GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: PHAY BÁNH RĂNG, THANH RĂNG (MÃ MÔ ĐUN: MĐ29) – NGHỀ CẮT GỌT KIM LOẠI

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình mô đun "Phay bánh răng, thanh răng" (Mã mô đun: MĐ29) thuộc hệ thống chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại ở trình độ Cao đẳng nghề, do Khoa Cơ khí – Trường Cao đẳng nghề Kỹ thuật Công nghệ biên soạn (chủ biên: Lê Văn Thọ) và ban hành theo quyết định của trường vào tháng 5 năm 2021.

  • Vị trí và tính chất trong chương trình: MĐ29 là mô đun chuyên môn nghề bắt buộc, được bố trí giảng dạy sau khi người học đã tích lũy đầy đủ khối lượng kiến thức của các mô đun/môn học cơ sở: MH07, MH08, MH09, MH10, MH11, MH15, MH18, MH19 và MĐ24. Mô đun cung cấp công nghệ gia công cơ khí đối với chi tiết bánh răng và thanh răng (gia công thô đến tinh) ứng dụng trong hình thức sản xuất đơn chiếc, phục vụ sửa chữa thay thế và chế tạo hàng loạt nhỏ.
  • Thời lượng đào tạo: Tổng thời lượng toàn bộ mô đun là 75 giờ, bao gồm 20 giờ lý thuyết, 50 giờ thực hành/thảo luận/bài tập, 3 giờ kiểm tra định kỳ phân bổ theo các bài và 2 giờ thi kết thúc mô đun.
  • Mục tiêu học tập (Learning Outcomes):
    • Về kiến thức: Trình bày cấu tạo, công dụng và sơ đồ động học của đầu phân độ vạn năng; phân tích nguyên lý gia công chép hình và bao hình; giải thích các thông số hình học bánh răng trụ răng thẳng, thanh răng; tính toán thông số phân độ gián tiếp và vi sai; xác định nguyên nhân và biện pháp xử lý các dạng sai hỏng khi phay.
    • Về kỹ năng: Căn chỉnh đầu phân độ và ụ động trên bàn máy phay ngang/đứng; tính và lắp hệ thống bánh răng thay thế khi chia vi sai; lựa chọn đúng số hiệu dao phay mô đun đĩa và dao phay ngón; thực hiện quy trình phay bánh răng trụ răng thẳng và thanh răng đạt cấp chính xác 8–6, độ nhám bề mặt cấp 4–5, tuân thủ an toàn kỹ thuật.
  • Cấu trúc tiếp cận: Giáo trình kết hợp giữa lý thuyết động học máy cắt kim loại và quy trình thực hành công nghệ, xây dựng bài giảng theo trình tự từ làm chủ trang bị đồ gá phân độ đến phân tích thông số hình học và thao tác gia công chi tiết cụ thể.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Mô đun MĐ29 được kết cấu thành 4 bài học chuyên đề và 1 phần đánh giá kết thúc:

  1. Bài 1: Đầu phân độ vạn năng (Mã bài: MĐ 29.1 – Thời lượng: 10 giờ):
    • Nội dung: Công dụng và cấu tạo chi tiết các bộ phận ụ chia vạn năng: vỏ ụ chia, thân ụ chia (xoay nghiêng góc từ $0^\circ - 100^\circ$ lên trên và $0^\circ - 10^\circ$ xuống dưới), trục chính mang bánh vít $Z_t = 40$ ăn khớp với trục vít $K_t = 1$, trục phụ lắp bánh răng thay thế, tay quay $M$, chốt cắm định vị $C$, đĩa chia gián tiếp có compa cữ (càng A, B), ụ động đơn giản và ụ động vạn năng. Kích thước chiều cao tâm trục chính đến bàn máy $H = 100, 135, 160, 200\text{ mm}$.
    • Động học và phân độ: Sơ đồ chuyển động trực tiếp (tách trục vít) và gián tiếp; công thức phân độ gián tiếp $n = \frac{N}{Z}$ (với đặc tính ụ chia $N = 40$); nguyên lý phân độ vi sai; công thức tính tỷ số truyền bánh răng thay thế $i = \frac{Z_1 \cdot Z_3}{Z_2 \cdot Z_4} = \frac{N(Z_c - Z)}{Z_c}$; điều kiện nghiệm lắp bánh răng $Z_1 + Z_2 \ge Z_3 + 15$ và $Z_3 + Z_4 \ge Z_2 + 15$; quy trình gá lắp, dùng trục kiểm và đồng hồ so căn chỉnh độ song song giữa hai mũi tâm.
  2. Bài 2: Thông số hình học của bánh răng trụ răng thẳng (Mã bài: MĐ 29.2 – Thời lượng: 3 giờ):
    • Phương pháp gia công răng: Phân loại phương pháp gia công bao hình (phay lăn răng dùng dao trục vít thân khai, xọc răng bao hình bằng dao dạng chậu hoặc dao dạng thanh răng lược) và phương pháp gia công chép hình (phay chép hình bằng dao phay mô đun đĩa/ngón, xọc răng chép hình, chuốt định hình). Các phương pháp gia công tinh: vê đầu răng, chạy rà bánh răng, cà răng ($v = 70 - 100\text{ m/ph}$, $s = 0,2 - 0,5\text{ mm/vòng}$, $m = 2 - 6$, $R_a = 0,63 - 0,16$), mài định hình và mài bao hình (đá côn, đá xoắn vít đạt cấp chính xác 4–5, $R_a = 1,35 - 0,32$).
    • Thông số hình học: Mô đun $m = \frac{P}{\pi}$; số răng $Z = 6 \div 1000$; đường kính vòng chia $D_p = m \cdot Z$; đường kính vòng cơ sở $D_o$; đường kính vòng đỉnh $D_a = m(Z + 2)$; đường kính vòng chân $D_c = m(Z - 2,5)$; góc ăn khớp $\alpha_0$ ($14^\circ 30'$, $15^\circ$, $20^\circ$, tiêu chuẩn là $20^\circ$); chiều cao răng $H = h_1 + h_2 = m + 1,25m = 2,25m$; bước răng $P$; độ hở chân răng $C = 0,25m$.
    • Kiểm tra và dụng cụ cắt: Công thức đo khoảng pháp tuyến chung $W$ với số răng bao $Z_n = \frac{Z}{9} + 0,5$ (khi $\alpha_0 = 20^\circ$); phân loại dao phay đĩa mô đun (loại thô góc trước $\gamma = 5^\circ - 10^\circ$, góc sau $\alpha = 10^\circ - 15^\circ$; loại tinh góc trước $\gamma = 0^\circ$) và dao phay ngón mô đun ($m = 10 - 50$); bảng tra chọn số hiệu dao theo bộ 8 dao ($m \le 8$), bộ 15 dao và 26 dao ($m > 8$).
  3. Bài 3: Phay bánh răng trụ răng thẳng (Mã bài: MĐ 29.3 – Thời lượng: 35 giờ):
    • Quy trình công nghệ: Yêu cầu kỹ thuật gia công (độ cứng sau nhiệt luyện $45 - 60\text{ HRC}$, cấp chính xác 8–6, độ nhám cấp 4–5). Quy trình thực hiện trên máy phay nằm ngang và máy phay đứng: gá đặt ụ chia – ụ động; gá phôi trên trục gá kết hợp cặp tốc; lấy tâm và vạch dấu chia đôi phôi; gá dao theo nguyên tắc phay nghịch từ phía ụ động; chế độ cắt cơ sở ($n = 120\text{ v/ph}$, $S = 30 \div 40\text{ mm/ph}$, chiều sâu cắt thô $t_1 = \frac{2}{3}H$, chiều sâu cắt tinh $t_2 = \frac{1}{3}H$); cắt thử vết mỏng ($0,10\text{ mm}$); phân độ chia răng; đo kiểm khoảng pháp tuyến chung $W$ hoặc bề dày răng dây cung $S_p$ và tính chiều sâu cắt thêm $t_{ct} = 1,46(W_{\text{đo}} - W_{\text{tính}})$ hoặc $t_{ct} = 1,37(S_{p\text{đo}} - S_{p\text{tính}})$.
    • Chia vi sai thực nghiệm: Trình tự tính toán và thiết lập bộ bánh răng thay thế trên đầu chia YдΓ-H-160 với các ví dụ cụ thể ($Z = 63$ chọn $Z_c = 60$; $Z = 51$ chọn $Z_c = 50$ hoặc $Z_c = 55$), cách bố trí bánh răng trung gian $Z_0$ tương ứng với $i < 0$ và $i > 0$.
    • Kiểm tra và xử lý sự cố: Bảng chẩn đoán sai hỏng (sai số răng, răng không đều, răng lệch tâm, bước răng không đều, sai số tích lũy, độ nhám bề mặt không đạt); kỹ thuật sử dụng panme đo răng đặc biệt kết hợp bảng hệ số $k$ (cho $Z = 12 \div 81$), thước cặp hai chiều đo chiều dày răng và đồ gá kiểm tra độ đảo, độ êm khi ăn khớp.
  4. Bài 4: Phay thanh răng (Thời lượng: 25 giờ):
    • Nội dung: Xác định thông số hình học của thanh răng, phương pháp gá đặt và dịch chuyển bàn máy theo bước răng $P = \pi \cdot m$, các dạng sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và quy trình tiến hành gia công thanh răng.
  5. Thi kết thúc mô đun (Thời lượng: 2 giờ): Kiểm tra tích hợp lý thuyết và kỹ năng gia công chi tiết hoàn chỉnh.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Fundamental Theories: Nguyên lý truyền động trục vít – bánh vít ($N = 40$); lý thuyết ăn khớp và tạo hình biên dạng răng thân khai; nguyên lý phân chia góc quay vi sai để mở rộng khả năng chia các số răng nguyên tố hoặc số răng không chia được bằng đĩa chia trực tiếp/gián tiếp.
  • Core Principles: Nguyên tắc xác định tâm dao đối xứng với tâm phôi; nguyên tắc phay nghịch nhằm triệt tiêu độ rơ bàn máy; nguyên tắc phân lớp cắt thô – tinh theo tỷ lệ hình học răng ($2/3H$ và $1/3H$).
  • Essential Frameworks: Hệ thống tiêu chuẩn kích thước bộ truyền bánh răng theo mô đun ($m$); chuỗi điều kiện lắp ráp bộ bánh răng thay thế cho cơ cấu phân độ vi sai ($Z_1 + Z_2 \ge Z_3 + 15$ và $Z_3 + Z_4 \ge Z_2 + 15$).

Kỹ năng phát triển

  • Technical Skills: Căn chỉnh đồ gá đầu phân độ vạn năng bằng đồng hồ so; tính toán bảng lỗ chia và góc xoay compa cữ; thiết lập tỷ số truyền $i$ và lắp ráp hệ thống bánh răng thay thế $Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_0$; căn gá dao phay đĩa/ngón mô đun đối xứng tâm chi tiết.
  • Analytical Skills: Phân tích nguyên nhân sai lệch biên dạng răng và bước răng; tính toán giá trị chiều sâu cắt bổ sung $t_{ct}$ từ dữ liệu sai lệch kích thước pháp tuyến chung ($W$) hoặc chiều dày răng ($S_p$).
  • Practical Competencies: Vận hành máy phay ngang và máy phay đứng gia công bánh răng trụ răng thẳng, thanh răng đạt cấp chính xác 8–6 và độ nhám bề mặt cấp 4–5; thao tác thành thạo panme đo bánh răng chuyên dụng và calíp giới hạn.

Phương pháp giảng dạy và học tập

  • Pedagogical Approach: Phương pháp đào tạo kết hợp chặt chẽ giữa giảng dạy lý thuyết cơ sở công nghệ (20 giờ) và hướng dẫn rèn luyện kỹ năng thực hành trực tiếp tại xưởng máy (50 giờ). Tiến trình dạy học đi từ phân tích tính toán động học, mô phỏng quy trình gá lắp đến thao tác máy công cụ.
  • Bài tập và Case Studies:
    • Bài toán phân độ gián tiếp: Ví dụ gia công bánh răng $Z = 30$, tính $n = \frac{40}{30} = 1\frac{1}{3} = 1\text{ vòng} + \frac{9\text{ lỗ}}{\text{vòng lỗ } 27}$, điều chỉnh compa cữ mở rộng bao 10 lỗ.
    • Bài toán phân độ vi sai: Tính toán gá lắp bộ bánh răng thay thế khi gia công số răng lẻ $Z = 51$ (chọn $Z_1 = 50$ với $i < 0$ hoặc $Z_1 = 55$ với $i > 0$) và $Z = 63$ (chọn $Z_c = 60$, xác định $Z_1=60, Z_2=30, Z_3=50, Z_4=50$ kèm bánh răng trung gian $Z_0$ trên đầu chia YдΓ-H-160).
  • Practical Exercises:
    • Thao tác rà gá ụ chia và ụ động đảm bảo độ song song của trục gá phôi với phương chạy dao dọc.
    • Thao tác lấy dấu tâm phôi bằng ke $90^\circ$ hoặc phương pháp chia đôi đường tròn.
    • Cắt thử vết mỏng ($0,10\text{ mm}$) để so độ đối xứng giữa bề rộng dao với đường tâm vạch dấu.
    • Cắt thô và cắt tinh bánh răng theo phương pháp phay cách quãng (thứ tự răng $1 - 15 - 7 - 22 - 3 - 11 - 26\dots$) để hạn chế sai số tích lũy và khử độ rơ lỏng đầu chia.
  • Assessment Methods:
    • Đánh giá quá trình: Bao gồm 3 bài kiểm tra định kỳ (1 giờ/bài) tại Bài 1, Bài 3 và Bài 4 nhằm kiểm tra kỹ năng tính toán phân độ và thiết lập máy.
    • Đánh giá sản phẩm: Kiểm tra chi tiết gia công bằng thước cặp, panme đo pháp tuyến chung $W$, thước đo chiều dày răng $S_p$, calíp giới hạn bước răng và chạy rà ăn khớp trên giá thử hai trục song song.
    • Thi kết thúc mô đun: Thực hiện bài thi thực hành độc lập trong thời lượng 2 giờ.
  • Self-study Guidelines: Người học tự ôn tập hệ thống công thức tính thông số hình học bánh răng ($D_a, D_c, D_p, H, W$), tra cứu thành thạo bảng chọn số hiệu dao phay mô đun (bộ 8 dao, 15 dao, 26 dao) và đối chiếu bảng nguyên nhân sai hỏng để hoàn thiện quy trình gia công.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Hệ thống hóa bảng tra số hiệu dao phay mô đun: Giáo trình cung cấp bảng tra số hiệu dao chi tiết cho 3 bộ tiêu chuẩn:
    • Bộ 8 dao ($m \le 8$): Dao số 1 ($Z = 12 \div 13$) đến Dao số 8 ($Z \ge 135$ và thanh răng).
    • Bộ 15 dao ($m > 8$): Bổ sung các dao số bán nguyên như 1½, 2½, 3½, 4½, 5½, 6½, 7½ để tăng độ chính xác prôfin răng.
    • Bộ 26 dao: Phân chia dải số răng hẹp hơn cho từng số hiệu dao, nâng cao độ trùng khớp biên dạng rãnh răng.
Số dao (Bộ 8 dao) Số răng gia công ($Z$) Số dao (Bộ 15 dao) Số răng gia công ($Z$)
1 $12 \div 13$ 1 / 1½ $12$ / $13$
2 $14 \div 16$ 2 / 2½ $14$ / $15 \div 16$
3 $17 \div 20$ 3 / 3½ $17 \div 18$ / $19 \div 20$
4 $21 \div 25$ 4 / 4½ $21 \div 22$ / $23 \div 25$
5 $26 \div 34$ 5 / 5½ $26 \div 29$ / $30 \div 34$
6 $35 \div 54$ 6 / 6½ $35 \div 41$ / $42 \div 54$
7 $55 \div 134$ 7 / 7½ $55 \div 79$ / $80 \div 134$
8 $\ge 135$ và thanh răng 8 $\ge 135$ và thanh răng
  • Tổng hợp các công nghệ gia công răng hiện đại: Bên cạnh phương pháp phay chép hình truyền thống, giáo trình khái quát các công nghệ công nghiệp: phay lăn răng bao hình, xọc răng bao hình (cắt bánh răng trong, bánh răng bậc), chuốt định hình, vê đầu răng di trượt, cà răng tinh ($R_a = 0,63 - 0,16$), mài răng định hình và mài răng bao hình (đá mài côn, đá mài xoắn vít đạt $R_a = 1,35 - 0,32$).
  • Gắn kết thực tiễn sản xuất cơ khí: Tài liệu tập trung giải quyết bài toán chế tạo bánh răng, thanh răng thay thế trong điều kiện xưởng bảo dưỡng, sửa chữa cơ khí hoặc các cơ sở sản xuất đơn chiếc không trang bị máy lăn răng chuyên dùng, thông qua việc tận dụng triệt để máy phay ngang/đứng vạn năng kết hợp đầu phân độ.
  • Tích hợp phương pháp kiểm tra định lượng công nghiệp: Xây dựng quy trình kiểm soát chất lượng qua phép đo khoảng pháp tuyến chung $W$, bề dày răng dây cung $S_p$, tra bảng hệ số $k$ kiểm tra bước răng ($Z = 12 \div 81$) và công thức hiệu chỉnh chiều sâu cắt thực nghiệm $t_{ct}$.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên đào tạo chính quy: Sinh viên theo học hệ Cao đẳng nghề ngành Cắt gọt kim loại, Cơ khí chế tạo máy tại các trường cao đẳng, cơ sở giáo dục nghề nghiệp.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học/mô đun: MH07, MH08, MH09, MH10, MH11, MH15, MH18, MH19 và MĐ24; nắm vững kỹ thuật an toàn máy, đọc hiểu bản vẽ chi tiết máy, phương pháp đo kiểm dung sai cơ khí và kỹ năng vận hành máy phay cơ bản.
  • Giảng viên và cán bộ đào tạo: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn, phân bổ giáo án theo định mức thời gian (75 giờ), xây dựng phiếu đánh giá kỹ năng thực hành và đề thi kết thúc mô đun theo các chỉ số kỹ thuật quy định.
  • Tự học và tài liệu tham khảo kỹ thuật: Kỹ thuật viên, công nhân kỹ thuật tại các phân xưởng cơ khí sử dụng để tra cứu công thức tính phân độ vi sai, lựa chọn số hiệu dao phay đĩa mô đun và xử lý sự cố công nghệ trong quá trình gia công chi tiết dạng răng.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuẩn cho sinh viên hệ Cao đẳng nghề chuyên ngành Cắt gọt kim loại, đồng thời là tài liệu tham khảo cho giảng viên cơ khí và kỹ thuật viên gia công cắt gọt tại các doanh nghiệp.

2. Cần kiến thức nền nào để học mô đun này?

Người học phải hoàn thành các mô đun tiên quyết MH07 đến MH19 và MĐ24, nắm chắc lý thuyết hình học cơ khí, kỹ thuật đo lường dung sai, cấu tạo máy phay vạn năng và các quy phạm an toàn lao động trong xưởng cơ khí.

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

Giáo trình tập trung sâu vào phương pháp gia công thực nghiệm chép hình trên máy phay vạn năng, cung cấp các thuật toán tính toán phân độ vi sai cụ thể với đầu chia YдΓ-H-160, tích hợp công thức bù trừ sai số chiều sâu cắt $t_{ct}$ dựa trên số đo pháp tuyến chung $W$ và bảng tra cứu nguyên nhân – giải pháp khắc phục sai hỏng.

4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả theo giáo trình?

Người học cần làm chủ các công thức động học đầu phân độ ($n = \frac{N}{Z}$, $i = \frac{N(Z_c - Z)}{Z_c}$) tại Bài 1, nắm vững các thông số hình học bánh răng tại Bài 2, sau đó tuân thủ đúng quy trình thực hành tại Bài 3: rà gá phôi, lấy tâm, cắt thử vết mỏng $0,10\text{ mm}$, phân chia chiều sâu cắt thô ($2/3H$) – tinh ($1/3H$) và kiểm tra kích thước bằng panme đo răng chuyên dùng.

5. Có tài liệu và bảng tra bổ trợ nào kèm theo trong giáo trình?

Giáo trình tích hợp bảng tra chọn dao phay mô đun (bộ 8 dao, 15 dao, 26 dao), bảng hệ số $k$ đo độ đều bước răng ($Z = 12 \div 81$), sơ đồ động học đầu phân độ vi sai $i > 0$ và $i < 0$, cùng hệ thống bảng chẩn đoán lỗi hỏng chi tiết sau gia công.

Kết luận

Giáo trình "Phay bánh răng, thanh răng" (MĐ29) cung cấp hệ thống kiến thức và quy trình công nghệ chuẩn mực về phương pháp gia công chép hình các chi tiết bánh răng trụ răng thẳng và thanh răng trên máy phay vạn năng.

Lộ trình học tập được thiết kế khoa học: người học bắt đầu từ việc làm chủ thiết bị phân độ (Bài 1), xác định thông số hình học và dụng cụ cắt (Bài 2), thực hiện quy trình công nghệ phay bánh răng trên máy phay đứng/ngang (Bài 3), đến hoàn thiện gia công thanh răng và đo kiểm sản phẩm (Bài 4). Mô đun là tài liệu giảng dạy và tra cứu chuyên môn trực tiếp cho sinh viên, giảng viên và kỹ thuật viên ngành Cắt gọt kim loại.