. Làm sao để học tập và thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học cần nắm vững mối quan hệ giữa các điểm chuẩn ($M, R, W, T, P$) và công thức chế độ cắt ISO; thực hiện mô phỏng đồ họa đường chạy dao trên phần mềm CAD/CAM để kiểm tra lỗi va chạm trước khi xuất mã NC; tuân thủ nghiêm ngặt quy trình rà gá, offset dao và quy tắc an toàn đóng kín cửa quan sát khi vận hành máy VMC-950.

5. Những tài liệu tham khảo nào được sử dụng bổ trợ cho giáo trình?

Giáo trình trích dẫn và khuyến nghị tham khảo các tài liệu chuyên ngành:

  • Giáo trình lập trình phay Mastercam;
  • Giáo trình lập trình gia công NX;
  • Giáo trình lập trình SolidCAM;
  • Tài liệu lập trình gia công phay trên phần mềm VISI;
  • Các tài liệu hướng dẫn sử dụng hệ điều khiển FANUC, Siemens Sinumerik, Heidenhain, Fagor, Mitsubishi.

Kết luận

Giáo trình Gia công trên máy phay CNC 2 (MECC64140) là tài liệu đào tạo chuyên môn chuẩn hóa của Trường Cao đẳng Dầu khí, trang bị hệ thống kiến thức toàn diện từ kết cấu thiết bị gia công trung tâm VMC-950, hệ thống mã lệnh FANUC 0iT, công thức tính toán chế độ cắt gọt theo ISO đến kỹ thuật lập trình gia công bề mặt 2D/3D trên phần mềm VISI CAM.

Lộ trình học tập được thiết kế khoa học:

  1. Nắm vững cấu tạo máy, bảng điều khiển và tập lệnh NC cơ bản (Bài 1);
  2. Làm chủ công cụ CAD/CAM VISI, khai báo dao cụ và thiết lập chu trình phay thô, tinh, vét 3D (Bài 2);
  3. Thực thi chuyển nạp chương trình, vận hành gia công thực tế trên máy CNC và kiểm tra chất lượng sản phẩm hoàn thiện (Bài 3).

Người học kết hợp nghiên cứu giáo trình với việc thực hành trên hệ thống máy công cụ điều khiển số, phần mềm mô phỏng và các tài liệu chuyên sâu về CAD/CAM khuôn mẫu để hoàn thiện năng lực nghề nghiệp đáp ứng tiêu chuẩn sản xuất công nghiệp.