TỔNG QUAN HỌC THUẬT VÀ NỘI DUNG CHUYÊN MÔN GIÁO TRÌNH MÁY CẮT KIM LOẠI

Thông tin xuất bản và tài liệu:

  • Tên giáo trình: Giáo trình Môn học Máy cắt kim loại
  • Mã môn học: CG19MH04
  • Cơ quan ban hành: Trường Cao đẳng Dầu khí – Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (Ban hành theo Quyết định số 186/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 03 năm 2020)
  • Nghề đào tạo: Cắt gọt kim loại
  • Trình độ đào tạo: Cao đẳng
  • Ban biên soạn: Trần Thanh Ngọc (Chủ biên), Trần Nam An, Lê Anh Dũng
  • Thời lượng đào tạo: 4 tín chỉ (Tổng cộng 60 giờ: 48 giờ Lý thuyết, 8 giờ Thực hành/Thảo luận/Bài tập, 4 giờ Kiểm tra)

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Máy cắt kim loại (Mã môn học: CG19MH04) là tài liệu đào tạo chuyên môn thuộc khối kiến thức kỹ thuật cơ sở bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại trình độ Cao đẳng tại Trường Cao đẳng Dầu khí. Môn học được bố trí giảng dạy sau các môn học cơ sở như Vẽ kỹ thuật (CK19MH01, CK19MH02), Cơ kỹ thuật (CK19MH03), Vật liệu cơ khí (CK19MH04), Dung sai (CK19MH05), Nguyên lý - Chi tiết máy (CG19MH02) và Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01). Đây là học phần tiên quyết cung cấp nền tảng động học trước khi người học bước vào các mô đun thực hành chuyên sâu gồm Gia công trên máy tiện 1 (CG19MĐ02) và Gia công trên máy phay 1 (CG19MĐ04).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định trên ba phương diện chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1–A7): Trình bày lịch sử phát triển và phân loại máy công cụ; phân tích hình học các dạng bề mặt chi tiết; giải thích bản chất các chuyển động tạo hình; phân loại các cơ cấu truyền động và truyền dẫn; nắm vững công dụng, phân loại và thông số kỹ thuật của máy tiện vạn năng, máy khoan, máy phay vạn năng và đầu phân độ.
  • Kỹ năng (B1–B3): Đọc, phân tích sơ đồ động học và tính toán thông số các cặp bánh răng thay thế trên máy tiện ren vít vạn năng (T616, T620), máy khoan, máy phay và đầu phân độ vạn năng.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1–C3): Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, phương pháp làm việc độc lập và kỹ năng hướng dẫn chuyên môn.

Giáo trình được thiết kế theo cấu trúc 7 chương logic, tiếp cận từ nguyên lý tạo hình bề mặt tổng quát, phân tích cơ cấu cơ khí đến cấu tạo động học chi tiết của từng nhóm máy gia công cắt gọt điển hình.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 7 chương trọng tâm, phát triển tuần tự từ cơ sở lý thuyết đến ứng dụng thiết bị thực tế:

  • Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại: Định nghĩa máy biến đổi năng lượng và máy công cụ; 5 nhóm máy công cụ theo Tiêu chuẩn Việt Nam (máy cắt kim loại, máy gia công gỗ, máy gia công áp lực, máy hàn, máy đúc); bản chất quá trình cắt gọt (phôi, phoi, dao cắt); lịch sử phát triển; xu hướng phát triển (tăng vận tốc cắt, nâng cao độ chính xác, xây dựng mô đun máy, hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, tự động hóa); phân loại máy theo phương pháp cắt (tiện, phay, bào, xọc, khoan, mài, gia công răng), theo trình độ vạn năng (vạn năng, chuyên môn hóa, chuyên dùng), theo độ chính xác, theo khối lượng (hạng nhẹ, hạng vừa < 10 tấn, hạng nặng > 10 tấn, hạng lớn 10–30 tấn) và mức độ tự động hóa.
  • Chương 2: Các bề mặt thông dụng trong chế tạo máy: Nghiên cứu bản chất hình học tạo bề mặt thông qua đường sinh và đường chuẩn. Phân loại bề mặt phẳng (đường chuẩn thẳng kết hợp đường sinh thẳng, gãy khúc, đường cong); bề mặt trụ tròn xoay (đường chuẩn tròn kết hợp đường sinh thẳng, gãy khúc, cong); bề mặt đặc biệt (mặt trụ/mặt nón không tròn xoay, mặt cam, mặt thân khai, acsimet, cánh tuabin, mái chèo, hyperbol, parabol, elip, xoắn logarit).
  • Chương 3: Chuyển động tạo hình của máy công cụ – Sự tổng hợp chuyển động: Phân loại chuyển động tạo hình đơn giản và phức tạp; cấu trúc sơ đồ kết cấu động học (nguồn động lực, xích truyền động, khâu chấp hành); các loại xích động học: xích tạo hình đơn giản (máy phay, khoan), xích tạo hình phức tạp (máy tiện ren vít), xích tạo hình hỗn hợp (máy phay ren vít), xích phân độ (bằng tay, bằng máy, cắt ren nhiều đầu mối), xích vi sai; phương pháp lập phương trình truyền động và công thức điều chỉnh tốc độ, bước ren; chuyển động chính ($v$) và chuyển động chạy dao ($s$); 3 phương pháp tạo hình bề mặt: phương pháp chép hình (định hình), phương pháp theo vết (quỹ tích) và phương pháp bao hình (máy xọc răng).
  • Chương 4: Phân loại máy cơ cấu truyền dẫn và truyền dẫn trong máy cắt kim loại: Cơ cấu truyền động vô cấp (puli côn, hệ thống thủy lực xilanh – piston, van tiết lưu); cơ cấu truyền động phân cấp (puli nhiều bậc, khối bánh răng di trượt, bánh răng thay thế, then kéo); cơ cấu đặc biệt (cơ cấu hợp thành/vi sai tổng hợp tốc độ, cơ cấu đảo chiều cơ khí vuông góc và song song).
  • Chương 5: Máy tiện: Phân loại máy tiện (vạn năng, chép hình, chuyên dùng, máy tiện đứng, máy tiện cụt, máy tiện nhiều dao, máy tiện revolver, máy tiện tự động/bán tự động); cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy tiện ren vít vạn năng (thân máy, sống trượt, hộp trục chính, mâm cặp 3 vấu tự định tâm, mâm cặp 4 vấu không tự định tâm, ụ sau, bàn dao dọc/ngang/xoay/ổ gá dao, giá đỡ cố định/di động); đặc tính kỹ thuật tiêu chuẩn của máy tiện ren vít vạn năng (đường kính gia công lớn nhất 400 mm, khoảng cách hai mũi tâm 710/1000/1400 mm, số cấp tốc độ trục chính $z = 23$, dải vòng quay 12,5 ÷ 2000 vòng/phút, cắt ren quốc tế, ren Anh, ren modun, ren Pitch, động cơ 10 kW).
  • Chương 6: Máy khoan: Công dụng, phân loại máy khoan; cấu tạo các bộ phận chính; phân tích sơ đồ động và cách thiết lập bánh răng thay thế.
  • Chương 7: Máy phay và đầu phân độ: Công dụng, phân loại máy phay; cấu tạo và sơ đồ động học máy phay vạn năng 6H81, 6H12N; cấu tạo và nguyên lý chia độ của đầu phân độ vạn năng.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình thiết lập hệ thống lý thuyết nền tảng về động học máy cắt gọt kim loại:

  • Công thức xác định thông số công nghệ cắt:
    • Chuyển động chính tròn xoay (tiện, phay, khoan): Vận tốc cắt $v = \frac{\pi \cdot d \cdot n}{1000}$ (m/phút); Lượng chạy dao $s = \frac{L}{n \cdot T}$ (mm/vòng).
    • Chuyển động chính tịnh tiến (bào, xọc): Vận tốc cắt $v_s = \frac{L}{1000 \cdot T}$ (m/phút); Lượng chạy dao $s = \frac{B}{n \cdot T}$ (mm/hành trình kép).
  • Phương trình động học và công thức điều chỉnh:
    • Xích tốc độ: $n_{đc} \cdot i_v = n_f \implies i_v = \frac{n_f}{n_{đc}}$ (với $i_v$ là tỉ số truyền hộp tốc độ).
    • Xích cắt ren vít: $1_{\text{vòng trục chính}} \cdot i_s \cdot t_x = t \implies i_s = \frac{t}{t_x}$ (với $i_s$ là tỉ số truyền chạc bánh răng thay thế, $t_x$ là bước ren trục vít me, $t$ là bước ren gia công).
  • Quy luật phân cấp tốc độ: Công thức tính tổng số cấp tốc độ trong hộp tốc độ dùng khối bánh răng di trượt: $Z = P_1 \times P_2 \times \dots \times P_n$. Ví dụ hộp tốc độ gồm 2 nhóm di trượt (nhóm 1 có 2 tỉ số truyền, nhóm 2 có 3 tỉ số truyền) cho $Z = 2 \times 3 = 6$ cấp tốc độ.
  • Nguyên lý vi sai và cơ cấu hợp thành: Thiết lập tỉ số truyền tổng hợp khi truyền động qua bộ vi sai bánh răng côn/trụ với các trường hợp cố định bánh răng hoặc trục dẫn ($i_{I-III} = \frac{1}{2}$, $i_{II-III} = \frac{1}{2}$).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc hiểu bản vẽ sơ đồ động học máy tiện ren vít T616, T620, máy phay 6H81, 6H12N; tính toán phối hợp các cặp bánh răng thay thế $\frac{a}{b} \cdot \frac{c}{d}$ để gia công các hệ ren (ren mét, ren inch, ren modun, ren pitch); tính toán góc quay phân độ trên đĩa chia.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích mối quan hệ giữa đường sinh – đường chuẩn với chuyển động của các cơ cấu chấp hành; phân tích bản chất các phương pháp tạo hình (chép hình, quỹ tích, bao hình) để lựa chọn máy và dao cắt phù hợp.
  • Năng lực thực hành chuyên môn (Practical competencies): Xác định đúng vị trí các tay gạt điều khiển hộp tốc độ, hộp bước tiến; hiểu rõ quy trình thao tác mâm cặp 3 vấu/4 vấu, cơ cấu ly hợp, đai ốc hai nửa của trục vít me, điều chỉnh độ đồng tâm ụ động và căn chỉnh giá đỡ chống võng chi tiết trục dài.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng định hướng dạy học tích cực, kết hợp chặt chẽ giữa trang bị lý thuyết động học và giải quyết các bài toán công nghệ cơ khí:

  • Phương pháp giảng dạy: Giảng viên áp dụng phương pháp thuyết trình ngắn gọn kết hợp nêu vấn đề, phát vấn trực tiếp; tổ chức thảo luận nhóm xử lý các tình huống tính toán xích truyền động; hướng dẫn sinh viên khai thác sơ đồ động học từ tài liệu kỹ thuật máy.
  • Tổ chức bài tập và thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ (8–10 sinh viên) để giải quyết các bài tập tính toán tỉ số truyền, lập phương trình xích cắt ren nhiều đầu mối (góc quay phôi $\frac{2\pi}{k}$), phân tích hoạt động của cơ cấu then kéo và cơ cấu đảo chiều. Mỗi thành viên được phân công nghiên cứu từng khâu động học và tổng hợp báo cáo chung.
  • Điều kiện thực hiện: Giảng dạy tại phòng học lý thuyết tiêu chuẩn trang bị máy chiếu projector, máy vi tính, mô hình học cụ trực quan cắt bổ; yêu cầu người học kết hợp tìm hiểu thực tế thiết bị và cơ cấu dẫn động tại các xưởng cơ khí, doanh nghiệp.
  • Phương pháp kiểm tra, đánh giá (Theo Thông tư 09/2017/TT-BLĐTBXH):
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1, chiếm 40%): 01 cột điểm thực hiện sau 15 giờ học bằng hình thức vấn đáp, thuyết trình hoặc báo cáo nhóm (đánh giá chuẩn đầu ra A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2).
    • Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2, thuộc điểm quá trình): 01 bài kiểm tra sau 45 giờ học (đánh giá chuẩn đầu ra A4, B4, C3).
    • Điểm thi kết thúc môn học (Chiếm 60%): Bài thi viết kết hợp tự luận và trắc nghiệm sau 60 giờ học, đánh giá toàn diện chuẩn đầu ra (A1–A7, B1–B3, C1–C3).
    • Thang điểm: Chấm theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân, quy đổi sang thang điểm chữ và thang điểm 4 theo quy chế đào tạo tín chỉ.
  • Quy định tự học đối với người học: Nghiên cứu bài trước khi đến lớp; tham dự tối thiểu 70% số giờ lý thuyết (vắng quá 30% phải học lại) và 100% thời lượng bài tập/thảo luận; chủ động chuẩn bị tài liệu và hoàn thành báo cáo nhóm đúng tiến độ.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa theo chương trình đào tạo Cao đẳng Dầu khí 2020: Giáo trình được biên soạn trực tiếp theo khung chương trình ban hành năm 2020 của Trường Cao đẳng Dầu khí, đảm bảo sự tương thích chặt chẽ với hệ thống xưởng gia công thực nghiệm và mục tiêu cung ứng nhân lực kỹ thuật cho ngành cơ khí, dầu khí.
  • Tích hợp xu hướng phát triển công nghệ gia công kim loại: Cập nhật các định hướng của ngành chế tạo máy hiện đại như nâng cao vận tốc cắt, nâng cao độ chính xác gia công, module hóa kết cấu máy, tích hợp hệ thống điều khiển điện tử, thủy lực (hệ xilanh – piston – van tiết lưu), khí nén và hình thành các trung tâm gia công linh hoạt.
  • Gắn kết trực tiếp với các dòng máy công cụ thực tế: Giáo trình không dừng lại ở lý thuyết trừu tượng mà phân tích chi tiết kết cấu động học của các dòng máy công cụ phổ biến tại Việt Nam: máy tiện ren vít vạn năng T616, T620, T630 (Nhà máy máy công cụ số 1) và máy phay vạn năng 6H81, 6H12N.
  • Hệ thống hóa tài liệu tham khảo chuyên ngành uy tín: Nội dung giáo trình kế thừa và chuẩn hóa kiến thức từ các tài liệu kinh điển trong nước: Máy cắt kim loại (Trần Văn Khiêm, Lê Văn Tiến), Kỹ thuật tiện (Đỗ Đức Cường – Bộ Cơ khí Luyện kim), Thực hành cơ khí (Trần Thế San, Hoàng Trí, Nguyễn Thế Hùng – NXB Đà Nẵng).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Đối tượng chính: Sinh viên trình độ Cao đẳng hệ chính quy chuyên ngành Cắt gọt kim loại, Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí hoặc Chế tạo máy.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học cơ sở gồm:
    • Vẽ kỹ thuật 1 & 2 (CK19MH01, CK19MH02)
    • Cơ kỹ thuật (CK19MH03)
    • Vật liệu cơ khí (CK19MH04)
    • Dung sai (CK19MH05)
    • An toàn – vệ sinh lao động (ATMT19MH01)
    • Autocad (CG19MH01)
    • Nguyên lý – Chi tiết máy (CG19MH02)
    • Gia công nguội cơ bản (CG19MĐ01)
  • Đối với giảng viên: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn mực cho môn học CG19MH04, làm căn cứ biên soạn giáo án lý thuyết, thiết kế phiếu bài tập tính toán xích truyền động và xây dựng ngân hàng đề thi trắc nghiệm/tự luận.
  • Đối với kỹ thuật viên và thợ gia công: Tài liệu phục vụ tra cứu nguyên lý động học, cách tính tỉ số truyền bánh răng thay thế khi gia công các loại ren đặc biệt hoặc sử dụng đầu phân độ trong các xưởng cơ khí chế tạo.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được biên soạn riêng cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại tại Trường Cao đẳng Dầu khí và sinh viên các ngành kỹ thuật cơ khí chế tạo máy cần nắm vững nguyên lý truyền động của máy công cụ.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần tích lũy kiến thức về hình học họa hình, đọc bản vẽ cơ khí (Vẽ kỹ thuật), cơ học lý thuyết, sức bền vật liệu (Cơ kỹ thuật), tính chất vật liệu kim loại, dung sai lắp ghép và cấu tạo các chi tiết máy truyền động (bánh răng, đai, trục, ổ đỡ).

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu thuần lý thuyết khác?

Giáo trình tập trung giải thích cấu trúc động học thông qua các sơ đồ xích truyền động cụ thể, gắn liền với các dòng máy công cụ thực tế tại xưởng (máy tiện T616, T620; máy phay 6H81, 6H12N), giúp người học kết nối ngay giữa tính toán lý thuyết và điều chỉnh tay gạt trên máy.

4. Làm sao để tự học và nghiên cứu giáo trình hiệu quả?

Người học nên kết hợp đọc trước lý thuyết từng chương, làm việc nhóm từ 8–10 người để giải quyết các bài tập phân tích xích truyền động, tự thiết lập phương trình xích tốc độ, xích chạy dao và đối chiếu trực tiếp với máy công cụ thực tế tại xưởng thực hành.

5. Có tài liệu bổ trợ và học liệu nào kèm theo?

Tài liệu tham khảo kèm theo gồm giáo trình Máy cắt kim loại (Trần Văn Khiêm, Lê Văn Tiến), sách Kỹ thuật tiện (Đỗ Đức Cường), Thực hành cơ khí (Trần Thế San, Hoàng Trí, Nguyễn Thế Hùng) cùng các mô hình cơ cấu truyền động trực quan tại phòng thực hành.

Kết luận

Giáo trình Máy cắt kim loại (CG19MH04) cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về nguyên lý hoạt động, sơ đồ động học và phương pháp tạo hình bề mặt trên các loại máy công cụ cắt gọt kim loại. Tài liệu đóng vai trò kết nối bản lề giữa khối kiến thức cơ sở kỹ thuật và các mô đun kỹ năng nghề thực hành tiện, phay, khoan, mài và gia công CNC tiếp nối trong chương trình đào tạo Cao đẳng Cắt gọt kim loại. Việc nắm vững các quy luật truyền dẫn và công thức điều chỉnh động học trong giáo trình là cơ sở để người học làm chủ thiết bị gia công cơ khí trong môi trường sản xuất thực tế.