Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Khí cụ điện máy công cụ (mã mô đun: 23137345MDCG) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc nghề Cắt gọt kim loại, được Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng ban hành năm 2024 theo quyết định của Hiệu trưởng nhà trường, do Khoa Cơ khí tổ chức biên soạn với sự chủ biên của tác giả Trần Ngọc Thuyết. Trong khung chương trình đào tạo theo hệ thống tín chỉ, mô đun này giữ vị trí tự chọn thuộc khối các mô đun chuyên môn nghề, áp dụng đồng thời cho hai cấp trình độ đào tạo: Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề, đồng thời hỗ trợ lộ trình đào tạo liên thông lên các bậc học cao hơn.

Thời lượng toàn bộ mô đun được thiết kế với tổng thời gian 75 giờ, bao gồm 15 giờ lý thuyết, 58 giờ dành cho thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập và 02 giờ kiểm tra định kỳ. Mục tiêu học tập cốt lõi của giáo trình tập trung trang bị cho người học ba nhóm năng lực chính:

  • Kiến thức: Nhận diện các loại khí cụ điện hạ áp lắp đặt trên máy công cụ; hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý làm việc; phân tích được quy trình làm việc và yêu cầu trang bị điện của các máy cắt gọt điển hình (tiện, phay, khoan, mài); phân tích nguyên lý sơ đồ mạch làm cơ sở phát hiện hư hỏng và lập phương án thay thế, cải tiến.
  • Kỹ năng: Kiểm tra, sửa chữa và thay thế khí cụ điện hư hỏng; bảo trì buồng điều khiển máy công cụ; vận hành hệ thống mạch theo đúng quy trình của nhà sản xuất; thiết lập kế hoạch bảo dưỡng định kỳ gắn liền yêu cầu an toàn vệ sinh công nghiệp.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, độ chính xác kỹ thuật, khả năng phối hợp làm việc nhóm và tuân thủ các quy tắc an toàn xưởng máy.

Cấu trúc giáo trình tiếp cận theo mô hình tích hợp giữa lý thuyết khí cụ và thực hành trang bị điện trực tiếp trên các dòng máy cắt gọt cụ thể. Điểm đặc trưng của tài liệu là tỷ lệ thời lượng thực hành chiếm tới 77,3% tổng quỹ thời gian (58/75 giờ), lấy các sơ đồ mạch công nghiệp thực tế làm trung tâm đào tạo kỹ năng nghề.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình bao gồm 1 bài mở đầu và 5 bài học chuyên đề được bố trí theo tiến trình logic từ linh kiện, khí cụ đơn lẻ đến hệ thống trang bị điện hoàn chỉnh:

  • Bài mở đầu: Khái niệm chung về máy cắt gọt kim loại (4 giờ lý thuyết): Khái quát lịch sử hình thành máy cắt gọt kim loại từ thời kỳ đồ đá, đồ đồng, đồ sắt đến giai đoạn phát minh máy tiện cơ giới có bàn dao (1710–1712) và máy tiện ren vít thế kỷ 18. Trình bày khái niệm bóc tách kim loại thừa để gia công thô và gia công tinh. Phân loại máy thành ba nhóm lớn: máy gia công có phoi (tiện, phay, bào, khoan, mài), máy gia công không phoi (dập, ép, kéo) và máy gia công bằng phương pháp mới (tia lửa điện, điện hóa, laser); phân loại theo quy mô khối lượng (từ dưới 10 tấn đến trên 100 tấn) và cấp chính xác. Xác định đặc tính của chuyển động cơ bản (chuyển động chính, chuyển động ăn dao) và chuyển động phụ. Khảo sát các thiết bị điện chuyên dụng như nam châm điện xoay chiều (lực hút 10–80N, hành trình lõi 5–15mm), bàn từ kèm giải pháp khử từ dư, khớp ly hợp điện từ và các hệ truyền động chính (động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc, hệ F-Đ, MĐKĐ-Đ, KĐT-Đ, T-Đ, biến tần).
  • Bài 1: Các khí cụ điện trên máy cắt gọt (8 giờ: 3 lý thuyết, 5 thực hành): Cung cấp định nghĩa, chức năng đóng cắt, bảo vệ, đo lường và phân loại khí cụ điện. Phân tích chi tiết Aptomat (cấu tạo MCB, MCCB; các thông số kỹ thuật In, Ir, Ue, Icu, Icw, Ics, AT, AF; cơ chế tác động nhiệt bằng thanh lưỡng kim và tác động điện từ bảo vệ ngắn mạch; nguyên nhân nhảy át do quá tải, chập cháy, sóng hài); Cầu chì (phần tử ngắt mạch bằng bạc hoặc đồng, vỏ cách điện, hạt silicat dập hồ quang, phân loại AC, DC, tiêu chuẩn IEC 947); Công tắc tơ (Contactor với 8 bộ phận, mạch từ, cuộn dây, hệ thống tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ 43NO/31NC, 32NC/44NO); Rơ le nhiệt (thanh lưỡng kim ghép giữa invar gồm 36% Ni + 64% Fe với đồng thau hoặc thép crom-niken có độ giãn nở nhiệt chênh lệch 20 lần; tiếp điểm đóng NC, mở NO); Điện trở – Biến trở (công thức $R = U/I$, bảng mã màu 4 vòng, biến trở con chạy, biến trở than, dây cuốn Nichrome, Cermet); Máy biến dòng (CT) và máy biến điện áp đo lường (BU với cấp điện áp chuẩn thứ cấp 100V hoặc $100/\sqrt{3}\text{ V}$, nguyên tắc không được để hở mạch thứ cấp của biến dòng).
  • Bài 2: Trang bị điện nhóm máy tiện (18 giờ: 2 lý thuyết, 15 thực hành, 1 kiểm tra): Khảo sát cấu tạo máy tiện và các yêu cầu truyền động chính (phạm vi điều chỉnh $D = (40\div 125)/1$, độ trơn $\varphi = 1,06\div 1,21$, công suất không đổi $P_c = \text{const}$, sai số tĩnh dưới 10%), truyền động ăn dao (mômen không đổi $M = \text{const}$, phạm vi điều chỉnh $D = (50\div 300)/1$). Phân tích sơ đồ nguyên lý máy tiện T616 gồm động cơ trục chính 1Đ (loại AO51-4Φ2; 380V; 4,5kW; 1440 vòng/phút), động cơ bơm dầu bôi trơn 2Đ (ΦTO1-2; 0,125kW; 2800 vòng/phút), động cơ bơm nước làm mát 3Đ (ΠA22; 0,125kW; 2800 vòng/phút), biến áp BA cấp nguồn 36V cho đèn chiếu sáng Đ (10W), bộ khống chế tay gạt KC (3 vị trí, 4 tiếp điểm), rơ le điện áp RU bảo vệ kém áp và chống tự mở máy lại, các công tắc tơ 1K, 2K, 3K, cầu dao 1CD, 2CD và cầu chì 1CC, 2CC.
  • Bài 3: Trang bị điện nhóm máy phay (18 giờ: 2 lý thuyết, 15 thực hành, 1 kiểm tra): Khái quát đặc điểm chuyển động dao phay quay tròn và phôi chuyển động tịnh tiến; phân tích sơ đồ nguyên lý mạch điện và bố trí thiết bị trên máy phay 6H81.
  • Bài 4: Trang bị điện nhóm máy khoan (10 giờ: 2 lý thuyết, 8 thực hành): Khảo sát các dòng máy khoan bàn, khoan cần, khoan đứng, khoan lỗ sâu; nghiên cứu mạch điện và sơ đồ bố trí thiết bị trên máy khoan cần 2A55.
  • Bài 5: Trang bị điện nhóm máy mài (17 giờ: 2 lý thuyết, 15 thực hành): Khảo sát công nghệ mài tròn ngoài, mài phẳng kèm bàn từ; phân tích sơ đồ nguyên lý mạch điện máy mài 3A161.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Nội dung giáo trình hình thành nền tảng kỹ thuật qua ba trụ cột kiến thức:

  • Lý thuyết cơ bản về mạch điện và khí cụ điện hạ áp: Bản chất sự cản trở dòng điện của vật liệu dẫn điện, định luật Ohm, cảm ứng điện từ trên cuộn dây và lõi thép Silic kỹ thuật, cơ chế dập hồ quang điện trong không gian kín hoặc bằng hạt silicat.
  • Nguyên lý vật lý của các phần tử bảo vệ: Hiện tượng giãn nở vì nhiệt không đồng đều của các cặp kim loại ghép đôi ứng dụng trong rơ le nhiệt và cơ chế quá tải của Aptomat; lực điện từ sinh ra khi ngắn mạch để ngắt tức thời cơ cấu móc lẫy.
  • Nguyên lý điều khiển truyền động cơ – điện: Nguyên lý đảo chiều quay động cơ ba pha qua tiếp điểm công tắc tơ; khâu khóa chéo bảo vệ ngắn mạch giữa các pha; chế độ liên động khởi động tuần tự giữa bơm dầu bôi trơn và động cơ trục chính; điều chỉnh tốc độ cơ khí bằng hộp tốc độ kết hợp động cơ nhiều cấp tốc độ thay đổi số đôi cực stato.

Kỹ năng phát triển

Người học được rèn luyện các nhóm kỹ năng thực hành nghề nghiệp cụ thể:

  • Kỹ năng kỹ thuật: Đọc, bóc tách và phân tích các sơ đồ nguyên lý, sơ đồ nối dây; lựa chọn đúng thông số định mức của Aptomat (In, Ir), rơ le nhiệt, cầu chì theo công suất phụ tải; tiến hành lắp ráp panen, đấu nối mạch động lực, mạch điều khiển, mạch bảo vệ theo bảng kê thiết bị.
  • Kỹ năng phân tích và chẩn đoán: Nhận diện hiện tượng bất thường trong mạch (nhảy Aptomat do ngắn mạch, quá tải nhiệt hoặc ảnh hưởng của sóng hài thiết bị phi tuyến); kiểm tra độ cách điện, thông mạch và chạm vỏ tại các cầu đấu dây.
  • Kỹ năng thực hành vận hành – bảo trì: Vận hành không tải và có tải hệ thống máy cắt gọt (máy tiện T616); kiểm tra chiều quay động cơ và hoạt động của các bộ khống chế tay gạt; xử lý hư hỏng tiếp điểm công tắc tơ, thay thế dây chảy cầu chì và định kỳ bảo dưỡng tủ điện điều khiển máy công cụ.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng phương pháp giảng dạy theo cấu trúc kết hợp giữa thuyết trình nền tảng và hướng dẫn thao tác trực quan tại xưởng thực hành:

  • Phương pháp sư phạm: Đối với nhà giáo, tài liệu yêu cầu căn cứ vào mục tiêu từng bài để phân chia thời lượng giảng dạy lý thuyết chuyên môn (15 giờ) kết hợp trực tuyến linh hoạt ở các nội dung tổng quan. Giáo viên trực tiếp hướng dẫn sinh viên quan sát khí cụ thật, sơ đồ bố trí không gian panen tủ điện, sử dụng tranh ảnh, bản vẽ treo tường, bản vẽ trên phim trong và phiếu công nghệ để phân tích mạch.
  • Tình huống kỹ thuật và bài tập ứng dụng: Tài liệu đưa vào các tình huống thực hành kỹ thuật như phân tích nguyên nhân Aptomat bị ngắt mạch bất thường khi vận hành nhiều thiết bị đồng thời; phương án tăng dung sai định mức lên 20% đối với hệ thống phát sinh sóng hài; phân tích điều kiện liên động tiếp điểm $3K(4,2)$ của bơm dầu $2Đ$ cấp điện cho cuộn hút $1K(7,4)$ trục chính máy tiện T616; quy trình đảo cực tính nguồn cấp cho bàn từ nhằm khử từ dư để tháo phôi sau khi gia công mài phẳng.
  • Quy trình thực hành lắp ráp: Sinh viên thực hiện chuẩn hóa kỹ năng thông qua ba bước thực hành trên bảng panen:
    1. Bước 1: Lựa chọn, kiểm tra thông số kỹ thuật khí cụ theo bảng kê trang bị điện và định vị lên panen, gá lắp tay gạt cơ khí đúng vị trí quy định.
    2. Bước 2: Đấu nối mạch điều khiển theo sơ đồ nguyên lý, liên kết các tiếp điểm tay gạt khống chế, đấu cuộn hút công tắc tơ, đấu mạch rơ le điện áp và mạch hạ áp đèn làm việc 36V qua biến áp cách ly BA.
    3. Bước 3: Đấu nối mạch động lực, liên kết nguồn qua cầu dao, cầu chì, tiếp điểm chính công tắc tơ đến hộp cực động cơ.
  • Phương pháp đánh giá: Quy trình kiểm định chất lượng đào tạo được thực hiện thông qua kiểm tra thường xuyên, kiểm tra định kỳ và thi kết thúc mô đun bằng hình thức thực hành thao tác trên thiết bị thực tế. Tiêu chí đánh giá bao quát sự chuẩn xác trong đấu nối mạch, tốc độ nhận diện khí cụ, quy trình xử lý sự cố và mức độ tuân thủ an toàn vệ sinh công nghiệp.
  • Hướng dẫn tự học: Giáo trình khuyến khích sinh viên tự học thông qua việc trả lời hệ thống câu hỏi ôn tập sau mỗi bài học; nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, catalog kích thước khí cụ (như bản vẽ Aptomat LS ABN203c 250A); tra cứu ký hiệu tiếp điểm và xem xét trước sơ đồ nguyên lý máy công cụ trước khi lên xưởng.

Điểm nổi bật và cập nhật

Giáo trình ghi nhận nhiều dữ liệu kỹ thuật và ứng dụng thực tế:

  • Tích hợp linh kiện kỹ thuật từ các nhà sản xuất công nghiệp: Tài liệu đưa vào các ví dụ đối chiếu và hình ảnh phân tích từ các thương hiệu khí cụ điện thông dụng như: Aptomat tép MCB của hãng LS, Aptomat khối MCCB của hãng Mitsubishi (các mã định danh NF125-CV dòng cắt 10kA, NF125-SV dòng cắt 30kA, NF125-HV dòng cắt 50kA, NF400-SEW có khả năng chỉnh định dòng từ 200A đến 400A); cấu tạo Aptomat MCB và MCCB của Schneider; rơ le nhiệt của Hyundai; bản vẽ kích thước chi tiết Aptomat LS ABN203c 250A.
  • Đề cập đến ảnh hưởng của tải phi tuyến và sóng hài: Giáo trình cung cấp giải thích kỹ thuật về hiện tượng nhảy Aptomat không rõ nguyên nhân xuất phát từ sóng hài do các thiết bị phi tuyến tạo ra (biến tần, bộ chuyển đổi nguồn xoay chiều sang một chiều), kèm giải pháp kỹ thuật là lựa chọn thiết bị đóng cắt có dòng định mức cao hơn 20% so với tính toán tải thông thường.
  • Phân loại chuyên sâu các phần tử bán dẫn và vật liệu mới: Đưa vào phân loại các dòng điện trở phi tuyến tính, điện trở nhiệt Thermistor (gồm hệ số nhiệt dương PTC và hệ số nhiệt âm NTC), điện trở nóng chảy Fusible Resistor, quang trở Photoresistor; các chủng loại biến trở theo vật liệu như biến trở than (Carbon), biến trở dây cuốn Nichrome chịu công suất cao, biến trở nhựa dẫn điện và biến trở Cermet.
  • Mô hình hóa toàn diện các dòng máy gia công điển hình: Không dừng lại ở lý thuyết tĩnh, tài liệu trích xuất trực tiếp sơ đồ nguyên lý mạch điện của các dòng máy công cụ đang vận hành tại các xưởng sản xuất: máy tiện T616, máy phay 6H81, máy khoan cần 2A55 và máy mài 3A161.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình được biên soạn phục vụ các nhóm đối tượng và điều kiện chuyên môn sau:

  • Sinh viên và học viên: Dành cho học sinh, sinh viên theo học nghề Cắt gọt kim loại ở cả hai bậc Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề. Tài liệu phục vụ cả hình thức đào tạo ban đầu lẫn hệ đào tạo liên thông kỹ thuật từ trung cấp lên cao đẳng.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần được trang bị các kiến thức cơ bản về an toàn điện công nghiệp, vật lý đại cương phần điện học, kỹ thuật đo lường điện cơ bản, nguyên lý cắt gọt kim loại và kỹ năng đọc bản vẽ kỹ thuật cơ khí – điện.
  • Giảng viên và cán bộ giảng dạy: Tài liệu là căn cứ pháp lý và chuyên môn để giáo viên thiết kế đề cương bài giảng, lập kế hoạch bố trí xưởng thực hành, chuẩn bị vật tư học liệu (phiếu công nghệ, dầu nhờn, giẻ lau, tranh vẽ treo tường, bản vẽ trên phim trong) và xây dựng đáp án kiểm tra tay nghề.
  • Kỹ thuật viên xưởng máy và người tự học: Giáo trình có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho thợ vận hành máy công cụ, công nhân kỹ thuật bảo trì tại các phân xưởng cơ khí nhằm phục vụ việc tra cứu ký hiệu mạch, kiểm tra chức năng tiếp điểm, thay thế linh kiện khí cụ và khắc phục các sự cố điện cơ bản trên máy cắt gọt.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế cho học sinh, sinh viên nghề Cắt gọt kim loại hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề theo hệ thống tín chỉ, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho giáo viên kỹ thuật và kỹ thuật viên bảo trì máy công cụ tại các nhà xưởng.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học cần có kiến thức cơ sở về kỹ thuật điện (định luật Ohm, mạch điện xoay chiều 1 pha, 3 pha), nguyên lý truyền động cơ khí, kỹ năng đọc ký hiệu bản vẽ điện công nghiệp và kiến thức về an toàn vệ sinh công nghiệp.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Giáo trình giảm thiểu lý thuyết hàn lâm, dành tới 58/75 giờ (77,3%) cho nội dung thực hành lắp ráp, phân tích mạch trên panen và xưởng máy. Nội dung gắn liền trực tiếp với các dòng máy công cụ cụ thể gồm máy tiện T616, máy phay 6H81, máy khoan cần 2A55 và máy mài 3A161, thay vì sử dụng các sơ đồ giả định.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học nên bám sát danh mục câu hỏi ôn tập cuối mỗi bài, kết hợp đọc bảng kê trang bị điện với sơ đồ nguyên lý mạch, tra cứu cấu tạo và ký hiệu đầu cực của các khí cụ (Contactor, Aptomat, Rơ le nhiệt, Biến áp BU, Biến dòng CT), đồng thời rèn luyện kỹ năng phân tích mạch thông qua các bước lắp ráp panen được chỉ dẫn ở Bài 2.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu được hỗ trợ bởi hệ thống học liệu xưởng thực hành gồm tranh ảnh, bản vẽ treo tường, bản vẽ trên phim trong, phiếu công nghệ và danh mục tài liệu tham khảo được viện dẫn gồm: Giáo trình Trang bị điện (Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tân – NXB Khoa học và Kỹ thuật) và Giáo trình thực hành Trang bị điện (NXB Giáo dục, Thành phố Hồ Chí Minh).

Kết luận

Giáo trình Khí cụ điện máy công cụ của Trường Cao đẳng Nghề Sóc Trăng hệ thống hóa toàn diện các dữ liệu kỹ thuật về thiết bị đóng cắt, điều khiển và bảo vệ mạch điện trong lĩnh vực gia công cơ khí. Lộ trình học tập được thiết kế khoa học: xuất phát từ nhận diện cấu tạo, thông số khí cụ đơn lẻ (Bài mở đầu, Bài 1), tiến tới phân tích sơ đồ, lắp ráp panen và chạy thử mạch máy tiện T616 (Bài 2), sau đó mở rộng sang các hệ thống trang bị điện chuyên sâu trên máy phay 6H81, máy khoan 2A55 và máy mài 3A161 (Bài 3, 4, 5). Để nâng cao hiệu quả đào tạo, người học được khuyến nghị kết hợp khai thác các tài liệu tham khảo chuyên ngành của Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật cùng hệ thống phiếu công nghệ thực hành tại xưởng máy.