Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 (Mã mô đun: MECC54133) 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). Công trình do ThS. Trần Kim Khánh làm chủ biên cùng tác giả Lê Anh Dũng biên soạn, phục vụ đào tạo trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại.

Trong chương trình đào tạo chuyên môn ngành (nhóm II.2), Gia công trên máy tiện CNC 1 là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc với thời lượng 4 tín chỉ (tổng cộng 90 giờ, gồm 28 giờ lý thuyết, 58 giờ thực hành và 4 giờ kiểm tra). Mô đun được bố trí giảng dạy sau khi người học đã tích lũy các học phần cơ sở và kỹ thuật gia công truyền thống.

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1–A5): Trình bày quy tắc an toàn xưởng; cấu tạo và đặc tính kỹ thuật máy tiện CNC; quy trình vận hành; cấu trúc chương trình, mã lệnh và chu trình tiện NC; nguyên lý gá đặt dao, phôi, xác định chuẩn và truyền nhận dữ liệu.
  • Kỹ năng (B1–B7): Thực hiện quy định an toàn; bảo dưỡng nhỏ; vận hành máy đúng kỹ thuật; lập trình mã NC; mô phỏng và hiệu chỉnh chương trình; gá đặt và gia công chi tiết đạt yêu cầu kích thước, độ nhám bề mặt.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, khả năng làm việc độc lập và hướng dẫn kỹ thuật trong nhóm.

Giáo trình được tiếp cận theo cấu trúc tích hợp: đi từ lý thuyết cấu tạo phần cứng, an toàn vận hành, nguyên lý lập trình mã lệnh đến quy trình thao tác thực tế trên máy tiện CNC LATHE JG-200 (hệ điều khiển Fanuc Oi-TF12) và phần mềm mô phỏng CIMCO Edit.

Nội dung kiến thức cốt lõi

flowchart TD
    A["Bài mở đầu: Giới thiệu chung & An toàn xưởng CNC"] --> B["Bài 1: Vận hành máy tiện CNC (Bảng điều khiển & Tọa độ)"]
    B --> C["Bài 2: Lập trình tiện CNC (Mã G/M & Chu trình gia công)"]
    C --> D["Bài 3: Thực hành gia công & Kiểm tra sản phẩm"]

Các chương/chủ đề chính

Cấu trúc giáo trình gồm 1 Bài mở đầu và 3 Bài chuyên môn chính:

  • Bài mở đầu: Giới thiệu chung về máy tiện CNC (2 giờ lý thuyết): Cung cấp lịch sử phát triển điều khiển số (từ thẻ đục lỗ năm 1725, phát minh của John Parsons năm 1940 đến các hệ CAD/CAM thập niên 1980); phân tích 3 tiêu chí an toàn lao động tại xưởng; giới thiệu cấu tạo tổng thể gồm thân máy bằng gang cường lực (2 băng trượt phẳng, 2 băng trượt lăng trụ), cụm trục chính truyền động vô cấp, vitme bi, đài dao rơ-vôn-ve 8–12 vị trí, ụ sau và mâm cặp thủy lực; thiết lập lịch trình bảo dưỡng 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): Chi tiết hóa các chức năng trên bảng điều khiển máy tiện CNC LATHE JG-200: các nút lệnh vận hành (POWER ON/OFF, EMERGENCY STOP, CYCLE START/STOP), công tắc điều chỉnh tốc độ (FEED OVERRIDE từ 0–200%, RAPID OVERRIDE từ 0–100%, SPINDLE OVERRIDE từ 0–120%), các chế độ vận hành (EDIT, AUTO, DNC, MDI, MPG, JOG, RAPID, ZERO RETURN) và các phím chức năng kiểm tra (SINGLE BLOCK, DRY RUN, OPTION STOP M01). Chương này phân loại các phương thức điều khiển (Điểm – điểm, Đường thẳng, Biên dạng contour 2D/2.5D), quy ước hệ tọa độ Descartes theo quy tắc bàn tay phải (trục Z dọc tâm máy, trục X hướng kính) và định nghĩa các điểm chuẩn: Gốc máy ($M$), Gốc phôi ($W$), Gốc chương trình ($P$), Điểm chuẩn máy ($R$), Điểm đổi dao ($N$). Đồng thời, chương trình giới thiệu kết cấu các loại đồ gá chuyên dụng: mâm cặp ly tâm, mâm cặp chân mặt đầu cứng và mâm cặp chân mặt đầu tùy động (8, 10, 12 chân chứa chất dẻo).
  • Bài 2: Lập trình tiện CNC (24 giờ: 2 giờ lý thuyết, 22 giờ thực hành): Trang bị cú pháp câu lệnh NC, hệ thống mã chức năng phụ M-code (M00, M01, M02, M03, M04, M05, M08, M09, M19, M30) và mã lệnh chuẩn G-code: chạy dao nhanh G00, nội suy đường thẳng G01, nội suy cung tròn G02/G03 (theo bán kính R hoặc thông số tâm I, K), lập trình tọa độ tuyệt đối G90 và tương đối G91. Nội dung đi sâu vào các chức năng điều khiển tốc độ cắt không đổi G96 (kết hợp G50 giới hạn tốc độ trục chính) và tốc độ quay cố định G97; bù bán kính mũi dao G41/G42/G40; các chu trình gia công tiện ren G92 (ren trụ, ren côn), chu trình tiện ren phức hợp G76, chu trình tiện thô dọc trục G71 và tiện tinh G70. Ứng dụng phần mềm CIMCO Edit để kiểm tra và mô phỏng quỹ đạo cắt gọt.
  • Bài 3: Gia công tiện CNC (48 giờ: 2 giờ lý thuyết, 44 giờ thực hành, 2 giờ kiểm tra): Hướng dẫn quy trình công nghệ gá đặt dao và phôi, thiết lập điểm chuẩn gia công (WCS qua các lệnh G54–G59), đo và nhập giá trị offset dao trục X, Z. Thực hiện nạp/xuất chương trình NC, kiểm tra ở chế độ chạy từng khối lệnh (Single Block), vận hành gia công cắt gọt thực tế, đo kiểm kích thước dung sai hình học và độ nhám bề mặt chi tiết, kết thúc bằng quy trình vệ sinh công nghiệp.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập khối kiến thức nền tảng dựa trên các nguyên lý kỹ thuật:

  • Nguyên lý điều khiển số: Cơ chế giải mã và thực thi lệnh tuần tự của hệ thống NC/CNC/DNC; cơ sở truyền dẫn động học thông qua động cơ servo kết nối vít me đai ốc bi khử khe hở.
  • Cơ sở hình học gia công: Hệ quy chiếu tọa độ không gian 2 trục ($X, Z$), các điểm mốc hình học chuẩn ($M, W, P, R, N, E$), nguyên lý nội suy biên dạng thẳng và cung tròn.
  • Công nghệ cắt gọt kim loại CNC: Nguyên lý duy trì vận tốc cắt bề mặt không đổi ($v_c = \text{const}$) bằng mã G96 nhằm bảo đảm độ nhám bề mặt đồng đều; cơ chế tính toán vector bù bán kính góc lượn mũi dao ($r$) khi tiện mặt côn và mặt cầu.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhập/xuất dữ liệu chương trình NC; cài đặt thông số chiều dài dao (Offset); thao tác vận hành thành thạo bảng điều khiển máy tiện CNC LATHE JG-200 ở các chế độ tự động và thủ công.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu bản vẽ gia công; phân tích lựa chọn chu trình tiện tối ưu (G71, G70, G92, G76); phân tích nguyên nhân lỗi kích thước, lỗi sai lệch biên dạng và hiện tượng quá trình hành trình (Over Travel).
  • Năng lực thực hành (Practical competencies): Độc lập lập trình gia công các bề mặt trụ ngoài, trụ trong, ren trụ, ren côn; kiểm soát độ nhám bề mặt theo bảng tiêu chuẩn kỹ thuật; bảo dưỡng định kỳ các cụm cơ – điện máy tiện CNC.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình xác định phương pháp sư phạm tích cực, lấy người học làm trung tâm, kết hợp chặt chẽ giữa hướng dẫn lý thuyết và luyện tập thao tác trực tiếp trên máy:

Thành phần đào tạo Phương pháp tổ chức Yêu cầu đối với người học
Lý thuyết (28 giờ) Thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, phân tích sơ đồ nguyên lý, vấn đáp kỹ thuật. Đọc trước bài học trong giáo trình; chuẩn bị tài liệu; tham dự tối thiểu 70% thời lượng lên lớp.
Thảo luận & Tự học Chia nhóm nhỏ (4–6 người học), phân công nhóm trưởng điều phối giải quyết bài tập tình huống kỹ thuật. Viết báo cáo thảo luận nhóm; nghiên cứu catalog thiết bị; chuẩn bị câu hỏi chuyên môn.
Thực hành (58 giờ) Giảng viên thị phạm thao tác chuẩn; giao bài tập lập trình, mô phỏng trên phần mềm và gia công máy thật. Lập trình biên dạng; mô phỏng trên CIMCO Edit; trực tiếp gá đặt, offset dao và vận hành gia công chi tiết. 
flowchart LR
    A["Kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1 - Sau 15h)"] --> C["Tổng điểm môn học (Thang điểm 10 quy đổi thang 4)"]
    B["Kiểm tra định kỳ (Hệ số 2 - Sau 45h)"] --> C
    D["Thi kết thúc môn học (60% - Sau 90h)"] --> C
    subgraph DanhGiaQuaTrinh ["Đánh giá quá trình (Trọng số 40%)"]
        A
        B
    end

Quy trình đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:

  • Đánh giá quá trình (Trọng số 40%): Bao gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, thực hiện sau 15 giờ học bằng hình thức vấn đáp/viết/trắc nghiệm đánh giá chuẩn A1–A3, B1–B3, C1, C2) và điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, thực hiện sau 45 giờ học bằng bài tập lập trình/thực hành đánh giá chuẩn A4, B4, C3).
  • Thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Bài thi tổng hợp kết hợp trắc nghiệm lý thuyết và thực hành gia công trực tiếp trên máy sau khi hoàn thành 90 giờ, đánh giá toàn diện các chuẩn đầu ra A1–A5, B1–B7, C1–C3.
  • Điểm đánh giá được chấm theo thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân) và quy đổi sang điểm chữ, điểm số theo thang điểm 4.

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 phản ánh các yêu cầu công nghệ gia công hiện đại với các đặc điểm kỹ thuật cụ thể:

  • Chuẩn hóa dữ liệu theo thiết bị công nghiệp thực tế: Toàn bộ hệ thống thông số kỹ thuật, bảng điều khiển và quy trình thao tác được xây dựng căn cứ trên dòng máy tiện CNC LATHE JG-200 do Đài Loan sản xuất, trang bị hệ điều khiển công nghiệp Fanuc Oi-TF12, màn hình 8 inch, tốc độ trục chính tối đa 4000 vòng/phút, hành trình các trục $X = 380\text{ mm}$, $Z = 380\text{ mm}$, đường kính tiện qua băng máy $560\text{ mm}$.
  • Tích hợp công cụ mô phỏng trước gia công: Giáo trình đưa phần mềm CIMCO Edit vào quy trình đào tạo chuẩn. Người học thực hiện lập trình, nạp mã lệnh, kiểm tra quỹ đạo chạy dao của các chu trình G70, G71, G92 trên không gian ảo nhằm triệt tiêu nguy cơ va chạm dao và hư hại thiết bị trước khi cắt gọt thực tế.
  • Cập nhật các kết cấu đồ gá chuyên dụng: Bên cạnh mâm cặp 3 chấu tiêu chuẩn, giáo trình phân tích sâu nguyên lý làm việc của mâm cặp ly tâm, mâm cặp có chân mặt đầu cứng và mâm cặp có chân mặt đầu tùy động (sử dụng môi chất chất dẻo với 8, 10, 12 chân tỳ), phục vụ các bài toán công nghệ kẹp chặt phôi thô và phôi định vị mặt đầu chính xác.
  • Gắn kết thực tiễn sản xuất: Nội dung các bài tập thực hành được thiết kế gắn liền với điều kiện trang thiết bị xưởng thực tập của Trường Cao đẳng Dầu khí và yêu cầu chế tạo chi tiết máy tại các doanh nghiệp cơ khí trong ngành năng lượng.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng cụ thể trong hệ thống đào tạo nghề và sản xuất cơ khí:

classDiagram
    class GiaoTrinhCNC1 {
        +Mã mô đun: MECC54133
        +Thời lượng: 90 giờ (4 tín chỉ)
        +Hệ điều khiển: Fanuc Oi-TF12
        +Thiết bị: CNC LATHE JG-200
    }
    class SinhVienChuyenNganh {
        +Hệ: Cao đẳng / Trung cấp
        +Ngành: Cắt gọt kim loại
        +Thời điểm: Năm thứ 2
    }
    class GiangVien {
        +Chuẩn bị bài giảng lý thuyết
        +Tổ chức hướng dẫn xưởng
        +Đánh giá chuẩn đầu ra A, B, C
    }
    class KyThuatVienTuHoc {
        +Tra cứu mã lệnh G-code / M-code
        +Quy trình thiết lập chuẩn WCS
        +Quy trình bảo dưỡng máy JG-200
    }
    GiaoTrinhCNC1 <|-- SinhVienChuyenNganh : Học tập chính khóa
    GiaoTrinhCNC1 <|-- GiangVien : Tài liệu giảng dạy
    GiaoTrinhCNC1 <|-- KyThuatVienTuHoc : Tra cứu kỹ thuật
  • Sinh viên chuyên ngành: Người học trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Cắt gọt kim loại (thường bố trí vào năm thứ 2 của khung chương trình đào tạo).
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học bắt buộc phải hoàn thành 6 môn học/mô đun trước khi học mô đun MECC54133:
    1. Vật liệu cơ khí (MECM53002)
    2. Dung sai (MECM53001)
    3. Vẽ kỹ thuật 1 (MECM52003)
    4. Cơ sở công nghệ gia công kim loại (MECC53030)
    5. Gia công nguội cơ bản (MECM53104)
    6. Gia công trên máy tiện 1 (MECC55131 - Tiện vạn năng)
  • Giảng viên chuyên ngành Cơ khí: Sử dụng giáo trình làm tài liệu chuẩn để soạn giáo án tích hợp, thiết kế bài tập thực hành xưởng, xây dựng thang bậc kiểm tra đánh giá kỹ năng theo chuẩn đầu ra.
  • Kỹ thuật viên và người tự học: Dùng làm tài liệu tra cứu các bảng mã lệnh chuẩn Fanuc, bảng hướng dẫn cài đặt dao - phôi, quy trình xử lý sự cố quá trình hành trình (Over Travel Release) và chế độ bảo dưỡng máy tiện CNC định kỳ.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại theo chương trình đào tạo nghề của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội ban hành năm 2022 tại Trường Cao đẳng Dầu khí.

2. Cần hoàn thành những môn học nền tảng nào trước khi học mô đun này?

Sinh viên cần tích lũy đủ 6 môn học/mô đun tiên quyết bao gồm: Vật liệu cơ khí, Dung sai, Vẽ kỹ thuật 1, Cơ sở công nghệ gia công kim loại, Gia công nguội cơ bản và Gia công trên máy tiện 1 (tiện cơ khí vạn năng).

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

Tài liệu tập trung vào kỹ thuật điều khiển số (Computer Numerical Control): từ cấu tạo truyền động servo – vitme bi, hệ tọa độ không gian ($X, Z$), lập trình mã lệnh ISO G-code/M-code, thiết lập các điểm gốc tọa độ ($M, W, P, R, N$) đến việc làm chủ bảng điều khiển máy tiện công nghiệp CNC LATHE JG-200 hệ điều khiển Fanuc Oi-TF12.

4. Quy định về chuyên cần và điều kiện để hoàn thành mô đun là gì?

Người học phải tham dự tối thiểu 70% số tiết giảng dạy lý thuyết (vắng quá 30% số tiết phải học lại mô đun). Điểm tổng kết mô đun được tính từ điểm quá trình (40%) và bài thi kết thúc mô đun (60%), đạt yêu cầu khi điểm tổng hợp đạt từ mức điểm D (thang điểm chữ) trở lên.

5. Giáo trình được xây dựng dựa trên những nguồn tài liệu tham khảo nào?

Giáo trình trích dẫn và kế thừa từ các tài liệu học thuật cơ khí chính thống:

  • Sổ tay thợ tiện (NXB Thanh niên, 2000) và Kỹ thuật tiện - Hướng dẫn dạy tiện kim loại (NXB Công nhân Kỹ thuật, 1977).
  • 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).
  • Các catalog kỹ thuật và tài liệu hướng dẫn phần mềm điều khiển Fanuc.

Kết luận

Giáo trình mô đun Gia công trên máy tiện CNC 1 (MECC54133) cung cấp hệ thống dữ liệu kỹ thuật hoàn chỉnh về nguyên lý điều khiển số, cấu trúc phần cứng máy tiện công nghiệp, kỹ thuật lập trình mã lệnh G-code/M-code và quy trình thực hành gia công chi tiết cơ khí chính xác.

flowchart LR
    A["Gia công trên máy tiện 1 (MECC55131)"] --> B["Gia công trên máy tiện CNC 1 (MECC54133)"]
    B --> C["Gia công trên máy phay CNC 1 (MECC54135)"]
    C --> D["Thực tập sản xuất (MECM54210)"]

Hoàn thành mô đun này là điều kiện kỹ thuật bắt buộc để người học tiếp tục theo học các mô đun công nghệ cao tiếp theo trong chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại, bao gồm Gia công trên máy phay CNC 1 (MECC54135 - 4 tín chỉ, 105 giờ) và Thực tập sản xuất (MECM54210 - 4 tín chỉ, 180 giờ). Sinh viên có thể tham khảo thêm các tài liệu về công nghệ máy công cụ CNC của PGS.TS. Trần Văn Địch và các tài liệu hướng dẫn vận hành hệ điều khiển Fanuc để mở rộng năng lực thực hành chuyên môn.