Đồ án Tốt nghiệp: Biên soạn Tài liệu Giảng dạy Thí nghiệm CAD/CAM CNC

Tài liệu giảng dạy môn thí nghiệm CAD/CAM CNC. Cung cấp cơ sở lý luận, hệ thống bài tập và hướng dẫn thực hành cho sinh viên ngành kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Khôi
• Người hướng dẫn: Thạc Sĩ Nguyễn Thị Phương Hoa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Biên Soạn Tài Liệu Giảng Dạy Môn Thí Nghiệm CAD/CAM CNC (Bài Tập & Hướng Dẫn)
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Tài Liệu Thí Nghiệm CAD CAM CNC

Tài liệu thí nghiệm CAD/CAM CNC là một công cụ học tập quan trọng dành cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí. Tài liệu này được biên soạn theo chuẩn chương trình đào tạo của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, với mục tiêu cung cấp kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành về thiết kế và gia công CNC. Nội dung tài liệu bao gồm 30 tiết học, được thiết kế khoa học nhằm giúp sinh viên nắm vững các khái niệm cơ bản về CAD/CAM, hiểu rõ quy trình gia công CNC, và thành thạo các phần mềm công nghiệp như EMCO WINNC và GE FANUC SERIES 21. Tài liệu này không chỉ cung cấp lý thuyết mà còn hướng dẫn chi tiết các bài tập thực hành giúp sinh viên áp dụng kiến thức vào thực tế.

1.1. Mục Tiêu Của Tài Liệu Thí Nghiệm CAD CAM CNC

Mục tiêu chính của tài liệu thí nghiệm CAD/CAM CNC là trang bị cho sinh viên những kỹ năng cần thiết trong lĩnh vực chế tạo máy hiện đại. Sinh viên sẽ học cách sử dụng các phần mềm CAD/CAM để thiết kế chi tiết cơ khí, lập trình máy CNC, và tối ưu hóa quy trình gia công. Tài liệu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của kỹ năng thực hành trong việc chuẩn bị nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành công nghiệp chế tạo.

1.2. Phương Pháp Biên Soạn Tài Liệu

Tài liệu được biên soạn dựa trên nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của ngành chế tạo máy. Các bài tập được sắp xếp từ cơ bản đến nâng cao, giúp sinh viên tiếp thu kiến thức một cách tự nhiên và logic. Mỗi bài tập đều đi kèm với hướng dẫn chi tiết và ví dụ minh họa cụ thể, đảm bảo sinh viên có thể tự học và thực hành hiệu quả.

II. Cấu Trúc Và Nội Dung Chính

Tài liệu thí nghiệm CAD/CAM CNC được chia thành các module học tập liên kết chặt chẽ. Phần đầu tiên giới thiệu các khái niệm cơ bản về CAD/CAM, bao gồm lịch sử phát triển, ứng dụng thực tiễn, và vai trò trong công nghiệp 4.0. Phần thứ hai tập trung vào thiết kế CAD, hướng dẫn sinh viên cách sử dụng các công cụ vẽ, tạo mô hình 3D, và quản lý tài liệu thiết kế. Phần thứ ba là lập trình CNC, giảng dạy cách tạo đường dẫn công cụ, tối ưu hóa chương trình, và kiểm tra lỗi. Cuối cùng, phần thực hành tích hợp giúp sinh viên hoàn thành các dự án gia công CNC thực tế, từ thiết kế cho đến gia công sản phẩm.

2.1. Phần Lý Thuyết CAD CAM

Phần lý thuyết tập trung vào việc cung cấp nền tảng kiến thức về hệ thống CAD/CAM. Sinh viên sẽ học về các nguyên tắc thiết kế sử dụng máy tính, các định dạng tệp chuẩn như DXF và STEP, và cách chuyển đổi giữa thiết kế CAD và chương trình gia công. Tài liệu cũng giải thích chi tiết về các thông số gia công như tốc độ cắt, lượng cắt, và cách tính toán thời gian gia công.

2.2. Các Bài Tập Thực Hành CAD CAM CNC

Các bài tập thực hành được thiết kế để giúp sinh viên vận dụng kiến thức lý thuyết. Bài tập bao gồm: vẽ các chi tiết cơ khí trên phần mềm CAD, tạo đường dẫn công cụ cho máy CNC, lập trình GE FANUC SERIES 21, và mô phỏng quá trình gia công trước khi thực hiện trên máy thực tế. Mỗi bài tập đều có mục tiêu rõ ràng, yêu cầu cụ thể, và tiêu chí đánh giá.

III. Phần Mềm Và Công Cụ Hỗ Trợ

Tài liệu sử dụng các phần mềm chuyên nghiệp được ngành công nghiệp công nhân sử dụng rộng rãi. EMCO WINNC là phần mềm giả lập máy CNC, cho phép sinh viên thực hành lập trình và mô phỏng mà không cần máy thực tế. GE FANUC SERIES 21 là hệ thống điều khiển CNC phổ biến, giúp sinh viên làm quen với giao diện thực tế. Tài liệu cung cấp hướng dẫn chi tiết cách cài đặt, sử dụng, và debug các phần mềm này. Ngoài ra, tài liệu cũng hướng dẫn sử dụng các phần mềm CAD như AutoCAD hoặc SolidWorks để thiết kế chi tiết và tạo mô hình 3D.

3.1. Hướng Dẫn EMCO WINNC

EMCO WINNC là phần mềm mô phỏng máy CNC chuyên dụng. Tài liệu hướng dẫn cách tạo một chương trình CNC từ đầu, bao gồm thiết lập hệ tọa độ, lựa chọn công cụ, và nhập các lệnh gia công. Sinh viên sẽ học cách kiểm tra lỗi trong chương trình CNC, mô phỏng quá trình gia công, và tối ưu hóa thời gian gia công. Tài liệu cung cấp nhiều ví dụ thực tế từ đơn giản đến phức tạp.

3.2. Các Lệnh Cơ Bản GE FANUC SERIES 21

Phần này giải thích các lệnh chính trong hệ thống điều khiển GE FANUC SERIES 21. Sinh viên sẽ hiểu rõ cách sử dụng các G-code và M-code để điều khiển máy CNC, thiết lập độ cao, tốc độ quay trục, và các tham số khác. Tài liệu cung cấp bảng tra cứu nhanh, ví dụ minh họa, và lỗi thường gặp khi lập trình.

IV. Hướng Dẫn Thực Hiện Các Bài Tập

Hướng dẫn thực hiện bài tập CAD/CAM CNC được cấu trúc rõ ràng với các bước cụ thể. Mỗi bài tập bắt đầu bằng mô tả chi tiết chi tiết cần gia công, bao gồm vẽ kỹ thuật, thông số kỹ thuật, và yêu cầu độ chính xác. Tiếp theo là các bước thực hiện từng phần: thiết kế trên CAD, tạo đường dẫn công cụ, lập trình CNC, và mô phỏng. Tài liệu cung cấp ảnh chụp màn hình minh họa chi tiết từng bước, giúp sinh viên dễ dàng theo dõi. Cuối cùng, mỗi bài tập đều có tiêu chí đánh giá rõ ràng và danh sách các lỗi thường gặp cùng cách khắc phục.

4.1. Quy Trình Thiết Kế Chi Tiết Trên CAD

Quy trình thiết kế bắt đầu từ việc phân tích vẽ kỹ thuật, xác định các chiều, lỗ, mộng, và rãnh. Sinh viên sử dụng phần mềm CAD để vẽ từng thành phần chi tiết, kiểm tra kích thước, và tạo mô hình 3D. Tài liệu hướng dẫn cách xuất tệp CAD sang định dạng CNC-compatible như ISO hoặc APT, chuẩn bị cho bước lập trình tiếp theo.

4.2. Lập Trình Và Mô Phỏng Gia Công CNC

Sau khi thiết kế xong, sinh viên chuyển sang lập trình CNC. Tài liệu hướng dẫn cách tạo đường dẫn công cụ từ mô hình CAD, chọn công cụ phù hợp, và thiết lập tham số gia công. Sinh viên sẽ học cách kiểm tra chương trình trên EMCO WINNC, phát hiện và sửa các lỗi trước khi gia công trên máy thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Nƣớc ta đang từng bƣớc hội nhập sâu hơn vào nền kinh tế khu vực và thế giới, cơ hội và thách thức đan xen lẫn nhau, ảnh hƣởng không nhỏ đến quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nƣớc. Sau một khoảng thời gian Việt Nam ra nhập WTO, có thể nhận thấy những tác động mạnh mẽ tới nền kinh tế, nhất là trong một số lĩnh vực nhƣ sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, thƣơng mại, tài chính, ngân hàng… mặc dù sự tác động đến các ngành là không nhƣ nhau. Nghĩa là có ngành hƣởng lợi và có ngành chịu tác động tiêu cực. Mặt khác, thực hiện các cam kết khi ra nhập WTO, ngoài việc phải giảm đáng kể mức thuế áp dụng, còn phải dỡ bỏ các hàng rào phi thuế nhƣ: hạn ngạch, giấy phép, thủ tục hải quan… Điều này sẽ làm giảm đáng kể mức độ bảo hộ và tăng áp lực cạnh tranh đối với ngành công nghiệp trong nƣớc.

Từ những phân tích đánh giá trên đây, cũng nhƣ xuất phát từ đòi hỏi thực tiễn của quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc trong giai đọan tới, đặc biệt trên cơ sở “Quy hoạch tổng thể phát triển các ngành công nghiệp Việt Nam theo các vùng lãnh thổ đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020” để đƣa Việt Nam vƣơn lên thành một nƣớc công nghiệp đã đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 73/2006/QĐ-TTg, cần tiến hành triển khai một hệ thống giải pháp đồng bộ, trƣớc hết là các giải pháp về cơ chế, chính sách và nguồn nhân lực chất lƣợng cao. Chính vì thế Ngày 4.2013, Tổng Bí thƣ Nguyễn Phú Trọng đã ký ban hành Nghị quyết Hội nghị lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ƣơng khóa XI (Nghị quyết số 29-NQ/TW) về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu CNH- HĐH trong điều kiện kinh tế thị trƣờng định hƣớng XHCN và hội nhập quốc tế: “Mục tiêu tổng quát:Tạo chuyển biến căn bản, mạnh mẽ về chất lƣợng, hiệu quả giáo dục, đào tạo; đáp ứng ngày càng tốt hơn công cuộc xây dựng, bảo vệ Tổ quốc và nhu cầu học tập của nhân dân. Giáo dục con ngƣời Việt Nam phát triển toàn diện và phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân; yêu gia đình, yêu Tổ quốc, yêu đồng bào; sống tốt và làm việc hiệu quả.Xây dựng nền giáo dục mở, thực học, thực nghiệp, dạy tốt, học tốt, quản lý tốt; có cơ cấu và phƣơng thức giáo dục hợp lý, gắn với xây dựng xã hội học tập; bảo đảm các điều kiện nâng cao chất lƣợng; chuẩn hóa, hiện đại hóa, dân chủ hóa, xã hội hóa và hội nhập quốc tế hệ thống giáo dục và đào tạo; giữ vững định hƣớng xã hội chủ nghĩa và bản sắc dân tộc. Phấn đấu đến năm 2030, nền giáo dục Việt Nam đạt trình độ tiên tiến trong khu vực.

Mục tiêu cụ thể: Đối với giáo dục đại học, tập trung đào tạo nhân lực trình độ cao, bồi dƣỡng nhân tài, phát triển phẩm chất và năng lực tự học, tự làm giàu tri thức, sáng tạo của ngƣời học. Hoàn thiện mạng lƣới các cơ sở giáo dục đại học, cơ cấu ngành nghề và trình độ đào tạo phù hợp với quy hoạch phát triển nhân lực quốc gia; trong đó, Trang 6 có một số trƣờng và ngành đào tạo ngang tầm khu vực và quốc tế. Đa dạng hóa các cơ sở đào tạo phù hợp với nhu cầu phát triển công nghệ và các lĩnh vực, ngành nghề; yêu cầu xây dựng, bảo vệ Tổ quốc và hội nhập quốc tế”. Quá trình hội nhập quốc tế của Việt Nam hiện nay đang đứng trƣớc muôn vàn thời cơ và thách thức và có thể tận dụng đƣợc những cơ hội và vƣợt qua đƣợc thách thức của cánh cửa “Việt Nam với tiến trình hội nhập kinh tế quốc tế” hoàn toàn phụ thuộc vào học sinh, sinh viên trên khắp mọi miền đất nƣớc để đƣa “ non sông Việt Nam, dân tộc Việt Nam có bƣớc tới đài vinh quang để sánh vai với các cƣờng quốc năm châu”.

Trên cơ sở định hƣớng của Đảng và Nhà nƣớc, căn cứ nghị quyết đại hội đại biểu Đảng bộ lần thứ 15, đề án xây dựng Trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật giai đoạn 2013-2018 với khẩu hiệu: “Phát triển toàn diện, bền vững và hội nhập quốc tế” với mục tiêu: “Đến năm 2018, Trƣờng trở thành Trƣờng dẫn đầu theo hƣớng ứng dụng nghề nghiệp đồng thời cũng là một trung tâm đào tạo, bồi dƣỡng và nghiên cứu khoa học có uy tín, ngang tầm với các trƣờng đại học lớn trong nƣớc, tiếp cận, hòa nhập với các trƣờng đại học trong khu vực và thế giới.Trƣờng cung cấp cho ngƣời học môi trƣờng giáo dục đại học và nghiên cứu khoa học tốt nhất, có tính chuyên nghiệp cao, đảm bảo cho ngƣời học sau khi tốt nghiệp có đủ năng lực cạnh tranh và thích ứng với nền giáo dục phát triển”. Cho đến ngày nay, CNC không còn là một lĩnh vực mới mẻ đối với ngành Công nghệ chế tạo máy ở Việt Nam. Máy CNC đã xuất hiện ở hầu hết các doanh nghiệp và các xƣởng gia công cơ khí, nó không chỉ đƣợc dùng ở lĩnh vực gia công chính xác mà còn đƣợc dùng ở đƣợc dùng ở nhiều công việc và nhiều lĩnh vực khác nhau. Công nghệ CNC góp phần không nhỏ trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc.

Mặt khác công nghệ vận hành không quá phức tạp, sử dụng đƣợc lao động không đòi hỏi trình độ kành nghề cao và có thể đi ngay vào sản xuất trong thời gian ngắn dƣới hình thức chuyển giao công nghệ, gia công xuất khẩu đƣợc ƣu tiên hàng đầu. Do tính ứng dụng cao trong thực tế nên môn học Cad/Cam_CNC đƣợc đƣa vào một trong những môn giảng dạy chính trong ngành cơ khí chế tạo của đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh. Với ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng và các ngành trong lĩnh vực cơ khí nói chung, Cad/Cam/CNC là một trong những môn học rất quan trọng vì tính ứng dụng cao của nó. Một trong những phần mềm giúp cho sinh viên có kiến thức khởi quan về lĩnh vực Cad/Cam/CNC là phần mềm Fanuc 21, một phần mềm đƣợc d ng trong các trƣờng Đại học, cao đẳng và đặc biệt là trƣờng Sƣ phạm Kỹ thuật TP.

Hồ Chí Minh. Việc nghiên cứu và làm quen với phần mềm Fanuc 21 là một yêu cầu bắt buộc với sinh viên ngành cơ khí chế tạo máy. Trang 7 Nhằm hoàn thiện tài liệu giảng dạy môn học, với chủ đích giúp cho các bạn sinh viên có cái nhìn tổng quan, phát triển kỹ năng trong lập trình gia công CNC cũng nhƣ có thể tiếp cận công nghệ Cad/Cam_CNC đƣợc dễ dàng và hiệu quả nhất, tài liệu này sẽ tập trung vào các nội dung sau : Khái quát và hƣớng dẫn sử dụng phần mềm mô phỏng gia công Cad/Cam_CNC EMCO WINNC GE FANUC SERIES. Phần 2 trình bày chi tiết các bƣớc gia công một chi tiết với phần mềm EMCO WINNC GE FANUC SERIES hƣớng dẫn sinh viên ứng dụng thông qua các bài tập thực hành.

Giới hạn đề tài Đề tài chú trọng biên soạn tài liệu giảng dạy môn “Thí nghiệm Cad/Cam_CNC” phần bài tập: (dành cho sinh viên Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật TP.HCM – Khoa Cơ chế tạo máy - Ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí). Để biên soạn một tài liệu giảng dạy cần thực hiện theo 3 giai đoạn, nhƣng vì chƣa có đủ thời gian để giảng dạy thực nghiệm, đánh giá khả năng ứng dụng, cải tiến và điều chỉnh tài liệu cho phù hợp với ngƣời học và chƣơng trình môn học nên sinh viên nghiên cứu chỉ thực hiện tới giai đoạn thứ 2. Mục tiêu đề tài – Nhiệm vụ nghiên cứu - Mục tiêu đề tài: Biên soạn tài liệu giảng dạy môn “Thí nghiệm Cad/Cam_CNC” phần bài tập: (dành cho sinh viên Trƣờng Đại học Sƣ phạm kỹ thuật TP.HCM – Khoa Cơ chế tạo máy - Ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí). - Nhiệm vụ nghiên cứu:  Nghiên cứu cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn.

 Soạn tài liệu giảng dạy. Khảo sát tài liệu liên hệ V. Các phƣơng pháp sử dụng để thu thập dữ liệu 1. Phƣơng pháp tham khảo tài liệu D ng phƣơng pháp tham khảo tài liệu để thu thập thông tin của những đề tài đã nghiên cứu, tham khảo cách trình bày của một đề tài, các phƣơng pháp, phƣơng tiện sử dụng để nghiên cứu.

Đồng thời, lấy thông tin, tƣ liệu để làm cơ sở cho đề tài đang nghiên cứu. Phƣơng pháp quan sát Phƣơng pháp quan sát đƣợc thực hiện trong quá trình học và tham gia trực tiếp các lớp học môn “Thí nghiệm Cad/Cam_CNC”, từ đó so sánh với lý thuyết để biên soạn tài liệu đảm bảo tính vừa sức, phù hợp với trình độ của sinh viên. Phƣơng pháp lấy ý kiến chuyên gia Trao đổi, tham khảo, tiếp thu ý kiến của giáo viên, những ngƣời đã đi làm có kinh nghiệm về lập kế hoạch trong ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí. Kế hoạch thực hiện Thời gian Công việc 04/09 – 07/10 4/9: Nhận đề tài 9/9 – 7/10: Tham dự lớp “Thí nghiệm Cad/Cam_CNC” do thầy Trần Văn Trọn phụ trách.

Đồng thời nghiên cứu các nội dung liên quan. 08/10 – 20/10 Hoàn thành chƣơng dẫn nhập. 20/10 – 27/10 Hoàn thành cơ sở lý luận. 28/10 – 09/11 Hoàn thành “Bài 1: Giới thiệu phần mềm mô phỏng Fanuc21” 10/11 – 22/11 Hoàn thành “Bài 2: Lập trình phay CNC Fanuc 21M”.

23/11 – 28/11 Hoàn thành “Bài 3: Lập trình phay CNC Fanuc 21M ( tt )”. 29/11 – 18/12 Hoàn thành “Bài 4: Lập trình tiện CNC fanuc 21T” 19/12 – 25/12 Tổng kết. 26/12 – 07/01 Xử lý tài liệu, tổng hợp, viết báo cáo. Kiểm tra, đánh giá, bổ sung, sửa chữa sai sót, nộp báo cáo.

Trang 9 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN Trang 10 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN I. Chức năng của tài liệu giảng dạy 1. Chức năng thông tin Trình bày những nội dung, kiến thức khoa học dựa vào chƣơng trình môn học, bao gồm:  Tầm quan trọng của môn học.  Một số tài liệu tham khảo giúp ngƣời học có thể nâng cao trình chuyên môn.

 Cập nhật hóa kiến thức thông tin để phù hợp với thời đại. Chức năng chỉ đạo học tập Giáo trình giúp học viên nắm bắt kiến thức một cách có hệ thống logic, khoa học. Mở đầu giáo trình phải có lời nói đầu, mục đích yêu cầu, mục lục, nhằm giới thiệu nội dung chính của giáo trình để ngƣời đọc có cái nhìn tổng quát. Cuối bài giảng có câu hỏi lý thuyết, bài tập áp dụng, bài tập kiểm tra nhằm đánh giá mức độ tiếp thu của các học viên từ đó rút ra phƣơng pháp giảng dạy tốt hơn.