skkn ỨNG DỤNG máy KHẮC LASER CNC vào GIẢNG dạy các LỆNH CNC cơ bản

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI
TRƯỜNG TRUNG CẤP KINH TẾ - KỸ THUẬT ĐỒNG NAI

Mã số: ................................

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
ỨNG DỤNG MÁY KHẮC LASER CNC VÀO GIẢNG DẠY CÁC LỆNH
CNC CƠ BẢN

1
Người thực hiện: Phạm Đức Thắng


SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC

I.

THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN
1. Họ và tên: Phạm Đức Thắng
2. Ngày tháng năm sinh: 25/08/1986
3. Nam, nữ: Nam
4. Địa chỉ: Phú Hội, Nhơn Trạch, Đồng Nai
5. Điện thoại:
6. Fax:

(CQ)/

(NR);

ĐTDĐ: 0982905829

E-mail:

7. Chức vụ: Giáo viên
8. Đơn vị công tác: Khoa cơ khí
II.

TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO
- Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Thạc sỹ
- Năm nhận bằng: 2014
- Chuyên ngành đào tạo: Cơ khí động lực

III.

KINH NGHIỆM KHOA HỌC
- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Cơ khí động lực
Số năm có kinh nghiệm:6
- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:
+ Ứng dụng công nghệ thông tin để giảng dạy bài học thực hành lắp ráp động
cơ
+ Giải pháp nâng cao chất lượng ngành Công nghệ ô tô, trường Trung cấp Kinh
tế - Kỹ thuật, Đồng Nai

2


MỤC LỤC
Nội dung
Trang
I.
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

4
II.
THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI
5
PHÁP CỦA ĐỀ TÀI
III. NỘI DUNG ĐỀ TÀI
1. Cơ sở lý luận
2. Cơ sở thực tiễn
IV. HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI
V.
ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
VI. TÀI LIỆU THAM KHẢO
VII. PHỤ LỤC

6
7
15
16
17
18

ỨNG DỤNG MÁY KHẮC LASER CNC VÀO GIẢNG DẠY CÁC LỆNH
CNC CƠ BẢN

I.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
3

Khoa học công nghệ nói chung đang phát triển không ngừng, các tiến bộ
khoa học kỹ thuật này càng được ứng dụng rộng rãi. Các ngành công nghiệp sản
xuất hiện nay đều mang tính tự động hóa, ngành công nghệ kỹ thuật cơ khí cũng
vậy, hàng loạt những ứng dụng khoa học đều được đưa vào sản xuất, công nghệ
CNC là một ví dụ.
Tuy nhiên giá thành của những máy CNC được tích hợp các công nghệ tiên
tiến rất cao. Một trường lớn cũng chỉ một vài máy móc, còn những trường ít kinh
phí thì khả năng để đầu tư một máy CNC thì rất khó khăn.
Để tiếp cận được những công nghệ tiên tiến và giải quyết nhu cầu lao động
có đào tạo, cần có những giải pháp vừa mang tính kinh tế, vừa đáp ứng được với
nhu cầu học tập và giảng dạy của học viên và giáo viên.
Tác giả và nhóm cộng tác đã chế tạo máy khắc Laser CNC để tham gia cuộc
thi thiết bị dạy nghề tự làm của tỉnh Đồng Nai vào tháng 7 năm 2016, đạt giải ba
[4].
Với mục tiêu tránh lãng phí, tích cực khai thác những thiết bị sẵn có của
trường để ứng dụng vào giảng dạy, với mô hình này một số học phần có thể ứng
dụng như Công nghệ CNC, bảo trì máy công cụ CNC, trong đào tạo thực hành
ngành Công nghệ chế tạo máy của trường.
Tác giả đã tiếp tục soạn thảo một số bài học trong học phần công nghệ CNC
có thể ứng dụng mô hình máy khắc CNC vào giảng dạy các lệnh cơ bản CNC.
Trước đây khi dạy học phần Công nghệ CNC học sinh chủ yếu là học lý
thuyết cộng thêm với phần mềm ảo trên máy tính để học các lệnh CNC. Với việc
dạy học như vậy học sinh khó có thể tiếp cận nhanh chóng và tự tin có thể viết các
lệnh CNC khi học xong học phần. Thống kê cho thấy số học sinh tự tin viết được
các lệnh CNC để thực hiện chỉ khoảng 33% các lệnh sau khi học xong học phần.
30% số học sinh có thể lập trình được một số lệnh, số còn lại chưa tự tin thực hiện
được các lệnh trong học phần, giáo viên phải phù đạo thêm.
Như vậy tỉ lệ học sinh có thể đáp ứng được mục tiêu của học phần là chưa
cao, để khắc phục được điều đó nội dung đề tài này sẽ làm sáng tỏ.
Với đặc tính trực quan sinh động khi học trực tiếp trên máy khắc Laser CNC

thực tế học sinh dễ dàng tiếp cận, dễ dàng ứng dụng các lệnh đã học để thao tác
ngay trên máy. Tỉ lệ học sinh đã tự tin thực hiện các lệnh CNC trên máy là 100%.
Với mục đích góp phần nâng cao chất lượng đào tạo học phần Công nghệ
CNC tác giả đã chọn đề tài: “Ứng dụng máy khắc Laser CNC vào giảng dạy các
lệnh CNC cơ bản”.
II.

THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI
1.

Thuận lợi
4


- Nhận thấy sự khó khăn trong đào tạo Công nghệ CNC, lãnh đạo Trường đã cấp
kinh phí để chế tạo máy khắc Laser CNC trong cuộc thi thiết bị dạy nghề tự làm
của Tỉnh Đồng Nai tháng 7 năm 2016.
- Sau khi được lắng nghe ý kiến từ các chuyên gia trong cuộc thi thiết bị tự làm, lãnh
đạo trường đã động viên, khích lệ tiếp tục hoàn thiện mô hình và ứng dụng ngay
vào công tác đào tạo các học phần liên quan trong năm học 2016 - 2017.
- Với sự hỗ trợ và những đóng góp quý báu từ lãnh đạo khoa Cơ khí, quý đồng
nghiệp và học sinh ngành Chế tạo máy và Bảo trì sửa chữa máy công cụ, tác giả có
thể ứng dụng vào giảng dạy ngay trong năm học 2016-2017.
- Hầu hết các vật tư thực hiện chế tạo và cải tiến mô hình đều rất thông dụng, dễ
dàng tìm kiếm thay thế khi gặp vấn đề trục trặc
- Mô hình nhỏ gọn có thể sử dụng để giảng dạy lý thuyết ngay trên phòng lý thuyết.
- Hệ thống máy tính kết hợp để hoạt động mô hình chỉ cần cấu hình tối thiểu nên dễ
dàng sử dụng các hệ thống máy tính cũ của trường có sẵn.
2.

Khó khăn

- Do một kỳ chỉ có 1 lớp học học phần Công nghệ CNC nên việc thống kê tính hiệu
quả của mô hình còn hạn chế.
- Mô hình máy khắc Laser CNC chỉ phát huy được tốt khi giảng dạy gia công các
chi tiết 2D.
- Ứng dụng của mô hình chỉ có thể dạy được các lệnh CNC cơ bản để thao tác các
bản vẽ 2D nên còn có nhiều hạn chế khi gia công các chi tiết phức tạp.
Công nghệ CNC là công nghệ gia công chính xác, do đó quá trình thực hiện
mô hình có nhiều khó khăn, độ chính xác của các chi tiết khi gia công chưa
cao.
III.
1.

NỘI DUNG ĐỀ TÀI
Cơ sở lý luận
Trong các giáo trình lý luận dạy học, tâm lý học của nhiều tác giả (1) quá
trình hình thành kỹ năng cho người học được hình thành qua 05 giai đoạn:
Giai
đoạn
bắt
chước:
Chỉ
hành
động
theo
mẫu;
- Giai đoạn làm được: Hiểu nhiệm vụ, quy trình làm việc nhưng còn có những sai
sót, thời gian hoàn thành chậm và đôi khi còn cần có sự chỉ dẫn.
5

- Giai đoạn làm chính xác: Làm việc theo quy trình, chính xác và hoàn thiện công
việc
nhanh
chóng.
- Giai đoạn hình thành kỹ xảo: Kỹ năng được tự động hoá, trên cơ sở đó hình thành
nên
kỹ
xảo.
- Giai đoạn làm biến hóa. Thể hiện khả năng di chuyển kỹ năng sang các tình
huống mới hoặc hình thành các kỹ năng phức tạp.

Như vậy để hình thành một kỹ năng nào đó người học phải trải qua giai đoạn
trên.
Giai đoạn đầu tiên là giai đoạn bắt chước, vậy để bắt chước được cần điều
kiện gì? Đó là hình ảnh, biểu tượng và vận động, vì vậy để nâng cao kỹ năng của
người học việc ứng dụng những mô hình thực tế là điều cần thiết.

6


2.

Cơ sở thực tiễn
Hiện nay để thực hiện giảng dạy các môn học chuyên ngành Cơ khí, Công
nghệ CNC ở trường khi dạy các lệnh CNC giáo viên thường dạy chủ yếu là lý
thuyết sau đó mô phỏng trên máy tính cho học sinh quan sát, việc học như vậy đã
diễn ra nhiều năm qua, hầu hết học sinh sau khi học xong học phần đều chưa tự tin
lập trình cho một chi tiết mà giáo viên giao ngẫu nhiên, điều này chứng tỏ rằng

việc học hầu như là lý thuyết trên lớp mà chưa được thực hành đã ảnh hưởng đến
kết quả đạt được của học viên.
Việc kết hợp những hệ thống máy tính cũ của trường có các cấu hình tối
thiểu hoạt động cùng với máy cũng là một trong những cơ sở mà tác giả đặt ra.
Nội dung, biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài
Để ứng dụng máy khắc Lazer CNC vào giảng dạy các lệnh CNC cơ bản tác
giả đã thực hiện những nội dung sau:

- Giới thiệu về máy khắc Laser CNC, công dụng và thông số những khả năng làm
việc của máy. Các lệnh có thể sử dụng trên máy khắc Laser CNC.
- Tạo những ví dụ là những chi tiết cụ thể trên bản vẽ để người học vừa học lý
thuyết sau đó kiểm chứng thực tiễn trên máy, thực hiện phương pháp giảng dạy
tích hợp lý thuyết - thực hành song song.
a) Giới thiệu về máy khắc lazer CNC
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT :
Máy khắc Laser CNC là một dạng của máy công cụ CNC điều khiển hai trục bao
gồm trục X và trục Y, Laser được di chuyển theo tọa độ với tín hiệu được lập trình
sẵn từ máy tính. Máy khắc Laser gồm các bộ phận chính sau:
- Cụm trục X
- Cụm trục Y
- Hệ thống xử lý trung tâm
- Nguồn và mô tơ bước và các driver điểu khiển động cơ bước
- Bộ Laser
- Kết cấu khung giá đỡ
Cụm trục X:
Cụm trục X: đóng vai trò làm cho LASER có khả năng di chuyển trong trục
X với chiều dài thiết kế là 620mm, hành trình làm việc là 400mm
7

Cụm trục X bao gồm hai trục trơn và gối đỡ Ø16 để đỡ các bộ phận Laser
giúp Laser có thể di chuyển trên trục cố định tạo thêm sự vững chắc, hai ổ bi trượt
được lắp trên bộ phận Laser để Laser có thể di chuyển một cách nhẹ nhàng.
Trục vít me M16*4 ren vuông giúp Laser có thể di chuyển theo bước nhỏ
nhất
Mô tơ bước: bước 1.80 giúp cho việc điều khiển Laser theo những bước nhỏ.
Cụm trục Y:
Tương tự như cụm trục X trục Y cũng được thiết để để Laser có thể di
chuyển theo trục Y với bước nhỏ chiều dài thiết kế là: 820mm, hành trình làm việc
550mm.
Cụm trục Y cũng gồm hai trục trơn và các gối đỡ Ø16 và 4 ổ bị trượt để đỡ
toàn bộ trục X và laser.
Trục vít me M16*4 ren vuông cũng giúp cho toàn bộ trục X và Laser di
chuyển theo phương Y theo những bước nhỏ.
Cụm hệ thống xử lý trung tâm:
Cụm hệ thống xử lý trung tâm bao gồm:
- Máy tính
- Bộ vi xử lý có nạp sẵn firmware
Máy tính
Hệ thống máy tính được trang bị để cài đặt các phần mềm để bổ trợ cho Máy
khắc Laser. Toàn bộ phần mềm được cài trong hệ thống đều là những phần mềm
mã nguồn mở do vậy hoàn toàn có thể sử dụng tự do mà không lo về vấn đề bản
quyền cũng như giá cả.
Hệ thống máy tính sử dụng với cấu hình tối thiểu. CPU celeron, Ram 1G,
HDD 40g, phù hợp với những máy tính thế hệ cũ của trường đã không còn sử
dụng.


Hệ thống máy tính
Máy tính được các phần mềm như: phần mềm điều khiển chương trình giao tiếp

giữa máy tính và máy khắc Laser: phần mềm GRBL controller.

8


Hình 4.1: Giao diện phần mềm điều khiển GRBL controller

Hình 4.2: Giao diện phần mềm điều khiển GRBL controller khi kiểm tra các thông số

`
Hình 4.3: Mô phỏng đường chạy dao trên phần mềm

9


Phần mềm GRBL controller là phần mềm mã nguồn mở được viết riêng cho
Board điều khiển CNC Arduino.
Phần mềm hỗ trợ các lệnh
G00: Di chuyển nhanh không cắt gọt
G01: Nội suy đường thẳng
G02, G03: Nội suy cung tròn cùng chiều và ngược chiều kim đồng hồ
G54: Hệ tọa độ chuẩn ( chuẩn phôi)
G17: Mặt phẳng làm việc X, Y
G20: Hệ đơn vị sử dụng ( hệ inchs)
G21: Hệ đơn vị sử dụng (Hệ mét)
G90: Lập trình tuyệt đối
G91: Lập trình tương đối
G94: Chế độ cắt mm/phút
M0: Chế độ chạy từng câu lệnh
M01: Dừng chương trình có điều kiện

M02: Kết thúc chương trình
M30: kết thúc chương trình
M5: Dừng trục chính
M8: Bật chế độ làm mát
M9: Tắt chế dộ làm mát
T0: Gọi dụng cụ cắt
F0: Tốc độ cắt (mm/phút)
Ngoài ra phần mềm còn cho phép tự động điều chỉnh các thông số để phù
hợp với một kích thước làm việc của máy gia công CNC.
b) Một số ví dụ
Viết chương trình để gia công chi tiết có bản vẽ như sau:

10


Trong ví dụ này sẽ học được các lệnh như sau:
Lệnh G00, G54, G90, G01, G17, M03, M30, S, F
Ví dụ được thực hiện như sau:
Bước 1: Học sinh được giải thích các loại mã lệnh
Bước 2: Soạn thảo chương trình mẫu
Bước 3: Nhập chương trình vào máy để gia công
Bước 4: Khởi động máy và cho máy gia công
Bước 5: Giao việc cho học sinh tự làm
Bước 6: Học sinh tự kiểm chứng bằng cách nhập chương trình vào máy và chạy
thử
Bước 7: Kiểm tra lại và thay đổi thông số
Bước 8: Phát biểu lại ý nghĩa của các lệnh sau khi đã quan sát máy thực hiện gia
công.
Chương trình mẫu:
N5: G00 G54 G90 X-20 Y-20

N10 S450 M03 F250
N15 C0
11


N20 G01
N25 G42 G91
N30 X10 Y10
N35 X70 Y-10
N40 X20 Y20
N45 X-40 Y60
N50 X-20
N55 X-10 Y-25
N60 X-30 Y-15
N65 X0 Y-40
N70 G40 G90 X-20 Y-20
N75 G00
N80 Y100
N85 M30
Mô phỏng trên mô hình

12


Ví dụ 2:
Viết chương trình gia công nội suy đường tròn như hình bên dưới

N10 G00 X0 Y0
N20 G01 X12 F0.3
N30 G01 X40 Y-25

N40 G03 X70 Y-75 I-3.335 J-29.25
N50 G01 Y-95
N60 G00 X200 Y200

13


Ví dụ 3:
Viết chương trình gia công sử dụng lệnh G90, G91

Nội suy cung tròn theo R và theo I sử dụng G90, G92, G02, G03
Nội suy cung tròn theo R
G92 X200 Y40 Z0
G90 G03 X140 Y100 R60 F300
G02 X120 Y60 R50

Nội suy cung tròn theo I
14


G92 X200 Y40 Z0
G90 G03 X140 Y100 I-60 F300
G02 X120 Y60 I-50

Sử dụng lệnh G91, G02, G03
Nội suy cung tròn theo R
G91 G03 X-60 Y60 R60 F300
G02 X-20 Y-40 R50

Nội suy cung tròn theo I

G91 G03 X-60 Y60 I-60 F300
G02 X-20 Y-40 I-50

IV.

HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI

- Bằng việc thực hiện dạy học song song giữa lý thuyết và thực hành, vận hành trực
tiếp trên máy cho lớp 1309CTM số lượng 18 học sinh, học kỳ 1 năm học 20162017 tác giả đã đạt được những mục tiêu sau:
15


- Mục tiêu về kiến thức: 100% học viên nêu được công dụng của các lệnh được học,
- Mục tiêu về kỹ năng: 100% học sinh đều lập trình được các lệnh để gia công một
chi tiết nào bất kỳ mà giáo viên giao ngẫu nhiên, vận hành được máy, kết nối
chương trình với máy tính
- Mục tiêu về thái độ: 100% tích cực học tập, chủ động suy nghĩ
Bên cạnh đó việc ứng dụng mô hình này vào giảng dạy đã kéo theo việc
tận dụng các máy tính có cấu hình thấp tại trường đã không còn sử dụng để giảng
dạy, giúp trường tiết kiệm được một khoản kinh phí
Sử dụng kết hợp với những máy tính cũ với cấu hình tối thiểu đã lỗi thời
mà hiện nay nhà trường đã ít sử dụng để giảng dạy ngành Kỹ thuật máy tính và Vẽ
thiết kế trên máy tính.

V.

ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
Sử dụng mô hình dạy học gắn liền với thực tế là điều cần thiết, việc kết hợp
giữa lý thuyết và thực hành trên mô hình giúp cho quá trình nhận thức tri thức
được nâng cao, kỹ năng nghề được cải thiện.

Mô hình máy khắc Laser cộng với tài liệu biên soạn để dạy các lệnh CNC cơ
bản có thể ứng dụng vào giảng dạy các lệnh CNC cơ bản, giúp có thể phần nào
nâng cao chất lượng đào tạo học phần Công nghệ CNC.
Tuy đã cố gắng ứng dụng những mô hình có sẵn vào giảng dạy nhằm nâng
cao hiệu quả dạy và học tuy nhiên, mô hình máy khắc Laser CNC với những hạn
chế về số lượng trục nên không thể gia công các chi tiết với mô hình 3D, nên tác
giả chưa đưa được nhiều lệnh vào trong giảng dạy.
Qua nghiên cứu tác giả đề xuất một số giải pháp sau:
- Nâng cấp máy khắc Laser CNC thành máy phay CNC 3 trục, để có thể đào
tạo thêm nhiều lệnh khác, nâng công suất của máy, hoàn thiện mô hình sao cho có
thể tích hợp thêm được các môn học liên quan CNC khác
- Cấp kinh phí biên soạn giáo trình bài giảng để giảng dạy học phần công
nghệ CNC có ứng dụng thực tế, học sinh có thể thao tác trực tiếp trên mô hình. Kết
hợp giữa lý thuyết và hình ảnh minh họa trực quan.

16


VI.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Văn Bính, Trần Sinh Thành, Nguyễn Văn Khôi, Phương pháp dạy học kỹ
thuật công nghiệp, Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội, năm 2004.
2. Nguyễn Văn Kỳ, Phương pháp dạy học tích cực, Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội,
2000
3. Nguyễn Thụy Ai, Phương pháp dạy học kỹ thuật, ĐHSPKT, 2000
4. Quyết định khen thưởng các mô hình dạy học tại cuộc thi Thiết bị dạy nghề tự làm,
tỉnh Đồng Nai năm 2016.
NGƯỜI THỰC HIỆN

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phạm Đức Thắng

17


SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG TRUNG CẤP KINH TẾ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KỸ THUẬT ĐỒNG NAI
Đồng Nai, ngày tháng năm 2017

PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Năm học: 2016 - 2017
Tên sáng kiến kinh nghiệm: ỨNG DỤNG MÁY KHẮC LASER CNC VÀO
GIẢNG DẠY CÁC LỆNH CNC CƠ BẢN
Họ và tên tác giả: Phạm Đức Thắng Đơn vị (Tổ): Khoa cơ khí
Lĩnh vực:
Quản lý giáo dục

 Phương pháp dạy học bộ môn: ........................... 

Phương pháp giáo dục

 Lĩnh vực khác: .................................................... 

1. Tính mới
- Có giải pháp hoàn toàn mới



- Có giải pháp cải tiến, đổi mới từ giải pháp đã có 
2. Hiệu quả
-

Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao 
Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp
dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao 
Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng tại đơn vị có hiệu quả cao 
Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp
dụng tại đơn vị có hiệu quả 
3. Khả năng áp dụng
18


- Cung cấp được các luận cứ khoa học cho việc hoạch định đường lối, chính
sách:
Tốt 
Khá 
Đạt 
- Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiễn, dễ thực
hiện và dễ đi vào cuộc sống: Tốt 
Khá 
Đạt 

- Đã được áp dụng trong thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt
hiệu quả trong phạm vi rộng: Tốt 
Khá 
Đạt 

XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN

THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

(Ký tên, ghi rõ họ tên và đóng dấu)

19


Hình
Tác giả tham gia Hội thi Thiết bị dạy nghề tự làm,
tỉnh Đồng Nai năm 2016

20