Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Tiện trụ bậc ngắn, trụ bậc, tiện trụ dài L ≈ 10d (Mã mô đun: MĐ22) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề bắt buộc thuộc chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại ở trình độ Cao đẳng và Trung cấp, do tác giả Nguyễn Đình Kiên biên soạn tại Trường Cao đẳng Cơ giới (Quảng Ngãi, ban hành năm 2022). Mô đun có tổng thời lượng 90 giờ (gồm 16 giờ lý thuyết, 71 giờ thực hành và 3 giờ kiểm tra), tương đương 3 tín chỉ. Trong cấu trúc chương trình đào tạo gồm 126 tín chỉ, MĐ22 là mô đun đầu tiên giúp người học hình thành kỹ năng gia công cơ khí thực hành trên máy công cụ, được bố trí giảng dạy sau khi sinh viên đã hoàn thành khối kiến thức cơ sở kỹ thuật gồm 6 môn học: Vẽ kỹ thuật (MH07), Autocad (MH08), Cơ lý thuyết (MH09), Sức bền vật liệu (MH10), Dung sai – Đo lường kỹ thuật (MH11) và Nguyên lý – Chi tiết máy (MH13).

Mục tiêu học tập của giáo trình tập trung vào việc trang bị cho người học khả năng phân tích các thông số hình học của dao tiện, tính toán chế độ cắt, nắm vững quy trình bảo dưỡng và vận hành máy tiện vạn năng. Về mặt kỹ năng kỹ thuật, giáo trình yêu cầu người học thực hiện mài dao tiện ngoài bằng thép gió đạt độ nhám $Ra = 1.25,\mu\text{m}$, lưỡi cắt thẳng, đúng góc độ; vận hành thành thạo máy tiện để gia công tiện trụ trơn ngắn, trụ bậc, tiện mặt đầu, khoan lỗ tâm và tiện trục dài ($l \approx 10d$) gá đặt trên mâm cặp và mũi tâm, đạt cấp chính xác kích thước từ 8 đến 10, độ nhám bề mặt cấp 4–5 ($Ra = 3.2 \div 6.3,\mu\text{m}$), đồng thời đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị xưởng.

Cấu trúc giáo trình được xây dựng theo phương tiếp cận tích hợp mô đun hóa (modular training), kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết công nghệ cắt gọt và các bảng hướng dẫn thực hành từng bước. Điểm đặc sắc của tài liệu là tính định lượng kỹ thuật cao: từ việc chuẩn hóa kích thước phôi gá kẹp, số lượng và quy cách miếng căn gá dao, công thức tính toán số vòng quay trục chính, đến các bảng nhận dạng và khắc phục sai hỏng cơ tính - hình học trong quá trình gia công thực tế.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Giáo trình bao gồm 8 bài học được sắp xếp theo trình tự logic từ nhận thức an toàn, chuẩn bị công nghệ, chế tạo dụng cụ cắt đến thực hiện các nguyên công gia công cơ khí từ cơ bản đến nâng cao:

[Bài 1: Nội quy và quy định xưởng]
[Bài 2: Khái niệm cơ bản về cắt gọt kim loại]
[Bài 3: Vận hành và bảo dưỡng máy tiện vạn năng]
[Bài 4: Dao tiện ngoài – Mài dao tiện ngoài]
  • Bài 1: Nội quy và những quy định khi thực tập tại xưởng máy công cụ (1 giờ lý thuyết): Quy định an toàn lao động, trách nhiệm và nghĩa vụ của người học, tác phong công nghiệp và quy trình vệ sinh xưởng máy.
  • Bài 2: Khái niệm cơ bản về cắt gọt kim loại (3 giờ lý thuyết): Khái quát lịch sử phát triển ngành cơ khí chế tạo; nguyên lý cắt gọt và độ chính xác kinh tế của các phương pháp gia công phoi gồm tiện, phay, bào, xọc, khoan, mài.
  • Bài 3: Vận hành và bảo dưỡng máy tiện vạn năng (5 giờ: 2 lý thuyết, 3 thực hành): Cấu tạo chi tiết các cụm máy (hộp trục chính, mâm cặp, bàn xe dao, trục đồng tâm/ụ động, động cơ điện); quy trình kiểm tra an toàn điện; kiểm tra mắt báo dầu hệ thống bôi trơn tự động; vận hành các chuyển động tiến dao dọc/ngang bằng tay và tự động.
  • Bài 4: Dao tiện ngoài – mài dao tiện ngoài (6 giờ: 3 lý thuyết, 2 thực hành, 1 kiểm tra): Cấu tạo thân cán dao và phần cắt; các bề mặt trước, mặt sau chính, mặt sau phụ, lưỡi cắt chính/phụ, mũi dao; thông số hình học ở trạng thái tĩnh; quy trình mài dao tiện thép gió theo 4 bước trên máy mài hai đá.
  • Bài 5: Tiện trụ trơn ngắn (14 giờ: 5 lý thuyết, 8 thực hành, 1 kiểm tra): Yêu cầu kỹ thuật gia công mặt trụ (độ thẳng đường sinh, độ tròn, độ đồng trụ); các phương pháp gá lắp mâm cặp; kỹ thuật định vị và kẹp chặt phôi; căn chỉnh gá dao ngang tâm; phương pháp cắt thử, đo kiểm và tiện chi tiết $D < 30,\text{mm}$ và $D > 30,\text{mm}$.
  • Bài 6: Tiện mặt đầu và khoan lỗ tâm (12 giờ: 3 lý thuyết, 9 thực hành): Kỹ thuật khỏa mặt đầu, phương pháp gá mũi khoan tâm trên nòng ụ động và quy trình khoan lỗ tâm định vị.
  • Bài 7: Tiện trụ bậc ngắn (14 giờ: 4 lý thuyết, 10 thực hành): Trình tự phân chia các bậc trục, kỹ thuật tiện chuyển bậc, đo và kiểm soát kích thước chiều dài bậc.
  • Bài 8: Tiện trụ bậc dài $l \approx 10d$ (Thời lượng thực hành chuyên sâu): Kỹ thuật gia công trục có tỷ lệ chiều dài trên đường kính lớn, phương pháp gá đặt kết hợp mâm cặp và ụ động chống tâm để triệt tiêu biến dạng uốn và rung động.

Progression logic của giáo trình đi từ việc trang bị quy chuẩn an toàn $\rightarrow$ hiểu biết động học máy $\rightarrow$ chuẩn bị công cụ cắt $\rightarrow$ thực hiện nguyên công đơn giản (trụ trơn ngắn) $\rightarrow$ tạo chuẩn định vị phụ (mặt đầu, lỗ tâm) $\rightarrow$ gia công chi tiết phức hợp (trục bậc, trục dài chống tâm).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Lý thuyết động học và chế độ cắt gọt: Xây dựng mối quan hệ giữa tốc độ cắt $v$ (m/phút), đường kính phôi $D$ (mm) và số vòng quay trục chính $n$ (vòng/phút) thông qua các công thức: $$v = \frac{\pi \cdot D \cdot n}{1000} \quad \Rightarrow \quad n = \frac{1000 \cdot v}{\pi \cdot D}$$ Quy định cách thiết lập tốc độ trục chính và bước tiến dao ($s$) trên bảng chỉ dẫn hộp tốc độ và hộp bước tiến của máy tiện.
  • Thông số hình học của dụng cụ cắt: Xác lập hệ thống góc cắt tĩnh của dao tiện: góc trước ($\gamma$), góc sau chính ($\alpha$), góc sau phụ ($\alpha_1, \alpha_2$), góc nghiêng chính ($\varphi$), góc mũi dao ($\epsilon$) và bán kính đỉnh dao ($R$). Phân tích góc trước âm ($-4^\circ \text{ đến } -8^\circ$) áp dụng khi tiện phá, cắt gián đoạn để bảo vệ mũi dao và góc trước dương/trung lập ($0^\circ$) khi tiện tinh để tối ưu hóa bề mặt phoi thoát.
  • Khoa học vật liệu dụng cụ cắt: Yêu cầu cơ lý đối với phần cắt gọt kim loại:
    • Độ cứng: $\text{HRC} \ge 60$ đối với gia công thép và gang thông thường (HB $\approx 200$), tổ chức mactenxit ram sau tôi và ram thấp, hàm lượng carbon tối thiểu $0.70%$ (thường $\ge 1.0% \div 1.5%$).
    • Tính chống mòn: Phụ thuộc vào độ cứng tế vi và lượng carbide dư trong tổ chức kim loại (tăng 1 đơn vị HRC trên mức 60 giúp tăng tuổi bền dao 25–30%).
    • Tính cứng nóng: Khả năng duy trì tổ chức mactenxit và độ cứng $\text{HRC} > 58 \div 60$ ở dải nhiệt độ $500 \div 600^\circ\text{C}$ nhờ các nguyên tố hợp kim hòa tan có ái lực mạnh với carbon.
  • Nguyên lý định vị và gá đặt cơ khí:
    • Ba kết cấu lắp mâm cặp vào đầu trục chính: bằng mặt bích có ren, bằng mặt bích dạng côn định vị có then truyền mô-men xoắn, và bằng định vị mặt trụ có chốt lệch tâm.
    • Quy tắc gá phôi trụ ngắn trên mâm cặp 3 chấu tự định tâm: chiều dài nhô ra của phôi đảm bảo công thức $L_p = L_{ct} + (10 \div 15),\text{mm}$ nhằm hạn chế rung động và biến dạng uốn.
    • Quy tắc gá dao tiện: mũi dao ngang tâm máy (so với đỉnh tâm ụ động hoặc vạch khắc nòng ụ động), trục thân dao vuông góc với đường tâm chi tiết, độ vươn ra của đầu dao $\le 1.5$ lần chiều cao thân dao ($h$), sử dụng không quá 3 miếng đệm căn (chiều dài $150 \div 200,\text{mm}$).
Thông số gá đặt Quy chuẩn kỹ thuật Hậu quả khi sai lệch
Vị trí mũi dao Ngang tâm máy công tác • Cao hơn tâm: Giảm góc sau, tăng ma sát, nhanh mòn dao, để lại lõi tâm khi cắt đứt.
• Thấp hơn tâm: Giảm góc trước, phoi thoát khó, dao bị va đập, bề mặt chi tiết xấu.
Chiều dài dao vươn ra $\le 1.5 \times h$ thân dao Tăng độ võng, gây rung động mạnh khi cắt gọt, làm hỏng độ bóng bề mặt.
Lượng đệm căn gá dao Tối đa 3 miếng ($150 \div 200,\text{mm}$) Chêm quá nhiều miếng căn làm giảm độ cứng vững của ổ gá dao.
Độ vươn của phôi ($L_p$) $L_p = L_{ct} + (10 \div 15),\text{mm}$ Phôi vươn quá dài gây rung động, uốn phôi, chi tiết bị côn hoặc ô-van.

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật thao tác: Vận hành thành thạo hệ thống tay gạt hộp tốc độ, hộp bước tiến; thực hiện chuyển động tiến dao dọc/ngang bằng tay và gài tự động; thao tác cắt thử, dò chuẩn tiếp xúc kim loại và sử dụng vòng du xích để lấy chiều sâu cắt.
  • Kỹ năng mài và tạo hình dụng cụ cắt: Mài dao tiện ngoài bằng thép gió theo đúng trình tự kỹ thuật 4 bước: (1) Mài mặt sau chính $\rightarrow$ (2) Mài hai mặt sau phụ $\rightarrow$ (3) Mài mặt trước $\rightarrow$ (4) Mài rãnh bẻ phoi trên máy mài hai đá vạn năng, đạt độ nhám $Ra = 1.25,\mu\text{m}$.
  • Kỹ năng đo lường và kiểm soát chất lượng: Sử dụng thước lá, thước cặp du xích độ chính xác $1/10,\text{mm}$ và bàn rà phôi; kiểm soát các sai lệch hình học (độ tròn, độ trụ, độ đảo mặt đầu).
  • Kỹ năng phân tích và chẩn đoán sai hỏng: Phân tích nguyên nhân và đưa ra biện pháp khắc phục các dạng sai hỏng gia công thực tế như: chi tiết bị lẹm kích thước do thao tác đo sai; bề mặt có chỗ chưa tiện tới do phôi không đều hoặc gá lệch tâm; bề mặt bị gợn sóng do rung động hệ thống công nghệ.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình định hướng phương pháp giảng dạy tích hợp giữa lý thuyết chuyên ngành và rèn luyện kỹ năng thực hành tại xưởng máy công cụ theo các tiêu chí cụ thể:

  • Phương pháp giảng dạy của giáo viên:
    • Phần lý thuyết: Áp dụng dạy học tích cực, sử dụng phương tiện trực quan (máy chiếu, tranh vẽ kết cấu, bản vẽ chế tạo), thuyết trình ngắn gọn kết hợp nêu vấn đề và đàm thoại kỹ thuật.
    • Phần thực hành: Giáo viên thực hiện thao tác mẫu chuẩn xác, phân tích các điểm dừng công nghệ quan trọng (cách so tâm dao, cách lấy số 0 trên du xích, cách vặn chốt lệch tâm mâm cặp), hướng dẫn người học thao tác và trực tiếp sửa sai tại chỗ.
  • Tổ chức học tập và bài tập thực hành:
    • Sinh viên được chia thành các nhóm nhỏ từ 2 đến 3 người để thực hiện bài tập thực hành trên từng máy tiện vạn năng. Mỗi nhóm được giao phôi liệu, bản vẽ gia công chi tiết trục trơn, trục bậc và thực hiện đầy đủ các bước từ chuẩn bị, gá đặt, gia công thô/tinh đến tự đo kiểm sản phẩm.
    • Phương pháp tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên tìm hiểu tài liệu trước giờ học, thảo luận phương án gá đặt và chế độ cắt ($n, s, t$), ghi chép thông số và viết báo cáo kết quả thực hành.
  • Phương pháp và hình thức đánh giá: Căn cứ theo quy chế đào tạo Trung cấp/Cao đẳng chính quy (Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH), kết quả học tập được đánh giá qua thang điểm 10 (làm tròn đến một chữ số thập phân) với cơ cấu trọng số:
    • Điểm quá trình (Trọng số 40%): Gồm 1 cột kiểm tra thường xuyên (sau 10 giờ học, hình thức vấn đáp/viết) và 3 cột kiểm tra định kỳ (sau 20 giờ học, kết hợp viết lý thuyết và thực hành gia công chi tiết).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Sau 60 giờ học, tổ chức thi tích hợp gồm vấn đáp công nghệ và thực hành gia công trực tiếp trên máy công cụ theo chuẩn đầu ra (A1–A8, B1–B2, C1–C2).
  • Yêu cầu đối với người học: Sinh viên phải tham dự tối thiểu 70% tổng thời lượng các giờ giảng tích hợp; nếu vắng quá 30% thời lượng bắt buộc phải học lại mô đun; chuẩn bị đầy đủ giáo trình, bảo hộ lao động và chấp hành tuyệt đối nội quy xưởng cơ khí.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp cao giữa lý thuyết cắt gọt và chuẩn hóa thực nghiệm: Khác với các tài liệu thuần túy lý thuyết cơ sở, giáo trình số hóa cụ thể các định mức công nghệ gia công: xác lập dải tốc độ quay trục chính thực nghiệm ($n = 270 \div 300,\text{vòng/phút}$ khi tiện thô), chuẩn hóa độ nhám bề mặt gia công tinh ($Ra = 3.2 \div 6.3,\mu\text{m}$) và độ nhám mài sắc lưỡi cắt ($Ra = 1.25,\mu\text{m}$).
  • Quy trình hóa các biện pháp an toàn và bảo dưỡng công nghiệp: Giáo trình đưa việc kiểm tra máy móc thành quy trình thao tác chuẩn trước khi vận hành: kiểm tra rò rỉ điện bằng bút thử điện, kiểm tra hệ thống bôi trơn tự động qua mắt báo dầu hộp trục chính, quy chuẩn hóa an toàn khi tháo lắp mâm cặp bằng vồ gỗ và tấm đệm băng máy.
  • Bám sát thực tiễn sản xuất chi tiết dạng trục: Nội dung giáo trình tập trung trực tiếp vào chuỗi nguyên công chế tạo chi tiết trục – một trong những dạng chi tiết phổ biến nhất của ngành cơ khí chế tạo máy, phản ánh chính xác yêu cầu công nghệ gia công trục bậc và trục dài trong các nhà máy sản xuất cơ khí hiện nay.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên: Sinh viên năm thứ nhất hoặc năm thứ hai chuyên ngành Cắt gọt kim loại, Công nghệ kỹ thuật cơ khí, Chế tạo máy tại các trường Cao đẳng, Trung cấp nghề.
  • Kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học cơ sở:
    • Vẽ kỹ thuật (MH07) & Autocad (MH08): Khả năng đọc bản vẽ cơ khí và yêu cầu kỹ thuật chi tiết trục.
    • Cơ lý thuyết (MH09) & Sức bền vật liệu (MH10): Hiểu biết về lực cắt và biến dạng uốn của phôi khi gia công.
    • Dung sai – Đo lường kỹ thuật (MH11): Sử dụng thành thạo thước cặp, panme, hiểu cấp chính xác và độ nhám bề mặt.
    • Nguyên lý – Chi tiết máy (MH13): Nắm rõ kết cấu bộ truyền và chi tiết trục.
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Sử dụng làm căn cứ biên soạn giáo án tích hợp, phân bổ tiến độ giảng dạy xưởng, chuẩn bị vật tư phôi liệu, dụng cụ cắt và thiết lập barem chấm điểm kỹ năng nghề.
  • Thợ cơ khí và người tự học nghề: Dùng làm tài liệu tra cứu các thông số hình học dao tiện, phương pháp mài dao thép gió và kỹ thuật định vị gá kẹp phôi trụ.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được thiết kế chuyên biệt cho học viên, sinh viên trình độ Trung cấp và Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại, đồng thời là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho công nhân kỹ thuật cơ khí đang làm việc tại các xưởng gia công tiện vạn năng.

2. Người học cần hoàn thành những môn học nào trước khi học mô đun MĐ22?

Trước khi học MĐ22, người học bắt buộc phải tích lũy kiến thức từ 6 môn học tiên quyết: Vẽ kỹ thuật (MH07), Autocad (MH08), Cơ lý thuyết (MH09), Sức bền vật liệu (MH10), Dung sai – Đo lường kỹ thuật (MH11) và Nguyên lý – Chi tiết máy (MH13).

3. Điểm đặc thù trong cấu trúc của giáo trình MĐ22 là gì?

Giáo trình thiết kế theo tỷ trọng thực hành chiếm đa số (71/90 giờ thực hành, 16 giờ lý thuyết), tích hợp trực tiếp quy trình công nghệ, bảng thông số hình học dao, các bước thao tác định vị gá lắp mâm cặp và bảng nhận diện - khắc phục sai hỏng cho từng bài gia công cụ thể.

4. Làm thế nào để tự học và thực hành mô đun này đạt hiệu quả?

Người học cần nghiên cứu trước lý thuyết cấu tạo dao và chế độ cắt ở nhà; tính toán trước số vòng quay $n$ và bước tiến $s$ cho từng đường kính phôi; khi thực hành tại xưởng phải tuân thủ nghiêm ngặt quy tắc so tâm dao, quy tắc kiểm tra mắt báo dầu bôi trơn và quy chuẩn an toàn điện.

5. Giáo trình được xây dựng dựa trên những tài liệu tham khảo chuẩn mực nào?

Tài liệu được biên soạn dựa trên chương trình khung và kế thừa dữ liệu từ các tài liệu kinh điển trong ngành chế tạo máy:

  1. Sổ tay thợ tiện – NXB Thanh niên, 2000.
  2. PGS. Nguyễn Đắc Lộc, PGS. Lê Văn Tiến, PGS. Ninh Đức Tốn, PGS. Trần Xuân Việt – Sổ tay Công nghệ chế tạo máy (Tập 1, 2, 3), NXB Khoa học kỹ thuật, 2005.
  3. Kỹ thuật tiện – Hướng dẫn dạy tiện kim loại – NXB Công nhân kỹ thuật, 1977.

Kết luận

Giáo trình Tiện trụ bậc ngắn, trụ bậc, tiện trụ dài L ≈ 10d (MĐ22) của Trường Cao đẳng Cơ giới đóng vai trò là mô đun chuyên môn nghề cốt lõi, đặt nền móng kỹ năng thao tác máy công cụ và định hình tư duy công nghệ gia công cắt gọt cho sinh viên ngành Cắt gọt kim loại.

Theo lộ trình đào tạo toàn khóa 126 tín chỉ, sau khi hoàn thành mô đun MĐ22, người học có đủ điều kiện năng lực chuyên môn để tiếp tục học tập các mô đun kỹ thuật gia công nâng cao tiếp theo trong chương trình, bao gồm: Tiện rãnh và cắt đứt (MĐ23), Gia công lỗ trên máy tiện (MĐ24), Tiện côn (MĐ28), Gia công ren (MĐ30, MĐ31, MĐ32) và Tiện điều khiển số CNC cơ bản (MĐ36). Để mở rộng kiến thức chuyên sâu, người học được khuyến nghị kết hợp tra cứu bộ Sổ tay Công nghệ chế tạo máy (Nguyễn Đắc Lộc và cộng sự) cùng các tài liệu quy chuẩn đo lường kỹ thuật cơ khí hiện hành.