Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ cơ điện tử và tự động hóa, ngành cơ khí Việt Nam đang đứng trước yêu cầu cấp thiết về đổi mới phương pháp đào tạo để đáp ứng nhu cầu thực tiễn sản xuất. Theo ước tính, việc ứng dụng công nghệ CNC (Computer Numerical Control) trong sản xuất đã giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm lên khoảng 30-50% so với phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, tại nhiều trường cao đẳng nghề, trong đó có Trường Cao đẳng nghề Cơ Điện, Xây Dựng Tam Điệp, việc tiếp cận và ứng dụng công nghệ CNC trong đào tạo còn hạn chế, dẫn đến sinh viên chưa thực sự làm chủ được kỹ năng thực hành trên máy CNC, gây khó khăn khi tham gia thị trường lao động.

Luận văn tập trung nghiên cứu công nghệ CNC và xây dựng các bài thực hành trên máy tiện CNC Model CK6150B nhằm phục vụ công tác đào tạo ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí tại Trường Cao đẳng nghề Cơ Điện, Xây Dựng Tam Điệp. Mục tiêu cụ thể là phát triển hệ thống bài thực hành phù hợp với trình độ sinh viên, nâng cao kỹ năng lập trình và vận hành máy tiện CNC, đồng thời kiểm nghiệm đánh giá hiệu quả đào tạo qua các chỉ số về độ chính xác kích thước và chất lượng sản phẩm gia công. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2012-2013 tại Trường Cao đẳng nghề Cơ Điện, Xây Dựng Tam Điệp, với phạm vi tập trung vào máy tiện CNC CK6150B và hệ điều khiển Fanuc series Oi Mate TD.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc bổ sung cơ sở lý thuyết về phương pháp lập trình và vận hành máy tiện CNC mà còn góp phần nâng cao chất lượng đào tạo thực hành, giúp sinh viên tiếp cận nhanh với công nghệ hiện đại, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường lao động trong ngành cơ khí chế tạo máy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: công nghệ điều khiển số CNC và phương pháp lập trình gia công trên máy tiện CNC.

  1. Công nghệ CNC: Là công nghệ điều khiển máy công cụ bằng máy tính, cho phép thực hiện các chức năng nội suy đường thẳng, cung tròn, mặt xoắn, mặt parabol và các bề mặt bậc ba phức tạp. Máy tiện CNC Model CK6150B sử dụng hệ điều khiển Fanuc Oi Mate TD với khả năng lưu trữ chương trình, tự động bù dao và điều khiển đa trục, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả gia công.

  2. Phương pháp lập trình gia công: Bao gồm lập trình bằng tay và lập trình bằng máy, trong đó lập trình bằng máy sử dụng phần mềm CAD/CAM để mô tả hình học chi tiết và quá trình gia công, tạo ra dữ liệu CLD (Cutter Location Data) và chuyển đổi qua Postprocessor thành chương trình NC phù hợp với hệ điều khiển máy. Các mã lệnh G và M được sử dụng để điều khiển chuyển động dao, tốc độ cắt, lượng chạy dao và các chức năng phụ trong quá trình gia công.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ trục tọa độ máy CNC (X, Z, và các trục phụ), điểm chuẩn máy (M), điểm gốc chi tiết (W), điểm chuẩn dao (P), các dạng điều khiển (điều khiển điểm-điểm, đường thẳng, contour 2D, 3D), và các mã lệnh G (G00, G01, G02, G03...) cùng mã lệnh phụ M (M00, M03, M06...).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp phương pháp lý thuyết và thực nghiệm nhằm xây dựng và kiểm nghiệm các bài thực hành trên máy tiện CNC CK6150B.

  • Nguồn dữ liệu: Bao gồm tài liệu kỹ thuật máy tiện CNC CK6150B, hệ điều khiển Fanuc Oi Mate TD, tài liệu lập trình CNC, số liệu đo đạc độ chính xác kích thước chi tiết gia công, và kết quả thực nghiệm từ các bài thực hành tại Trường Cao đẳng nghề Cơ Điện, Xây Dựng Tam Điệp.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng phân tích thống kê mô tả để đánh giá độ chính xác kích thước sản phẩm (phương sai, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên), so sánh kết quả giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng. Phương pháp chuyên gia được áp dụng để đánh giá định tính về hiệu quả đào tạo và tính phù hợp của các bài thực hành.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thực nghiệm được tiến hành với khoảng 30 sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí, được chia thành lớp thực nghiệm (áp dụng bài thực hành trên máy tiện CNC) và lớp đối chứng (đào tạo theo phương pháp truyền thống). Mẫu được chọn theo phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát nhằm đảm bảo tính đại diện.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: khảo sát thực trạng, xây dựng bài thực hành, triển khai thực nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu, đánh giá kết quả và hoàn thiện luận văn.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xây dựng thành công 7 bài thực hành trên máy tiện CNC CK6150B phù hợp với trình độ sinh viên, bao gồm các thao tác cơ bản như chạy dao nhanh (G00), nội suy đường thẳng (G01), nội suy cung tròn (G02, G03), tiện ren (G32, G76), và các chu trình tiện thô, tiện tinh. Các bài thực hành được thiết kế theo nguyên tắc đơn giản, hiệu quả, phù hợp với mục tiêu đào tạo.

  2. Độ chính xác kích thước chi tiết gia công được cải thiện rõ rệt ở lớp thực nghiệm so với lớp đối chứng. Kết quả đo độ chính xác kích thước 15 chi tiết cho thấy lớp thực nghiệm đạt độ lệch chuẩn trung bình ±0.005 mm, trong khi lớp đối chứng là ±0.015 mm, tương đương cải thiện khoảng 66%. Hệ số biến thiên của lớp thực nghiệm cũng thấp hơn 50% so với lớp đối chứng, chứng tỏ sự ổn định và đồng đều trong quá trình gia công.

  3. Tỷ lệ sinh viên đạt điểm thực hành từ 8 trở lên tăng lên 75% trong lớp thực nghiệm, so với 40% ở lớp đối chứng. Điều này phản ánh hiệu quả của việc áp dụng bài thực hành trên máy tiện CNC trong nâng cao kỹ năng và kiến thức thực tế cho sinh viên.

  4. Phản hồi từ giảng viên và sinh viên cho thấy sự hài lòng cao với chương trình thực hành mới, đặc biệt về tính thực tiễn, khả năng vận hành máy và lập trình CNC. Các chuyên gia đánh giá đề tài có tính ứng dụng cao, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nghề.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện độ chính xác và hiệu quả đào tạo là do việc xây dựng bài thực hành dựa trên đặc điểm kỹ thuật của máy tiện CNC CK6150B và hệ điều khiển Fanuc Oi Mate TD, giúp sinh viên làm quen với các mã lệnh G, M và thao tác vận hành thực tế. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng ứng dụng CNC trong đào tạo nghề, đồng thời khắc phục hạn chế về đào tạo lý thuyết quá nhiều, thực hành ít.

Việc sử dụng các bài thực hành có cấu trúc rõ ràng, có kiểm tra chất lượng sản phẩm giúp sinh viên nhận thức được tầm quan trọng của độ chính xác trong gia công cơ khí. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh độ lệch chuẩn và hệ số biến thiên giữa hai lớp, cũng như bảng phân phối điểm số sinh viên, minh họa rõ ràng hiệu quả của chương trình đào tạo mới.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc nâng cao chất lượng đào tạo nghề cơ khí, giúp sinh viên tiếp cận nhanh với công nghệ hiện đại, đáp ứng yêu cầu của doanh nghiệp và thị trường lao động.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai rộng rãi các bài thực hành trên máy tiện CNC CK6150B trong chương trình đào tạo ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí tại các trường cao đẳng nghề, nhằm nâng cao kỹ năng thực hành cho sinh viên. Thời gian thực hiện: trong vòng 1 năm, chủ thể thực hiện là các khoa cơ khí và phòng thực hành CNC.

  2. Tổ chức đào tạo, bồi dưỡng nâng cao năng lực giảng viên về công nghệ CNC và lập trình máy tiện CNC, đảm bảo giảng viên có đủ kiến thức và kỹ năng hướng dẫn sinh viên hiệu quả. Thời gian: 6 tháng, chủ thể: nhà trường phối hợp với các trung tâm đào tạo chuyên ngành.

  3. Đầu tư bổ sung trang thiết bị máy CNC hiện đại và phần mềm CAD/CAM hỗ trợ lập trình, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hành và nghiên cứu phát triển bài giảng. Thời gian: 2 năm, chủ thể: ban giám hiệu và phòng kỹ thuật.

  4. Xây dựng hệ thống đánh giá chất lượng đào tạo thực hành CNC dựa trên các chỉ số về độ chính xác sản phẩm và năng lực vận hành máy của sinh viên, nhằm theo dõi và cải tiến liên tục chương trình đào tạo. Thời gian: 1 năm, chủ thể: khoa cơ khí và phòng khảo thí.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giảng viên và cán bộ đào tạo ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn để xây dựng chương trình đào tạo thực hành CNC hiệu quả, nâng cao chất lượng giảng dạy.

  2. Sinh viên ngành cơ khí và kỹ thuật chế tạo máy: Giúp hiểu rõ về công nghệ CNC, cách lập trình và vận hành máy tiện CNC, từ đó nâng cao kỹ năng thực hành và khả năng đáp ứng yêu cầu công việc.

  3. Các nhà quản lý giáo dục nghề nghiệp và đào tạo kỹ thuật: Tham khảo để xây dựng chính sách đầu tư trang thiết bị, phát triển chương trình đào tạo phù hợp với xu hướng công nghiệp 4.0.

  4. Doanh nghiệp trong lĩnh vực cơ khí chế tạo máy: Hiểu rõ năng lực thực tế của nguồn nhân lực được đào tạo, từ đó phối hợp với các cơ sở đào tạo để nâng cao chất lượng lao động, giảm chi phí đào tạo lại.

Câu hỏi thường gặp

  1. Máy tiện CNC CK6150B có những đặc điểm kỹ thuật nổi bật nào?
    Máy tiện CNC CK6150B có kết cấu khung vững chắc, băng máy đúc gang Meehanite chống rung, động cơ chính công suất 3 kW, hành trình trục X 160 mm và Z 520 mm, tốc độ trục chính từ 80 đến 2500 vòng/phút, sử dụng bộ điều khiển Fanuc Oi Mate TD với bộ nhớ 16 MB, hỗ trợ nhiều mã lệnh G và M phục vụ gia công chính xác.

  2. Lập trình trên máy tiện CNC được thực hiện như thế nào?
    Lập trình có thể bằng tay hoặc bằng máy. Lập trình bằng máy sử dụng phần mềm CAD/CAM tạo dữ liệu CLD, sau đó qua Postprocessor chuyển thành chương trình NC phù hợp với hệ điều khiển máy. Các mã lệnh G điều khiển chuyển động dao, M điều khiển chức năng phụ, giúp máy thực hiện gia công chính xác theo yêu cầu.

  3. Các bài thực hành xây dựng trong luận văn có nội dung gì?
    Bao gồm các bài thực hành cơ bản như chạy dao nhanh (G00), nội suy đường thẳng (G01), nội suy cung tròn (G02, G03), tiện ren (G32, G76), chu trình tiện thô và tinh, giúp sinh viên làm quen với thao tác lập trình và vận hành máy tiện CNC.

  4. Hiệu quả đào tạo được đánh giá như thế nào?
    Qua kiểm nghiệm, lớp thực nghiệm sử dụng bài thực hành CNC đạt độ chính xác kích thước chi tiết gia công với độ lệch chuẩn ±0.005 mm, cao hơn 66% so với lớp đối chứng. Tỷ lệ sinh viên đạt điểm thực hành từ 8 trở lên tăng lên 75%, phản ánh hiệu quả rõ rệt của chương trình.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào đào tạo thực tế?
    Cần triển khai bài thực hành vào chương trình đào tạo, tổ chức đào tạo giảng viên, đầu tư trang thiết bị CNC, xây dựng hệ thống đánh giá chất lượng đào tạo dựa trên kết quả thực hành và sản phẩm gia công, đồng thời phối hợp với doanh nghiệp để nâng cao tính thực tiễn.

Kết luận

  • Đã xây dựng thành công hệ thống bài thực hành trên máy tiện CNC CK6150B phù hợp với trình độ sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí.
  • Kết quả thực nghiệm cho thấy độ chính xác kích thước chi tiết gia công và năng lực thực hành của sinh viên được cải thiện đáng kể.
  • Nghiên cứu góp phần bổ sung cơ sở lý thuyết và thực tiễn về lập trình và vận hành máy tiện CNC trong đào tạo nghề.
  • Đề xuất các giải pháp triển khai, đào tạo giảng viên và đầu tư trang thiết bị nhằm nâng cao chất lượng đào tạo CNC.
  • Khuyến nghị các trường cao đẳng nghề và doanh nghiệp phối hợp để phát triển nguồn nhân lực kỹ thuật đáp ứng yêu cầu công nghiệp hiện đại.

Tiếp theo, các đơn vị đào tạo nên tiến hành áp dụng các bài thực hành đã xây dựng, đồng thời tổ chức các khóa bồi dưỡng nâng cao năng lực giảng viên và cập nhật thiết bị CNC hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả đào tạo. Để biết thêm chi tiết về phương pháp lập trình và vận hành máy tiện CNC, quý độc giả và các nhà đào tạo có thể liên hệ trực tiếp với khoa Cơ khí của Trường Cao đẳng nghề Cơ Điện, Xây Dựng Tam Điệp để được hỗ trợ và trao đổi chuyên sâu.