Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun Phay bánh răng trụ răng thẳng (Mã mô đun: MĐ 27) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại ở trình độ Trung cấp, do Khoa Cơ khí động lực thuộc Trường Cao đẳng Cơ giới (Quảng Ngãi) biên soạn theo Quyết định ban hành nội bộ, với sự tham gia của chủ biên Nguyễn Đình Kiên. Về mặt vị trí trong cấu trúc chương trình khung 1.905 giờ, mô đun MĐ 27 được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và mô đun nghề nền tảng bao gồm: Vẽ kỹ thuật (MH 07), Autocad (MH 08), Cơ kỹ thuật (MH 09), Dung sai – Đo lường kỹ thuật (MH 10), Vật liệu cơ khí (MH 11), Tiện trụ ngắn, trụ bậc, tiện trụ dài (MĐ 15) và Phay đa giác (MĐ 26).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định rõ ràng trên ba phương diện: kiến thức (A1–A10), kỹ năng (B1) và năng lực tự chủ, trách nhiệm (C1). Về kiến thức, người học phải trình bày được nguyên lý gia công bánh răng, tính toán các thông số hình học, lựa chọn dao phay mô đun phù hợp, phân tích phương pháp phay trên máy phay đứng và phay ngang vạn năng, tính toán bộ bánh răng thay thế khi phân độ vi sai và giải thích các dạng sai hỏng. Về kỹ năng, tài liệu chuẩn hóa năng lực vận hành máy phay để gia công bánh răng trụ răng thẳng đạt cấp chính xác 8÷6, độ nhám bề mặt cấp 4÷5 (hoặc Ra theo tiêu chuẩn tương ứng), bảo đảm an toàn kỹ thuật và định mức thời gian.

Cấu trúc giáo trình có tổng thời lượng 60 giờ (gồm 8 giờ lý thuyết, 51 giờ thực hành và 1 giờ kiểm tra), được chia làm 2 bài học trọng tâm: Bài 1 tập trung vào các thông số động học của bánh răng và dụng cụ cắt; Bài 2 hướng dẫn chi tiết quy trình công nghệ phay bánh răng, phương pháp phân độ đơn giản và phân độ vi sai. Điểm đặc sắc của giáo trình là cách tiếp cận công nghệ gia công định hình (chép hình) trên các dòng máy phay vạn năng truyền thống kết hợp đầu phân độ, giải quyết bài toán công nghệ trong điều kiện sản xuất đơn chiếc, sửa chữa thay thế và loạt nhỏ tại các cơ sở cơ khí.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được cấu trúc tuyến tính qua 2 bài chuyên đề chính:

[Bài 1: MĐ 27-01] Thông số động lực học của bánh răng trụ răng thẳng (3 giờ LT)
[Bài 2: MĐ 27-02] Phay bánh răng, thanh răng (57 giờ: 5 giờ LT, 51 giờ TH, 1 giờ KT)

  • Bài 1: Thông số động lực học của bánh răng trụ răng thẳng (Mã bài: MĐ 27-01, 3 giờ lý thuyết):

    • Tổng quan phương pháp gia công: Phân biệt phương pháp bao hình (phay lăn răng bằng dao trục vít thân khai, xọc răng bằng dao dạng bánh răng/thanh răng trên máy chuyên dùng) và phương pháp chép hình (phay định hình bằng dao phay đĩa/dao phay ngón mô đun, xọc chép hình, chuốt định hình). Giới thiệu các phương pháp gia công tinh bề mặt răng như cà răng ($m = 2\div6$, $Ra = 0,63\div0,16,\mu\text{m}$), mài bao hình, mài định hình (đạt cấp chính xác 4÷6), chạy rà và vê đầu răng.
    • Hệ thống thông số hình học bánh răng: Xác lập công thức tính toán: mô đun $m = P/\pi$; số răng $Z = D_p/m$; đường kính vòng chia $D_p = m \cdot Z$; đường kính vòng cơ sở $D_0$; đường kính vòng đỉnh $D_a = m(Z + 2)$; đường kính vòng chân $D_c = m(Z - 2,5)$; góc ăn khớp tiêu chuẩn $\alpha_0 = 20^\circ$; chiều cao răng $H = h_1 + h_2 = 2,25m$ (với chiều cao đầu răng $h_1 = m$, chiều cao chân răng $h_2 = 1,25m$); bước răng $P = \pi \cdot m$; khe hở chân răng $c = 0,25m$.
    • Kỹ thuật đo kiểm: Kiểm tra khoảng pháp tuyến chung $W$ bằng thước cặp hoặc panme đo răng thông qua công thức xác định số răng bao $Z_n$: $$Z_n = \frac{\alpha_0}{180^\circ} \cdot Z + 0,5 = \frac{20}{180} \cdot Z + 0,5 \approx 0,111 \cdot Z + 0,5$$
    • Dao phay mô đun: Cấu tạo góc cắt của dao phay đĩa thô (góc trước $\gamma = 5\div10^\circ$, góc sau $\alpha = 10\div15^\circ$), dao phay tinh ($\gamma = 0^\circ$); phạm vi sử dụng dao phay ngón mô đun ($m = 10\div50$); bảng tra chọn số hiệu dao phay theo số răng chi tiết gia công (bộ 8 dao cho $m \le 8$; bộ 15 dao và bộ 26 dao cho $m > 8$).

  • Bài 2: Phay bánh răng, thanh răng (Mã bài: MĐ 27-02, 57 giờ):

    • Yêu cầu kỹ thuật: Bánh răng gia công phải đảm bảo số răng đều, đúng biên dạng, đúng tâm; đạt độ cứng sau nhiệt luyện từ 45 đến 60 HRC; độ nhám và cấp chính xác đạt yêu cầu bản vẽ.
    • Phân độ gián tiếp đơn giản: Thiết lập công thức tính số vòng quay tay quay $n$ trên đầu phân độ có đặc tính $N = 40$ (tỷ số truyền trục vít - bánh vít $k_t / z_t = 1/40$): $$n = \frac{N}{Z} = \frac{40}{Z}$$
    • Quy trình phay trên máy phay ngang và máy phay đứng vạn năng: Chuẩn bị phôi, rà gá đầu phân độ và ụ động đồng trục song song với bàn máy bằng đồng hồ so; gá phôi trên trục gá kết hợp tốc kẹp hoặc mâm cặp; lấy tâm dao đối xứng với tâm phôi bằng vạch dấu phấn màu hoặc dưỡng ke $90^\circ$; thiết lập chế độ cắt ($n = 120$ vòng/phút, lượng tiến dao $S = 30\div40$ mm/phút, chiều sâu cắt thô $t_{\text{thô}} = \frac{2}{3}H$, cắt tinh $t_{\text{tinh}} = \frac{1}{3}H$); thực hiện phay nghịch; cắt thử kiểm tra vết chia; công thức tính chiều sâu cắt bù khi đo sai lệch pháp tuyến chung: $$t_{\text{ct}} = 1,46 \cdot (W_{\text{đo}} - W_{\text{tính}})\quad (\text{mm})$$ hoặc theo bề dày răng trên dây cung vòng chia $S_p$: $$t_{\text{ct}} = 1,37 \cdot (S_{p\text{đo}} - S_{p\text{tính}})\quad (\text{mm})$$
    • Kỹ thuật phân độ vi sai: Áp dụng khi số răng $Z$ không chia được bằng phương pháp đơn giản (ví dụ $Z = 51, 53, 63$). Nguyên tắc chọn số răng giả thiết $Z_c \approx Z$ để chia gián tiếp theo $n' = N / Z_c$; tính toán tỷ số truyền bộ bánh răng thay thế lắp ngoài trên đầu phân độ YдΓ-H-160: $$i = \frac{Z_1 \cdot Z_3}{Z_2 \cdot Z_4} = \frac{N(Z_c - Z)}{Z_c} = \frac{40(Z_c - Z)}{Z_c}$$ Kiểm tra điều kiện ăn khớp hình học của bộ bánh răng thay thế: $$\begin{cases} Z_1 + Z_2 \ge Z_3 + 15 \ Z_3 + Z_4 \ge Z_2 + 15 \end{cases}$$ Xác định chiều quay của đĩa chia để chèn bánh răng trung gian $Z_0$ thích hợp.
    • Phân tích sai hỏng: Nhận diện nguyên nhân sai số bước răng, sai số biên dạng răng, răng bị lệch tâm và hướng dẫn biện pháp khắc phục.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  1. Nguyên lý tạo hình bề mặt chi tiết cơ khí: Giáo trình xây dựng nền tảng lý thuyết phân biệt giữa phương pháp bao hình liên tục (dựa trên sự ăn khớp ăn khớp cưỡng bức giữa dao và phôi) và phương pháp chép hình chu kỳ (dụng cụ cắt tái tạo chính xác biên dạng rãnh răng thân khai).
  2. Động học phân độ trên máy công cụ: Thiết lập mối quan hệ truyền động cơ học thông qua cơ cấu giảm tốc trục vít – bánh vít có tỷ số truyền $1/40$, làm rõ nguyên lý bù trừ sai số góc quay bằng cơ cấu vi sai sử dụng chuỗi bánh răng thay thế ngoài.
  3. Tiêu chuẩn hóa hình học bánh răng: Hệ thống hóa các tỷ lệ toán học ràng buộc giữa mô đun tiêu chuẩn ($m$), đường kính vòng lăn ($D_p$), vòng đỉnh ($D_a$), vòng chân ($D_c$) và góc áp lực chuẩn $\alpha_0 = 20^\circ$.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Tính toán chính xác các kích thước hình học bánh răng; tính toán số vòng quay tay quay và chọn hàng lỗ trên đĩa chia độ; tính toán tỷ số truyền và chọn bộ 4 bánh răng thay thế khi phân độ vi sai; tra cứu bảng chọn đúng số hiệu dao phay mô đun đĩa hoặc dao ngón.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích sai lệch kích thước sau gia công thử thông qua phép đo khoảng pháp tuyến chung $W$; tính toán lượng dịch chỉnh chiều sâu cắt bổ sung $t_{\text{ct}}$ dựa trên hiệu số $(W_{\text{đo}} - W_{\text{tính}})$; xác định nguyên nhân kỹ thuật khi biên dạng răng bị méo hoặc số răng phân chia không đều.
  • Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Vận hành máy phay ngang và máy phay đứng vạn năng; gá đặt và rà chỉnh độ đồng tâm, độ song song giữa đầu phân độ và ụ động bằng đồng hồ so; thực hiện căn tâm dao trùng tâm phôi; vận hành cắt thô và cắt tinh theo phương pháp phay nghịch bảo đảm an toàn cho người và thiết bị.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo tích hợp (kết hợp đồng bộ giữa truyền thụ lý thuyết kỹ thuật và rèn luyện kỹ năng thực hành thao tác tại xưởng cơ khí):

                        QUY TRÌNH DẠY HỌC TÍCH HỢP
  • Phương pháp giảng dạy: Giảng viên sử dụng phương pháp dạy học tích cực (trình chiếu bản vẽ, mô hình động học, diễn giảng kết hợp đặt vấn đề kỹ thuật). Trong phần thực hành, giảng viên tiến hành phân chia nhóm nhỏ (2–3 học viên/nhóm), thực hiện thao tác mẫu chuẩn xác, hướng dẫn học viên đọc tài liệu công nghệ và trực tiếp quan sát uốn nắn, sửa sai tại chỗ cho từng học viên trên máy phay.
  • Phương pháp học tập và tự học: Người học bắt buộc phải nghiên cứu kỹ giáo trình và tài liệu tham khảo trước khi lên lớp; tham gia thảo luận nhóm về phương án gá đặt và tính toán bộ bánh răng thay thế. Quy định đào tạo yêu cầu người học phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng mô đun; nếu nghỉ quá 30% số giờ tích hợp sẽ không đủ điều kiện dự thi kết thúc mô đun và phải học lại.
  • Phương pháp và cơ cấu đánh giá: Đánh giá kết quả học tập tuân thủ Quy chế đào tạo trình độ Trung cấp theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:
    • Điểm quá trình (Trọng số 40%): Bao gồm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, hình thức vấn đáp/viết/trắc nghiệm sau 10 giờ đầu) và kiểm tra định kỳ (hệ số 2, gồm phần viết và thực hành thao tác sau 20 giờ).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Tổ chức sau 60 giờ đào tạo bằng hình thức thi vấn đáp kết hợp thực hành trực tiếp gia công chi tiết bánh răng trụ răng thẳng trên máy phay.
    • Thang điểm: Toàn bộ các bài kiểm tra và thi kết thúc được chấm theo thang điểm 10, tính toán làm tròn đến một chữ số thập phân dựa trên chuẩn đầu ra kiến thức (A1–A10), kỹ năng (B1) và thái độ (C1).

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa quy trình công nghệ gia công chép hình: Giáo trình cung cấp quy trình công nghệ chuẩn mực cho việc phay bánh răng trên cả máy phay ngang vạn năng (sử dụng dao phay đĩa mô đun) và máy phay đứng vạn năng (sử dụng dao phay ngón mô đun), làm rõ đặc tính hình học và ứng dụng của từng loại dao cho các dải mô đun khác nhau ($m \le 8$ đối với bộ dao đĩa; $m = 10\div50$ đối với dao phay ngón).
  • Thuật toán phân độ vi sai chi tiết: Giáo trình xây dựng quy trình tính toán phân độ vi sai cụ thể trên đầu phân độ vạn năng YдΓ-H-160 với chuỗi bánh răng thay thế có sẵn gồm 11 bánh răng ($Z = 25, 30, 35, 40, 50, 55, 60, 70, 80, 90, 100$). Tài liệu giải quyết bài toán chọn số răng giả thiết $Z_c$, kiểm tra điều kiện ăn khớp không bị cấn trục ($Z_1 + Z_2 \ge Z_3 + 15$) và hướng dẫn lắp thêm bánh răng trung gian $Z_0$ khi tỷ số truyền mang giá trị âm ($Z_c < Z$).
  • Công thức hiệu chỉnh kích thước thực tế: Cung cấp công thức thực nghiệm tính toán lượng bù chiều sâu cắt $t_{\text{ct}} = 1,46(W_{\text{đo}} - W_{\text{tính}})$ mm khi đo kiểm qua khoảng pháp tuyến chung $W$, giúp học viên điều chỉnh lát cắt tinh chuẩn xác thay vì cắt theo cảm tính.
  • Kế thừa hệ thống tài liệu chuyên khảo kinh điển: Nội dung giáo trình được biên soạn dựa trên sự chọn lọc từ các giáo trình và cẩm nang cơ khí uy tín:
    • Kỹ thuật phay (Phạm Quang Lê, NXB Công nhân kỹ thuật, 1980);
    • Kỹ thuật phay (NXB Mir Matxcơva, 1984);
    • Công nghệ chế tạo bánh răng (Trần Văn Địch, NXB Khoa học và kỹ thuật);
    • Hỏi đáp về Kỹ thuật Phay (Phạm Quang Lê, NXB Khoa học và kỹ thuật, 1971);
    • Thực hành cơ khí Tiện-Phay-Bào-Mài (Trần Thế San, Hoàng Trí, Nguyễn Thế Hùng);
    • Công nghệ phay (Trần Văn Địch dịch, NXB Thanh niên).

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Người học: Học sinh, sinh viên theo học trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại, Cơ khí chế tạo, Cơ khí sửa chữa và Chế tạo máy móc thiết bị.
  • Điều kiện tiên quyết: Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học cơ sở: Vẽ kỹ thuật (MH 07), Bản vẽ cơ khí trên Autocad (MH 08), Cơ kỹ thuật (MH 09), Dung sai – Đo lường kỹ thuật (MH 10), Vật liệu cơ khí (MH 11), An toàn lao động (MH 13), cùng các mô đun kỹ năng tiện cơ bản (MĐ 15) và phay mặt phẳng, phay rãnh, phay đa giác (MĐ 18, MĐ 19, MĐ 20, MĐ 26).
  • Giảng viên và cơ sở đào tạo: Giảng viên chuyên ngành Cơ khí sử dụng tài liệu để thiết kế giáo án tích hợp lý thuyết - thực hành, chuẩn bị trang thiết bị vật tư xưởng (máy phay ngang/đứng, đầu chia YдΓ-H-160, bộ dao phay đĩa/ngón, panme đo răng), và làm căn cứ xây dựng ngân hàng đề kiểm tra định kỳ, đề thi kết thúc môn theo chuẩn đầu ra quy định.
  • Kỹ thuật viên tự học và tham khảo: Thợ gia công cơ khí, kỹ thuật viên bảo trì tại các phân xưởng sản xuất đơn chiếc cần tài liệu tra cứu nhanh bảng số hiệu dao phay mô đun, phương pháp tính đĩa chia độ và sơ đồ mắc bánh răng thay thế khi cần gia công phục hồi các chi tiết bánh răng thay thế cho máy móc thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này được thiết kế phục vụ cho đối tượng nào?

Giáo trình phục vụ trực tiếp cho người học nghề Cắt gọt kim loại trình độ Trung cấp và Cao đẳng theo khung chương trình đào tạo nghề quốc gia. Đồng thời, tài liệu phù hợp cho cán bộ kỹ thuật, thợ tiện phay cần tài liệu thực hành công nghệ phay bánh răng trên máy vạn năng.

2. Người học cần đáp ứng các điều kiện tiên quyết nào trước khi học mô đun MĐ 27?

Người học phải hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở và thực hành tiện, phay cơ bản gồm: MH 07 (Vẽ kỹ thuật), MH 08 (Autocad), MH 09 (Cơ kỹ thuật), MH 10 (Dung sai – Đo lường), MH 11 (Vật liệu cơ khí), MĐ 15 (Tiện trụ) và MĐ 26 (Phay đa giác) để nắm vững kỹ năng đọc bản vẽ, sử dụng dụng cụ đo và vận hành máy phay cơ bản.

3. Phương pháp phay bánh răng trong giáo trình này có điểm gì khác biệt so với gia công bánh răng công nghiệp hàng loạt?

Giáo trình tập trung vào phương pháp phay chép hình trên máy phay vạn năng sử dụng dao phay đĩa/ngón mô đun kết hợp đầu phân độ. Đây là giải pháp công nghệ chuyên dùng cho sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ hoặc sửa chữa thay thế. Phương pháp này khác với gia công hàng loạt lớn vốn sử dụng phương pháp bao hình liên tục trên các máy phay lăn răng, máy xọc răng chuyên dùng hoặc máy mài bánh răng CNC.

4. Làm thế nào để thực hiện việc tự học và tính toán phân độ vi sai chính xác theo giáo trình?

Học viên cần nắm vững cấu tạo đầu phân độ $N = 40$, thực hiện tuần tự 3 bước tính toán vi sai:

  1. Chọn số răng giả thiết $Z_c \approx Z$ chia hết cho các đĩa chia có sẵn;
  2. Tính số vòng quay tay quay $n' = 40/Z_c$;
  3. Tính tỷ số truyền bánh răng thay thế $i = \frac{40(Z_c - Z)}{Z_c}$, kiểm tra điều kiện hình học $Z_1 + Z_2 \ge Z_3 + 15$ và chiều quay của đĩa chia để bố trí bánh răng trung gian $Z_0$ phù hợp trước khi gá lắp lên máy.

5. Những tài liệu tham khảo chính nào được sử dụng để xây dựng giáo trình?

Giáo trình được trích xuất và tham khảo từ các tài liệu cơ khí tiêu chuẩn gồm: Kỹ thuật phay (Phạm Quang Lê, 1980; NXB Mir Matxcơva, 1984), Công nghệ chế tạo bánh răng và Công nghệ phay (Trần Văn Địch), Thực hành cơ khí Tiện-Phay-Bào-Mài (Trần Thế San, Hoàng Trí, Nguyễn Thế Hùng), và Hỏi đáp về Kỹ thuật Phay (Phạm Quang Lê, 1971).

Kết luận

Giáo trình mô đun Phay bánh răng trụ răng thẳng (MĐ 27) cung cấp hệ thống kiến thức động học cơ bản và quy trình công nghệ gia công chi tiết cơ khí dạng bánh răng bằng phương pháp định hình trên máy phay vạn năng. Giá trị cốt lõi của tài liệu nằm ở sự liên kết chặt chẽ giữa các công thức toán học - hình học bánh răng với quy trình vận hành gá đặt máy, kỹ thuật phân độ đơn giản, kỹ thuật phân độ vi sai và phương pháp kiểm soát sai lệch kích thước qua khoảng pháp tuyến chung.

TIẾN TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ CẮT GỌT KIM LOẠI

Về lộ trình học tập, sau khi hoàn thành mô đun MĐ 27, người học có đủ kiến thức và kỹ năng nền tảng để tiếp tục chuyển tiếp sang các mô đun công nghệ gia công nâng cao tiếp theo trong chương trình đào tạo, bao gồm Phay bánh răng trụ răng nghiêng, rãnh xoắn (MĐ 28), Phay CNC cơ bản (MĐ 30) và Thực tập sản xuất (MĐ 35) tại doanh nghiệp cơ khí chế tạo. Người học có thể tra cứu bổ trợ thông qua hệ thống sổ tay công nghệ chế tạo máy và các tài liệu chuyên khảo về kỹ thuật phay của nhóm tác giả Trần Văn Địch, Phạm Quang Lê để mở rộng năng lực thực hành nghề nghiệp.